毕业设计16PLC控制系统设计—多级皮带传输系统

第 i 页 PLC 控制系统设计 多级皮带传输 系统 摘要 本 论文设计了一个多级皮带传输系统，它多用于处于复杂地形的大型工业厂矿。 系统采用可编程控制器（ PLC）做下位机控制，上位机 则 采用 工业通用组态软件 “组态王” 设计 控制 界面，并最终完成上下位机的通信 以达到直观方便的控制效果 。 多级皮带传输系统凭借它自身的 特点和优势在现代工业中有着重要的作用和地位，最典型的应用就是我们常说的输煤系统。输煤系统的组成部分包括给煤机、皮带、破碎机、三通、卸料器等。我们采用 PLC对此系统进行顺序控制。 论文 首先介绍了皮带传输系统的应用概况和作 用；接着描述了系统的工艺要求； PLC的基本原理、发展形式和 西门子 S7 200PLC； 工业通用组态软件 “组态王” 的应用。本文重点在具体的叙述了 PLC各子程序的设计思想，并讲述了用组态王进行界面设计的步骤和方法。 关键词 ： PLC， 多级皮带传输系统， 组态王 第 ii 页 The Design of PLC Control SystemTransport System with Multi-level Belt Abstract The author of designs a transport system with multi-level belt which is often used in the large-scale factories or mines located in places with complex terrain. We use the programmable controller (PLC) to control this system as a lower computer, and use an industry general configuration software -“KINGVIEW” to design the interface as an upper computer. The transport system has very important functions and position depend on its characteristic and advantages. The coal transport system is the most typical application in industry nowadays. The coal transport include belts, smash machines, coal-supplied machines and so on. We use PLC to control the sequence of this system. The paper introduces the general situation of application and function of belt transport system, describes the technique requirement the system, PLC brief introduction and development conditions and takes SIMENTIC S7-200 as an example, introducing the method of communication between PLC and PC. The focus of the paper is a specific description of PLCs programs and how to use the KINGVIEW to design interface as an upper computer. Keywords： PLC， Transport system with multi-level belt， KINGVIEW 第 I 页 目录 1绪论 . 1 1.1 多级皮带传输系统的概况 . 1 1.2 多级皮带传输系统作用 . 1 2. 多级皮带传输系统 输煤系统的工艺流程 . 2 2.1 系统组成单元 . 2 2.2 系统的工艺要求 . 3 2.2.1启动前准备 . 3 2.2.2系统启动过程 . 3 2.2.3系统停止过程 . 5 2.2.4故障显示 . 5 2.2.5其他设备运行规则 . 6 3系统 PLC程序设计 . 7 3.1 可编程控制器 PLC简介 . 7 3.1.1 PLC的历史 . 7 3.1.2 PLC的结构 . 8 3.1.3 PLC的原理 . 9 3.1.4 PLC的特点 . 12 3.1.5 PLC的选型 . 13 3.1.7 SIMATIC S7-200简介 . 15 3.2 输煤系统程序设计 . 16 3.2.1 s7-200程序结构 . 16 3.2.2 PLC模块扩展 . 17 3.2.3 输煤系统的 I/O点分配 . 18 3.2.4 主 子程序设计 . 20 3.2.5 启动子程序设计 . 20 3.2.6 停止子程序设计 . 21 第 II 页 3.2.7 选择子程序设计 . 22 3.2.8 故障反应子程序设计 . 25 3.2.9 报警程序设计 . 27 4输煤系统设计组态界面部分 . 28 4.1 什么是组态 . 28 4.2 什么是组态软件 . 28 4.3 界面设计 . 29 4.3.1 建立画面 . 29 4.3.2 定义变量 . 31 4.3.3 动画连接 . 32 4.3.4 上下位机的通信 . 35 5. 系统调试与运行结果 . 37 6. 总结 . 38 参考文献 . 39 附录 . 40 致谢 . 58 第 1 页 1绪论 1.1 多级皮带传输系统 的概况 我的毕业设计的题目名称是 PLC控制多级皮带传输系统， PLC（ Programmable Controller）就是我们所熟知的可编程控制器，设计的题目规定了控制设备，那么什么是多级皮带传输系统呢？所谓的 多级皮带传输系统在现代工业中应用的最为广泛的例子就是我们常说的输煤系统。由于输煤系统所处的环境、地势往往比较复杂，把原料运往目的地的路途曲折漫长，用一两条传送带是不能达到要求的，所以我们多采用多级皮带来处理这样的问题，在路线的每个拐点处前后设置两条皮带，用特殊设备连接。这样就构成了题目中出现的多级皮带传输系统。 1.2 多级皮带传输系统作用 正 如上节介绍的，所谓多级皮带传输系统在现代工业中应用最广泛的就是输煤系统，那输煤系统的作用是怎样的呢 ？ 输煤系统在发电厂中起着举足轻重的作用，没有安全可靠的保证供煤，就不可能保障机、炉、电的稳定运行。在火力发电厂中，输煤皮带就是电厂生产的生命线，负担着全厂锅炉的 “ 粮食 ” 供给。输煤皮带一旦发生问题，轻则减负荷，重则可能造成全厂停运的重大事故。 根据输煤系统的特点，保证设备的可靠运行是关键，如果没有一个良好健康的设备状况，就谈不上安全与保障。一般来讲，输煤系统设备的结构特点是：皮带多、线路长、设备多、输配煤方式复杂。因此，对燃煤车间进行输煤设备上的 设计和改造 ，尤其是安装输煤监控系统，加装工业 组态界面的上位机 很有必要。该系统与输煤程控系统合为一体，可以提高输煤设备的稳定性，同时 大大减少职工的劳动强度。 第 2 页 2. 多级皮带传输系统 输煤系统的工艺流程 2.1 系统组成单元 本次 设计以三级皮带的输煤系统为例，设计一套带有 启动、停止、故障反应、报警等一系列功能的方案。系统各组成单元如下图系统示意图所示。 S 1 a S 1 bS 3 3 aS 2 3 bS 2 3 aS 5 bS 5 aS 3 1 bS 3 1 aS 2 1 bS 2 1 aS 3 2 aS 2 2 bS 2 2 aS 3 3 bS 3 2 bS 4 aS 4 b图 2.1 输煤系统示意图 系统各组成部分编号原则如下 : 1.给煤机 : S1 2.输煤皮带 : S2n（ 3#皮带 a侧 标号 为 S32a，依次类推） 3.三通分料器 : S3m （ 3#三通 a侧标号为 S33a，依次类推） 4.破碎机 : S4 第 3 页 5.犁式卸料机 : S5 2.2 系统的工艺要求 2.2.1 启动前准备 系统启动前应作以下测试 : (1)试灯 :在模拟屏上相对应于系统各个设备均装有指示灯，用于指示该设备的运行及故障状态。为了测试各指示灯的好坏，在模拟屏上有“试灯”按钮，当按下试灯按钮时，各部位指示灯应亮，若有不亮的灯应更换。 (2)试音 :当系统运行时，若有故障发生，应进行响铃报警，而当系统开始启动时，也应以“开工响铃”加以提示，设置试音按钮就是为了检测报警用铃以及开工响铃的好坏。故障报警在控制室，开工响铃则设在工作现场。 (3)系统回路测试 :系统的各 设备 有两个输入信号，“允许 PLC远程遥控”和“主回路带电”，当二者均为“ 1”时，表明该设备“可以由 PLC进行控制”。“系统回路测试”按钮的设置就是 用于 测试这两位是否正常。当按下回路测试按钮时，如果与某设备相应的指示灯不亮，则说明这两位均正常，该设备可以由 PLC控制；若指示灯呈 1 秒闪烁状态，说明“主回路带电”位不正常；若指示灯呈0.5秒闪烁状态，则说明“允许 PLC控制”位不正常；若按下回路测试按钮时，指示灯一直亮，则说明两个位均不正常。也就是说，按下回路测试按钮时，若相应于某设备的指示灯亮或闪烁，则该 设备不能由 PLC进行控制。 (4)A、 B系统选择 :系统启动前应进行 A、 B系统的选择，将开关拨至左侧为A系统，右侧为 B系统。值得注意的是：该开关的选择对系统的启动过程尤为重要，建议在启动过程中不要随意改变开关的位置，同时，如果将开关拨至中间位置时，系统将不能正常 启动 。 2.2.2 系统启动过程 在系统允许运行灯亮的前提下，将系统选择开关拨至 A 或 B，按动系统启动按钮，系统开始启动，启动过程如下 : 第 4 页 1、 开工响铃 :用于提示现场各部位操作人员，系统将要启动，响铃时间 15秒。 2、 预启动 :响铃过后还设有 5秒钟的等待时间 ，之后系统开始正常启动。 3、 按照 A、 B 系统的选择，从 3#皮带开始，间隔 5秒钟按下列顺序进行启动 (启动顺序 ): 3#皮带 2#皮带 破碎机 1#皮带给煤机 若启动过程无故障，当给煤机启动后 5秒钟，“系统运行”指示灯亮，表明系统启动过程已经结束，进入正常工作状态。此时通过各设备指示灯的显示，可以看出系统的工作“路径”。 若启动过程中有故障，分以下几种情况 :(以选择 A系统为例 ) (1)按启动顺序，从 3#皮带到 1#皮带，在启动时若 某段皮带 发生故障，除响铃报警外，其相 对 应的 B 系统 皮带 将自动启动，而在其之后的设备仍 按照原来的 A 系统进行启动。 若 B 系统皮带也出现故障，则系统立即停止，按下停止按钮和复位按钮后才能重新启动。 (2)系统其它设备 (三通分料器 )的工作状态也将影响到系统的启动过程，例如三通分料器本应打向 A 侧，但却没有到位，如果有类似的情况发生时，系统正常的启动过程将无法继续。这些情况如下所示： 在启动 2#皮带时若为 S22a运行， 同时， 在此之前 3#皮带为 S23a运行，则S33a必须为 左 侧到位，若 3#皮带为 S23b运行，则 S33a必须为 右 侧到位。同理，在启动 2#皮带时若为 S22b运行，而在此之前 3#皮带为 S23a运行 ，则 S33b必须为 左 侧到位，若 3#皮带为 S23b运行，则 S33b必须为 右 侧到位。如果以上条件均不满足，则在此之后的 破碎机 S4将不能启动。 在启动 1#皮带时若为 S21a运行，并且在此之前 2#皮带为 S22a运行，则三通分料器 S32a必须为 左 侧到位；若 2#皮带为 S22b运行，则三通 S32a必须为 右侧到位。同理，在启动 1#皮带时若为 S21b运行，并且在此之前 2#皮带为 S22a运行，则 S32b必须为 左 侧到位；若此前 2#皮带为 S22b运行，则 S32b 必须为 右侧到位。如果以上条件均不满足，则在此之后的 给煤机 将不能启动。 第 5 页 在启动 给煤机 时若为 S1a运行，并且在此之前 1#皮带为 S21a运行，则三通分料器 S31a必须为 左 侧到位；若 1#皮带为 S21b运行，则三通 S31a必须为 右 侧到位。同理，在启动 给煤机 时若为 S1b运行，并且在此之前 1#皮带为 S21a运行，则 S31b必须为 左 侧到位；若此前 1#皮带为 S21b运行，则 S31b必须为 右 侧到位。如果以上条件均不满足，则 系统不能正常启动。 2.2.3 系统停止过程 按动系统停止按钮，系统开始停止，停止顺序如下 : 给煤机 1#皮带 破碎机 2#皮带 3#皮带 由于各皮带长度不一，所以停止过程中的间 隔时间也不一样，皮带越长，其相应的停止时间越长。 停止过程也可以通过指示灯来指示。如果停止过程正常，则在工作路径上被点亮的指示灯将按停止顺序依次灭掉；如果停止过程中某设备不能正常关闭(即超过停止时间而指示灯一直亮 )，则其后的设备也不能正常关闭，此时应进行强行关闭 (抽掉此设备的配电箱或者切断其主回路电源 )，该设备关闭之后其后的设备仍可继续按照正常的顺序停止。 2.2.4 故障显示 系统启动和系统运行时，若发生故障，除响铃报警外，其相应的指示灯也呈闪烁状态，以指示故障设备或部位，给操作人员进行检修提供依据。 (1)启动过程的故障显示 启动过程中有故障发生，则响铃报警，按“消音”按钮，可消除铃声，此时故障设备的指示灯将呈闪烁状态， 故障 确认 后 按“复位”按钮，闪烁状态消失。 需要说明的是 :在启动过程中有故障发生时，启动过程仍然有可能继续进行，除非故障设备的备用系统也不能正常工作，这时应按动停止按钮，停止启动过程，待故障排除后重新启动。 (2)系统运行过程中的故障 第 6 页 系统运行过程中的故障是指在运行过程中工作路径上的某一设备发生断电或停止运行的现象。对这种现象的处理方法是 : 按照停止顺序的前后，在其前的设备立即停止，其后的设备 仍然照常运行一段时间后 ，才按照停止顺序依次停止。如果故障很快被处理，则可直接按动启动按钮 (不用按动停止按钮 )，系统将从发生故障后停止的设备处按照启动顺序重新启动。 此外，系统还设置了“急停按钮”，以防有重大事故发生时，对系统所有设备的紧急停止。 2.2.5.其他设备运行规则 (1)三通分料器 : 系统通电后 所有的三通分料器均按照其默认状态动作 ， 即 A 系统的三通分料器打向 A侧， B系统的三通分料器则打向 B侧。 系统启动和运行时， A系统的三通，只有位于其前的 设备 (按启动顺序 )发生故障并切换到 B 系统，并且其后的 设备 仍为 A 系统时，才打向 B 侧，否则状态不变；而 B 系统的三通，只有位于其前的皮带发生故障并切换到 A 系统，并且其后的皮带仍为 B 系统时，才打向 A侧，否则状态不变。 系统停止运行后，所有的三通均恢复至通电后的状态 ，即恢复到其默认状态 。 (2)犁式卸料机 : 系统通电后，所有的犁式卸料机自动抬起 (默认状态 )。系统工作后，所有的犁式卸料机只有满足下放条件时才下放，否则均处于抬起状态。 第 7 页 3系统 PLC 程序设计 3.1 可编程控制器 PLC 简介 3.1.1 PLC 的历史 可编程控制器（ Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ Programmable Logic Controller），简称 PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 PC。但是为了避免与个人计算机（ Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称 PLC。 PLC的由来 :在 60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车 的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在 1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即： (1)编程方便，现场可修改程序； (2)维修方便，采用模块化结构； (3)可靠性高于继电器控制装置； (4)体积小于继电器控制装置； (5)数据可直接送入管理计算机； (6)成本可与继电器控制装 置竞争； (7)输入可以是交流 115V； (8)输出为交流 115V， 2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等； 第 8 页 (9)在扩展时，原系统只要很小变更； 10、用户程序存储器容量至少能扩展到4K。 1969年，美国数字设备公司（ DEC）研制出第一台 PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到 1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现， 也受到了世界其他国家的高度重视。 1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台 PLC。 1973年，西欧国家也研制出它们的第一台 PLC。我国从 1974年开始研制。于 1977年开始工业应用。 2 3.1.2 PLC 的结构 PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图所示： 编 程 器中 央 处 理 单 元（ C P U ）输出电路输入电路系 统 程 序 存 储 器 电 源图 3.1 PLC 的结构示意图 1、中央处理单元 (CPU) 中央处理单元 (CPU)是 PLC的控制中枢。它按照 PLC系统程 序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、 I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当 PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O映象区，然 第 9 页 后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高 PLC的可靠性，近年来 对大型 PLC 还采用双 CPU构成冗余系统，或采用三 CPU 的表决式系统。这样，即使某个 CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行 。 2、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 PLC常用的存储器类型 有 RAM （ Random Assess Memory） 这是一种读 /写存储器 (随机存储器 )，其存取速度最快，由锂电池支持 ； EPROM（ Erasable Programmable Read Only Memory）这是一种可擦除的只读存储器。在断电情况下，存储器内的所有内容 保持不变。 (在紫外线连续照射下可擦除存储器内容 )； EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)这是一种电可擦除的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。 3、电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可靠得电源系统是无法正常工作的，因此 PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在 +10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将 PLC直接连接到交流电网上去。 3 3.1.3 PLC 的原理 最初研制生产的 PLC 主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但两者的运行方式是不相同的： (1)继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。 (2)PLC的 CPU 则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出 第 10 页 线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点 (包括其常开或常闭触点 )不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。 为了消除二者之间由于运行方 式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在 100ms以上，而 PLC扫描用户程序的时间一般均小于 100ms，因此， PLC 采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式 -扫描技术。这样在对于 I/O响应要求不高的场合， PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。 1、 扫描技术 当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间， PLC的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段 。 第 n 个 扫 描 周 期用 户 程 序 执 行输 出 刷 新输 入 采 样第 ( n + 1 ) 个 扫描 周 期输 出 刷 新输 入 采 样第 ( n - 1 ) 个 扫描 周 期图 3.2 扫描周期示意图 (1)输入采样阶段 在输入采样阶段， PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化， I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入 (2)用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段， PLC总是 按由上而下的顺序依次地扫描用户程序 (梯形图 )。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控 第 11 页 制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而 且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 4 一般来说， PLC 的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。 上电RUN故障输入采样输出刷新用户执行程序通讯自诊断图 3.3 PLC 扫描周期流程图 2、 PLC的 I/O 响应时间 为了增强 PLC 的抗干扰能力，提高其可靠性， PLC 的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。 为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制， PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。 第 12 页 以上两个主要原因，使得 PLC得 I/O 响应比一般微型计算机构成的工业控制系统满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长 。 12 3.1.4 PLC 的特点 可编程控制器的主要特点 有： (1)可靠性高 ： PLC的 MTBF一般在 40000 50000h以上，西门子、 ABB、松下等微小型 PLC可达 10万 h以上，而且均有完善的自诊断功 能，判断故障迅速，便于维护。 (2)模块化组合灵活 ： 可编程控制器是系列化产品，通常采用模块结构来完成不同的任务组合。 I/O从 8 8192 点，有多种机型、多种功能模板可灵活组合，结构形式也是多样的。 (3)功能强 ： PLC 应用微电子技术和微计算机，简单型式都具有逻辑、定时、计数等顺序控制功能。基本 型式再加上模拟 I/O、基本算术运算、通信能力等。复杂型式除了具有基本型式的功能外，还具有扩展的计算能力、多级终端机制、智能 I/O、 PID调节、过程监视、网络通信能力、远程 I/O、多处理器和高速数据处理能力。 (4)编程方便 ： PLC适用针对工业控制的梯形图、功能块图、指令表和顺序功能表图 (SFC)编程，不需要太多的计算机编程知识。新的编程工作站配有综合的软件工具包，并可在任何兼容的个人计算机 上编程。 (5)适应工业环境 ： PLC 的技术条件能在一般高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作，能在强电磁干扰环境下可靠工作。这是 PLC 产品的市场生存价值。 (6)安装、维修简单 ： 与计算机系统相比， PLC安装不需要特殊机房和严格的屏蔽。使用时只要各种器件连接无误，系统便可工作，各个模件上设有运行和故障指示装置， 便于查找故障，大多数模件可以带电插拔，模件可更换，使用户可以在最短的时间内查出故障，并排除，最大限度地压缩故障停机时间，使生产迅速恢复。然后再对故障模件进行修复，这对大规模生产场合尤为适宜。 一些 PLC 外壳由可在不良工作环境下工作的合金组成，结构简单，上面带有散 第 13 页 热槽，在高温 下，该外壳不像塑料制品那样变形，还可抗无线电频率 (RF高频 )电磁干扰、防火等。 (7)运行速度快 ： 随着微处理器的应用，使 PLC的运行速度增快，使它更符合处理高速度复杂的控制任务，它与微型计算机之间的差别不是很明显。 (8)总价 格低 ： PLC的重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低，虽然软件价格占的比重有所增加，但是各 厂商为了竞争也相应地降低了价格。另外，采用 PLC还可以大大缩短设计、编程和投产周期，使总价格进一步降低。 3.1.5 PLC 的选型 当某一个控制任务决定由 PLC 来完成后，选择 PLC 就成为最重要的事情。一方面是选择多大容量的 PLC，另一方面是选择什么公司的 PLC及外设。 对一个问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的 I/O 点都找出来，包括开关量 I/O 以及这些 I/O点的性质。 I/O点的性质主要指它们是直流信号还是 交流信号，它们的电源电压，以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅型。控制系统输出点的类型非常关键，如果它们之中既有交流 220V的接触器、电磁阀，又有直流 24V 的指示灯，则最后选用的 PLC 的输出点数有可能大于实际点数。因为 PLC 的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。所以一旦它们是交流 220V的负载使用，则直流 24V的负载只能使用其他组的输出端了。这样有可能造成输出电数的浪费，增加成本。所以要尽可能选择相同等和种类的负载，比如使用交流 220V的指示灯等。一般情况下继电器输出 的 PLC 使用最多，但对于要求高速输出的情况，如运动控制时的高速输出的情况，如运动控制时的高速脉冲输出，就要使用无触点的晶体管输出的 PLC 了。知道这些以后，就可以定下选用多少点和 I/O 是什么类型的 PLC了。 2 PLC主机选定后，如果控制系统需要，则相应的配套模块也就选定了。如模拟量单元、显示设定单元、位置控制单元或热电偶单元等。 1、 PLC的机型选择 (1)合理的结构型式 第 14 页 整体式 PLC 一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC一般用于较复杂系统和环境差（维修量大）的场合。 (2)安装方式 的选择 集中式不需要设置驱动远程 I/O 硬件，系统反应快、成本低。大型系统因为它们的装置分布范围广，经常采用远程 I/O 式。多台联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合。 (3)相当的功能要求 (4)响应速度的要求 PLC 的扫描工作方式引起的延迟可达 23 个扫描周期。然而对于某些个别场合，选用具有高速度 I/O处理功能指令的 PLC和中断输入模块的 PLC等。 (5)系统可靠性的要求 对于一般 PLC 的可靠性均能满足，对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余控制系统或热备用系统。 1 2、 PLC的容量选择 (1)I/O点数 应该合理选用 PLC 的 I/O 点的数量，在满足控制要求的前提下力争适用的I/O点最少，但必须留有一定的备用量（ 10%15%）。 (2)用户存储容量 3、 I/O模块的选择 (1)开关量输入模块的选择 输入信号的类型及电压等级的选择 ： 常用的开关量输入模块的信号类型有三种：直流输入、交流输入和交流 /直流输入。 输入接线方式选择 ： 按输入电路接线方式的不同，开关量输入模块可分为汇点式输入和分组式输入两种。 1 (2)开关量输出模块的选择 输出方式的选择 ： 开关量输出模块有三中输出方式 ：继电器输出、晶体 第 15 页 管输出和晶闸管输出。 输出接线方式的选择 ： PLC的输出接线方式不同，一般有分组式输出和分隔式输出两种。 输出电流的选择 4、 电源模块及其它外设的选择 (1)电源模块的选择 (2)编程器的选择 3.1.7 SIMATIC S7-200 简介 根据上面部分介绍的 PLC 的选型原则和现有的实验设备条件，我们选定本设计采用的 PLC型号为 SIMATIC S7-200。下面就此型号 PLC 做一初步的介绍。 SIMATIC S7-200 系列 PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。 S7-200 系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此 S7-200系列具有极高的性能 /价格比。 S7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性 ； 极丰富的指令集 ； 易于掌握便捷的操作 ； 丰富的内置集成功能 ； 实时特性强劲的通讯能力 ； 丰富的扩展模块 。 6 S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设 备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。 S7-200系列 PLC可提供 4个不同的基本型号的 8种 CPU供您使用。 CPU单元设计集成的 24V 负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器）， CPU 221， 222具有 180mA输出， CPU 224， CPU 226分别输出 280， 400mA。可用作负载电源。不同的设备类型 CPU 221226各有 2种类型 CPU，具有不同的电源电压和控制电压。本机数字量输入 /输出点 CPU 221具有 6个输入点和 4个输出点， CPU 222 具 有 8个输入点和 6个输出点， CPU 224具有 14个输入点和 10个输出点。 CPU 226 具有 24个输入点和 16个输出点。 实验室提供给我的 CPU型号是 CPU 224。 本机集成 14输入 /10输出共 24个 第 16 页 数字量 I/O点。可连接 7个扩展模块，最大扩展至 168路数字量 I/O点或 35路模拟量 I/O 点。 13K 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。 1 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。是具有较强控制能力的控制器 。 3.2 输煤系统 程序设计 通过前面介绍的输煤系统的工艺要求，我们可以分析得到出整个系统完成的功能可以大致分为四个部分，它们分别是： (1)顺序启动； (2)顺序停止； (3)皮带、给煤机、三通等设备的选择； (4)故障停止。 为了使程序更容易观察和调试，我们可以按照系统的四大功能来编写四个子程序块。每个子程序都可以完成相关的一部分功能。最后通过主程序调用子程序的方式达到四个子程序的连接和统一，最终形成一个有机整体。实现设计要求。 3.2.1 s7-200 程序结构 s7-200 CPU的控制程序由主程序、子程序和中断程序组成。 1、 主程序 主程序 (OB1)是程序的主体，每一个项目都必须并且只能有一个主程序。主程序中可以调用子程序和中断程序。 主程序通过指令控制整个应用程序的执行，每次 CPU 扫描都要执行一次主程序。 2、 子程序 子程序是一个可选的指令集合，仅在被其他程序调用时执行。同一子程序可以在不同的地方被多次调用，使用子程序可以简化程序代码和减少扫描时间。设计得好的子程序容易移植到别的项目中去。 3、 中断程序 第 17 页 中断程序是指令的一个可选集合，中断程序不是被主程序调用，在中断时间 发生时，由 PLC 的操作系统调用用户预先编写的中断程序。 3.2.2 PLC 模块扩展 在 PLC的 CPU 选型一节中我们已经确定了采用的 PLC型号为 S7-200的CPU-224。而此 CPU 只为我们提供了 14 输入 /10输出的 I/O 点数，远达不到实际控制要求。实际系统中估计要用到 24输入 /40输出，所以，需要连接扩展模块才能达到要求。 除去 CPU-224 为我们提供的 14输入 /10输出外，我们还另需要 10输入 /30输出来满足 I/O点数的分配。查阅了 S7-200扩展模块的规格型号后，我决定采用以下几种扩展模块，型号和数量 如下： EM22324VDC型模块 1个（数字量组合 16输入 /16输出） EM222型模块 2个（ 8个数字量输出） 两种模块的接线图如下图所示： 图 3.4 EM223/EM222 扩展 模块接线图 第 18 页 3.2.3 输煤系统的 I/O 点分配 按照上一节的介绍的 PLC 的选型和模块的扩展，我们写出输入输出点分配如下表所示： 表 3.1 系统 输入点分配表 系统启动 I0.0 系统停止 I0.1 选择 A/B系统 I0.2 复位 I0.3 3#a皮带运行信号 I0.4 3#b皮带运行信号 I0.5 2#a皮带运行信号 I0.6 2#b皮带运行信号 I0.7 1#a皮带运行信号 I1.0 1#b皮带运行信号 I1.1 给煤机 a运行信号 I1.2 给煤机 b运行信号 I1.3 三通 S33a左到位 I1.4 三通 S33a右到位 I1.5 三通 S33b左到位 I1.6 三通 S33b右到位 I1.7 三通 S32a左到位 I2.0 三通 S32a右到位 I2.1 三通 S32b左到位 I2.2 三通 S32b右到位 I2.3 三通 S31a左到位 I2.4 三通 S31a右到位 I2.5 三通 S31b左到位 I2.6 三通 S31b右到位 I2.7 第 19 页 表 3.2 系统 输出点分配表 3#a皮带启动 Q0.0 3#b皮带启动 Q0.1 2#a皮带启动 Q0.2 2#b皮带启动 Q0.3 1#a皮带启动 Q0.4 1#b皮带启动 Q0.5 给煤机 a启动 Q0.6 给煤机 b启动 Q0.7 系统启动灯 Q1.0 系统报警灯 Q1.1 三通 S33a打向左 Q1.4 三通 S33a打向右 Q1.5 三通 S33b打向左 Q1.6 三通 S33b打向右 Q1.7 三通 S32a打 向左 Q2.0 三通 S32a打向右 Q2.1 三通 S32b打向左 Q2.2 三通 S32b打向右 Q2.3 三通 S31a打向左 Q2.4 三通 S31a打向右 Q2.5 三通 S31b打向左 Q2.6 三通 S31b打向右 Q2.7 破碎机 a启动 Q3.0 破碎机 b启动 Q3.1 卸料器 a启动 Q3.2 卸料器 b启动 Q3.3 3#a皮带 故障报警灯 Q3.4 3#b 皮带故障报警灯 Q3.5 2#a 皮带故障报警灯 Q3.6 2#b 皮带故障报警灯 Q3.7 1#a 皮带故障报警灯 Q4.0 1#b 皮带故障报警灯 Q4.1 给煤机 a 故障报警灯 Q4.2 给煤机 b 故障报警灯 Q4.3 第 20 页 3.2.4 主 子程序设计 在编写程序之前我决定将程序按照各自完成的不同功能分为几个子程序，再通过一个主程序调用。具体程序如下： 图 3.2 主程序 如上图所示为主