风缸水压气压试验系统的毕业设计.doc

风缸水压气压试验系统的毕业设计 目 录 第 1 章 绪 论 1 1 1 项目的背景 1 1 2 课题的研究意义 应用前景 1 1 3 本文的主要研究工作 2 第 2 章 系统的组成及工作原理 4 2 1 机械系统 4 2 1 1 测试台主体 4 2 1 2 控制机柜 5 2 1 3 供水与供风装置 7 2 2 控制系统 7 2 2 1 气动液压控制系统 7 2 2 2 电气控制系统 9 2 2 3 软件系统 11 第 3 章 PLC 程序设计 12 3 1 PLC 简介 12 3 1 1 PLC 的概述 12 3 1 2 PLC 的特点 12 3 1 3 可编程序控制器的基本结构 13 3 1 4 PLC 的工作原理 14 3 1 5 PLC 编程语言 15 3 1 6 西门子 S7 200 系列 PLC 16 3 2 PLC 的输入 输出 16 3 3 PLC 控制单元的选型 18 3 4 PLC 程序 20 第 4 章 VB 程序设计 26 2 4 1 VB 简介 26 4 2 VISUAL BASIC的主要特点 26 4 3 上位机监控界面设计 27 4 4 监控软件关键程序 30 4 4 1 接收程序 30 4 4 2 数据解析程序 31 4 4 3 传感器参数设置 34 第 5 章 系统分析 36 5 1 RS 232 与 RS 485 串行通信 36 5 1 1 RS 232 与 RS 485 36 5 1 2 串行通信的信号定义与编码 39 5 1 3 工作模式 41 5 1 4 传输速度 42 5 1 5 串行通信端口的比较 43 5 2 实际运行中所遇到的问题 44 5 2 1 效率问题 44 5 2 2 衰减问题 44 5 2 3 温度的影响 45 5 2 4 型号区别 45 第 6 章 结 论 46 参考文献 47 致 谢 48 附录 A 系统电气原理图 49 3 风缸水压气压试验系统的设计 摘摘 要要 制动装置是铁路货车的重要组成部分 是铁路货物运输秩序和安全的重要保障 货 车制动装置检修的目的是恢复制动装置的性能 为满足铁路运输提速 重载的需要 保 证运用货车制动装置的技术状态 适应制动新材料 新技术 新工艺 新结构的发展 铁路货车制动装置及其零部件必须按 铁路货车制动装置检修规则 进行检测和试验 重要零部件须采用专用量具进行检测 逐步实现检测自动化 制动装置及重要零部件须 采用微控或数控设备进行检验 风缸作为铁路货车制动装置的一部分 其主要作用是被 用来为其他制动装置储风 风缸的性能直接影响着其他制动装置的制动功能 为此风缸 的各项性能指标都要经过严格的测试后 方能在铁路货车上安装使用 为了满足风缸的各项性能指标测试要求 本文在微控方面进行了研究 相应地设计 了一种以西门子 S7 200 系列 PLC 为核心的风缸水压气压试验系统 使用 VB6 0 编程软件 在 Windows 环境下实现了上位计算机与 PLC 的串行通信 并以专家控制方式对整个测试 过程进行实时监控 该设备可以用于 40L 50L 11L 17L 40L 11L 和 17L 11L 风缸新 造 检修后的水密性 气密性试验 也可兼顾其它风缸水密性 气密性试验 关键词关键词 风缸 串行通信 专家控制 VB PLC 4 Abstract brake apparatus are an important part of Railway truck and it s also important guarantee of railway cargo transport order Maintenance of the vehicle brakes purpose is to restore the performance of the braking system In order to meet the speed rail transport satisfy the need of the heavy burden ensure that the use of truck brakes state of technology to brake new materials new technologies new techniques and the development of the new structure Railway vehicle braking device and its components must be rail vehicle brakes overhaul rules for testing and testing The important components must to be used for measuring tool to testing and gradually achieve automatic detection Brakes and important parts to be used computer control or NC control equipment for testing Wind cylinder as the vehicle brakes as part of its main role is to be used for other brakes certificates wind Wind cylinder direct impact on the performance of the other brakes with brake function for the wind cylinder performance to go through stringent tests before being installed on the vehicle using the railway In order to meet the wind cylinder performance testing requirements In this paper micro controlled areas were studied Corresponding to design a Siemens S7 200 series PLC as the core of the wind cylinder hydraulic pressure test system VB6 0 use of software programming in the Windows environment to achieve the epistatic computer and PLC serial communications and experts to control the entire testing process real time monitoring The device can be used in 40 L 50L 11L 17L 40L 11L and 17 L 11L new wind cylinder the maintenance of watertight airtight test but also take into account other wind cylinder watertight airtight test KeyKey words words Wind cylinder serial communication expert control VB PLC 0 第 1 章 绪 论 1 1 项目的背景 制动装置是铁路货车的重要组成部分 是铁路货物运输秩序和安全的重要保障 货 车制动装置检修的目的是恢复制动装置的性能 为满足铁路运输提速 重载的需要 保 证运用货车制动装置的技术状态 适应制动新材料 新技术 新工艺 新结构的发展 铁路货车制动装置及其零部件必须按 铁路货车制动装置检修规则 进行检测和试验 重要零部件须采用专用量具进行检测 逐步实现检测自动化 制动装置及重要零部件须 采用微控或数控设备进行检验 风缸作为铁路货车制动装置的一部分 其主要作用是被 用来为其他制动装置储风 风缸的性能直接影响着其他制动装置的制动功能 为此风缸 的各项性能指标都要经过严格的测试后 方能在铁路货车上安装使用 储风缸是货车在制动过程中使用的压力容器 其组焊后须按TB T1900 1998 铁道 车辆用储风缸通用技术条件 规定的额定压力条件进行水压和风压试验 在规定的时间 内 检查储风缸是否泄漏 储风缸的风 水压试验过程 多种规格的储风缸进行密封 水和风的顺序输 入及输出 观察水或风达到压力值后等待保压时间 翻转储风缸检查泄漏 补 焊后的重复试验操作 水污染的清理 繁杂的操作过程严重影响了储风缸的生产效率 和质量 根据 铁路货车制动装置检修规则 规定 储风缸的试验条件 1 2 为 储风缸须进 行 900kPa 的水压试验 保压 3min 不得漏泄 不得产生永久变形 漏泄时焊修或更换 储风缸焊修后 须重新进行水压试验 水压试验后须清除缸体内积水 双室风缸在水压 试验前须对各气室分别以 650 700kPa 的风压进行试验 内部串通时更换 1 2 课题的研究意义 应用前景 为了满足风缸的各项性能指标测试要求 本文在微控方面进行了研究 相应地设计 了一种以西门子S7 200系列 PLC为核心的风缸水压气压试验系统 使用VB6 0编程软件 在Windows环境下实现了上位计算机与PLC的串行通信 并以专家控制方式对整个测试过 程进行实时监控 该设备可以用于40L 50L 11L 17L 40L 11L和17L 11L风缸新造 检修后的水密性 气密性试验 也可兼顾其它风缸水密性 气密性试验 该课题的研究意义主要有以下几点 1 1 该系统的研制 符合 铁路货车制动装置检修规则 的规定 满足了市储风 缸的性能的试验工艺要求 保障了铁路货车制动装置的安全 2 该系统对储风缸的检测过程主要通过微机控制完成 自动化程度高 可避免 人为因素的干扰 保证了储风缸检测过程数据的准确性 3 该系统在结构设计上采用4工位设计 可同时检测4个不同型号的储风缸 检 测精度高 效率高 一机可以多用 提高了企业整体生产效率和产品质量 增强了企业的竞争能力 1 3 本文的主要研究工作 本文对风缸水压气压试验系统的机械结构 工作方式 工艺流程进行了分析研究 参阅大量关于风缸水密性 气密性的试验资料 针对铁路货车制动装置检修规则和风缸 现场检测工艺 设计了该试验系统的研控制方案 按照控制方案进行了硬件系统控制方 案统的构建 软件系统的设计 现场实际安装调试 编写了全部的VB程序和PLC程序 实 现风缸的水密性 气密性试验 本文所作的工作 1 研究的内容 1 风缸水压气压试验系统的总体方案设计 2 选择合适的控制元件 3 完成风缸水压气压试验系统的电气设计 4 风缸水密性 气密性试验工艺设计 5 设计风缸水压气压试验系统的监控界面 6 编制风缸水压气压试验系统的 PLC 程序 7 完成上位计算机与下位 PLC 控制器的串行通信 8 实现风缸水压气压试验系统控制的自动化 9 建立专家控制知识库 10 完成风缸水压气压试验系统的机械设计 2 实验方法 1 收集关于外圆磨床数控成型各种相关资料 对资料进行学习 2 对 VB 编程软件进行学习 2 3 对 PLC 系统的编程和操作进行学习 4 学习上位计算机与下位 PLC 控制器的串行通信 5 对风缸的水密性 气密性试验要求进行学习研究 6 现场对风缸水压气压试验系统进行安装调试 7 绘制风缸水压气压试验系统的相关图纸 3 第 2 章 系统的组成及工作原理 风缸水压气压试验系统为满足铁路货车各种型号的储风缸的试验要求 系统在设计 上主要由机械系统 3 4 5 和控制系统组成 其整体结构示意图如图2 1所示 显示器 键盘 鼠标 工控计算机 打印机 通讯线 连接线 UPS 夹紧气缸 待测气缸 循环水箱 气缸支架 夹紧爪 控制电气在控制柜背面 气缸支架滑轨 图 2 1 风缸水压气压试验系统整体结构图 2 1 机械系统 2 1 1 测试台主体 风缸水压气压试验系统在机械结构上采用一拖二结构 1个电气控制柜 2个试验台 每个试验台可同时试验两个风缸 共计四个工位 单个试验台由夹紧装置 风缸支架和 循环水箱组成 如图2 2所示 1 夹紧装置 风缸水压气压试验系统的夹紧装置由夹紧爪 气缸和摇架组成 夹紧装置主要用于 对待侧气缸的夹紧固定 防止在试验过程中晃动 夹紧爪用来固定气缸 为防止划伤风 缸 夹紧爪表面带有10mm厚的胶皮垫 气缸用来向下和向下推动夹紧爪 气缸的推力需 大于气缸晃动的力 摇架用于固定气缸 为方便风缸上下货的操作 摇架分为两段 由 滑动轴承连接 2 风缸支架 风缸水压气压试验系统的风缸支架由气缸支架和气缸支架滑轨组成 风缸支架主要 用来支撑待测风缸 以及配合夹紧装置固定风缸 气缸支架用来支撑待测风缸 每个工 4 位上由两个支架构成 其中一个为固定支架 另一为活动支架 这是为了适应不同规格 的风缸设计的 每个U型支架装有2个尼纶滑轮 可方便风缸翻 便于测试过程中的排水 气缸支架滑轨用作活动支架的滑轨 3 循环水箱 循环水箱为不锈钢材料的储水箱 主要用来储存风缸测试过程中所用到的水 为节 约水资源 系统在注水过程设计上采用循环方式 1 3 6 4 2 5 1 夹紧气缸 2 夹紧爪 3 待测气缸 4 气缸支架 5 气缸支架滑轨 6 循环水箱 图2 2 单个试验台结构示意图 2 1 2 控制机柜 风缸水压气压试验系统的主控制部分都在控制机柜中安装 控制机柜安装有计算机 显示器 键盘 鼠标 工控计算机 打印机 通讯线 连接线 UPS等设备元件 控制电 气安装在控制柜背面 控制机柜的布置图如图2 3所示 夹紧装置 风缸支架 循环水箱 5 1 2 3 4 5 6 7 1 显示器 2 键盘 鼠标 3 工控计算机 4 打印机 5 通讯线 连接线 6 UPS 7 控制电气在控制柜背面 图 2 3 单个试验台结构示意图 1 显示器 显示器主要用于显示整个系统试验过程中的动态数据 能让操作者直观的看到系统 的各种相关信息和数据 是系统的终端输出设备 2 键盘 鼠标 键盘和鼠标主要用于对系统输入各种信息 如用户名 登录密码 储风缸型号 传 感器参数 查询数据等信息 是系统的终端输入设备 3 工控计算机 工控计算机主要用于接收下位机 PLC 发送的数据 通过对这些数据进行相关的解析 处理 完成各种逻辑判断和控制功能 并且制作有数据库功能 可对试验数据进行查询 参数设置 是整个系统的大脑 4 打印机 打印机主要用于对储风缸试验结果的报表输出 5 通讯线和连接线 通讯线采用的是 PC PPI 电缆 主要用于上位机计算机与下位机 PLC 的数据通讯信道 6 计算机端为 RS 232 端口 PLC 端为 RS 485 端口 通讯协议为自由通信端口协议 连接线 采用的是屏蔽线及其它多芯电缆 主要用于连接传感器和输入输出元件 6 UPS UPS 作为不间断电源 是由电池组 逆变器和其他电路组成 主要用于在系统断电时 提供交流电力的电源设备 7 控制电气 控制电气是组成系统控制电路的不可缺少的电气元件 主要完成输入输出信号 电 流电压保护 继电器保护 拖动控制等功能 2 1 3 供水与供风装置 储风缸需要作水密性 气密性试验 在水密性试验中需要向储风缸中注入水 在气 密性试验中需要向储风缸中注入气 所以在两种试验中都需要提供供水装置和供风装置 来配合试验 1 供水装置 风缸水压气压试验系统的供水装置由温控水箱 恒压水泵及电控系统等组成 温控 水箱由双层不锈钢板焊成 内有电加热器 通过恒温装置自动调节水温 以免在高湿度 环境下 因试验水温低 储风缸表面结露而误判为漏水 为了保证管道和阀门不堵塞 水箱内设2层过滤网及挡水板 将水箱分成3段 以保证使用的循环水清洁 为节约能源 和便于控制 采用进口恒压变频水泵 来保证各台位所需的水量和水压 因储风缸泄漏 或蒸发 水箱水位降低 由软件根据水箱内水位开关信号自动控制补水 2 供风装置 供风装置由2个风源提供给0 6 m3储风包 风由储风包提供给各试验台位 采用进口 空压机 提供干净风源 以保证测试性能可靠 为使供气压力稳定 减少空压机启动次 数 车间内配有700kPa风源 风经过单向阀输入储风包 2 2 控制系统 2 2 1 气动液压控制系统 气动控制系统 6 7 中 每一工作台位有1个气缸 垂直布置于夹紧装置的摇架上方 气缸用来顶紧储风缸 为防止断电造成储风缸晃动 每只气缸的动作都处于常闭状态 分别由手动开关通过电磁阀来控制 液压控制系统中由1个注水泵和1个打压泵对储风缸 7 进行打压注水 先由注水泵对储风缸快速注水 当注满水时注水泵停止运行 转换成打 压泵对储风缸进行打压 打压至900kpa 停止打压 整个过程的压力通过压力传感器采 集压力信号 传输给PLC控制器的模拟量扩展块中 经过A D转换 再传输给上位机计算 机进行逻辑判断 把判断动作结果发送回PLC控制器中 注水泵 打压泵 风源等动作机 构做出相应动作 气动液压控制系统的原理图如图2 4所示 气动液压控制系统的结构图 如图2 5所示 图2 4 单工位气动液压控制系统的原理图 水水泵泵 1 10 0K Kp pa a 高高压压水水泵泵 9 90 00 0K Kp pa a P P 1 1位位 P P 2 2位位 P P 3 3位位 待待测测风风缸缸 P P 4 4位位 风风源源 6 60 00 0K Kp pa a 夹夹紧紧气气缸缸 P 5 P 6 P 7 排水软管 阀门 1 压缩空气 阀门 2 注水泵 阀门 3 打压泵 阀门 4 循环水箱 8 图2 5 单工位气动液压控制系统的结构图 2 2 2 电气控制系统 电气系统 8 9 包括 计算机 PLC 打压泵 注水泵 压力传感器 恒温水箱和各台 位的控制阀门等 其中各台位的控制阀门 打压泵 注水泵等为系统的被控对象 压力 阀门开关状态 输入输出端口等为系统的被测对象 系统根据设置可完成智能化运行 通过压力传感器采集储风缸的水压气压值 并将 信号传递给主控制器 PLC PLC 对所采集的信号进行 A D 转换 滤波 整流等处理 再与 上位监控机进行通信 把处理后的信号发送给上位监控机 监控机对下位机所发送的信 号进行判断 完成上位机试验系统的动态显示 数据记录 系统报警等动作 以及完成 对下位机被控对象的相应动作控制 实现对整个试验系统的监控 另外 管理员也可以 通过上位监控机直接对整个试验系统进行控制 以上所有的动作都是实时的 整个试验 系统的工作原理如图 2 6 所示 计算机PLC被控对象被测对象 传感器管理员 接收 发送信号控制动作产生作用 采集信号传递信号 控制 图2 6 系统工作原理框图 为了满足试验现场的多种控制要求 使系统更具人性化 整个试验系统采用 自动控 制 手动控制 两种种控制方式 自动控制方式是一种智能化控制方式 无人参与 整个试验过程都由上位机计算机完成 是以自动方式对储风缸进行试验 手动控制方式 是指有人参于的一种控制方式 通过控制按钮直接操作试验过程 是以手动方式对储风 缸进行试验 手动控制与自动控制具有互锁 系统只能在一种工作方式下运行 电气系统系统的工作流程如图2 7所示 系统在试验开始将先判断是否是自动运行 如果不是将转化成手动控制 如果是将进行储风缸是否夹紧判断 如果没有夹紧将提示 夹紧储风缸 如果储风缸是夹紧的将进行水密性试验 对储风缸水密性试验结果判断 如果不合格将继续试验 如果合格将进行气密性试验 对储风缸气密性试验结果判断 如果不合格将继续试验 如果合格将提示用户 进行下步操作 9 是 是 否 是 开始 是否自动 系统进入手动程序运行 否 风缸是否夹紧 提示夹紧风缸 否 是 进行水密性试验 水密性试验是否 合格 提示用户查漏或者重试 提示用户将风缸口朝下然后 夹紧风缸 进行气密性试验 气密性试验是否 合格 提示用户查漏或者重试 否 提示用户该风缸合格 并保 存检验结果 图2 7 电气系统系统的工作流程图 10 2 2 3 软件系统 风缸水压气压试验系统的软件系统主要由上位机计算机监控软件和下位机PLC程序组 成 上位机计算机监控软件由Visual Basic 6 0软件开发工具编制的 主要实现系统试 验过程的实时监控和专家控制功能 上位机可以通过这个监控软件完成上位机计算机与 下位机PLC之间的串行通信 试验过程动态显示 数据库管理 试验数据分析等功能 下 位机PLC控制器是整个系统的主控单元 在系统试验过程担负着一定的逻辑判断功能 对 于PLC的程序采用梯形图编程语言编制 用户程序主要由主程序 子程序和中断程序3部 分组成 主程序主要用于主要控制过程编程 子程序主要用于通信程序初始化 参数初 始化等 中断程序主要用于数据的接收和发送中断 11 第 3 章 PLC 程序设计 3 1 PLC 简介 3 1 1 PLC 的概述 PLC 10 11 是 60 年代末在美国首先出现 当时叫可编程逻辑控制器 PLC Programmable Logic Controller 目的是用来取代继电器 以执行逻辑判断 计 时 计数等顺序控制功能 PLC 的基本设计思想是把计算机功能完善 灵活 通用等优点 和继电器控制系统的简单易懂 操作方便 价格便宜等优点结合起来 控制器的硬件是 标准的 通用的 根据实际应用对象 将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储 器内 控制器和被控对象连接方便 随着半导体技术 尤其是微处理器和微型计算机技术的发展 到 70 年代中期以后 PLC 已广泛地使用微处理器作为中央处理器 输入输出模块和外围电路也都采用了中 大 规模甚至超大规模的集成电路 这时的 PLC 已不再是逻辑判断功能 还同时具有数据处 理 PID 调节和数据通信功能 可编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 它采用了可编程序的存储器 用来在其内部存储执行逻辑运算 顺序控制 定时 计算 和算术运算等操作的指令 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 PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物 它克服了继电接触 控制系统中机械触点的接线复杂 可靠性低 功耗高 通用性和灵活性差的缺点 充分 利用微处理器的优点 可编程序控制器对用户来说 是一种无触点设备 改变程序即可改变生产工艺 因 此可在初步设计阶段选用可编程控制器 在实施阶段再确定工艺过程 另一方面 从制 造生产可编程控制器的厂商角度看 在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控 制器 适合批量生产 由于这些特点 可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢 迎 并得到迅速的发展 目前 可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具 得到了 广泛的应用 3 1 2 PLC 的特点 1 编程方法简单易学 梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言 其电路符号和表达方式与继电 12 器电路原理图相似 梯形图语言简单形象直观 易学易懂 熟悉继电器电路图的电气技 术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言 并用来编制用户程序 2 功能强大 性价比高 一台小型可编程序控制器内有成百上千个可供用户使用的编程元件 有很强的功能 可以实现非常复杂的控制功能 与相同功能的继电器系统相比 具有很高的性能价格比 3 硬件配套齐全 用户使用方便 适应性强 可编程序控制器产品已经标准化 系列化 模块化 配备有品种齐全的各种硬件装 置供用户选择 用户能灵活方便地进行系统配置 组成不同功能 不同规模的系统 4 可靠性高 抗干扰能力强 可编程序控制器用软件代替大量的中间继电器和时间继电器 尽剩下与输入和输出 有关的少量硬件 减少因触点接触不良造成的故障 可编程序控制器还采取了一系列硬 件和软件抗干扰措施 具有很强的抗干扰能力 平均无故障时间达到数万小时 5 系统的设计 安装 调试工作量少 可编程序控制器用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器 时间继电 器 计数器等器件 使控制柜的设计 安装 接线工作量大大减少 6 维修工作量小 维护方便 可编程序控制器的故障率很低 具有完善的自诊断和显示功能 7 体积小 能耗低 小型可编程序控制器的体积仅相当于几个继电器的大小 可编程序控制器的配线比 继电器控制系统的配线少得多 故可以节省下大量的配件和附件 3 1 3 可编程序控制器的基本结构 可编程序控制器主要由 CPU 模块 输入模块 输出模块和编程装置组成 如图 3 1 所示 13 图 3 1 PLC 控制系统示意图 1 CPU 模块 在可编程序控制器控制系统中 CPU 相当于人的大脑 它不断地采集输入信号 执行 用户程序 刷新系统的输出 2 I O 模块 I O 模块实际上是 PLC 与被控对象间传递输入输出信号的接口部件 I O 模块有良好 的电隔离和滤波作用 接到 PLC 输入接口的输入器件是各种开关 按钮 传感器等 PLC 的各输出控制器件往往是电磁阀 接触器 继电器 而继电器有交流和直流型 高电压 型和低电压型 电压型和电流型 3 编程装置 编程装置是 PLC 的最重要外围设备 利用编程器将用户程序送入 PLC 的存储器 还 可以用编程器检查程序 修改程序 监视 PLC 的工作状态 除此以外 在个人计算机上 添加适当的硬件接口和软件包 即可用个人计算机对 PLC 编程 利用微机作为编程器 可以直接编制并显示梯形图 4 电源 可编程序控制器使用 220V 交流电源或 24V 直流电源 内部的开关电源为各模块提供 DC5V 12V 24V 等直流电源 小型可编程序控制器一般都可以为输入电路和外部的电 子传感器 如接近开关 提供 24V 直流电源 驱动可编程序控制器负载的直流电源一般 由用户提供 3 1 4 PLC 的工作原理 PLC 采用循环扫描的工作方式 在 PLC 中用户程序按先后顺序存放 CPU 从第一条指 令开始执行程序 直到遇到结束符后又返回第一条 如此周而复始不断循环 PLC 的扫描 过程分为内部处理 通信操作 程序输入处理 程序执行 程序输出几个阶段 全过程 扫描一次所需的时间称为扫描周期 当 PLC 处于停状态时 只进行内部处理和通信操作 14 服务等内容 在 PLC 处于运行状态时 从内部处理 通信操作 程序输入 程序执行 程序输出 一直循环扫描工作 1 输入处理 输入处理也叫输入采样 在此阶段 顺序读入所有输入端子的通端状态 并将读入 的信息存入内存中所对应的映象寄存器 在此输入映象寄存器被刷新 接着进入程序执 行阶段 在程序执行时 输入映象寄存器与外界隔离 即使输入信号发生变化 其映象 寄存器的内容也不会发生变化 只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息 2 程序执行 根据 PLC 梯形图程序扫描原则 按先左后右先上后下的步序 逐句扫描 执行程序 遇到程序跳转指令 根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址 从用户程序涉及到 输入输出状态时 PLC 从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态 从输 出映象寄存器读出对应映象寄存器 根据用户程序进行逻辑运算 存入有关器件寄存器 中 对每个器件来说 器件映象寄存器中所寄存的内容 会随着程序执行过程而变化 3 输出处理 程序执行完毕后 将输出映象寄存器 即器件映象寄存器中的 Y 寄存器的状态 在 输出处理阶段转存到输出锁存器 通过隔离电路 驱动功率放大电路 使输出端子向外 界输出控制信号 驱动外部负载 3 1 5 PLC 编程语言 1 顺序功能图 SFC 顺序功能图是一种位于其它程语言之上的图形语言 它提供了一种组织程序的图形 方法 在顺序功能图中可以用别的语言嵌套编程 2 梯形图 LAD 梯形图沿袭了继电器控制电路的形式 它是在电器控制系统中常用的继电器 接触 器逻辑控制基础上简化了符号演变来的 形象 直观 实用 3 功能块图 FBD 功能块图是一种类似于数字逻辑门电路的编程语言 有数字电路基础的人很容易掌 握 该编程语言用类似与门 或门的方框来表示逻辑运算关系 4 语句表 STL 15 指令语句表示一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式 但比汇编语言易懂 易学 一条指令语句是由步序 指令语和作用器件编号三部分组成 5 结构文本 ST 结构文本是为 IECii31 3 标准创建的一种专用的高级编程语言 与梯形图相比 它能 实现复杂的数学运算 编写的程序非常简洁和紧凑 3 1 6 西门子 S7 200 系列 PLC 西门子S7 200系列是一种可编程序逻辑控制器 它能够控制各种设备以满足自动化 控制需求 西门子S7 200的用户程序中包括了位逻辑 计数器 定时器 复杂数学运算 以及与其它智能模块通讯等指令内容 从而使它能够监视输入状态 改变输出状态以达 到控制目的 紧凑的结构 灵活的配置和强大的指令集使S7 200成为各种控制应用的理 想解决方案 西门子 S7 200 可编程序控制器工作可靠 功能强 存储容量大 编程方便 输出端 可直接驱动 2A 的继电器或接触器的线圈 抗干扰能力强 因此 能够满足电梯对电气控 制系统的要求 西门子 S7 200 系列小型 PLC 可应用于各种自动化系统 紧凑的结构 低 廉的成本 功能强大的指令集 使得 S7 200 PLC 成为各种小型控制任务理想的解决方案 STEP7 Micro WIN 32 是 S7 200 系列的 PLC 的编程软件 可以对 S7 200 的所有功能进行 编程 该软件在 Windows 平台上运行 其基本功能是协助用户完成应用软件任务 西门 子 S7 200PLC 物理结构如图 3 2 所示 图3 2 西门子S7 200PLC 16 3 2 PLC 的输入 输出 风缸水压气压试验系统根据控制要求 输入量共有 28 个 其中 24 个数字输入量 4 个模拟输入量 输出量共有 20 个 PLC 主要输入输出点如表 3 1 和表 3 2 所示 表 3 1 PLC 主要输入点 序号输入点编号注 释 1I0 0 手动启动 1 工作台排水排气阀 2I0 1 手动启动 1 工作台充气阀 3I0 2 手动启动 1 工作台注水阀 4I0 3 手动启动 1 工作台高压注水阀 5I0 4 手动启动 2 工作台排水排气阀 6I0 5 手动启动 2 工作台充气阀 7I0 6 手动启动 2 工作台注水阀 8I0 7 手动启动 2 工作台高压注水阀 9I1 0 手动启动 3 工作台排水排气阀 10I1 1 手动启动 3 工作台充气阀 11I1 2 手动启动 3 工作台注水阀 12I1 3 手动启动 3 工作台高压注水阀 13I1 4 手动启动 4 工作台泄压阀 14I1 5 手动启动 4 工作台充气阀 15I1 6 手动启动 4 工作台注水阀 16I1 7 手动启动 4 工作台高压注水阀 17I2 0 1 工作台手动 自动工作信号 18I2 1 2 工作台手动 自动工作信号 19I2 2 3 工作台手动 自动工作信号 20I2 3 4 工作台手动 自动工作信号 21I2 4 手动启动 1 2 工作台高压注水泵 22I2 5 手动启动 1 2 工作台注水泵 23I2 6 手动启动 3 4 工作台高压注水泵 24I2 7 手动启动 3 4 工作台注水泵 25AIW0 1 工作台压力传感器输入信号 26AIW2 2 工作台压力传感器输入信号 27AIW4 3 工作台压力传感器输入信号 28AIW6 4 工作台压力传感器输入信号 表 4 2 PLC 主要输出点 序号输出点编号注 释 1Q0 0 1 工作台排水排气阀 17 2Q0 1 1 工作台充气阀 3Q0 2 1 工作台注水阀 4Q0 3 1 工作台高压注水阀 5Q0 4 2 工作台排水排气阀 6Q0 5 2 工作台充气阀 7Q0 6 2 工作台注水阀 8Q0 7 2 工作台高压注水阀 9Q1 0 1 2 工作台高压注水泵 10Q1 1 1 2 工作台注水泵 11Q1 2 3 4 工作台高压注水泵 12Q1 3 3 4 工作台注水泵 13Q2 0 3 工作台排水排气阀 14Q2 1 3 工作台充气阀 15Q2 2 3 工作台注水阀 16Q2 3 3 工作台高压注水阀 17Q2 4 4 工作台排水排气阀 18Q2 5 4 工作台充气阀 19Q2 6 4 工作台注水阀 20Q2 7 4 工作台高压注水阀 3 3 PLC 控制单元的选型 根据系统输入输出变量个数 系统将选择1个S7 226 PLC 1个EM231热电偶模块 1 个EM222数字量输出模块 1 S7 226 PLC S7 226 PLC如图3 3所示 18 图3 3 S7 226 PLC CPU 226集成24 输入 16 输出共40 个数字量I O 点 可连接7 个扩展模块 最大扩 展至248 路数字量I O 点或35 路模拟量I O 点 26K 字节程序和数据存储空间 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 2 个RS485 通讯 编程口 具有PPI 通讯协议 MPI 通讯协议和自由方式通讯能力 I O 端子排可很 容易地整体拆卸 用于较高要求的控制系统 具有更多的输入 输出点 更强的模块扩展 能力 更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能 可完全适应于一些4 复杂的中 小型控制系统 所选型号为 CPU 226 AC DC RLY 2 EM231热电偶模块 EM231热电偶模块主要用于给系统提供4路模拟量输入 EM231热电偶模块提供一个方 便的 隔离的接口 用于七种热电偶类型 J K E N S T 和R型 它允许S7 200 CN 连接微小的模拟量信号 80mV 范围 用户必须用DIP 开关来选择热电偶的类型 断线检查 测量单位 冷端补偿和开路故障方向 所有连到模块上的热电偶必须是相同 类型 EM231热电偶模块如图3 4所示 所选型号为 EM 231 AI4 x 12Bit 图3 4 EM231热电偶模块 3 EM222数字量输出模块 EM222数字量输出模块具有8个输出点数 额定电压24 VDC 耐冲击电流 最大 30 A 主要用于扩充输出量 EM222数字量输出模块如图3 5所示 所选型号为 EM 222 8DQ RELAY 19 图3 5 EM222数字量输出模块 3 4 PLC 程序 系统中PLC程序 12 13 以梯形图形式编写 由于论文篇幅有限 将转换成语句表形式 在V4 0 STEP 7 MicroWIN SP3编程软件下梯形图与语句表可相互转换 MAIN主程序 Network 1 LD SM0 1 CALL SBR 0 Network 2 LD I0 0 MOVB 1 VB406 NOT MOVB 0 VB406 Network 3 LD I0 1 MOVB 1 VB407 NOT MOVB 0 VB407 Network 4 LD Q0 0 MOVB 1 VB408 NOT MOVB 0 VB408 Network 5 LD Q0 1 MOVB 1 VB409 NOT MOVB 0 VB409 Network 6 LD Q0 2 MOVB 1 VB410 NOT MOVB 0 VB410 调用子程序SBR 0 网络2至网络28执行 输入输出量装表操作 如果是激活状态 将把 字符 1 装入相应表的位 置中 反之 将装入字 符 0 Network 7 LD Q0 3 MOVB 1 VB411 NOT MOVB 0 VB411 Network 8 LD I0 2 MOVB 1 VB416 NOT MOVB 0 VB416 Network 9 LD I0 3 MOVB 1 VB417 NOT MOVB 0 VB417 Network 10 LD Q0 4 MOVB 1 VB418 NOT MOVB 0 VB418 Network 11 LD Q0 5 MOVB 1 VB419 NOT MOVB 0 VB419 20 Network 12 LD Q0 6 MOVB 1 VB420 NOT MOVB 0 VB420 Network 13 LD Q0 7 MOVB 1 VB421 NOT MOVB 0 VB421 Network 14 LD I0 4 MOVB 1 VB426 NOT MOVB 0 VB426 Network 15 LD I0 5 MOVB 1 VB427 NOT MOVB 0 VB427 Network 16 LD Q2 0 MOVB 1 VB428 NOT MOVB 0 VB428 Network 17 LD Q2 1 MOVB 1 VB429 NOT MOVB 0 VB429 Network 18 LD Q2 2 MOVB 1 VB430 NOT MOVB 0 VB430 Network 19 LD Q2 3 MOVB 1 VB431 NOT MOVB 0 VB431 Network 20 LD I0 6 MOVB 1 VB436 NOT MOVB 0 VB436 Network 21 LD I0 7 MOVB 1 VB437 NOT MOVB 0 VB437 Network 22 LD Q2 4 MOVB 1 VB438 NOT MOVB 0 VB438 Network 23 LD Q2 5 MOVB 1 VB439 NOT MOVB 0 VB439 Network 24 LD Q2 6 MOVB 1 VB440 NOT MOVB 0 VB440 Network 25 LD Q2 7 MOVB 1 VB441 NOT MOVB 0 VB441 Network 26 LD Q1 0 MOVB 1 VB442 NOT MOVB 0 VB442 Network 27 LD Q1 1 MOVB 1 VB443 NOT MOVB 0 VB443 Network 28 LD Q3 0 MOVB 1 VB444 NOT MOVB 0 VB444 Network 29 LD Q0 1 O Q0 5 Q1 0 Network 30 LD Q0 2 O Q0 6 Q1 1 Network 31 LD Q2 1 O Q2 5 Q3 0 Network 32 LD Q2 2 O Q2 6 Q3 1 Network 33 LD Q3 1 MOVB 1 VB445 NOT MOVB 0 VB445 PLC输出寄存器条件 设置 21 SBR 0 通讯初始化子程序 Network 1 LD SM0 0 MOVB 5 SMB30 MOVB 16 B0 SMB87 MOVB 16 0D SMB89 MOVW 5 SMW90 MOVB 100 SMB94 ATCH INT 0 23 ATCH INT 2 9 MOVB 6 VB100 MOVD 1234 VD102 MOVB 39 VB200 MOVB 16 1B VB201 MOVD 1234 VD202 MOVB 16 0D VB206 MOVB 10 SMB34 MOVD 0 MD0 ENI 始终连续扫描 1 初始化自由口 SM30 ppdbbbmm 16 05 0000 0101 选择无校验 pp 00 选择每个字符的数据位为 8 d 0 选择 19200 波特率 bbb 001 选择自由口模式为通信协议 2 初始化 RCV 信息控制字符 SM87 16 B0 1011 0000 RCV 使能 允许接收信息功能 en 1 忽略 SM88 忽略信息字符的开始 sc 0 使用 SM89 使用信息字符的结束 ec 1 检测信息 结束字符 使用 SM90 的值检测空闲状态 检测空闲线信息条件 3 设定信息结束字符为 16 0D SMB89 16 0D 4 设置空闲线超时时间为 5ms SMW90 5 5 设置最大字符数为 100 SMB94 100 6 连接中断 0 到接收结束事件 7 连接中断 2 到发送结束事件 8 允许用户中断 9 执行接收指令 接收缓冲区指向 VB100 始终连续扫描 10 设定信息起始字符为 16 1B VB201 16 1B 11 设置发送信息为 1234 VB202 1 VB203 2 VB204 3 VB205 4 12 设定信息结束字符为 16 0D VB206 16 0D INT 0 接收完成中断 Network 1 LDB SMB86 16 20 LPS MOVB 10 SMB34 ATCH INT 1 10 AB K VB301 AB C VB302 AB 0 VB303 S Q0 0 1 LRD AB G VB301 AB C VB302 AB 0 VB303 R Q0 0 1 LRD AB K VB301 AB Z VB302 AB 0 VB303 S Q0 1 1 LRD AB G VB301 AB Z VB302 AB 0 VB303 R Q0 1 1 LRD AB K VB301 AB G VB302 AB 0 VB303 S Q0 2 1 LRD AB G VB301 AB G VB302 AB 0 VB303 R Q0 2 1 LRD AB K VB301 AB P VB302 AB 0 VB303 S Q0 3 1 LRD AB G VB301 AB P VB302 AB 0 VB303 R Q0 3 1 LPP NOT RCV VB300 0 22 Network 2 LDB SMB86 16 20 LPS MOVB 10 SMB34 ATCH INT 1 10 AB K VB301 AB C VB302 AB 1 VB303 S Q0 4 1 LRD AB G VB301 AB C VB302 AB 1 VB303 R Q0 4 1 LRD AB K VB301 AB Z VB302 AB 1 VB303 S Q0 5 1 LRD AB G VB301 AB Z VB302 AB 1 VB303 R Q0 5 1 LRD AB K VB301 AB G VB302 AB 1 VB303 S Q0 6 1 LRD AB G VB301 AB G VB302 AB 1 VB303 R Q0 6 1 LRD AB K VB301 AB P VB302 AB 1 VB303 S Q0 7 1 LRD AB G VB301 AB P VB302 AB 1 VB303 R Q0 7 1 LPP NOT RCV VB300 0 Network 3 LDB SMB86 16 20 LPS MOVB 10 SMB34 ATCH INT 1 10 AB K VB301 AB C VB302 AB 2 VB303 S Q2 0 1 LRD AB G VB301 AB C VB302 AB 2 VB303 R Q2 0 1 LRD AB K VB301 AB Z VB302 AB 2 VB303 S Q2 1 1 LRD AB G VB301 AB Z VB302 AB 2 VB303 R Q2 1 1 LRD AB K VB301 AB G VB302 AB 2 VB303