压缩机自动控制系统程序设计-正文

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1、本科毕业设计(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PLG获得了成功。从此， 可编程控制器这一新技术迅速发展起来。1.1 PLC的定义可变程序控制器(Programmable Controller )简称PLG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

2、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。1.2 PLC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

3、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

4、的理想控制设备。1.3 PLC分类PLC产品种类繁多，具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

5、在2048点以上，用 户程序存储器的容量达50K字以上。1.4 PLC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

6、,主要表现为以下几个方面：1本科毕业设计（论文）（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PLCo（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PLCo2 S7-200基本组成SIEMENS SIMATIC S7-200由基本单元（S7-200 CPU模块），个人计算

7、机（PC）或编程 器,STEP7-Micro/WIN 32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3-1 S7-200 PLC系统的构成（1）基本单元（S7-200 CPU模块）S7-200 CPU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3-20

8、图 3-2 S7-200 CPU 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CPU3）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Windows NT4.0使用环境。它的基本功能是创建、编辑

9、、 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

10、技术指标3.1 S7-200 一般性能S7-200 CPU S7-200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3-1 S7-200 CPU主要性能指标S7-200PLCCPU221CPU222CPU224CPU226集成数字 量输入/ 输出6人/4出8人/6出14入/10出24入/16出可连接的 扩展模块 数量/、可扩展2个7个7个最大可扩 展的数字 量输入/ 输出范围/、可扩展78点168点248点最大可扩 展的模拟 量输入/ 输出范围/、可扩展10点35点35点用户程序 区4K4K8K8K数据存储 区2K2K5K5K数据后备 时间（电 容）50小时5

11、0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/WI NStep7-Micro/WI NStep7-Micro/WI NStep7-Micro/WI N标志寄存 器/计数/ 定时器256/256/256256/256/256256/256/256256/256/256通讯接口1*RS4851*RS4851*RS4852*RS485外部硬件 中断4444支持的通 讯协议PPI, MPI,自由口PPI, MPI,自由 口，Profibus DPPPI, MPI,自由 口，Profibus DPPPI, MPI 自由口， Profibus DP实

12、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 mm90*80*6290*80*62120*80*62196*80*623.2 CPU224 性能S7-200 CPU224一般性能如下表所示:表 3-2 S7-200 CPU224 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 C,垂直安装0-45 C, 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

13、，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无需维护，在 RAMfr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天编程语百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0.37 小扫描时间监控300ms （可重启动）内部标志位256,可保持：EEPROM 0-112计数器0-256,可保持：256, 6个高速计数器定时器可保持：

14、256 4 个定时器，1ms-30s 16个定时 器,10ms-5min 236 个定时器，100ms-54min接口一个RS485通信接口可连接的编程器/PCPG740,PG760,PC(AT)7m 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俞入特Tt如表3-3所示表3-3 S7-200 CPU224输入特性源型或汇型输入电压DC24V, “1”#: 14-3

15、5A, “0”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30KHzCPU224俞出特Tt如表3-4所示表3-4 CPU224的输出特性晶体管输出继电器输出额定负裁电压DC24V(20.4-28.8V)DC24V(4-30V) AC24-230V(20-250V)输出电压“1”信号：最小DC20VL+/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”0.75A“1”信号：2A最小输出电

16、流“0”: 10 点“0” 信号：0mA输出开关容量阻性负裁:0.75A灯负裁：5W阻性负裁:2A灯负裁：DC30W,AC200W我们现场所选用的为CPU224勺继电器输出类型，其端子接线图如图 3-4所示120240 VAC图3-4 CPU224 DC/DC/继电器连接器端子图3.3 EM231、EM235f块技术性能（1） EM231、EM235模拟量输入/输出技术规范表3-5 EM231、EM235模拟量输入输出技术规范说明EM231A14*12 位EM235 AI4/AQ1*12 位输入技术规氾输入技术规氾输出技术规氾尺寸（W*H*D 重量 功率损耗71.2*80*62mm183g2W

17、71.2*80*62mm186g2W物理I/O数量4模拟量输入点4模拟量输入点，1模拟量输出点功耗从L+ L+电压范围60mA20.4 至 28.860mA(输出为20mA20.4 至 28.8LE日小微24VDCX源良好ON没有故障OFF五24V电源24VDC4源良好ON没有故障OFF424V电源最大输入电压30VDC30VDC最大输入电流32mA32mA模拟量输入点 数44隔离（现场侧 到逻辑线路）无无输入电压（单 极性）输入电压（双极性）输入电流0 至 10V,0 至 5V+5, 2.5V0 至 20mA0 至 10V,0 至 5V,0 至 1V,0 至 500mV,0 至 100mV至

18、 50mV +10,5,2.5,1V,+500, 250,100,50,25mV0 至 20mA模拟量输出点 数1信号范围 电压输出 电流输出丁10V0 至 20mA隔离无(2) EM231,EM23帔线热电阻测量温度，压力变送器测量压力，将信号分别送入EM231测温模块，EM235测压模块，由CPU22段出动作信号。两线制，三线制，四线制接法精度依次提高，我 们选用三线制接线方法。如图3-5所示。图3-5扩展模块的三线制接法7本科毕业设计(论文)RTD3 Wire*A refers to sense； a relers io source.(3) PLC内部DC+24V电源的负载能力EM23

19、1和EM235B要24V供电，可由CPU224勺24V电源供给。CPU224俞出电流最 大为2A,需要计算是否能够负载。S7-200主机的内部电源单元除了提供 DC+5V电源外，还提供 DC+24V电源， DC+24V电源也称为传感器电源，它可以作为 CPU模块和扩展模块用于检测直流信号 输入点状态的DC24V电源，如果用户使用传感器的话，也可作为传感器的电源。一般 情况下，CPU模块和扩展模块的输入、输出电所用得 DC24V电源是由用户外部提供。 如果使用CPU模块内部的DC24V电源的话，应该注意 DC24V电源的负载能力。使 CPU模块及各扩展模块所消耗电流的总和不超过该内部DC24V电

20、源所提供的最大电流(400mA)。实际上，从L+提供给EM231输入的电流为60mA,提供给EM235的输入电流为 60mA,输出电流为20mA。(4) EM231,EM235扩展模块的端子标识9心1区发送骷r&i 未见前胸人潮| HA A+ A-R6B* B- RCC+C- RD&+-D- I24 VDC 七节中和公宙本科毕业设计（论文）图3-6用于EM231扩展模块的连接器端子标识11山杷就送据OFt*.4 HiB 曰 B RQ G* G 曰三入的物人湍屯1K堆二工第 rOn1=产1泻 W三24 VDC图3-7用于EM235扩展模块的连接器端子标识本科毕业设计（论文）第二章 压缩机自动控制

21、设计整体方案1.1 PLC设计的基本步骤明嘛微fr任务制衣猱件PLC机型选择系统总体设计制作控制柜编制程序根据控制任务，在最大限度满足生产机械或生产工艺对电气控制要求的前提下,运行稳定，安全可靠，经济实用，操作简单，维护方便。最大限度满足被控对象提出的各种性能指标。(2)确保控制系统的安全可靠。(3)力求控制系统简单、经济、使用及维修方便。(4)留有适当的余量。1.3压缩机控制自锁及手自动切换的实现根据控制的要求，压缩机能用PLC自动控制启停。但是当PLC发生故障时，还必 须能手动控制压缩机的启停。在初次设计中，选用一个回路来实现上述功能，经验证， 无法实现所要求的功能。具线路图如 4-2所示

22、。1压缩机的启动开关2 PLC控制启动开关3压缩机的停止开关4 KM常开触点 图4-2压缩机自手动控制线路图5 PLC控制停止开关KM接触器K压缩机工作状态指示图中存在的问题是：当按下1时，压缩机启动，4闭合，形成自锁。按下3时，压 缩机停止，实现手动控制。但是，当 PLC不供电时，无法让开关5闭合，手动控制无 法实现.在现场设计中，将PLC控制与手动控制回路分为两路，通过控制接触器线圈KM2 通得电实现两路的切换。这种思想的实现可以选用一个双刀双掷开关，来选择给手动回路供电还是给PLC供电，但由于现场没有选用此开关，我们选用接触器 KM2来取代，实现它的功能。压缩机自锁及手自动切换线路图如

23、4-3所示。图4-3压缩机自动控制手自动切换实现当按下按钮SB3时，接触器KM2线圈得电，KM2的常开开关闭合，形成自锁，手动回路供 电。此时，按下SB1,回路接通,KM1线圈得电，KM1常开开关逼和，形成自锁，压缩机启动；按 下SB2,回路断电，压缩机停止。当按下 SB4时，手动回路切断电源，系统进入自动状态，手动 控制不能实现控制压缩机启停。当 SB3不动作时，总开关一闭合，系统进入自动运行状态，压缩机的控制直接由PLC实现。2整体设计1 .1硬件设计部分1）压缩机控制系统的配置在明确了控制任务和控制要求后，选择现场所用的硬件和软件配置如下所示：在硬件方面：PLC选S7-200 CPU22

24、4;测温模块EM231 ;测压模块EM235;选用CU50热电阻测温器件检测压缩机气缸的温度；选用 SH115型压力变送器检测压缩机 出口处的压力；气动电磁阀（五个）；手动阀（五个）；交流接触器（两个）；控制柜； 接线端子排（两个）；电源及若干导线。在软件方面：主要有 PLC S7-200编程组态软件STEP7-WIN32、上位计算机驱动 软件及操作软件等。STEP7-WIN32是基于Windows的应用软件，功能强大，界面友好， 并有方便的联机帮助功能。所用各种配置见附件表一。2 ） PLC的控制对象13本科毕业设计（论文）CPU输出的控制信号有压缩机起停，电磁阀，温度上限报警，压力下限报警

25、，压 力上限报警，蜂鸣器。如图4-4所示。图4-4 PLC控制结构图19OO OOLIL3L4L5OOOSB1L2SE2O OSD3 SB43）设计方案根据控制要求，现场改造管路流程图见附件图一。在这个系统中，压缩机气缸的 温度由CU50热电阻测得，将信号传入EM231测温模块，CPU给出控制信号，控制压 缩机的启动和停止。压缩机出口压力信号由压力变送器测得，并将信号传入EM235模块，CPU给出控制信号。柜面布置图见附件图二。图4-5为简单示意图。其中，L1为电源指示灯，L2为压 缩机工作状态指示，L3为温度上限报警，L4为压力下限未 开图4-5柜面布置图报警指示，L5为压力上限未关报警指示

26、。按钮SB1为压缩机启动开关，按钮SB2为压缩机停 止开关，按钮SB3为手动开关，SB4为自动开关。柜内布置图见附件图三。由于压缩机周围环境不是太理 想，温度较高，油污较多，清洁性差，不宜把面板安装在柜面上，设计安装在柜内。现场接线图见附件图四。设计选用的报警灯，指示灯均是由24VDC电源供电。按钮选用的是220VAC电源。注意：在接线的过程中，要思路清楚，布线整齐，有适当的标识。多次查线，逐步调试，确认 无误后方可接入现场。3 .软件设计1）编程软件 STEP7-Micro/WIN32PLC系统的软件设计是依据一定逻辑关系，以梯形图方式编写后写入PLC中。在PC机中，可实现在线组态、监控，对

27、输入、输出点可以强制状态，以满足调试、维护 在亚 1W女0STEP 7-Micro/WIN32 是基于Windows平台应用软件，是 SIEMENS公司专为 SIMATIC系列S7-200研制开发的编程软件，它可以在线（联机）或离线（脱机）开发 用户程序，并可在线实时监控用户程序的执行状态。STEP 7-Micro/WIN32的基本功能是协助用户完成应用软件的开发任务，例如，创 建用户程序，修改和编辑原有的用户程序。利用该软件可设置PLC的工作方式和参数， 上载和下载用户程序，进行程序的运行监控。它还具有简单语法的检查、对用户程序 的文档管理和加密等功能，并提供在线帮助。上载和下载用户程序指的

28、是用 STEP 7-Micro/WIN32编程软件进行编程时，PLC主 机和计算机之间的程序、数据和参数的传送。上载用户程序是将PLC中的程序和数据通过通信设备（如 PC/PPI）电缆上载到计 算机中进行程序的检查和修改；下载用户程序是将编好的程序、数据和 CPU组态参数 通过通信设备下载到PLC中以进行运行调试。程序编辑中的语法检查功能可以避免一些语法和数据类型方面的错误。梯形图错 误处下方自动加红色曲线。软件功能的实现可以在联机工作方式下进行，部分的功能的实现也可以在离线工 作方式下实现。联机方式是指带编程软件的计算机或编程器与PLC直接连接；离线方式是指带编程软件的计算机或编程器与PLC

29、断开连接，只能实现部分功能。2）程序设计流程图根据控制要求，程序设计流程图如图4-5所示。PLC 一上电，打开除油罐电磁阀 V3,除水罐、储气罐电磁阀 V4、V5放油，放水 20秒钟。若检测压力小于0.02Mpa,则直接启动压缩机，并有未开报警，如压力在0.02Mpa 和0.2Mpa之间，先放气20秒钟，再启动压缩机。若检测压力大于 0.5Mpa,则关压缩 机，并进行检测压缩机是否关闭，未关则报警。图4-6 程序设第三章PLC系统编程1 CPU的扫描周期S7-200 CPU的基本操作非常简单：CPU读输入状态；然后，CPU中存储的程序利 用这些输入执行控制逻辑，当程序运行时，CPU刷新有关数据

30、；CPU把数据写到输出。 CPU连续地扫描程序，读写数据。S7-200有三种编辑器（梯形图LAD编辑器，语句 表STL编辑器，功能块图FBD编辑器）和两种指令集（IEC 1131-3和SIMATIC ）。利 用STEP 7-Micro/WIN 32梯形逻辑（LAD）编辑器可以建立与电气接线图等价的类似 程序，还可以使用STL编辑器显示所有LAD编辑器编写的程序。梯形图这种编辑方 法简单易懂，便于掌握，我选用这种方法来编程，就是考虑到它的方便性和简明性。 梯形图程序让CPU仿真外部信号，通过输入逻辑条件，再根据结果决定逻辑输出的允 许条件。安理等种造信话求执行程序海输入扫描周期图4-1 CPU一

31、个扫描周期但CPU不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作（用行工作）方式，每一 次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于 CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来 看，PLC外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。这种用行工作过程称为PLC的扫描工作方式。逻辑通常被分解成小的容易理解的片，这些片经常被称为“梯级”或“段”。程序一次执行一个段，从左到右，从上到下，在无中断或跳转控制的情况下， 逐条执行用户程序。一旦CPU程序执行到程序末尾，又从上到下重新执行程序。每次扫描周期开始时，先读数字输入点的当前值，然后把这些值写到输入映像寄存器中。CPU以8位（1个字节）为增量的方法来保留输入映像寄存器

32、。如果 CPU或 本科毕业设计(论文)扩展模块不给物理输入点提供保留字节的每一位，那么你就不能把这些位重新分配给I/O链中的后续模块，也不能在程序中使用它们。在每次扫描周期开始时，CPU会将映 像寄存器中未使用的输入位清零。然而，你的 CPU可以连几个扩展模块，而且你并未 使用这个I/O功能(即未安装扩展模块)，那么你可以用这些未使用的扩展输入位作为 附加的内部寄存器标志位来使用。除非允许模拟量滤波，CPU在扫描周期中是不能自动更新模拟量输入值的。用户可以选择对每个模拟量通道设置数字滤波。数字滤波用 于低成本的模拟量模块，这些模块不支持内部滤波。数字滤波应用于输入信号缓慢变 化的场合。如果是高

33、速信号，应该不选用数字滤波。模拟输入滤波允许有更多稳定的模拟量。模拟输入滤波器应用于输入信号随时间 变化缓慢的场合。如果信号是高速的信号，那么你不应该用模拟滤波器。用模拟指令 传递数字信息和报警指示的模块不能用模拟滤波器。对于热电阻，热电偶和AS-接口工程师模块，模拟滤波总是失效。如果模拟量选择输入滤波器，CPU在每个扫描周期刷新模拟输入、执行滤波功能，并存储滤波值。当访问模拟量输入时，使用滤波值。如果模拟量不选择输入滤波器，当问模拟量输入时，CPU每次从物理模块读取模拟值。扫描周期中执行的任务依赖于 CPU的操作模式。S7-200 CPU有两个操作模式： STO琳式和RUN模式。对于扫描周期

34、，STO暇式与RUN模式的主要差别是在RUN模 式下运行用户程序，而在STOP模式下不运行用户程序。S7-200在一个扫描周期期间运行大多数的或所有的下列任务：(1)读输入：S7-200复制实际输入状态到程序映像输入寄存器。(2)执行程序中的控制逻辑:S7-200执行程序的指令并且在各种不同的存储区域中 储存值。(3)处理任何的通信请求：S7-200执行通信的任何工作请求。(4)运行处理器自测试诊断：S7-200确定固件，程序存储器，和任何扩展模块正在 恰当地工作。(5)写输出：程序映像输出寄存器的存储值被写入实际输出。2 STEP7 Micro/ WIN32 编程西门子PLCM有良好的编程界

35、面，对于S7-200B勺编程软件STEP7 Micro/ WIN32 ,各 子程序间可互相调用，子程序是程序的可选部分，只有当主程序，中断程序或其它子 程序调用它们时，才能够执行。主程序顺序扫描，S7-200每个扫描周期估算在主程序中的代码，不论这个代码执行与否，但是，S7-200只在子程序中的调用的代码时估算，并且在扫描时不把没调用的代码算在内。本程 序的初始化程 序和温度压力模拟量的转换小却 独W一鼻鼻尊空Hl.EdLKlm诋师由 - n FrevrhBkei;口 Umrani口口1神融皿姮明Q口 FlADf$aR 用H1.I同年-心-H VUiDiU 口 口 SCmePi juCsn*m

36、ciMn.V 31EP- pE,.rue土 - ISIXaHf LUI广-口 turiuf加,Lb- Jj Ort- 国 Cmrciten.- WC-ari- sjG*p Ji CwF*m- jdFMnjmirMi- 加 ”2M同*1- 如- j I Afuri IMJNnnir Z Ke1Fd5b in Ccnb-.H/l-a-.ra匈rneu# Lhonv程序都是调用子程序tyx+rt?#!Qm. 0rmifi 卜UEl 口图4-2编程软件STEP7 Micro/ WIN32编程界面编程还需要注意以下的问题：-jij Cil infirm(1) “浪涌电流”问题一定要考虑在内。每组输出的最

37、大电流是8A,而输出的浪涌电流是7A,所以一组内同时有两个以上输出时，就要逐个相应延时半秒，否则同时 输出就会超过每组最大输出电流。(2)定时器的触发问题也要考虑。延时闭合定时器当前值为“1”时，相应延时你所设定的时间后，位触点才闭合，但这段时间内，触发信号断开则会使定时器复位。 延时断开定时器当前值为“ 1”时，位触点就闭合，触发信号断开，定时器开始计时， 当设定时间到了，位触点才断开。所以，不同定时器出发信号的长短要求也不一样， 要区别对待。用户程序包括初始化子程序，读取压力、温度数据子程序，开机放油放水语句， 压力上下限判断语句，温度判断语句，报警语句等几个部分。(1)系统初始化初始化子

38、程序的调用，是在程序开始时，对需要预先设置的参数变量进行赋值， 例如，模拟量转换程序中，使用到移位指令，就要对所移位数事先赋值。有些存储器在断电后保存当前值，CPU掉电时自动保持位存储器(M)区域的数 据，如果设为保持，则当CPU模块掉电时，M存储器前14个字节(MB0到MB13) 会完整保存到EEPROM中。开机后，CPU会从EEPROM向RAM中恢复用户程序 CPU 21本科毕业设计(论文)配置，并检查RAM存储器，确认超级电容器是否已成功保存了 RAM存储器中的数据。 如果成功保存，那么RAM存储器的保持区域将保持不变。V存储器装配中的未保持区 域，将从相应EEPROM中V存储器永久区域

39、处恢复回来。如果 RAM存储器的内容没 有保持下来（如在意外掉电后），CPU会清除RAM存储器（包括保持和非保持区）并 置保持数据丢失存储器标志位（SM0.2）为“1”。（2）系统检测压力、温度及转换压力、温度数据的读取是模拟量的输入，是4到20毫安电流信号，用EM231/ EM235 模块对模拟量输入已经进行了转换.o S7-200将现实世界的模拟值（如温度或电压）转 换成一个字长（16位）的数字量。你可以用区域标识符（A）,数据长度（W，及字节 的起始地址来存取这些值。因为模拟输入量为一个字长且从偶数位字节（如0, 2或4）开始，所以必须用偶数字节地址（如 AIW0,AIW2,或AIW4）

40、来存取这些值。模拟量输 入值为只读数据。Al W 8I I 1字节地址访问-字氏度区域标识模拟量输入）格式：AIW起始字节地址AIW4SBLSBAIW8 广 字节8| 字节9最高有效字节最低有效字节存取模拟量输入值根据选择模拟量输入范围的开关表（表 4-1）,对EM231/EM23放块的配置DIP开 关进行设置，可选择使用单极性数据或双极性数据。表4-1 EM231选择模拟量输入范围的开关表单极性两里程输入分辨率SW1SW2SW3ONOFFON010V2.5mVONOFF05V1.25mV020mA5uA双极性两里程输入分辨率SW1SW2SW3OFFOFFON-5+5V2.5mVONOFF-2

41、.5+2.5V1.25mV如图4-4所示，单极性数据和双极性数据的存储位不同，模拟量到数字量转换器 （ADC）的12位读数，其数据格式是左端对齐的，最高有效位是符号位：0表示正值数据 字。对单极性格式，3个连续的0使得ADN数器值每变化一个单位则数据字变化是以 8为单位的变化；对双极性格式，4个连续的0使得AD可数器值每变化一个单位则数据字变化是以16为单位的变化。所以，数据使用时需要在程序内部给出转换，将没有数据值12位MSBLSB15430存储书库的位屏蔽掉，再通过移位指令，将 12位数据值存放在一个双字(DW)的寄 存器中。MSBLSB15143 200数据值12位000单极性数据双极性

42、数据 图4-4 EM231,EM235数据输入字格式4到20毫安电流信号和压力表量程、0到0FFF数字量信号是线形对应关系，经过 先行转换，就可以和压力上下限直接相比较了。(3)自动放油放水每天第一次开机时，放油放水，定时10秒，使用SM0.1触发，因为SM0.1只在第 一个扫描周期为“ 1”，但扫描周期太短，不能持续给定时器触发信号，所以先触发一 个延时断开定时器，再用它来触发延时闭合定时器，既而控制阀的打开和关闭。TONRTON TO选时器有三个分辨率。这些分辨率由表 4-2中的定时器号决定。每个当前值 的计数是多重时基。例如，一个以 100ms为时基的数50代表500ms表4-2定时器号

43、和分辨率定时器类型分辨率最大当前值定时器号TONR1ms32.767sT0, T6410ms327.67sT1-T4, T65-T68100ms3276.7sT5-T31, T69-T95TON TOF1ms32.767sT32, T9610ms327.67sT33-T36, T97-T100100ms3276.7sT37-T63, T101-T255(4)压力上下限、温度判断及报警经过转换，可得科技进行比较的压力信号，直接使用比较指令和上下限比较，若 小于压力下限，定时器控制先放气10秒，使到零负载，再启动压缩机。若大于压力上 限，马上关闭压缩机。用检测到的温度与 80度相比较，当温度过高时

44、，马上关闭压缩 机，报警。比较指令的使用：比较式为真时，触点闭合。当压力小于压力下限时，压缩机应立即启动，经测试，大约300秒后即可达到下限以上，若300秒后还在下限以下，说明系统出现问题，报警，通知人员检修；同样， 若压力大于压力上限，压缩机应立即停转，若出现问题，20秒以后还未降到上限以下， 马上报警。报警包括蜂鸣和报警灯。内部存储器标志位（M存储器）可以作为控制继电器存储中间操作状态或其他的控 制信息，可以按位，字节，字或双字来存取位存储器。位：M字节地址位地址M26.7字节，字或双字:M长度北出发位元组住址 MD20Network 1FA3FA4FA51T37 IN TON*2Q PT

45、Network 2T37FA3FA4J5233SWQ1T44In tof十20卜血图4-5报警程序梯形图该程序中，M1.0为报警灯的触发信号，PALARMU次上限报警；T41为上限计时 器,到特定时间后未完成相应的操作，则闭合；PDOWN到达下限信号；PUP%到达上限信号。T41定时20秒，若到达上限20秒后还未关闭压缩机，即20秒后还在上限以 上，则报警。T42和T43分别为5秒的延时闭合、延时断开定时器，互相交替接通，使 NETWORKRETWORK3出占空比50%勺脉冲信号，使得灯亮半秒，灭半秒地闪烁。（5）输出表设置输出状态S7-200 CPlfe输出点提供良种性能，一种是预置数字量在

46、CPU为STOPJ式后为 已知值，另一种是设置数字量输出保持 CPU$成STOPJ式之前的状态。输出表是 CPU 配置数据的一部分，要下装且存入 CPU存储器中。输出值设置仅适用于数字量输出，本科毕业设计（论文）模拟量输出值在CPUU换到STOPT式后即被锁定，因为用户程序负责刷新模拟量输出， CPUW没有更新模拟量输入和输出的系统功能,CPUS有为这些提供映像寄存器。选择菜单命令ViewSystem Block,点击Output Table选择块来使用输出表设置对话框， 设置输出时，你有以下两种选择：（1）如果想保持上依次的输出，那就选择 Freeze Output框，点击 “OK。（2）如

47、果想把输出表中的值复制到输出点上，则填写输出表值，点击你想要的相 应位，则从RUNJ专到STOPJ式后，该位便置为1 （ON。点击“OK来保存你的选择, STEP7-Micro/WIN 32的缺省设置是把输出表的值复制到输出点上，而输出表的缺省设 置全为0 （OFF。Synt i*B FllockPuli* Cutch Vile5 CvnfifyrilafiiiKF”tg KUEitire KmC Fef. Lalput .Jl_4 工讨ulhLtwrrrrrrrr rrrrrrrr rrrrrrrr 厂广厂厂厂厂厂厂 rrrrrrrr rrrrrrrr rrrrrrrr rrrrrrrrrr

48、rrrrrr rrrrrrrr rrrrrrrr rrrrrrrr rrrrrrrr rrrrrrrrHu-kdii outputs will LlM iin th4 fLL Lr-ui2i ti arix. tr4a EliJjI t iiurCa3kt孙Str工 mist bt dsd4tdd btfan dwy tidkt tfftel.Nsi dl FIX Ejrp” 5.u#r-drt r七v 鼬atf “Liwx fre*i Fl t4 p I l oqs: w x.ujppQEr t ad b? a-ifh Tl破Cuctl图4-6设置输出表3下装/上装程序及CPU1线程序包括三

49、部分：用户程序，数据块（可选），CPU组态（可选）。如图4-7所示, 下装的程序存于CPU存储器RAM区。为了永久保存，CPU会同时自动地把这些用户程 序、数据块（DB1）以及组态拷贝到EEPROM中。网户i?序GPU俎志数据块DBIj:大V居陷牙宝图 4-7 Download 程序当从CPU上装一个程序时，用户程序及CPU配置从RAM中上装到个人计算机（PC）。当上装数据块时，存于EEPROM中的永久数据块将同存于RAM中剩下的数据 块（如果有的话）合并，然后把完整的数据块传到个人计算机（ PC）上。CPU224 DC/DC/继电器型CPU连线如下图所示，输入端子分别通过24VDC电源（由

50、CPUI供）和相应组的公共端连接，输出端子分别通过负载、220VAC电源和相应组的公共端连接。输入端子得电，即为“1”。CPU继电器输出，内部相当于若干开关，当某输出端子为“ 1”信号时，开关闭合，负载得电。120-J4OVAC於其子和噌 U用#!l!用f271.实展元价恒可魇有主史ikij2把A0U士利L局工帆口 埼用也对崔圣任何俄性24 VDC ttAiS-f 3+圜L图4-8 CPU224 DC/DC/继电器连接器端子图4.叫选假地4调试及监视程序PLC运行过程中，可以进行调试及监视程序。点击图标沟，即可进入梯形图中的程序状态显示。若触点闭合或该语句正在执行，则触点在监视状态下，显示蓝色

51、闭合块状；若触点断开，或没有执行该语句，则显示灰色STEF T-lLcrAVCI 1!? EiTTn |21U1 IC L|用 EJ“ 岫4 整+-虹 IK. 口01： 1ieJ41a |海日房。f，匕 心两系m长。 疙蝴.、%4口 SffiJ PEM4口 $1口1 Q-DtuMuLSqCiMUUBUMkcrjcwd一 Mi 3 三rd.bJilqqJJa 三国111山皿口 HH 型且wuZEJimk旃R* Hl/JHMhhL Lw - m ehkihm图4-9调试及监视程序第四章压缩机自动控制设计现场方案1硬件设计鉴于资金原因，各种条件限制，温度测量元件 CU50固定不方便，电磁阀在露天安

52、全性不高，容易出现故障等原因，我们在实际的设计中有所改动。1.1 系统配置在硬件方面：PLC选S7-200 CPU224;选用电接点压力表检测压缩机出口处的压 力；气动电磁阀（两个）；手动阀（两个）；交流接触器（两个）；控制柜；接线端子排 （两个）；电源及若干导线。在软件方面：主要有 PLC S7-200编程组态软件STEP7-WIN32、上位计算机驱动 软件及操作软件等。所用各种配置见附件表二。1.2 PLC控制对象CPU输出的控制信号主要有压缩机的启停，压力下限未开报警，压力上限未关报警，压缩机工作状态指示。如图5-1所示图5-1PLC控制对象1.3设计内容在压缩机控制系统管路中，在除油罐

53、后面，电接点压力表所检测压力信号，是以 开关量的形式，传入CPU224勺。当上电以后，CPU224佥测压力信号，若压缩机出口压 力在下限以下，则打开放气电磁阀，关闭出口电磁阀，放气一定时间，然后关放气阀， 打开出口阀，零负载启动压缩机。若一段时间后，压力仍不上升，则报警。在压缩机本科毕业设计（论文）运行过程中，如果压力信号超过上限，则立即停压缩机，若一段时间后，压力仍不下 降，则报警，检查故障，直到压力下降到下限以下再重新启动压缩机。必须要考虑到如 果PLC已经给出动作信号，压缩机是否按给定动作，这就需要给出检测判断并报警。2现场施工2.1 机柜内部布置应注意:(1) PLC单元与其他电器元件

54、之间100mm以上，以免电磁干扰；(2)与高压线、高压设备之间至少 200mm,高压线、动力线等避免与输入/输出线 平行布置；(3)远离产生电弧的开关、继电器等；(4)为防止外部配线短路，必须有断路器等安全措施；(5)注意接地。2.2 PLC对环境还有以下要求：(1)通风，远离发热源，必要的时候装风扇，温度在 0-60C之间，最好在45c以 下；湿度：35%-80%;(2)避免直接震动或冲击；(3)避免有导电尘埃，腐蚀性气体、水、油、药品飞沫等；(4)避免阳光直射。2.3 压缩机控制系统的现场施工1、S7-200 PLC 的安装S7-200 PLC设备设计成安装简便，可以利用安装孔把模块固定在

55、控制柜的衬板上， 或者利用设备上的DIN夹子把模块固定在一个标准(DIN)的导轨上。图5-2 S7-200 PLC安装在现场，我们直接把S7-200 PLC以垂直方向固定起来。利用总线扩展电缆可以很容易地把I/O 模块和PLC或其他的扩展模块连接在一起。现场安装形式如图 5-2所示。CPU224的安装尺寸如图5-3所示。导致严重的人身伤害或损坏设备。因此，在安装和移动S7-200模块前，一定要切断所有的电源。2、硬件布置根据控制要求，现场改造管路流程图见附件图五。管道改造螺纹图见附件图六。现场管道为标准的1英寸镀锌管。简单示意图如图5-4所示。放气电磁阀V1选择常闭阀，出口电磁阀 V2选择常开

56、阀。最初设计放气电磁阀 V1与 手动阀1并联，这样可以实现手动和自动的控制。考虑到电磁阀的可靠性，一旦发生 故障，V1一直漏气，压缩机将无法正常工作，现场采用串联的方式。图5-4管路改造图注意安装电磁阀时，清除管道内各种灰尘杂物，电磁阀应水平安装，不可倒置或 竖直安装。设计的柜面布置图见附件图七。图 5-5为简单示意图。图5-5现场柜面布置图柜面共布置有4个按钮，4个指示灯。其中，L1为PLCOOO8 8 OSB3 通自动控制时的电源指示灯，只有系统在自动控制状态下才亮。L2为自动控制下压缩机工作状态指示灯。L3为压力下限报警 指示灯。当压缩机在下限以下启动时，如果PLC给出动作命令， 过一段

57、时间，压力仍不上升，则进行报警，L3不断闪烁，此时 就要检查故障。L4为压力上限报警指示灯。当压缩机达到上限 关闭后，如果一段时间压力仍不下降，则进行报警。注意 4个 指示灯指示在自动状态下才会亮。按钮 SB1为自动状态下压缩机的启动按钮，按钮SB2为自动状态下压缩机的停止按钮。按钮SB3为手动开关，按下SB3,系统进入手动状 态，可以通过SB1,SB2启停压缩机。按下SB4,系统进入自动状态，电源指示灯亮。柜内布置图见附件图八。整个柜内现场施工图见附件图九。端子接线图见附件图 十。端子呼号图见附件图十一至图十五。注意：在接线之前，首先要检查各条线是否完好，在接线时要按照顺序依次接线， 并标好

58、序号，便于查线。接线要牢固，整齐。接好后，根据设计要求逐步调试，确认 无误后方可接入现场联机调试。对调试发生的各种问题，加以改进。状态指示灯都为24VDC,只在自动状态下起作用。在手动状态下，压缩机运行过 程中，压缩机状态指示灯也不会亮。继电器线圈为 220VAC ,手动开关、自动开关、压 缩机启动停止按钮为220VAC ,压缩机为380VAC,电接点压力表为24VDC。在联机调试的过程中，出现了很多的问题，多数是设计过程中未曾想到的，最终都 一一解决。1）压缩机启动停止对电网产生的波动是否会影响PLC的正常工作。在现场中，由于PLC性能较好，电网波动影响不是太大。2）电磁阀的可靠性。在初次试

59、运行时，放气完毕后，依次关闭放气阀打开出口阀后启 动压缩机，这时，有漏气的现象。我们改为关闭出口阀，开压缩机，延时 2秒，打开 出口阀，即当压缩机内部压力升高一段时间后开出口阀。3）电磁阀现场的安装位置角度的选择。 电磁阀在现场中应水平安装，不可倒置或竖直 安装。4) PLC给压缩机启停信号，如何确定压缩机是否已按要求动作。电接点压力表下限以31本科毕业设计（论文）下，下限触点接通，上限以上，上限触点接通，可以根据输入的开关量信号来判断。下限未开，下限触点会一直接触；上限未关，上限触点会一直接触。5) CPU224的输出能不能驱动接触器线圈。CPU224输出最大电流为2安，而交流接 触器线圈通

60、过的电流远小于这个值。6) CPU224每组输出的最大电流是 8A,而输出的浪涌电流是 7A,所以一组内同时有 两个以上输出时，就要逐个相应延时半秒，否则同时输出就会超过每组最大输出电流。7)在调试过程中，继电器KM2控制自手动切换，线圈得电，应该就由自动切换到手动， PLC断电。但在自动运行时，压缩机启动同时 KM2也吸合了，但PLC还继续工作，检查 线路发现由于自手动驱动压缩机都是通过给继电器 KM1线圈供电，所以电路出现了交 叉，发生了线圈给PLC倒供电。8)最初设定下限压力为2公斤，但是实际应用要求白压缩气体使用压力是 1.4公斤，所 以为了既能正常使用，又能节约能源，经过多次测试，把压力下限设定为 1.4公斤，上 限仍定为5公斤。9)实际调试发现压缩机在停机时气缸有一定程度的漏气，所以压缩机关闭后，置位出口阀，出