基于西门子s7-200plc温度控制系统的设计

基于西门子s7-200plc温度控制系统的设计内容摘要：

系列产品。 这需要用户去选择最适合自己要求的产品。 正确选择产品中，首要的是选定机型。 A. 根据系统类型选择机型 从选机型的角度看，控制系统可以分成单体控制小系统、慢过程大系统和快速控制大系统。 这些系统在 PLC 的选型上是有区别的。 单体控制的小系统：这种系统一般使用一台可编程序控制器就能 完成控制要求，控制对象常常是一台设备或多台设备中的一个功能。 如对原有系统的改造、完善或改进原有设备的某方面功能等等。 这种系统对可编程序控制器间的通信问题要求不高，甚至没有要求。 但有时功能要求全面，容量要求变化大，有些还要与原设备系统的其它机器连接。 对这类系统的机型选择要注意三种情况。 一是设备集中，设备的功率较小，如机床。 这时需选用局部式结构，低电压高密度输入输出模板。 二是设备分散，设备的功率较大，如料场设备。 这时需选用离散式结构，高电压低密度输入输出模板。 三是有专门要求的设备，如飞剪。 这时输入输出容量 不是关键参数，更重要的是控制速度功能，选用高速计数功能模板。 慢过程大系统：对运行速度要求不高但设备间有连锁关系，设备距离远，控制动作多，如大型料场、高炉、码头、大型车站信号控制；也有的设备本身对运 13 行速度要求高，但是部分子系统要求并不高，如大型热连续轧钢厂、冷连续轧钢厂中的辅助生产机组和供油系统、供风系统等。 对这一类型对象，一般不选用大型机，因为它编程、调试都不方便，一旦发生故障，影响面也大。 一般都采用多台中小机型和低速网相连接。 由于现代生产的控制器多为插件式模板结构，它的价格是随输入输出板数和智能模板数的 多少决定的。 同一种机型输入输出点数少，则价格便宜，反之则贵。 所以一般使用网络相连后就不必要选大型机。 这样选用每一台中小型可编程序控制器控制一台单体设备，功能简化，程序好编，调试容易，运行中一旦发生故障影响面小，且容易查找。 例如东北建筑设计院和东北大学为鞍山市小型砌块厂和鞍钢矿碴厂设计的砌块自动生产线就是采取这种结构进行控制的。 其中成型机、升板机、降板机、排块机、码垛机、大车、小车每个部分都是采用了一台小型 PLC 控制。 在这个系统中每个生产设备都由一台可编程序控制器完成控制任务，然后用网络把整个系统管理起来。 这 种结构，所用控制器的台数虽然多些，但程序编写省时，调试方便，故障影响面小。 从总体上看是合理的，可满足系统要求，价格也便宜。 快速控制大系统：随着可编程序控制器在工业领域应用的不断扩大，在中小型的快速系统中，可编程序控制器不仅仅完成逻辑控制和主令控制，它已逐步进入了设备控制级，如高速线材，中低速热连轧等速度控制系统。 在这样的系统中即使选用输入输出容量大、运行速度快、计算功能强的一台大型可编程序控制器也难以满足控制要求。 如用多台可编程序控制器，则有互相间信息交换与系统响应要求快的矛盾。 采用可靠的高速网能满足系统 信息快速交换的要求。 高速网一般价格都很贵，适用于有大量信息交换的系统。 对信息交换速度要求高，但交换的信息又不太多的系统，也可以采用可编程序控制器的输出端口与另一台可编程序控制器的输入端口硬件互联，通过输出输入直接传送信息，这样传送速度快而且可靠。 当然传送的信息不能太多，否则输入输出点占用太多。 B. 根据控制对象选择机型： 对控制对象要求进行估计，对确定机型十分重要。 根据控制对象要求的输入/输出点数的多少，可以估计出 PLC 的规模。 根据控制对象的特殊要求，可以估计出 PLC 的性能。 根据控制对象的操作规 则可以估计出控制程序所占内存的容 14 量。 有了这些初步估计，会使得机型选择的可行性更大了。 为了对控制对象进行粗估，首先要了解下列问题。 对输入 /输出点数的估计：为了正确地估计输入 /输出点数，需要了解下面问题 ： ，按参数等级分类统计。 ，按输出功率要求及其它参数分类统计。 /输入，按点数进行粗估。 对 PLC 性能要求的估计：为了正确地估计 PLC 性能要求，需要了解下面问题 : ，如高速计数器等。 应速度有何要求。 在此基础上选择控制器时尚需注意两个问题。 其一是 PLC 可带 I/O 点数。 有的手册或产品目录单上给出的最大输入点数或最大输出点数，常意味着只插输入模块或只插输出模块的容量，即实际给出的是输入输出容量之和，有时也称为扫描容量，需格外注意。 其二是 PLC 通讯距离和速度。 手册上给出的覆盖距离，有时叫最大距离，包括远程 I/O 板在内达到的距离。 但远程 I/O 板的 I/O 反应速度大大下降，一般为 波特率。 对所需内存容量的估计：用户程序所需内存与下列因素有关。 入输出点数的估计。 程序中的各条指令最后都是以机器语言的形式存放在内存中。 控制系统中输入输出点数和存放该系统用户机器语言与所占用的内存数字之比称为内存利用率。 内存利用率与编程水平有关。 内存利用率的提高会使同样程序减少内存容量，从而降低内存投资、缩短周期时间、从而提高系统的响应时间。 从上面内容的综合可以选择出合适的机型。 当然，最后还要校验一下所用电源的容量。 在校验电源容量时，要注意 PLC系统所需电流一定要在电源限定电流之内。 如果满足不了这个条件，解 决的办法只能有三个。 其一是更换电源。 其二是调整 I/0 模块。 其三是更换 PLC 系统。 15 在机型选定之后就要确定接口设备。 PLC 的接口设备的选择如何，对控制系统的功能至关重要。 (2) 选择接口设备 目前 PLC 的产品很多，在选择机型和接口设备时要注意选择质量好，控制可靠的产品。 这里所说的接口设备包含两类。 一类是 PLC 自身的 I/O 模块、功能模块，一类是和接口模块相连的外部设备。 对于 PLC 自身的模块的选择主要注意两个问题。 一是和 PLC 能否很好块对接。 这一点请注意模块的型 号、规格要配套。 最好类型、型号一致。 这样才能使对 接的方便、可靠、 稳定。 二是这些模块能和外部设备对接。 这就考虑到模块和外部设备要匹配，要性能匹配、速度匹配、电平匹配。 不仅要注意它们稳态特性，也要注意它们的动态特性。 在系统的硬件选定之后，主要的问题是程序设计。 为了能够便于程序设计，便于日常维护，合理地分配输入 /输出点、恰当地对输入 /输出点进行命名、完整地编制输入输出变量表是必要的。 (3) 分配输入输出点 机型选好之后，系统设计人员需慎重考虑输入输出定义问题。 所谓输入输出定义是指整体输入输出点的分布和每个输入输出点的名称定义，它们会给程序编制、系统调试和文本打印等带来很多方便。 可编程控制器 1969 年， 在美国出现第一台可编程序逻辑控制器（ Programmable Logic Controller－ PLC）以来，经过 30 多年的发展，现在已经成为一种最重要、高可靠性、应用场合最多的工业控制微型计算机。 它应用大规模集成电路、微型机技术和通信技术的发展成果，逐步形成具有多种优点和微型、小型、中型、大型、超大 型等各种规格的 PLC 系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多过程控制领域。 可编程序控制器已和数控技术及工业机器人并列为工业自动化的三大支柱。 初期的 PLC 只是用于逻辑控制场合，代替继电器控制系统。 随着微电子技术 16 的发展， PLC 以微处理器为核心，适用于开关量、模拟量和数字量的控制，它已进入过程控制和位置控制等场合的控制领域。 目前，可编程序控制器既保留了原来可编程序逻辑控制器的所有优点，又吸收和发展了其他控制装置的优点，包括计算机控制系统、过程仪表控制系统、集散系统、分散系统等。 在许多场合，可编程序 控制器可以构成各种综合控制系统，列如构成逻辑控制系统、过程控制系统、数据采集和控制系统、图形工作站等等。 可编程控制器的特点 （ 1） 可靠性高。 可 靠性是用户选用的首位依据，因此，每个 PLC 生产厂都将可靠性作为第一指标而加以研制，以单片机为核心，在硬件和软件上采取大量的抗干扰措施，使 PLC 的平均无故障时间达到 30 万小时以上，使用寿命更长。 （ 2） 控制功能强。 PLC 具有逻辑判断 、计数、定时、步进、跳转、移位、记忆、四则运算和数据传送等功能， 可以实现顺序控制、逻辑控制、位置控制和过程控制等。 （ 3） 编程 方便，易于使用。 PLC 采用与继电器电路相似的梯形图编程，比较直观，易懂易编，深受电气技术人员和电工的欢迎，容易推广应用。 PLC 可取代原继电器控制系统，有利于对老设备的技术改造。 （ 4）使用于恶劣的工业环境，抗干扰能力强。 （ 5）具有各种接口，与外部设备连接非常方便。 （ 6）采用积木式结构或模块式结构，具有较大的灵活性和可扩展性，扩展灵活方便。 （ 7）维修方便。 PLC 上有 I/O 指示灯（ LED），哪个 I/O 元件有故障，一目了然。 （ 8）可根据生产工艺要求或运行情况，随时对程序进行在线修改，不用更改硬接线，灵 活性大，适应性强。 可编程控制器的工作原理 17 图 7 PLC 是一种微机控制系统，其工作原理也与微机相同，但在应用时，可不必用计算机的概念去做深入的了解，只需将它看成是由普通的继电器、定时器、计数器、移位器等组成的装置， 从而把 PLC 等效成输入、输出和内部控制电路。 西门子 S7200PLC 功能介绍 S7200 系列 PLC 是 SIEMENS 公司新推出的一种小型 PLC。 它以紧凑的结构、良好的扩展性、强大的指令功能、低廉的价格，已经成为当代各种小型控制工程的理想控制器。 S7200 PLC 包含了一个单独的 S7200 CPU 和各种可选择的扩展模块，可以十分方便地组成不同规模的控制器。 其控制规模可以从几点上到几百点。 S7200 PLC 可以方便地组成 PLCPLC 网络和微机 PLC 网络，从而完成规模更大的工程。 S7200的编程软件 STEP7Micro/WIN32可以方便地在 Windows环境下对 PLC编程、调试、监控，使得 PLC 的编程更加方便、快捷。 可以说， S7200 可以完美地满足各种小规模控制系统的要求。 S7200 有四种 CPU，其性能差异很大。 这些性能直接影响到 PLC 的控制规模和 PLC 系统的配置。 S7200 的技术指标 目前 S7200 系列 PLC 主要有 CPU22 CPU22 CPU224 和 CPU226 四种。 档次最低的是 CPU221，其数字量输入点数有 6 点，数字量输出点数有 4 点，是控制规模最小的PLC。 档次最高的应属 CPU226，CPU226 集成了 24 点输入／ 16点输出，共有 40 个数字量 I/O。 可连接７个扩展模块，最大扩展至 248 点数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O。 S7200 系列 PLC 四种 CPU 的外部结构大体相同，见图 7。 状态指示灯 LED 显示 CPU 所处的工作状态指示。 18 存储卡 接口可以插 入存储卡。 通讯接口可以连接 RS485 总线的通讯电缆。 顶部端子盖下边为输出端子和 PLC 供电电源端子。 输出端子的运行状态可以由顶部端子盖下方一排指示灯显示， ON 状态对应的指示灯亮。 底部端子盖下边为输入端子和传感器电源端子。 输入端子的运行状态可以由底部端子盖上方一排指示灯显示， ON 状态对应的指示灯亮。 前盖下面有运行、停止开关和接口摸块插座。 将开关拨向停止位置时，可编程序控制器处于停止状态，此时可以对其编写程序。 将开关拨向运行位置时，可编程序控制器处于运行状态，此时不能对其编写程序。 将开关拨向监控状 态，可以运行程序，同时还可以监视程序运行的状态。 接口插座用于连接扩展模块实现I/O 扩展。 CPU224 的技术指标 CPU224 本机集成了 14 点输入／ 10 点输出，共有 24 个数字量 I/O。 它可连接 7 扩展模块，最大扩展至 168 点数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点。 CPU224有 13K字节程序和数据存贮空间， 6个独立的 30KHｚ高速计数器， 2路独立的 20KHｚ高速脉冲输出，具有 PID 控制器。 CPU224 配有 1 个 RS485 通讯／编程口，具有 PPI 通讯、 MPI 通讯和自由方式通讯能力，是具有较强控制能力的 小型控制器。 (1)CPU224 的技术指标 外形尺寸： *80*62mm 存储器： 程序存储器 4096 字 用户数据存储器 2560 字 存储器类型 EEPROM 存储卡 EEPROM 数据后备（超级电容） 190 小时 编程语言 LAD， FBD 和 STL 程序组织 一个组织块（可以包含子程序和中断程序） 系统 I/O： 本机 I/O 14 入／ 10 出 扩展模块数量 7 个模块 19 数字量 I/O 映像区 256（ 128 入／ 128 出） 数字量 I/O 物理区 168（ 94／ 74） 模拟量 I/O 映像区 32 入／ 32 出 模拟量 I/O 物理区 35（ 28／ 7）或 14 出 附加功能：。