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压缩机自动控制系统程序设计正文大学毕业设计论文

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

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

用户程序区

数据存储区

数据后备时间（电容）

50小时

后备电池

200小时

编程软件

Step7-Micro/WIN

标志寄存器/计数/定时器

256/256/256

通讯接口

1*RS485

2*RS485

外部硬件中断

支持的通讯协议

PPI，MPI，自由口

PPI，MPI，自由口，ProfibusDP

PPI，MPI自由口，ProfibusDP

实时时钟

外置时钟卡（选件）

内置时钟卡

外形尺寸（W*H*D）mm

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：

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：

阻性负载:

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

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