毕业设计（论文）PLC控制系统设计－锅炉除灰除渣系统

1、西安建筑科技大学毕业设计（论文）任务书 课题名称： plc控制系统设计锅炉除灰除渣系统 学 院： 信 控 学 院 专 业： 自 动 化 姓 名： 学 号： 教师(签字)： 二五 年 三 月 二十八 日一、毕业设计（论文）的目的与要求毕业设计是自动化专业教学计划中重要的实践性教学环节，它是实现教学、科研和社会实践的重要结合，是培养学生综合运用本学科的基本理论、专业知识和基本技能，提高分析、解决实际问题的能力，完成基本工程训练和初步培养从事科学研究能力的重要环节。要求毕业设计的学生，能积极主动地接受设计任务，并能独立自主地完成设计工作。通过毕业设计，应能使学生受到综合运用所学知识和技术并解决实际问

2、题的训练，使学生的创造性和实际动手能力得以充分发挥，从而具备系统分析、设计、开发与研究的能力。 二毕业设计（论文）的主要内容（含主要技术参数）1了解plc的工作原理及发展状况；2了解西门子公司simatic s7-200系列plc的硬件结构；3掌握并应用simatic s7编辑软件进行程序设计，熟练掌握s7-200系列可编程控制器的指令系统；4熟练掌握工业通用组态软件“组态王”的组态原则及操作画面的绘制；5以锅炉除灰除渣系统为背景，西门子s7-200 cpu226作为控制器，用“组态王”软件绘制操作界面，实现上下位机的监控。三、毕业设计（论文）题目应完成的工作1按实际的i/o点数进行地址分配，

3、并画出硬件线路图。2根据除灰除渣系统的具体要求编写相应梯形图程序，并通过实验装置加以实现。3用组态王软件设计操作界面，实现上下位机通信，要求对现场各设备能进行手动及自动控制，并能通过实验装置进行现场模拟。四、毕业设计（论文）进程的安排 序 号设计（论文）各阶段任务日 期备 注1安排设计内容，拟定设计题目1周2查找相关书籍和资料24周3明确设计任务，选择设计方案5周4plc程序设计与调试68周5上位机操作界面设计与系统调试913周6撰写毕业论文1415周7毕业设计答辩16周五、应收集的资料及主要参考文献：收集的资料及文献应涉及以下几个方面：1s7-200系列plc工作原理及程序设计；2锅炉除灰除

4、渣系统控制方法；3工业组态软件“组态王”的使用六、任务执行日期：自 2005 年 3 月 28 日起，至 2005 年 6 月 25 日止。七、审核批准意见指导教师（签字） 教研室主任（签字） 主管院长（主 任）（签字） plc控制系统设计锅炉除灰除渣系统专业：信息与控制学院班级：2001级4班作者：杨琛学号：22指导教师：何波 plc控制系统设计锅炉除灰除渣系统摘要本文主要介绍了锅炉除灰、除渣系统方案.可编程控制器plc的发展,组成,工作原理并简要介绍了其在除灰、除渣系统中的应用。工业控制组态软件产生的背景、市场主要产品、未来发展趋势。以北京亚控科技发展有限公司开发推出的组态王系列产品为主，

5、系统阐述了组态软件的系统组成、其强大的组态功能以及具体的使用方法。通过气力除灰系统、锅炉除渣控制系统的实现，把组态王强大的监控和显示功能与西门子s7-200系列可编程控制器（plc）的现场控制完美的结合在一起，利用siemens ppi通信协议实现上位机与下位机的关联，形成了完整的工业过程组态模拟控制系统。 关键词: 除灰,除渣,组态王,plc the plc control system designremoving dusts and residue system of boiler abstractsthis text mainly introduced the removing to

6、blow the dusts and the residue of boiler .the development of the programmable controller plc, constitute, working principle and the synopsis to introduce its applications at removing to blow the dust and the residue. main product, future development and trend of output background, market of kingview

7、 software. with peking yatai science and technology development limited company development release the series product of kingview software is lord, elaborated that the constitute of the kingview software, its powerful function and concrete operation method by the numbers. through the physical stren

8、gth divided by the ash system and removing the remnant control system .these three systems of realize, supervise and king view is mighty showing the function and the perfect combination in control in the spot of the programmable controller in series s7-2000s of siemenss. making use of the correspond

9、ence of ppi as well harmoniously the argument realizes the connection of the top and bottom a machine, became three sets of complete controls system. keywords: removing dusts, removing residue, kingview, plc 目 录1 除灰，除渣系统概述.111除灰系统方案概述.1111气力除灰方案概述.3112气力除灰系统的特点及优越性.512除渣系统方案概述.613组态软件和plc在除灰、除渣系统中的应

10、用.92 plc.1021 plc的介绍.10211 plc的起源及发展.10212 plc的多元化及发展趋势.12213 plc的结构及其工作原理.1422西门子s7-200 plc介绍.1723 s7-200系列plc的特点.183 工业组态软件.1931组态软件的介绍.19 311组态软件的发展概况.19 312组态软件的功能特点.2032组态王6.0版本.21 321组态王软件的介绍.21 322组态王软件的组成和特点.214 组态王软件在除灰，除灰系统中的实现.2441创建新工程.2442 i/o设备配置.2643 系统安全管理.3144 定义数据词典.3645 画面组成与制作.39

11、46 编写命令语言.4247 动画连接.435总结.49致谢.50参考文献.511除灰、除渣系统概述 11除灰渣系统概述锅炉系统对燃烧残渣及灰灰（主要是脱硫除灰技术）的要求主要是为了符合中华人民共和国大气污染防治法中的gb1327191锅炉大气污染物排放标准的要求而提出的。当前锅炉的除灰技术种类繁多，技术原理各自有其特点。(1)静电水膜除灰灰技术静电水膜除灰灰技术，是利用麻石水膜除灰器主体改造，在原除灰器筒体内加装电量电极，高电压电量电极与筒体内壁下流水膜构成对电极水膜作为收灰极，这即形成了静电水膜除灰技术。当烟灰气流切向进入静电水膜除灰器后，形成在静电场作用下的螺旋上升气流，同时由于高电压电

12、极产生负电晕放电，高电压电极附近的气体被电离形成正离子和自由电子。正离子很快注入高压电晕电极，而自由电子在电场作用下向筒壁水膜方向漂移，并被空气分子吸附形成负离子，烟灰气流中的灰粒在电场、自由电子和负离子作用下，依据电场荷电和扩散荷电机理被荷上负电荷，这些荷负电荷的灰粒同时受到离心力和静力的作用，迅速向筒壁方向趋进而被水膜收集。利用除灰器内旋风的离心力和施加高压后的电场力，使粉灰驱向筒壁水膜而将其除去，从而使烟灰气流得到高效率的净化。其特点是：超高压供电。脉冲供电。电复合技术，即静电除灰技术同其它除灰技术设备相结合。予荷电与予凝并技术。水膜除灰技术将电除灰技术集于一身，也就是将电除灰的新技术和

13、水膜除灰器的有机结合，达到静电除灰器的效率指标。特别适用水膜除灰器改造静电水膜除灰器，且不用改动原水膜除灰器主体风机、水泵及引风系统。静电水膜除灰器是将电除灰最新技术与水膜除灰器有机结合于同一除灰装置，以静电除灰器30的投资达到静电除灰器同等高效的除灰效率，且运行费用比静电除灰器节约90。该设备投资少，效率高、运行费用低，高科技含量大，广泛应用于电力、冶金、化工等领域的燃煤锅炉。(2)湿式脱硫除灰技术适用范围 燃煤工业锅炉、自备电站、集中供热锅炉烟气脱硫除灰 主要技术内容 基本原理 该设备是以自激水、喷淋除灰和沸腾泡沫除灰为基础而开发的除灰装置。按自激水冲击式和沸腾泡沫层脱硫除灰机理制成。锅炉

14、排出的烟气进入进烟口后高速冲向水面，在惯性力和重力的作用下，粗颗粒落入。 水体中，折流穿过筛板上形成的沸腾泡沫层，并经过由筛板上方的喷淋装置喷出的高密度喷淋水的逆流洗涤，完成主要的脱硫除灰过程。为避免烟气带水，在脱硫除灰过程完成后，设有脱水装置，带有液滴的烟气流过旋流板将雾滴抛向筒壁，形成的液膜沿筒壁流入灰斗。经过多级脱硫除灰和旋流板脱水装置后的烟气从除灰器顶部的出烟口切向排出，被捕获的烟灰和脱硫反应生成物沉积于底部的灰斗内，由浓浆泵定时排出。 关键技术 a兼融了自激水、沸腾泡沫层和逆流洗涤的多种脱硫除灰机理，强化了传质过程，脱硫除灰效率高。 b优化了脱水除雾装置的结构，提高了脱水效果，经脱硫

15、除灰器净化后的烟气无带水现象，烟气的含湿量降低，确保了引风机的安全运行。 c针对腐蚀和磨损问题，对内壁而由洗涤水浸泡和过流的部分，选用了不同的防腐防磨材料配方，并对防腐防磨层的厚度进行了优化，提高了使用寿命。 d利用坚流沉降逆流取水原理，设计了罩式取水装置，最大限度降低了循环水的含灰浓度，确保导流的正常运行。(3)布代除灰袋式除灰器是一种高效除灰设备，其除灰机理主要是过滤，用附着在袋上的一次灰来过滤二次灰，其原理实质上是利用灰灰来过滤灰灰，其优点是除灰效率非常高，在实际应用中能达到99.99%。布袋除灰器不受烟灰比电阻的影响，而且去除亚微米颗粒物的能力比电除灰器的还要好。近年来，袋式除灰技术有

16、了长足的进步，主机、滤料、自动控制和应用技术的水平都有很大提高，使得袋式除灰器对于烟气的高温、高湿、高浓度、微细粉灰、吸湿性粉灰、易燃易爆粉灰等不利工况条件有了更强的适应性，并且在加强清灰提高效率、降低消耗、减少故障、方便维修方面达到一个新的高度。综合上述三种除灰技术，各有其优越性，除灰效果显著，但整个系统结构复杂，成本比较高昂。因此本设计选用气力除灰技术。111气力除灰方案概述每台锅炉的气力除灰系统各有除灰管线三条，一条为复合斜多管飞灰发送装置，另两条为空预器飞灰发送装置。(1)复合斜多管飞灰发送装置复合斜多管飞灰发送装置设有一个主灰斗和两个副灰斗，每个灰斗均设有料位检测装置，只要有任意一个

17、料位计指示料位高（料位超过设定值），则进行一次气力除灰过程。除了料位信号外，还设有时间信号，当时间信号到时也自动进行一次气力除灰过程。(2)空预器飞灰发送装置每台锅炉空气预热器设有两个灰斗，即两套飞灰发送装置。两套装置公用一条输灰管，任意一台发送器料位高信号到，则两台发送器同时发送。同时，每套发送装置还设有时间信号，当发送时间到时，系统将自动进行一次发送过程。(3)飞灰发送过程复合斜多管飞灰发送过程与空预器飞灰发送过程相同，现以复合斜多管飞灰发送过程为：当任意料位高信号或时间信号到时，该系统将进行飞灰发送过程。首先对总的输送气源压力和仪用气源压力进行判断，如果两个压力中有任意一个为低信号，则停

18、止发送过程，并进行报警。压力信号满足时，同时关闭三个灰斗的进料阀，然后给密封圈加压（密封阀得电）。密封压力信号进行检测，如果密封压力信号在2秒种之内仍然为低信号时，则发送过程停止，并进行密封压力低报警。密封压力信号满足后，打开出料阀，并对出料阀开到位信号进行检测。如果在5秒钟之内到位信号没有到，则停止发送过程，并进行出料阀未到位报警。出料阀开到位信号检测到以后，应依次打开进气阀和补气阀，之后对该系统管线压力进行检测，如果在40秒钟之内检测到的管线压力仍然为高信号，则表明灰并没有被吹掉或有堵灰情况发生，此时应停止除灰过程，并进行报警。当灰被吹掉之后，表明除灰的目的已经达到，之后应该依次关掉补气阀

19、、进气阀以及密封阀，最后打开三个灰斗的进料阀，除灰过程结束。图1.1 除灰流程示意图112 气力除灰系统的特点及其优越性系统功能齐全，在必要的时间，既可与除灰控制中心联系构成集控中心，同时又可在本系统局部范围内实现手动操作，因此操作管理都非常灵活方便。其技术特点有以下四点： (1)适用于从多处向一处集中送灰。无须借助干灰集中设备，几只，十几只，甚至几十只灰斗可以公用一条输送母管，将粉煤灰同时送入或依次送入灰库。(2)由于系统内的压力低于外部大气压力，所以不存在跑灰、冒灰现象，故系统漏风不会污染周围环境。(3)料用的受灰器布置在系统始端，真空度低料设备的气封性要求较低。(4)料设备结构简单，体积

20、小，占用空间高度小，适用于电除灰器下空间狭小不能安装仓泵的场合。该技术比较其他除灰技术的优点：(1)设备简单，占地面和小，甚至可以充分利用空间，设备的投资和维护费用少。(2)需要的操作人员都较少，还可实现无人管理的全自动化，因此需要的人工费用少。(3)送的物料不受气候和管道布置周围条件的影响，生产车间的布置也比较容易。(4)管道能够灵活地布置，从而使工厂设备的配置更合理化。(5)气消耗量少，能耗低。(6)系统具有一套严格的控制、报警装置（如堵灰报警、压力过高报警等）从而可保证该系统安全可靠的运行。12 除渣系统概述使系统处于自动状态，然后按动“系统选择”按钮对a、b系统进行选择，在“系统允许运

21、行”灯亮的前提下，按动系统启动按钮，系统开始启动，启动顺序如下：按照a、b系统的选择，从2#斗式提升机开始，间隔5秒钟按下列顺序进行启动：d2p4m6m5m4g1d1p3。若启动过程无故障，当3#电液动平板闸门开到位5秒钟后，“系统运行”灯亮，表明系统启动过程已经结束，进入正常工作状态。正常工作时运行的设备显示为红色。在启动过程中如果某设备有故障发生,选择a系统为例，则按启动顺序，除进行报警外，其对应的b系统的设备将自动启动，而在其之后的设备仍按照原来的a系统进行启动。例如m6a启动时发生故障，则m6b将自动启动。由图4可以看出，从1#渣仓到渣库中间还有2个渣仓，因此可以将公用除渣系统分为3部

22、分。d2、p4：其中p4a只有在d2a运行时才打开，p4b只有在d2b运行时才打开。启动d2a时若发生故障，则自动启动d2b，之后将打开p4b；若启动d2b时发生故障，则自动启动d2a，之后将打开p4a。当d2a启动后若p4a发生故障，除报警外，自动停止d2a，同时自动启动d2b；同理当d2b启动后若p4b发生故障，除报警外，自动停止d2b，同时自动启动d2a。只有d2a运行且p4a开到位或d2b运行且p4b开到位时，才能启动6#埋刮板。从6#埋刮板到电动给料机：电动给料机g1a只有在m4a运行时才运行，g1b只有在m4b运行时才运行。三通分料器s1（s2），只有在m5b（m6b）运行时才打向

23、b侧，其余时刻均打向a侧。只有在m6a运行且s2已a侧到位，或m6b运行且s2已b侧到位时才能启动5#埋刮板；同理，只有在m5a运行且s1已a侧到位，或者m5b运行且s1已b侧到位时才能启动4#埋刮板；只有m4a运行并且g1a运行或者m4b运行并且g1b运行时才能启动1#斗式提升机。d1、p3：其中p3a只有在d1a运行时才打开，p3b只有在d1b运行时才打开。启动d1a时若发生故障，则自动启动d1b，之后将打开p3b；若启动d1b时发生故障，则自动启动d1a，之后将打开p3a。当d1a启动后若p3a发生故障，除报警外，自动停止d1a，同时自动启动d1b；同理当d1b启动后若p3b发生故障，除

24、报警外，自动停止d1b，同时自动启动d1a。系统正常启动后，“系统运行”灯将亮。如果在系统运行过程中某设备由于故障而停止时，系统运行灯将呈红色闪烁状态。在操作界面中设有“允许自动切换”按钮，按动此按钮，在按钮旁将显示出“yes”或“no”。当显示为“yes”时，如果系统运行时有设备突然停止，则其备用系统将自动启动，即可以实现自动切换；当显示为“no”时，系统不能自动切换，此时若按动“系统停止”按钮，系统将按与启动顺序相反的顺序停止，若按动“系统启动”按钮，系统将重新启动。系统停止时，按动“系统停止”按钮，则系统按照与启动顺序相反的顺序停止。对“程控/手动”按钮进行操作，使系统处于手动状态（ma

25、n），单击相应设备旁的操作按钮，即可弹出其手操画面，通过此操作画面可以对相应设备进行远程手动操作。界面中有状态指示灯及操作按钮，当“程控允许”灯亮时表示此设备允许plc进行控制，“就绪”灯亮时表示控制室相应设备的供电系统准备就绪。只有当“程控允许”和“就绪”指示灯均亮，并且系统运行状态为“手动”（man）时，才允许对该设备进行远程手动操作。单击“手动启动”按钮，设备启动，正常工作时“运行”指示灯亮；单击“手动停止”按钮，设备停止，“运行”指示灯灭。其它设备远程手动操作界面与之类似。系统中还设有“复位”按钮，当有故障发生时（相应的设备呈闪烁状态），应对其进行记录，待故障被排除后，按动“复位”按钮

26、，即可消除故障状态。在除渣系统中，2#渣仓和渣库分别设有两套风机除灰系统（1#和3#风机系统），每套系统有除灰风机和摇动风机，操作人员可以根据需要对其进行远程手操或远程自动控制。风机系统的远程手动操作与其它设备的手操过程完全相同，在此不再赘述。风机系统的自动控制如下所述：当2#斗式提升机d2a或d2b运行2秒后，3#风机启动，3#摇动风机在3#风机运行期间每隔10分钟运行2分钟；当d2a和d2b都不运行时，3#风机系统停止运行。同理，当1#斗式提升机d1a或d1b运行2秒后，1#风机启动，1#摇动风机在1#风机运行期间每隔10分钟运行2分钟；当d1a和d1b都不运行时，1#风机系统停止运行。除

27、渣系统图：图1.3除渣系统图13 组态软件和plc在除灰、除渣系统中的应用 在现代化的生产过程中，仅仅有上述基础系统是不够的，大趋势决定了要向集中控制，自动控制和远程控制的方向发展，所以在上述系统的基础上还要应用plc和组态王软件来实现系统的集中控制和远程控制。使用plc实施自动控制，使用计算机运用组态王软件实现远程控制，集中控制和智能控制。数据采集可通过plc完成，如西门子s7-200系列，通过profibus-dp协议与组态王通讯，上位采用组态王开发监控画面并进行监控，以实现实时控制和动态监控。组态王可读取plc监测到的设备运行状态、模拟量采样数据等信息，根据这些实时数据，在屏幕上动态显示

28、整个装置的运行情况,一旦发现故障报警信息，系统即显示明显报警画面，向plc发出相应动作指令，保存并记忆故障发生的时间、方位和原因等原始数据，还可根据客户需求保存历史数据、定时、实时打印数据。2 plc2.1 plc的介绍plc问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会nema（national electrical manufactory association）经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为pc（programmable controller），并给pc作了如下定义： pc是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来

29、执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行pc之功能，亦被视为pc，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。以后国际电工委员会 (iec)又先后颁布了plc标准的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/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部设备，都按易于与工业控制系统联

30、成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入 /输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。长期以来，plc始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。211 plc的起源及发展在20世纪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

31、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越来越短，这样，继电器控制装置就经常的需要重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一状况，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置来取代继电器控制装置，并提出十项招标指标：(1)编程方便，可随时修改程序。(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)数据可直接输入管理计算机。(6)成本可于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

32、，接触器等。(9)在扩展时，原系统只要很小的变更。(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，很快在美国其他工业领域得到了广泛的推广应用。到1971年，已经成功的应用于食品，饮料，造纸，冶金的工业领域。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年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，西欧国家也分别研制出他们的第一台plc。我国从1974年开

33、始研制，于1977年开始工业应用。可编程控制器自问世以来，发展极为迅速。1971年，日本开始生产可编程控制器。1973年，欧洲开始生产可编程控制器。到现在世界各国的一些著名的电气工厂几乎都在生产可编程控制器装置。可编程控制器已作为一个独立的工业设备被列入生产中，成为当代电控装置的主导。早期的可编程控制器主要由分立元件和中小规模集成电路组成，它采用了一些计算机技术，但简化了计算机的内部电路，对工业现场环境适应性较好，指令系统简单，一般只具有逻辑运算的功能。随着微电子技术和集成电路的发展，特别是微处理器和微计算机的迅速发展，在20世纪70年代中期，美、日、德等国的一些厂家在可编程控制器中开始更多地

34、引入微机技术，微处理器及其它大规模集成电路芯片成为其核心部件，使可编程控制器的性能价格比产生了新的突破。现在的可编程控制器都采用了微处理器（cpu）、只读存储器（rom）、随机处理器（ram）或是单片机作为其核心。近来，可编程控制器的发展更为迅速，更新换代周期大约为三年左右，其结构不断改进，功能日益增强，性能价格比越来越高。展望未来，可编程控制器在规模和功能上将向两大方向发展，一方面大型可编程控制器不断高速、大容量和高功能方向发展。另一方面，发展简易经济的超小型可编程控制器，以适应单机控制、小型自动化的需要。我国研制与应用plc起步较晚，1973年开始应用，20世纪80年代初期以前发展较慢，2

35、0世纪80年代随着成套设备或专用设备引进了不少plc，例如宝钢一期工程整个生产线上就使用了数百台的plc，二期工程将使用更多的plc。近几年来国外plc产品大量进入我国市场，我国已有许多单位在消化吸收引进plc的技术的基础上，仿制或研制了plc产品。20世纪80年代中后期，我国开发应用plc技术发展迅速，例如资料介绍东风汽车公司装备系统从1986年起，全面采用plc对老设备进行更新改造，至1991年止一共改造设备1000多台，并取得了明显的经济效益。1995年广州第二电梯厂，已把plc成功的应用于技术要求复杂的高层电梯控制上，并已投入批量生产。广东佛山市中联自动控制工程公司，近几年来已为多个厂

36、家设计制造了plc控制装置既是套，成功应用于陶瓷窑炉、瓷砖输送线和其他自动控制生产设备上。从近几年召开的学术会议及有关文献介绍可见，我国研制尤其是应用plc技术日益广泛，更加成熟。 212 plc的多元化及其发展趋势随着工业可编程控制器的迅猛发展，plc发展呈现出多元化，其种类繁多且各有特点。plc可分为小型plc，中型plc和大型plc。(1)小型plc 小型plc的i/o点数一般在128点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量i/o以外，还可以连接模拟量i/o以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令

37、。(2)中型plc 中型plc采用模块化结构，其i/o点数一般在2561024点之间。i/o的处理方式除了采用一般plc通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。 (3)大型plc 一般i/o点数在1024点以上的称为大型plc。大型plc的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型plc还可以采用三cpu构成表决式系统，使机器的可靠性更高。plc按结构形式还可以分为整体式，

38、模块式和叠装式三种。(1)整体式plc 整体式plc是将电源、cpu、i/o部件都集中在一个机箱内。其结构紧凑、体积小、价格低。一般小型plc采用这种结构。整体式plc由于不同i/o点数的基本单元和扩展单元组成。基本单元内有cpu、i/o和电源。扩展单元内只有i/o和电源。整体式plc一般配备有特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使plc的功能得以扩展。(2)模块式plc 模块式结构式将plc各部分分成若干个单独的模块，如电源模块、cpu模块、i/o模块合格功能模块。模块式plc配置灵活，装配方便，便于扩展和维修。一般大、中型plc宜采用模块式结构。(3)叠装式plc 将整体适和模块式

39、结合起来，称为叠装式plc。它除了基本单元外还有扩展模块和特殊功能模块，配置比较方便。叠装式plc集整体式plc与模块式plc有点于一身，它结构紧凑、体积小、配置灵活、安装方便。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。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、体积小、价格适宜等特点。据统计，当今世界plc生产厂家约150家，生产300多个品种。预计到2000年，销售额约为86亿美元，占工控机市场份额的50%，plc将在工控机市场中占有主要地位，并保持继续上升的势头。在plc未来的发展中，主要有以下几点发展趋势：(1)向高性能、高速度、大容量发展。(2)向微型plc发展。

40、(3)大力开发智能型i/o模块和分布式i/o子系统。(4)plc编程语言的标准化。(5)plc通信的易用化和“傻瓜化”。(6)plc的软件化与pc（个人计算机）化。(7)plc与现场总线的结合。213 plc的结构及其工作原理 plc由中央处理单元，存储器，输入单元，输出单元，电源五部分组成。如图：图2.1 plc的结构(1)中央处理单元 中央处理单元是plc的控制中枢，核心部件，其性能决定了plc的性能。 组成：由控制器，运算器和寄存器组成，这些电路都集中在一块芯片上，通过地址总线，数据总线，控制总线，与存储器的输入，输出接口电路相连。常用芯片：通用微处理器，单片机，位片式微处理器。作 用：

41、处理和运行用户程序，进行逻辑和数学运算，控制整个系统，使之协调的工作。具体有： 接收并存储从编程器键入的用户程序和数据，用扫描方式接收现场输入设备的状态或数据，并将输入状态或数据存入输入印象区或数据寄存器。诊断电源、plc内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误。plc进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序，经指令解释后按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路，分时、分渠道地去执行数据的存取，传送，组合，比较和变换等操作，完成用户程序中规定的逻辑或算术运算等任务。根据运算结果，更换有关影象区的状态和输出状态寄存器的内容，根据输出状态寄存器或数据寄存器的内容实现对输出的控制。

42、(2)存储器存储器是具有记忆功能的半导体电路。其作用是存放系统程序，用户程序，逻辑变量和其它一些信息。由存储体、地址译码电路、读写控制电路、数据寄存器组成。可分为只读存储器rom和随机存储器ram。rom为只读存储器，存放plc制造厂家写入的系统程序，并永远驻留在rom中，plc去电后再上电，rom内容不变。ram为可读写的存储器，读出时其内容不被破坏，写入时，新写入的内容覆盖原有的内容。为防止掉电后信息丢失，配有后备锂电池。除此而外，plc还有eprom、eeprom存储器。(3)输入单元输入单元是plc与工业生产现场被控设备相连的输入接口，是现场信号进入plc的桥梁。其作用是接收主令元件，

43、检测元件传来的信号。输入类型有直流输入，交流输入，交直流输入。输入接口采用光电耦合电路，目的是把plc与现场电路隔离，提高plc的抗干扰能力。接口电路内部有滤波，电平转移，信号锁存电路。各plc生产厂家都提供了多种形式的i/o部件或模块供用户选用。(4)输出单元输出单元也是plc与现场设备之间的连接部件，把输出信号送给控制对象的输出接口。其作用是将中央处理器送出的弱电信号转换成现场需要的电平信号，驱动被控设备的执行元件。输出类型包括继电器输出，晶体管输出，晶闸管输出。输出接口电路也采用光电耦合，每一点输出都有一个内部电路，由指示电路，隔离电路，继电器组成。输出接口电路也有输出状态锁存、显示、电

44、平转移和输出接线端子排，输出部件或模块也有多种类型供选用。(5)电源电源的作用是将交流电转换成plc内部所需的直流电源。目前大部分plc采用开关式稳压电源供电源供电。plc除上述五部分外，随机型的不同还有多种外部设备，其作用是帮助编程，实现监控以及网络通讯，常用的外部设备有编程器，打印机，盒式磁带录音机，计算机等。plc的工作原理：plc的cpu采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出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。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

45、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。扫描原理图：图2.2 扫描原理图(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

46、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

47、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。(3)输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，plc就进入输出刷新阶段。在此期间，cpu按照i/o映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是plc的真正输出。22 西门子s7200 plc介绍 西门子公司的simatics7-200系列属于小型可编程序控制器，可用于代替继电器的简单控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。由于它有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥其作用。他全部采用整体式结构，根据型号的不同，有的只能单机运行，有的可以进行输入输出扩展，有的还可以接特殊功能模块。

48、他结构小巧，可靠性高，运行速度快，有丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，配有丰富的功能扩展模块，在各行各业中的应用迅速得到推广，在规模不太大的控制领域是较为理想的控制器。23 s7200系列plc的特点s7-200系列plc属于整体式（单元式）结构，其特点是非常紧凑。它将所有的模板都装入一个机体内，构成一个整体。这样体积小巧，成本低，安装方便。整体式plc可以直接装入机床火电控柜中，它是机电一体化特有产品。s7-200的可靠性高，可用梯形图、语句表（即指令表）和功能块图3种语言来编程。它的指令丰富，指令功能强，易于掌握、操作方便。内置有高速计数器、高速输出、pid控制器、rs-48

49、5铜新/编程接口、ppi通信协议、mpi通信协议和自由方式通信功能，i/o端子排可以很容易地拆卸。最大可扩展到248点数字量i/o获35路模拟量i/o，最多有26kb程序和数据存储空间。s7-200在下列领域已得到了广泛的应用：机床电气、纺织机械、印刷机械、塑料机械、包装机械、烟草机械、冲压机械、铸造机械、运输岱、食品工业、化学工业、陶瓷工业、环保设备、电力自动化设备、实验室设备、电梯、中央空调、真空装置、恒压供水和换工系统中各种泵和电磁阀的控制等。3 工业组态软件31 组态软件的介绍组态的概念最早来自于英文configuration,它指一些数据采集与过程控制的专用软件，它是在自动化控制系统

50、监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式提供良好的用户开发界面和简洁的使用方法，其预置的各种软件模块可以非常容易的实现和完成监控层的各种功能，并能同时支持各种厂家的计算机和i/o设备，与高性能的工控计算机和网络系统结合，向控制层和管理层提供软硬件的接口，进行系统集成。组态软件的出现是伴随着当今控制界主流产品dcs而出现。由于每一套dcs都是比较通用的控制系统，可以应用到很多领域中，为了使用户在不需要编代码程序的情况下便可以生成自己需要的应用系统，每个dcs厂商在dcs中都预装了系统软件及应用软件，而其中的应用软件实际上就是组态软件。 311 组态软件的发展概况目前世界上的组态软件

51、有几十种之多国际上比较知名的代表产品例如：美国wonder ware公司的intuch、美国intellution 公司的fix、德国西门子公司的wincc、澳大利亚citech公司的citech、北京亚控科技发展公司的组态王（kingview）、三维科技公司的力控、昆仑软件公司的mcgs等等。大多数组态软件都可运行在windows98/nt环境下，比较理想的环境是windows2000和windows nt。组态软件的开发工具以c+为主,也有使用delphi或c+ builder者。从近几年的调查结果来看国内组态软件大部分市场人被国外几家公司占据如：fix、intuch等而这些软件除了在功能

52、完备、产品包装市场推广等方面有一定优势外并非所有方面尽善尽美。国产化软件产品也正成为一支生力军。近年来有一定影响力的产品有组态王，力控，天工，controlx和虎翼等等，但存在的问题是商品化程度还较差主要用在一些小型和不太重要项目中。美国intellution公司的fix系列全，但实时性欠缺。总体技术一般.功能较完整.但对系统资源耗费巨大，许多大而全的功能对中国用户并不实用；澳大利亚cit公司的citech是组态软件的后起之秀。它包括16位和32 位windows版本。它的计算机味道很浓，使用方便性和图形功能不及原来intuch，但控制算法比较好，i/o硬件驱动相对比较少；德国西门子公司的产品

53、新版软件有很大的进步但体系结构还是老思想在网络结构和数据管理方面比fix差，对第三方硬件的支持也不热衷；北京亚控公司的组态王是国内较早出现得组态软件产品之一至今已有6年左右历史了。早期的组态王仿造intouch只是个人机接口。到了5.1版本在数据管理和开放性方面有了一些改进，但体系结构无实质性突破，并且网络功能较薄弱支持不了真正意义上的分布式系统。6.x系列版本在技术上已经大为改观,目前的6.5已经支持无限点输入输出。 312 组态软件的功能特点组态,是模块化任意组合。通用组态软件主要特点有：(1)延续性和可扩充性。用通用组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级。(2)封装性（易学易用），通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程