压缩机自动控制系统程序设计正文大学论文.docx
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压缩机自动控制系统程序设计正文大学论文
压缩机自动控制系统程序设计
第一章可编程逻辑控制器基础知识
1.PLC概述
在PLC问世之前,工业控制领域中是继电器控制占主导地位。
应用广泛。
但是传统的电器控制系统存在体积大,可靠性低,查线和排除故障困难等缺点,特别是接线复杂、不易更改,对生产工艺的变化的适应性差。
1969年美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台PLC,获得了成功。
从此,可编程控制器这一新技术迅速发展起来。
1.1PLC的定义
可变程序控制器(ProgrammableController)简称PLC,是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的,并逐渐发展成为以微处理器为核心,把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新兴工业控制装置。
国际电工委员会(IEC)1987年在可编程控制器标准草案第三稿中定义如下:
“可变程序控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令,并通过数字式和模拟式的输入输出,控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关外围设备,都应按易于与工业系统连成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
”目前,PLC已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。
1.2PLC的特点
PLC是专为在工业环境下应用而设计的,具有许多独特的优点。
主要有以下特点:
(1)可靠性高、抗干扰能力强
可靠性高、抗干扰能力强是PLC最重要的特点之一。
它采用了一系列的硬件和软件的抗干扰措施。
(2)编程简单,使用方便
目前,大多数PLC采用的语言是梯形图语言,它是一种面向生产、面向用户的编程语言。
(3)通用性强,灵活性好,功能齐全
PLC是通过软件实现控制的,其控制程序便在软件中,对不同的控制对象都可以采用相同的硬件进行配置。
(4)设计简单,维护方便
由于PLC用软件代替了传统电气控制硬件,控制柜的设计、安装界限工作量大为减少。
PLC的用户程序大部分可在实验室进行调试,缩短了应用设计和调试周期。
(5)体积小、重量轻、能耗低
由于采用了集成电路,实现机电一体化的理想控制设备。
1.3PLC分类
PLC产品种类繁多,其规格和性能也各不相同。
对PLC的分类,通常根据其结构形式的不同、控制规模等进行大致分类。
根据PLC的结构形式可分为整体式、模块式、叠装式三类。
整体式PLC是将电源CPU、I/O接口等部件都集中在一个机箱内;模块式PLC是将PLC各组成部分分别做成若干个单独的模块;叠装式PLC是将整体式和模块式结合起来。
按PLC的控制规模,PLC可分为小型机、中型机、大型机。
小型机,控制点数小于256点,用户程序存储器的容量小于8K字。
中型机的控制点数一般在256点-2048点范围内,用户程序存储器的容量小于50K字。
大型机的控制点数在2048点以上,用户程序存储器的容量达50K字以上。
1.4PLC现状与趋势
PLC作为工控机的一员,在主要工业国家中成为自动化系统的基本电控装置。
据统计,当今世界PLC生产厂家约150家,生产300多个品种。
PLC在工控机市场中占有主要地位,并保持继续上升的势头。
PLC在60年代末引入我国时,只用作离散量的控制,其功能只是将操作接到离散量输出的接触器等,最早只能完成以继电器梯形逻辑的操作。
新一代的PLC具有PID调节功能,它的应用已从开关量控制扩大到模拟量控制领域,广泛地应用于航天、冶金、轻工、建材等行业。
但PLC也面临着其它行业工控产品的挑战,各厂家正采取措施不断改进产品,主要表现为以下几个方面:
(1)微型、小型PLC功能加强
很多有名的PLC厂家相继推出高速、高性能、小型、特别是微型的PLC。
(2)集成化发展趋势加强
由于控制内容的复杂化和高难度化,使PLC向集成化方向发展,PLC与PC集成、PLC与DCS集成、PLC与PID集成等,并强化了通讯能力和网络化,尤其是以PC为基的控制产品增长率最快。
(3)向开放型转变
现在开发以PC为基础、在WINDOWS平台下,符合IEC1131-3国际标准的新一代开放体系结构的PLC。
2S7-200基本组成
SIEMENSSIMATICS7-200由基本单元(S7-200CPU模块),个人计算机(PC)或编程器,STEP7-Micro/WIN32编程软件及通信电缆组成,是叠装式小型PLC。
它指令丰富、功能强大、可靠性高、适应性好、结构紧凑。
如图3-1所示:
图3-1S7-200PLC系统的构成
(1)基本单元(S7-200CPU模块)
S7-200CPU模块包括一个中央处理单元(CPU)、电源及数字量I/O点,这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。
在CPU模块的顶部端子盖内有电源及输出端子;在底部端子盖内有输入端子及传感器电源;在中部右侧前盖内有CPU工作模式开关、模拟量调节电位器和扩展I/O连接接口;在模块的左侧分别有状态指示灯、存储卡、及通信口。
如图3-2。
图3-2S7-200CPU模块
(2)扩展单元
S7-200模块提供了一定数量的本机I/O,扩展模块提供了附加的输入输出点(见图3-3)
图3-3带有扩展模块的CPU
3)个人计算机(PC)或编程器
个人计算机(PC)或编程器装上STEP7-Micro/WIN32编程软件后,即可供用户进行程序的编制、编辑、调试和监控等。
PLC在正式运行时,不需要编程器。
4)STEP7-Micro/WIN32编程软件
STEP7-Micro/WIN32编程软件是基于Windows的应用软件,它支持32位Windows95,Windows98和WindowsNT4.0使用环境。
它的基本功能是创建、编辑、调试用户程序、系统组态等。
5)通信电缆
通信电缆使PLC用来与个人计算机实现通信的。
可以用PC/PPI电缆;使用通信处理器时,可用多点接口电缆;使用MPI卡时,可用MPI卡专用通信电缆。
6)人机界面
文本显示器TD200不仅是一个用于显示系统信息的显示设备,还可以作为控制单元对某个量的数值进行修改,或直接设置输入/输出量。
文本信息的显示/确认方法,最多可显示80条信息,每条信息最多4个变量状态。
过程参数可在显示器上显示,并可以随时地修改。
TD200面板上的8个可编程序的功能键,每个都分配了一个存储器位,这些功能键在启动和测试系统时,可以进行参数设置和诊断。
3.S7-200模块主要技术指标
3.1S7-200一般性能
S7-200CPUS7-200系列PLC可提供4种不同的基本型号的8种CPU供选择使用。
主要性能指标如下:
表3-1S7-200CPU主要性能指标
S7-200PLC
CPU221
CPU222
CPU224
CPU226
集成数字量输入/输出
6入/4出
8入/6出
14入/10出
24入/16出
可连接的扩展模块数量
不可扩展
2个
7个
7个
最大可扩展的数字量输入/输出范围
不可扩展
78点
168点
248点
最大可扩展的模拟量输入/输出范围
不可扩展
10点
35点
35点
用户程序区
4K
4K
8K
8K
数据存储区
2K
2K
5K
5K
数据后备时间(电容)
50小时
50小时
50小时
50小时
后备电池
200小时
200小时
200小时
200小时
编程软件
Step7-Micro/WIN
Step7-Micro/WIN
Step7-Micro/WIN
Step7-Micro/WIN
标志寄存器/计数/定时器
256/256/256
256/256/256
256/256/256
256/256/256
通讯接口
1*RS485
1*RS485
1*RS485
2*RS485
外部硬件中断
4
4
4
4
支持的通讯协议
PPI,MPI,自由口
PPI,MPI,自由口,ProfibusDP
PPI,MPI,自由口,ProfibusDP
PPI,MPI自由口,ProfibusDP
实时时钟
外置时钟卡(选件)
外置时钟卡(选件)
内置时钟卡
内置时钟卡
外形尺寸(W*H*D)mm
90*80*62
90*80*62
120*80*62
196*80*62
3.2CPU224性能
S7-200CPU224一般性能如下表所示:
表3-2S7-200CPU224一般性能
电源电压
DC24V,AC100-230V
电源电压波动
DC20.4-28.8,AC84-264(47-63HZ)
环境温度湿度
水平安装0-55℃,垂直安装0-45℃,5%-95%
大气压
860-1080hPa
保护等级
IP20到IEC529
输出给传感器的电压
DC24V(20.4-28.8)
输出给传感器的电流
280mA,电子式短路保护(600mA)
为扩展模块提供的输出电流
660mA
程序存储器
8K字节/典型职位2.6K条指令
数据后备
整个BD1在EEPROM中无需维护,在RAM中当前的DB1表职位、定时器、计数器等通过高能电容或电池维持,后备时间190h,插入电池后备200天
编程语言
LAD,FBD,STL
程序结构
一个主程序快(可以包括子程序块)
程序执行
自由循环、中断控制、定时器控制(1-255ms)
子程序级
8级
指令集
逻辑运算、应用功能
位操作执行时间
0.37µs
扫描时间监控
300ms(可重启动)
内部标志位
256,可保持:
EEPROM中0-112
计数器
0-256,可保持:
256,6个高速计数器
定时器
可保持:
2564个定时器,1ms-30s16个定时器,10ms-5min236个定时器,100ms-54min
接口
一个RS485通信接口
可连接的编程器/PC
PG740,PG760,PC(AT)
本机I/O口
数字量输入:
14,其中4个可用作硬件中断,14个用于高速功能
数字量输出:
10,其中2个可用作本机功能,模拟电位器:
2个
可连接的I/O
数字量输入/输出:
最多94/74个
模拟量输入/输出:
最多28/7(或14)
AS接口输入/输出:
496
最多可扩展模块
7个
CPU224输入特性如表3-3所示。
表3-3S7-200CPU224输入特性
类型
源型或汇型
输入电压
DC24V,“1”信号:
14-35A,“0”信号:
0-5A
隔离
光耦隔离,6点和8点
输入电流
“1”信号:
最大4mA
输入延迟(额定输入电压)
所有标准输入:
全部0.2-12.8ms(可调节)
中断输入:
(I0.0-0.3)0.2-12.8ms(可调节)
高速计数器:
(I0.0-0.5)最大30KHZ
CPU224输出特性如表3-4所示。
表3-4CPU224的输出特性
类型
晶体管输出
继电器输出
额定负载电压
DC24V(20.4-28.8V)
DC24V(4-30V)AC24-230V(20-250V)
输出电压
“1”信号:
最小DC20V
L+/L-
隔离
光电隔离,5点
继电器隔离,3点和4点
最大输出电流
“1”信号:
0.75A
“1”信号:
2A
最小输出电流
“0”信号:
10µA
“0”信号:
0mA
输出开关容量
阻性负载:
0.75A
灯负载:
5W
阻性负载:
2A
灯负载:
DC30W,AC200W
我们现场所选用的为CPU224的继电器输出类型,其端子接线图如图
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