基于PLC的太阳能光热系统设计与控制

摘要能源和环境危机是我们人类在这个世纪所要面临和解决的一个重要问题。随着人们生活水平的提高，冬天的供热和夏天的空调是成为不可少，而无论是供热还是空调都涉及到能源消耗和环境污染问题。人们正在寻求高效的，而又不对环境造成影响的一种供热和空调方式。热泵作为一种绿色能源，正好以其节能、清洁无污染而符合了这一要求，从而在近些年得到了迅速的发展。把热泵技术与太阳能热利用技术结合可提高太阳能集热器效率和热泵的系统性能，同时解决全天候供热问题。因此，研究开发太阳能热泵正日益受到重视。本课题首先从热泵和太阳能集热器的理论出发，提出了太阳能功能PLC系统的方案。在理论分析的基础上设计了太阳能热泵循环供暖系统。关键词：可编程控制器；热泵；太阳能供暖；

AbstractEnergyandenvironmentalcrisisisanimportantissueofourhumanityinthiscenturytobefacedandsolved.Withtheimprovementofpeople'slivingstandard,winterheatingandsummerair-conditioningistobecomeamust,regardlessofheatingorairconditioningfightingrelatedtoenergyconsumptionandenvironmentalpollutionproblems.Peoplearelookingforefficient,withouttheenvironmentalimpactsofaheatingandairconditioning.Heatpumpasagreenenergy,justforitsenergyefficiency,cleanpollution-freeandinlinewiththisrequirement,whichhasbeenarapiddevelopmentinrecentyears.Heatpumptechnologyandsolarthermaltechnologycanimprovetheefficiencyofsolarcollectorsandheatpumpsystemperformance,whileaddressingtheall-weatherheatingproblems.Therefore,theresearchanddevelopmentofsolarheatpumpismoreandmoreattention.Thistopicfirstdeparturefromthetheoryofheatpumpsandsolarcollectors,thesolarfeaturesofthePLCsystemprogram.Solarheatpumpheatingsystemisdesignedonthebasisoftheoreticalanalysis.Keyword:Solarenergy,programmablecontroller,touchscreen目录摘要 1目录 3第一章 绪论 41.1太阳能热泵供暖系统的现状 41.2太阳能工程的研究目的及意义 51.3本课题的研究内容 5第二章 可编程控制器概述 72.1PLC的定义 72.2PLC的基本组成 72.3PLC的功能与特点 92.4PLC控制系统的优点 102.4PLC控制系统的工作原理 12第三章 系统总体设计 133.1系统总体设计 13第四章 系统硬件设计 144.1控制系统方案选择 144.2PLC型号选择 164.3温度传感器选型 174.4系统强弱电解决方案 184.5PLC控制部分硬件设计 194.5.1 PLC控制系统外部数字量模块接线图 194.5.2 PLC控制系统外部模拟量模块接线图 204.5.3输入/输出接口（I/O）功能量 20第五章 系统软件设计 235.1系统软件流程图设计 235.2MCGS仿真界面设计软件 245.3MCGS仿真界面的设计 265.4PLC程序设计软件 285.4PLC程序设计 305.5仿真程序及仿真界面的调试 40第六章 总结与展望 50致谢 51参考文献 52绪论1.1太阳能热泵供暖系统的现状众所周知，太阳能是取之不尽，用之不竭，没有污染的巨大能源。随着世界上煤、石油、天然气储量的日益减少，能源危机也日益严重，与此同时环境污染的危机也不断的威胁着生态平衡，太阳能开发利用的课题也提到了人类的面前。但由于太阳能的分散性、季节性和地区性又给太阳能利用带来重重困难，有些技术难点尚未突破，产品造价偏高（如光电池），因而尚未被人们大规模的使用[1]。在太阳能利用技术中，太阳能热水器是技术上比较成熟、造价比较低廉的产品，同时给人民提供不耗能源、保护环境、绝对安全的热水而受到人们的欢迎[2]。我国太阳能热水器产业发展迅速，目前已成为世界上最大的太阳能热水器生产国，但与太阳能热水器配套的控制器却一直处于研究和开发阶段，尤其是与太阳能热水器系统匹配的控制器，至今尚未检索到相关报道。近几年来，市场上陆续出现了一些太阳能热水器控制器，但大多数控制器存在着诸如性能不稳定，容易产生误操作，温度、水位检测、控制误差大，显示器有时出现乱码，与辅助加热装置不能很好配合，太阳能利用率较低等问题，影响了用户的使用。更有甚者，有些控制器质量较差，经常发生故障，给用户带来诸多不便，严重影响了用户的使用，从而影响到太阳能热水器的销售。太阳能热水器，尤其是太阳能热水系统及其控制器有着广阔的发展前景，现在有的技术研究和产品开发投入较少。因此，在太阳能热水器，太阳能热水系统的测量控制方面，应引起足够重视，加大投入一定力量研究开发高质量、性能好的测控产品[3]。目前市场上比较多的还是家用式太阳能，但是这种太阳能不存在自动控制系统，启动慢，设备安装受限制，只能适用于对水温和季节要求不高的用户。有的控制器配有电加热辅助装置，但都不是全智能的，给用户使用带来许多不便。目前大部分太阳能热水器控制部分，往往需要大量的中间继电器和时间时间继电器来满足生产工艺要求，结果是电路设计复杂、繁琐，故障时有发生，给使用和日常维护带来了很大的不方便。然而现在市场上热水器自动控制中大多采用单片机控制，单片机开发价格较高，而PLC开发价格便宜。选用PLC控制，它具有编程简单方便，可以在现场修改程序，硬件维护与检修简单，可靠性高的特点。并且PLC能适应恶劣的工作环境；资料读取和联机容易；扩展时，原系统只做很少的改变；编程简单[4]。故本设计采用PLC控制系统。1.2太阳能工程的研究目的及意义目前比较流行的太阳能控制系统有：强制循环太阳能系统、定温放水太阳能系统、二次换热太阳能系统[5]。这些系统可以解决部分用户需要，但是这些系统都存在自己的局限性，并且这些系统的控制系统不够完善。从而我们需要开发功能全、实用而且经济的太阳能控制系统。如今自动化控制迅速发展，通过温度传感器来对多个点温度的数据进行采集：集热器两端温度信号，水箱温度信号和换热器温度信号，在通过压力传感器测出水箱的压力信号，把这些信号全部传送给PLC。PLC根据信号来控制水泵、辅助热源、补水（回水）电磁阀等设备的运行，从而实现为用户提供指定温度的热水，同时也为市政用水提供热源。根据以上要求，做出了基于PLC的太阳能工程控制柜的控制系统设方法，实现了各个点的温度显示、液位显示、以及报警的功能，同时为了方便用户，系统设有定时自动上水的功能，用户还可以手动操作控制柜来控制某些循环泵的启动。这样可以在系统出现故障时方便用户手动操作以减少经济损失，同时也为维修提供方便。这种系统具有很强的实用性，大大减少了对其他元器件的使用，使系统接线简单、检修维护方便、实用性强、性价比高、水温控制灵活、水位显示直观醒目、适用性强、稳定性好、增进了系统的先进性。具有良好的市场前景[6]。1.3本课题的研究内容本论文在分析当前太阳能热水器控制系统的基础上，论述了一种基于PLC装置的控制系统，该系统具有完备的控制功能。论文共分为六章。各章主要内容如下。绪论，主要包括可以背景及意义可编程控制器概述。系统总体设计系统硬件设计系统软件设计总结与展望可编程控制器概述2.1PLC的定义可编程控制器，简称PLC（ProgrammablelogicController）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”2.2PLC的基本组成1．CPU运算和控制中心起“心脏”作用。纵：当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。横：输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU将之存入工作数据存储器中或输入影像寄存器。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出影像寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。组成：CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。2．存储器具有记忆功能的半导体电路。分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3~5年。3．输入/输出接口（1）输入接口：光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。（2）输出接口PLC的继电器输出接口电路工作过程：当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。三种类型：继电器输出：有触点、寿命短、频率低、交直流负载晶体管输出：无触点、寿命长、直流负载晶闸管输出：无触点、寿命长、交流负载4．编程器编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。我们实验室使用的就是手持编程器。二种是通过PLC的RS232口。与计算机相连。然后敲击键盘。通过各厂家PLC专用变成软件向PLC内部输入程序PLC的基本组成框图如图1-2所示：图2-2PLC的基本组成框图2.3PLC的功能与特点一．PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式1．每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。2．输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。3．一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。4．元件影像寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。5．扫描周期的长短由三条决定。（1）CPU执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数6．由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。二．PLC与继电器控制系统、微机区别1．PLC与继电器控制系统区别前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”。前者用“软件”，后者用“硬件”。2．PLC与微机区别前者工作方式是“循环扫描”。后者工作方式是“待命或中断”PLC编程方式PLC最突出的优点采用“软继电器”代替“硬继电器”。用“软件编程逻辑”代替“硬件布线逻辑”。PLC编程语言有梯形图、布尔助记符语言，等等。尤其前两者为常用。梯形图语言特点：1．每个梯形图由多个梯级组成。2．梯形图中左右两边的竖线表示假想的逻辑电源。当某一梯级的逻辑运算结果为“1”时，有假想的电流通过。3．继电器线圈只能出现一次，而它的常开、常闭触点可以出现无数次。4．每一梯级的运算结果，立即被后面的梯级所利用。5．输入继电器受外部信号控制。只出现触点，不出现线圈。2.4PLC控制系统的优点1.实时性●由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。●基于信号处理和程序运行的速度，PLC经常用于处理工业控制装置的安全连锁保护。●更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目。2.高可靠性●所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。●各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms。●各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。●采用性能优良的开关电源。●对采用的元器件进行严格的筛选。●良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。●大型控制器还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,以及实现电源模块冗余、IO模块冗余，使可靠性更进一步提高。3.系统配置简单灵活●控制器产品种类繁多，规模可分大、中、小等。●I/O卡件种类丰富，可根据自控工程实现功能要求不同，而进行不同的配置。●满足控制工程需要前提下，I/O卡件可灵活组合。4.丰富的I/O卡件控制器针对不同的工业自控工程的现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等,有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块;为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。5.控制系统采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型控制器以外，绝大多数控制器均采用模块化结构。控制器的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。6.价格优势质优价廉，性价比高。7.安装简单，维修方便可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。8.控制器实现的功能逻辑控制，定时控制，计数控制，顺序控制，PID控制，数据计算通讯和联网其它：还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。2.4PLC控制系统的工作原理一．PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式1．每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。2．输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。3．一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。4．元件影像寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。5．扫描周期的长短由三条决定。（1）CPU执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数6．由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。二．PLC与继电器控制系统、微机区别1．PLC与继电器控制系统区别前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”。前者用“软件”，后者用“硬件”。2．PLC与微机区别前者工作方式是“循环扫描”。后者工作方式是“待命或中断”PLC编程方式PLC最突出的优点采用“软继电器”代替“硬继电器”。用“软件编程逻辑”代替“硬件布线逻辑”。PLC编程语言有梯形图、布尔助记符语言，等等。尤其前两者为常用。梯形图语言特点：1．每个梯形图由多个梯级组成。2．梯形图中左右两边的竖线表示假想的逻辑电源。当某一梯级的逻辑运算结果为“1”时，有假想的电流通过。3．继电器线圈只能出现一次，而它的常开、常闭触点可以出现无数次。4．每一梯级的运算结果，立即被后面的梯级所利用。5．输入继电器受外部信号控制。只出现触点，不出现线圈。系统总体设计3.1系统总体设计整个太阳能工程PLC控制系统是一个过程控制系统，当系统通过系统开关启动后，通过太阳能集热器采集的温度信号、太阳能储热水箱采集的温度信号，依据使用要求，对水泵、辅助热源、补水（回水）电磁阀等具体设备进行控制。通过PLC实现自动控制，满足用户要求。综合太阳能利用技术、太阳能热利用原理、自动控制原理、可编程控制器原理等相关课程,来实现太阳能工程控制柜的控制系统的设计。设计中包括PLC硬件结构设计及PLC控制软件部分设计。一：硬件设计部分：1.分析控制要求，选择对应的传感器及其他部件、并写出I/O量功能表；2.选择合适的PLC机型；3.画出PLC控制系统外部接线图。二：软件设计部分：1.控制系统顺序功能图；2.梯形图；3.指令表。三：系统仿真设计：通过MCGS全中文组态软件显示整个系统的运行过程。系统硬件设计4.1控制系统方案选择在控制系统的方案选择上，由于整个系统的设计涉及到数据处理，控制实时性等问题，选用基于处理器的控制系统，电路的实现不仅简单而且成本低、功耗低、能大大缩小整个系统的体积。本系统是精密实时采集传输系统，需要微控制器有很强的抗干扰能力，而且要求微控制器内部有看门狗定时器，以便在程序走飞时能自动复位:执行指令速度要快，以便能高速处理采集到实时数据。方案一:采用上位、下位机(PC-PLC)的控制系统。上、下位机(PC-PLC)技术是基于工业控制领域广泛应用的可编程序控制器(PLC)控制程序发展而来的。如图4-1所示，可编程序控制器(PLC)在PC-PLC技术中作为下位机，其运行可靠性得到了一致认可，PLC在系统中的作用是:通过现场检测元件—各类传感器，采集系统运行参数，将运行参数送至PLC系统的数据采集单元，现场数据采集单元利用网络技术将数据送到PLC控制主机，由PLC的主机(CPU)对数据进行处理，最后通过总线网络送至上位_L业控制计算机(上控机)PC。这种方式多用于业生产中，稳定性要求高的地方。图4-1：上位机、下位机（PC-PLC）控制系统方案二：选用TI公司的DSP控制器TMS320C54052如图2.4所示，DSP控制器TMS320CX5402片内有高达2K字的FLASH程序存储器，高达16K字的数据程序RAM，10K双口RAM(DARAM)和2K字的单口RAM(SARAM);它采用高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3.3V，减小了拉制器的功耗;100MIPS的执行速度，从而提高了控制器的实时控制能力，其可扩展的外部存储器总共192K字空间和高达40个可单独编程或复用的通用I/0引脚(GPIO),5个外部中断(两个电机驱动保护，复位和两个可屏蔽中断)，但外接硬件电路较多，体积将会增加，在系统安装上有些不便，相比之下成本要有所增加，其价格是单片机得5倍。图2.4：DSP控制系统框图方案三：选择宏晶科技的高性能51单片机STC12C5A60S2单片机控制系统STC12C5A60S2单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。工作温度范围：-40-+85℃(工业级)/0-75℃(商业级)21。内部集成8路10位AD，可用于模拟信号的检测。自带2路PWM，可用于在电机控制中用于调速的控制。具有很好的性价比，与工业标准的MCS-51指令完全兼容。因而是一种功能强大的控制器，它对很多嵌入式应用提供了解决方案。综合以上比较，方案一和方案二系统数据处理任务，控制实时性要求高，方案三，设计简单，体积小，安装简易，成本低等特点，考虑到太能热水系统需要高度的稳定性来保证系统运行的稳定性。本系统采用的是第一种方案作为控制系统。4.2PLC型号选择在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。输入输出（I/O）点数的估算。I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据童年估计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展。余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。根据估算的方法故本课题的I/O点数为输入5点，输出5点。存储器容量是可编程序控制器本身提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来代替。机型的选择：面对众多厂家提出的多种系列、功能各异的PLC产品，其结构、性能、价格各不相同。由于本设计太阳能热水控制系统为过程控制，需要三菱A系列型号，其输入输出点分别为8，A系列是中型PLC。他的基本指令执行时间高达0.08us，内置的用户存储器为8K步，可扩展到16K步，最大可以扩展到256个I/O点，有多种特殊功能模块或功能扩展板，可为装箱机提供最大的方便和控制能力。故本设计中根据性能比采用A系列型号的PLC。4.3温度传感器选型信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件。广义地说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。它获得的信息正确与否，直接关系到整个系统的精度。外界进入传感器的信号幅度是很小的，而且混杂有干扰信号和噪声。为了方便随后的处理过程，首先要将信号整形成具有最佳特性的波形，有时还需要将信号线性化，该工作是由放大器、滤波器以及其他一些模拟电路完成的。成形后的信号随后转换成数字信号，并输入到微处理器。在系统的控制过程中需要对整个系统水的温度进行监控，为此提出以下方案：方案一：热电偶温度传感器在该方案中温度传感器是J型热电偶温度传感器检测水温，其优点有测量精度高：因温度传感器热电偶直接与被测对象接触，不受中间截止的影响。2、测量范围广，常用的温度传感器热电偶从-50~+1600均可持续测量3、构造简单实用方便，温度传感器热电偶是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制外有保护套管，用起来非常方便方案二：热电阻温度传感器在该方案中温度传感器是PT100热电阻温度传感器检测水温，热电阻温度传感器是中低温区常用的一种温度传感器，它的主要热点是：测量精度高，性能稳定，其中铂电阻测量精度最高；且常用的热电阻温度传感器都为铠装传感器，所以防腐蚀能力高。针对本课题的控制要求，由于需要对水温进行接触时测量，且考虑到需要很高的防腐蚀能力。在设计中我选用PT100型热电阻传感器和温控表来测试水温。再将PT100型热电阻连接温控表，再由温控表直接输出模拟量到A1S66ADA模拟量模块。4.4系统强弱电解决方案强电部分与弱电部分相比有比较大的电压和电流。如果强电部稳定如电压、电流的较大变化，会对与强电直接相连的弱电部分信影响，严重时导致单片机系统的损坏。强电、弱电隔离的目的就是扰源和易被干扰的部分隔离开来，使控制装置与现场保持信号的联生电的联系。隔离的实质是把引进的干扰通道切断从而达到隔离现本文的系统电路既包括弱电控制部分又包括强电控制部分。光电耦合器，使强电、弱电之间既保持信号的联系又隔绝电气方面的联器是常用的光电隔离器件，它是以光为媒介传输信号的器件，它的光源，输出端配置受光器，输入和输出在电气上是完全隔离的，开关量接入光电耦合器之后，夹杂在输入开关量中的各种干扰脉冲都被挡在输入回路的一侧，此外光电藕合器的输入回路和输出回路之间有很高的,可达到500V~IKV甚至更高，能起到很好的安全保障作用。由于光电耦合侧和输出侧的电信号进行直接藕合，而是以光为媒介进行间接祸合，电气隔离和抗干扰能力。如下具体给出光电耦合器抗干扰的原理:首先光电耦合器的输入阻抗很低(一般为100~200欧姆)，而干扰很大(10~10欧姆)。按分压比原理，传送到光耦合合器输入端的干扰电压很小。其次虽然干扰噪声源的内阻都很大也能供给较大的干扰电压，但可供出的能量却较小，只能形成很微弱的电流。而光电祸合器的发光二极管只有通过一定的电流才发光，因此即使电压幅值很高的干扰，由于没有足够的能量，也不能使二极管发光，显然瞬时高压的干扰就被抑制掉了。再次光电藕合器的输入、输出间的电容很小(一般为0.5~2pF)，绝缘电阻又非常大(一般为10~10欧姆)，因而被控设备的各种干扰很难反馈到输入系统中去。光电藕合器的光电藕合部分是在一个密封的管壳内进行的，因而不会受到外界光的干扰。光电耦合器可根据要求不同，有不同种类的发光元件和受光元件组成许多系列的光电耦合器。目前应用最多的是发光二极管与光敏三极管组成的光电藕合器。其中之一的TLP521-3型从各方面都符合本文的要求，其内部结构如下图所示图2.5：TLP512型光电耦合芯片4.5PLC控制部分硬件设计分析对象的控制要求，确定输入/输出接口（I/O）数量，选择适合的PLC机型及外设，完成PLC硬件结构配置，并绘制PLC控制电路硬件接线图，编制I/O接口功能表。PLC控制系统外部数字量模块接线图PLC控制系统外部模拟量模块接线图4.5.3输入/输出接口（I/O）功能量序号输入输出模拟量备注1X0启动系统2X1停止系统3Y0系统运行中4Y1M1开启5Y2M2开启6Y3M3开启7Y4M4开启序号输入输出模拟量备注8Y5M5开启9Y6B4开启10Y7B5开启11Y8B6开启12Y9B7开启13Y0AB8开启14Y0BE1开启15Y0CE2开启16Y0DE3开启17Y0EE4开启18Y0FE5开启19Y10E6开启20Y11E7开启21CH1T122CH2T223CH3T324CH4T425CH5T526CH6T627CH7T728CH8T829CH9T930CH11T10序号输入输出模拟量备注31CH12T1332CH13T1433CH14T1534CH15W135CH16W236CH17W3系统软件设计5.1系统软件流程图设计程序开始程序开始循环水箱生产水箱生活水箱W2<5%W3<5%W1<5%W1上水W2上水W3温差>10循环开温差>10循环开温差>10循环开T1<2防冻开定时t<40辅助加热定时辅助加热图5-1：系统软件流程图5.2MCGS仿真界面设计软件MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem，监视与控制通用系统)具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统，如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块，无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。MCGS具有以下主要功能：1、简单灵活的可视化操作界面。MCGS嵌入版采用全中文、可视化、面向窗口的开发界面，符合中国人的使用习惯和要求。以窗口为单位，构造用户运行系统的图形界面，使得MCGS嵌入版的组态工作既简单直观，又灵活多变。2、实时性强、有良好的并行处理性能。MCGS嵌入版是真正的32位系统，充分利用了32位WindowsCE操作平台的多任务、按优先级分时操作的功能，以线程为单位对在工程作业中实时性强的关键任务和实时性不强的非关键任务进行分时并行处理，使嵌入式PC机广泛应用于工程测控领域成为可能。例如，MCGS嵌入版在处理数据采集、设备驱动和异常处理等关键任务时，可在主机运行周期时间内插空进行象打印数据一类的非关键性工作，实现并行处理。3、丰富、生动的多媒体画面。MCGS嵌入版以图像、图符、报表、曲线等多种形式，为操作员及时提供系统运行中的状态、品质及异常报警等相关信息；用大小变化、颜色改变、明暗闪烁、移动翻转等多种手段，增强画面的动态显示效果；对图元、图符对象定义相应的状态属性，实现动画效果。MCGS嵌入版还为用户提供了丰富的动画构件，每个动画构件都对应一个特定的动画功能。4、完善的安全机制。MCGS嵌入版提供了良好的安全机制，可以为多个不同级别用户设定不同的操作权限。此外，MCGS嵌入版还提供了工程密码功能，以保护组态开发者的成果。5、强大的网络功能。MCGS嵌入版具有强大的网络通讯功能，支持串口通讯、Modem串口通讯、以太网TCP/IP通讯，不仅可以方便快捷的实现远程数据传输，还可以与网络版相结合通过Web浏览功能，在整个企业范围内浏览监测到所有生产信息，实现设备管理和企业管理的集成。6、多样化的报警功能。MCGS嵌入版提供多种不同的报警方式，具有丰富的报警类型，方便用户进行报警设置，并且系统能够实时显示报警信息，对报警数据进行应答，为工业现场安全可靠地生产运行提供有力的保障。7、实时数据库为用户分步组态提供极大方便。MCGS嵌入版由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成，其中实时数据库是一个数据处理中心，是系统各个部分及其各种功能性构件的公用数据区，是整个系统的核心。各个部件独立地向实时数据库输入和输出数据，并完成自己的差错控制。在生成用户应用系统时，每一部分均可分别进行组态配置，独立建造，互不相干。8、支持多种硬件设备，实现“设备无关”。MCGS嵌入版针对外部设备的特征，设立设备工具箱，定义多种设备构件，建立系统与外部设备的连接关系，赋予相关的属性，实现对外部设备的驱动和控制。用户在设备工具箱中可方便选择各种设备构件。不同的设备对应不同的构件，所有的设备构件均通过实时数据库建立联系，而建立时又是相互独立的，即对某一构件的操作或改动，不影响其它构件和整个系统的结构，因此MCGS嵌入版是一个“设备无关”的系统，用户不必担心因外部设备的局部改动，而影响整个系统。9、方便控制复杂的运行流程。MCGS嵌入版开辟了“运行策略”窗口，用户可以选用系统提供的各种条件和功能的策略构件，用图形化的方法和简单的类Basic语言构造多分支的应用程序，按照设定的条件和顺序，操作外部设备，控制窗口的打开或关闭，与实时数据库进行数据交换，实现自由、精确地控制运行流程，同时也可以由用户创建新的策略构件，扩展系统的功能。10、良好的可维护性。MCGS嵌入版系统由五大功能模块组成，主要的功能模块以构件的形式来构造，不同的构件有着不同的功能，且各自独立。三种基本类型的构件（设备构件、动画构件、策略构件）完成了MCGS嵌入版系统的三大部分（设备驱动、动画显示和流程控制）的所有工作。11、用自建文件系统来管理数据存储，系统可靠性更高。由于MCGS嵌入版不再使用ACCESS数据库来存储数据，而是使用了自建的文件系统来管理数据存储，所以与MCGS通用版相比，MCGS嵌入版的可靠性更高，在异常掉电的情况下也不会丢失数据。12、设立对象元件库，组态工作简单方便。对象元件库，实际上是分类存储各种组态对象的图库。组态时，可把制作完好的对象（包括图形对象、窗口对象、策略对象以至位图文件等）以元件的形式存入图库中，也可把元件库中的各种对象取出，直接为当前的工程所用，随着工作的积累，对象元件库将日益扩大和丰富。这样解决了组态结果的积累和重新利用问题。组态工作将会变得越来越简单方便。总之，MCGS嵌入版组态软件具有强大的功能，并且操作简单，易学易用，普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。同时使用MCGS嵌入版组态软件能够避开复杂的嵌入版计算机软、硬件问题，而将精力集中于解决工程问题本身，根据工程作业的需要和特点，组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。5.3MCGS仿真界面的设计一：MCGS仿真画面的设计在第三章，我们了解了自动放药机的总体结构，根据系统硬件的设计二：MCGS硬件系统设计三：系统变量的设计5.4PLC程序设计软件GXDeveloper是三菱PLC的编程软件。适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。1.软件的共通化GXDeveloper能够制作Q系列，QnA系列，A系列（包括运动控制（SCPU））,FX系列的数据,能够转换成GPPQ,GPPA格式的文档。此外，选择FX系列的情况下，还能变换成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文档。2.利用Windows的优越性，使操作性飞跃上升能够将Excel,Word等作成的说明数据进行复制，粘贴，并有效利用。3.程序的标准化(1)标号编程用标号编程制作可编程控制器程序的话，就不需要认识软元件的号码而能够根据标示制作成标准程序。用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用。(2)功能块（以下，略称作FB）FB是以提高顺序程序的开发效率为目的而开发的一种功能。把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化，使得顺序程序的开发变得容易。此外，零件化后，能够防止将其运用到别的顺序程序时的顺序输入错误。(3)宏只要在任意的回路模式上加上名字（宏定义名）登录（宏登录）到文档，然后输入简单的命令就能够读出登录过的回路模式，变更软元件就能够灵活利用了。4.能够简单设定和其他站点的链接由于连接对象的指定被图形化而构筑成复杂的系统的情况下也能够简单的设定。5.能够用各种方法和可编程控制器CPU连接(1)经由串行通讯口(2)经由USB(3)经由MELSECNET/10(H)计算机插板(4)经由MELSECNET(Ⅱ)计算机插板(5)经由CC-Link计算机插板(6)经由Ethernet计算机插板(7)经由CPU计算机插板(8)经由AF计算机插板6.丰富的调试功能(1)由于运用了梯形图逻辑测试功能，能够更加简单的进行调试作业。(a)没有必要再和可编程控制器连接。(b)没有必要制作条使用的顺序程序。(c)在帮助中有CPU错误，特殊继电器/特殊寄存器的说明，所以对于在线中发生错误，或者是程序制作中想知道特殊继电器/特殊寄存器的内容的情况下提供非常大的便利。(d)数据制作中发生错误况时，会显示是什么原因或是显示消息，所以数据制作的时间能够大幅度缩短。GxDeveloper的安装要安装这个软件，先要打开GX编程软件MELSOFT\EnvMEL\里的SETUP这个程序。这个安装程序是共通部件。并且要注意一下几点：1：去掉文件夹名称中的中文字符。2：先安装GXDeveloper\EnvMEL里的环境包。3：打开GXDeveloper里的SETUP.EXE这个安装文件，开始安装，中间会要你输入ID序列号，最好安装时候关闭杀毒软件，完成后再打开。注意安装时不要选择监控模式，如果有不清楚的，就用默认的，直接点击下一步就可以了。三菱的8.52的软件有的存在这个问题，和WIN系统有关，可以把缺少的文件从8.26的复制到8.52的里面，这个我试过，能行。注意只复制8.52没有的就行。或者先安装好8.26的，不用卸载，直接安装8.52的也可以的。我亲自安装过的。注意最好不要用GHOST的系统，因为这样的系统精简掉了很多东西，特别是用在工控方面，在安装软件或应用的时候会出现很多莫名其妙的问题。*1:使用WindowsVista/7系统时，最少需要15GB的可用空间。*2:使用WindowsVista/7系统时，建议使用分辨率为1024×768像素或更高。·当使用微软WindowsXP或者WindowsVista/7时，不能使用以下新功能。如果使用了以下的新功能，有可能导致本产品运行不正常。在Windows兼容模式下的应用程序的启动快速用户切换远程桌面大字体(屏幕属性的详细设置)此外，不兼容64位的WindowsXP、WindowsVista、Windows7。·对于WindowsVista/7，应作为USER权限以上的用户使用。5.4PLC程序设计一：当PLC得RUN后，进行系统第一次启动的数量初始化程序，分别对：各水箱温度、水位和各个功能的控制参数进行初始化操作。图5-2为初始化梯形图图5-2：初始化梯形图二：在初始化程序后，应该考虑的是系统的启动和停机的操作。图5-3为系统启动停机梯形图三：温差循环功能T1-T13>=*℃启动M1（*表示这个值可调）（默认为10）T1-T13<=*℃关闭M1（默认3）同理T3-T13>=*℃启动M2（默认为10）T3-T13<=*℃关闭M2（默认3）T5，T7，T9同理图5-4为循环功能三：集热器防冻功能当T1或T2<=*℃（默认4）时启动M1当T1或T2>*℃（默认10）关闭M1同理T3或T4控制M2；T5，T6，M3;T7，T8，M4,;T9，T10;M5四：循环水箱防冻功能T13<=*℃（默认4）时启动M1；B5T13>=*℃（默认10）时关闭M1；B5五：循环水箱上水功能W1<*%启动E1（默认5%）W1>=*%关闭E1（默认90%）六：生产水箱与循环水箱温差循环功能T14<*℃（默认40）且T13-T14>=*℃（默认10）启动B5，M1T14>=*℃（默认60）或T13-T14<*℃（默认3）关闭B5，M1七：生产水箱自动上水与定时上水功能自动上水：W2小于设定值时，启动E2；W2大于等于设定值时，关闭E2。定时上水：设定时间点，启动E2；W2大于等于设定值，关闭E2。T