1、毕业设计(论文)任务书课题名称 过程实验装置的反应釜温度控制系统设计 学 院 专业班级姓 名学 号指导教师毕业设计(论文)的主要内容及要求：内容：1、学习并了解反应釜的相关原理和技术发展现状；2、了解反应釜温度控制系统的总体流程，及其中关键性技术的实现方法；3、熟练使用亚控组态王软件，并能够实现系统组态；4、收集在完成课题过程中遇到的问题和对问题的解决方法以及新的心得体会要求：1、收集、整理与该课题相关的内容资料；2、根据课题工作内容罗列课题章节安排，根据各章各节要求有针对性整理资料，算法设计等工作；3、在完成课题过程中，进一步提高计算机应用能力，能够熟练地运用组态、step7软件进行系统设计
2、；4、能够熟练地运用英语知识查阅与本课题相关的外文资料，要求准确地翻译出5000 字左右的与课题相关的英文资料。指导教师签字： 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书I装订线摘 要反应釜是化工生产过程中的重要设备，反应过程中伴随有大量的吸、放热现象，具有大滞后、时变、非线性、反应机理复杂等特点。在工业领域，随着自动化程度的迅速提高，用户对温度控制系统的过程监控要求越来越高，可编程控制器和组态王的釜温控制系统正好满足了这一需求。具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作的特点，非常适合温度的控制。本文以反应釜为被控对象，反应釜出口水温为主被控参数，以釜内水温为副被控参数，以PLC为控
3、制器，构成反应釜温度控制系统,采用PID算法，运用PLC编程语言梯形图进行编程，实现反应釜温度的自动控制。反应釜的应用领域相当广泛，在相当多的领域里，反应釜的性能优劣决定了产品的质量好坏。目前反应釜的控制系统大都采用以微处理器为核心的计算机控制技术，既提高设备的自动化程度又提高设备的控制精度。本文分别就反应釜的控制系统工作原理，温度变送器的选型、PLC配置、组态软件程序设计等几方面进行阐述。通过改造反应釜的控制系统具有响应快、稳定性好、可靠性高,控制精度好等特点，对工业控制有现实意义。关键词： 温度控制 可编程控制器 人机界面 组态王IIABSTRACTReactor is the impor
4、tant equipment in the process of chemical production，the chemical reaction accompanied by phenomenon whereby heat is liberated or absorbed，having characteristics of large time delay，time-varying，nonlinear ，and the complicated reaction mechanism. In the industrial field, with the rapid increase in th
5、e degree of automation, it is more and more important to monitor the process of control system for the users. PLC and the emergence of human-machine interface meets the needs of users.This paper introduces the reactor as the charged object to the reactor temperature of the main accused of the export
6、 parameters to furnace temperature as deputy accused of parameters to control the heating resistance wire voltage parameters to PLC, controller, constitutes a series of reactor temperature level control system; using PID algorithm, the use of PLC ladder programming language, programming, reactor tem
7、perature control. Reactor a wide range of applications, in a considerable number of field, the reactor performance advantages and disadvantages of the decision The quality of the product. Reactor control systems currently used mostly for computer control microprocessor core technology, both to impro
8、ve the automation equipment have improved the control precision equipment. This paper on the reactor control system works, selection of temperature transmitter, PLC configurations, the configuration software design aspects were described. Through the transformation of reactor control system has fast
9、 response, good stability, high reliability, control accuracy and good features, practical significance for industrial control.Key words: Temperature Control PLC HMI Kingview目 录安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书III装订线摘 要 .IABSTRACT II第一章 绪论 .11.1 反应釜总体结构及工艺流程 .11.2 课题背景及研究目的和意义 .21.3 国内外研究现状 .41.4 项目研究内容 .5第二章 系统总体
10、控制方案 .62.1 控制方案设计 .62.2 预期成果 .7第三章 PLC 和 Kingview 基础 83.1 可编程控制器的描述 .83.1.1 产生和应用 83.1.2 特点及分类 93.1.3 应用范围 103.1.4 组成和工作原理 113.2 组态软件的描述 .133.2.1 组态的定义 133.2.2 软件的特点 143.2.3 仿真的基本方法 143.2.4 开发系统编制应用程序注意事项 15第四章 控制系统的硬件设计 .164.1 PLC 控制系统的设计 164.1.1 设计的基本原则 .164.1.2 设计的一般步骤 .164.2 PLC 的选型和硬件配置 174.2.1
11、 PLC 型号的选择 .174.2.2 S7-300 CPU 的选择 184.2.3 数字量 I/O 模块 SM323184.2.4 模拟量 I/O 模块 SM334184.2.5 热电式传感器 194.2.6 三相交流一体化移相调压模块 .194.3 系统整体设计方案 .204.4 PLC 控制器的设计 204.4.1 PID 控制及参数整定 21第五章 控制系统 STEP7 软件的设计 .245.1 PLC 程序设计的方法 245.2 编程软件 STEP7 概述 .245.2.1 STEP7 的硬件接口 245.2.2 STEP7 的编程功能 .255.2.3 STEP7 项目的创建 .2
12、5IV5.2.4 硬件的组态 .265.2.5 用变量表调试程序 275.3 程序设计 .305.3.1 设计思路 305.3.2 PID 指令向导 305.3.2 控制程序 .36第六章 上位机组态画面的设计 .376.1 组态变量的建立 376.1.1 新建项目 .376.2 创建组态画面 396.2.1 新建主画面 .396.2.2 PID 参数设定窗口 406.3 实验组态 画面 406.3.1 历史曲线观察 406.3.2 实时曲线观察 416.3.3 PID 参数整定 416.3.4 查看数据报表 446.3.5 系统稳定 性测试 44结束语 .46参考文献 .47致 谢 .48附
13、 录 .49安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书共 48 页 第 1 页装订线第一章 绪论1.1 反应釜总体结构及工艺流程1.反应釜的工作原理及总体结构 8：反应釜是一种常用的化学反应容器，其内部反应机理较为复杂。研究通过控制器过程参数而控制化学反应过程，以提高产品的收率和质量的方法，对化工生产和生物制药等工业很有实用价值。反应釜有间歇式和连续式之分。间歇反应釜通常用于液相反应，如多品种、小批量的制药、燃料等反应。连续反应釜用于均相和非均相的液相反应，如聚合反应等，本文研究的对象为连续式反应釜。反应釜的基本结构如下图所示，由搅拌容器和搅拌机两大部分组成。搅拌容器包括筒体、换热元件及内构件。搅拌
14、器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等统称为搅拌机。釜体为一钢制罐形容器，可以在罐内装入物料，是物料在其内部进行化学反应。为了测量釜内的各项参数，在罐内装有钢制的套管，可将各种传感器放入其中。 图 1.1 反应釜结构示意图2.反应釜的温度控制 9：反应釜温度控制是通过控制两个阀门即加热水阀门和冷却水阀门来实现的，通过搅拌机的搅拌使物料均匀、提高导热速度，并使其温度均匀。在升温阶段，打开加热水阀门，对釜内的蛇管通以热水，使釜温升高，通过控制阀门开度来控制温度升高的速率，当加热到预定反应温度后就停止加热，反应过程中在夹套中通以冷却水，将反应产生的多余热量移走，控制温度保持恒定。导热介质的选择根据各厂产
15、2品的工艺温度要求确定的，常见的导热介质有过热蒸汽和导热油。温度测量常用热电阻或热电偶及其变送器组成。通过反应釜的导热介质要求保持温度恒定，通过调节流入反应釜夹套的导热介质的流量，来控制反应釜内物料的温度符合工艺要求。反应釜采用外围夹套，内部蛇形盘管，并具有搅拌功能的设计方式。外围夹套中存有导热油，导热油采用 4 组共 12 支电加热棒加热，每组加热棒均匀的分布在夹套的四周。搅拌器由一个小型电机带动按一定的转速连续搅拌。由此可见，其温度控制回路包括加热回路和冷却回路两部分。（1）加热控制回路由加热棒加热导热油为反应釜内提供恒定温度的热源，加热棒加热量由 PLC 调整晶闸管的导通角实现控制，晶闸
16、管采用调压工作方式，根据 PLC 送过来的信号调整输出电压，进而调整加热棒的加热功率，控制油浴温度。当空开闭合，数字量接通时接触器闭合，输出功率从下位机 PLC 给出至晶闸管，晶闸管将电流输出给加热棒实现釜温加热。晶闸管调整器加热棒断路 （ 空气 ） 开关 Q F接触器 K M互感器接电流显示仪表接到 P L C A O 模块对其电流进行控制 （ 4 - 2 0 m A ）图 1.2 加热控制回路（2）冷却水控制回路该回路主要有电动调节阀、流量检测仪表、动力泵和温度变送器组成。电动调节阀接受 PLC 的 420mA 的标准电流信号，通过调整冷却水的流量来控制反应釜内部的反应温度。其控制原理类似
17、于加热回路。1.2 课题背景及研究目的和意义在工业生产过程中，温度是最常见的过程参数之一。在冶金、化工、电力、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应釜和釜内的温度进行检测和控制。由于其具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点，它对控制调节器要求极高。目前,仍有相当部分工业企业在用窑、炉等烘干生产线，存在着控制精度不高、炉内温度均匀性差等问题,达不到工艺要求，造安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书共 48 页 第 3 页装订线成装备运行成本费用高，产出品品质低下，严重影响企业经济效益，急需技术改造10。传统的反应釜电气控制系统普遍采用继电器控制技术，由于
18、采用固定接线的硬件实现逻辑控制，使控制系统的体积增大，耗电多，效率不高且易出故障，不能保证正常的工业生产。随着计算机控制技术的发展，传统继电器控制技术必然被基于计算机技术而产生的PLC控制技术所取代。而PLC本身优异的性能使基于PLC控制的温度控制系统变的经济高效稳定且维护方便。这种温度控制系统对改造传统的继电器控制系统有普遍性意义。近年来，国内外对温度控制器的研究进行了广泛、深入的研究，特别是随着计算机技术的发展，温度控制器的研究取得了巨大的发展，形成了一批商品化的温度调节器，如:职能化 PID、模糊控制、自适应控制等，其性能、控制效果好,可广泛应用于温度控制系统及企业相关设备的技术改造服务
19、。在工业自动化领域内,可编程控制器(PLC)是一种应用非常广泛的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有可靠性高、控制能力、抗干扰能力强，编程简单、功能强大、操作灵活方便、适宜长期连续工作、体积小、能耗低等显著特点，非常适合温度控制的要求。PLC 不仅具有传统继电器控制系统的控制功能，而且能扩展输入输出模块，特别是可以扩展一些智能控制模块，构成不同的控制系统，将模拟量输入输出控制和现代控制方法融为一体，实现智能控制、闭环控制、多控制功能一体的综合控制。现代PLC 以集成度高、功能强、抗干扰能力强、组态灵活、工作稳定受到普遍欢迎，在传统工业的现代化改造中发挥越来
20、越重要的作用,尤其适合温度控制的要求。目前的工业控制中,常常选用 PLC 作为现场的控制设备,用于数据采集与处理、逻辑判断、输出控制；而上位机则是利用 HMI 软件来完成工业控制状态、流程和参数的显示,实现监控、管理、分析和存储等功能 。这种监控系统充分利用了 PLC 和计算机各自的特点,得到了广泛的应用。在这种方式的基础上设计了一套温度控制系统。以基于 PLC 的下位机和完成 HMI 功能的上位机相结合,构建成分布式控制系统,实现了温度自动控制。此外，随着工业自动化水平的迅速提高，用户对控制系统的过程监控要求越来越高，人机界面（HMI）的出现正好满足了用户这一需求。人机界面可以对控制系统进行
21、全面监控，包括参数监测、信息处理、在线优化、报警提示、数据记录等功能，从而使控制系统变得简单易懂、操作人性化，深受广大用户的喜欢。人机界面（HMI）在自动控制领域的作用日益显著。HMI正在成为引导工业生产制造走向成功的重要因素，因为这些系统越来越多的用于监控生产过程，让过程变得更加准确、简洁和快速，使控制系统变得简单易懂、操作人性化。41.3 国内外研究现状自 70 年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国内外温度控制系统发展迅速，并在职能化、自适应、参数自整定等方面取得成果，在这方面，以日本、美国、德国、瑞典等国技术
22、领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表,并在各行各业广泛应用。它们主要具有如下特点:（1)适应于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统的控制；（2)能适应于受控系统数学模型难以建立的温度控制系统的控制；（3)能适应于受控系统过程复杂、参数时变的温度控制系统的控制；（4)这些温度控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工职能等理论及计算机技术，运用先进的算法，适应的范围广泛；（5)温度控制器普遍具有参数自整定功能。借助计算机软件技术，温控器具有对控制参数及特性进行自动整定的功能。有的还具有自学习功能，它能够根据历史经验及控制对象的变化情况，自动调整相关控制参数，以保证
23、控制效果的最优化；（6)温度控制系统既有控制精度高、抗干扰能力强、鲁棒性好的特点。目前,国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能话、小型化等方面快速发展。温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛,但从国内生产的温度控制器来讲,总体发展水平仍然不高,同日本、美国、德国等先进国家相比仍然有着较大的差距。目前,我国在这方面总体水平处于 20 世纪 80 年代中后期水平,成熟产品主要以“点位”控制及常规的 PID 控制器为主,它只能适应一般温度系统控制,难于控制滞后、复杂、时变温度系统控制。而适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟。形成商品化并在仪表控制参数的自整定方
24、面，国外已有较多的成熟产品，但由于国外技术保密及我国开发工作的滞后，还没开发出性能可靠的自整定软件。控制参数大多靠人工经验及我国现场调试来确定。这些差距，是我们必须努力克服的。随着我国加入 WTO，我国政府及企业对此非常重视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，并通过合资、技术合作等方式，组建了一批合资、合作及独资企业，使我国温度仪表等工业得到迅速的发展。随着科学技术的不断发展，人们对温度控制系统的要求越来越高，因此，高精度、智能化、人性化的温度控制系统是国内外必然发展的趋势。1.4 项目研究内容可编程控制器(PLC)是集计算机技术、自动控制技术和通信技术为一体的新型
25、自动控制装置。其性能优越，已被广泛应用于工业控制的各个领域，并已成为工业自动化的三大支柱(PLC、工业机器人、CAD/CAM)之一。PLC 的应用已成为一个世界潮安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书共 48 页 第 5 页装订线流，在不久的将来 PLC 技术在我国将得到更全面的推广和应用。本论文研究的是 PLC 技术在温度监控系统上的应用。系统设计使用了 PLC 的热电阻温度采集模块，在上位机的控制下，对工业现场的温度进行实时的采集和监控。从整体上分析和研究了控制系统的硬件配置、电路图的设计、程序设计，控制对象数学模型的建立、控制算法的选择和参数的整定，人机界面的设计等。本论文通过德国西门子公
26、司的 S7-300 系列 PLC 控制器，温度传感器将检测到的实际釜温转化为电压信号，经过模拟量输入模块转换成数字量信号并送到 PLC 中进行 PID 调节，PID 控制器输出量转化成占空比，通过三相交流一体化移相调压模块控制釜内加热的功率来实现对反应釜温度的控制。同时利用亚控公司的组态软件“组态王”设计一个人机界面（HMI） ，通过串行口与可编程控制器通信，对控制系统进行全面监控，从而使用户操作更方便。总体上包括的技术路线：硬件设计，软件编程，参数整定等。6第二章 系统总体控制方案2.1 控制方案设计本 系 统 是 在 实 验 室 原 有 的 常 规 温 控 仪 表 控 制 的 部 分 硬
27、件 基 础 上 建 立 和 完 善 的 。本 温 度 控 制 系 统 的 具 体 指 标 要 求 是 ： 对 反 应 釜 温 度 调 整 范 围 为 20 100（ 20 表 示 为 常 温 ） ， 温 度 控 制 精 度 小 于 等 于 1 ， 系 统 的 超 调 量 须 小 于 15%。软 件 设 计 须 能 进 行 人 机 对 话 。 本 PLC 温 度 控 制 系 统 ， 是 利 用 PLC 作 为 系 统 的 主控 制 器 ， 测 量 电 路 中 的 温 度 反 馈 信 号 经 A/D 变 换 后 ， 送 入 PLC 中 进 行 处 理 ， 经过 一 定 的 算 法 后 ， PLC
28、再 输 出 信 号 来 控 制 交 流 接 触 器 的 通 断 ， 控 制 反 应 釜 加 热 器得 到 的 功 率 ， 从 而 实 现 对 温 度 的 控 制 。 具 体 控 制 算 法 是 将 测 量 元 件 测 得 的 模 拟 釜内 水 温 与 设 定 值 进 行 比 较 ， 采 用 PID 调 节 加 热 。 当 PID 调 节 完 成 一 个 周 期 震 荡后 ， 若 出 现 测 得 的 水 温 超 过 设 定 水 温 1 以 上 ， PLC 控 制 执 行 元 件 放 热 水 进 冷 水进 行 自 动 调 节 。当 水 位 低 于 下 限 值 或 高 于 上 限 值 时 均 停 止
29、 加 热 ， 内 部 从 新 调 节 并 通 过 组 态监 控 界 面 实 时 显 示 报 警 信 号 。 模 拟 反 应 釜 内 的 水 是 通 过 水 泵 将 贮 水 箱 中 的 水 抽 出 ，通 过 电 磁 阀 将 水 放 到 贮 水 箱 中 。 使 水 形 成 循 环 。 当 设 定 某 一 温 度 后 ， 启 动 水 泵 向模 拟 反 应 釜 内 进 水 ， 水 位 上 升 到 下 限 液 位 后 ， 自 动 启 动 PID 调 节 加 热 。 若 出 现测 得 的 水 温 超 过 设 定 水 温 1 以 上 ， PLC 控 制 执 行 元 件 电 磁 阀 放 热 水 ， 同 时 水
30、 泵进 冷 水 以 进 行 自 动 调 节 9。安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书共 48 页 第 7 页装订线初 始 化通 信 测 试 PC机 是 否 连 上 ？测 初 始 水 温 送 PC机 处 理进 水液 位 到 否启 动 PID加 热时 时 检 测 温 度 与 设 定 值 比 较温 差 1摄 氏 度 否 ？启 动 水 泵 加 水 ， 启 动 电 磁 阀 放 水 NNY图 2.1 方 案 流 程 图2.2 预期成果通过西门子PLC控制器，温度传感器将检测到的实际炉温转化为电压信号，经过模拟量输入模块转换成数字量信号并送到PLC中进行PID调节，PID控制器输出量转化成占空比，通过固态继
31、电器控制反应釜加热的通断来实现对釜内温度的控制。同时利用组态软件组态王设计一个人机界面（HMI） ，通过串行口与可编程控制器通信，对控制系统进行全面监控，从而使用户操作更方便。8第三章 PLC 和 Kingview 基础3.1 可编程控制器的描述可 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 。 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
32、， 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 。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
33、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。 3.1.1 产生和应用PLC 发 展 过 程 大 致 可 分 为 三 个 阶 段 ： PLC 早 期 阶 段 （ 60年 代 末 70年 代 中 期 ） ， 这 时 的 PLC 实 际 上 可 称 为 可 编程 逻 辑 控 制 器 ， 主 要 执 行 逻 辑 运 算 、 定 时 、 计 数 和 顺 序 控 制 ， 硬 件 上
34、采 用 准 计 算机 的 结 构 形 式 ， 主 要 采 用 小 规 模 集 成 电 路 和 分 立 元 件 电 路 ， 其 可 靠 性 、 方 便 性 高于 传 统 的 继 电 器 控 制 系 统 。 PLC 中 期 阶 段 （ 70年 代 中 期 80年 代 中 期 ） ， 微 处 理 器 的 出 现 使 PLC 发 生了 巨 大 的 变 化 ， PLC 功 能 大 大 增 强 ， 软 件 方 面 在 初 期 基 础 上 增 加 了 算 术 运 算 、 数据 处 理 、 通 信 、 自 诊 断 功 能 ； 硬 件 方 面 增 加 了 模 拟 量 及 各 种 特 殊 功 能 模 板 ， 可
35、靠性 进 一 步 提 高 。 PLC 近 代 发 展 阶 段 （ 80年 代 中 期 ） ， 超 大 规 模 集 成 电 路 的 采 用 使 PLC的 CPU 档 次 大 幅 度 提 高 ， 与 此 同 时 各 厂 商 还 开 发 了 专 用 逻 辑 处 理 芯 片 （ ASIC 芯片 ） ， 使 PLC 软 硬 件 发 生 了 巨 大 变 化 ， 这 个 阶 段 即 使 是 小 型 PLC， 其 功 能 也 大 大提 高 ， 大 型 机 具 有 强 大 的 网 络 功 能 。1969年 美 国 数 字 设 备 公 司 （ DEC） 成 功 研 制 出 世 界 上 第 一 台 可 编 程 序
36、控 制 器（ PDP-14型 ） ， 并 成 功 地 在 美 国 通 用 汽 车 公 司 （ GM） 自 动 装 配 线 上 应 用 。 PC 产生 到 现 在 还 不 到 30年 ， 便 以 其 功 能 强 、 应 用 灵 活 、 结 构 简 单 、 编 程 简 易 、 使 用 方便 、 可 靠 性 高 等 一 系 列 优 点 很 快 在 美 国 的 其 它 工 业 领 域 获 得 推 广 和 应 用 ， 并 迅 速应 用 到 世 界 各 国 的 军 、 民 用 等 各 个 领 域 。安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书共 48 页 第 9 页装订线1971年 日 本 从 美 国 引 进 这
37、 项 技 术 ， 很 快 研 制 出 第 一 台 可 编 程 序 控 制 器 DSC-18。 1973年 西 欧 国 家 也 研 制 出 他 们 的 第 一 台 可 编 程 控 制 器 。 我 国 从 1974年 开 始研 制 ， 1977年 开 始 工 业 推 广 应 用 。 进 入 20世 纪 70年 代 ， 随 着 电 子 技 术 的 发 展 ，尤 其 是 PLC 采 用 通 讯 微 处 理 器 之 后 ， 这 种 控 制 器 功 能 得 到 更 进 一 步 增 强 。 进 入20世 纪 80年 代 ， 随 着 大 规 模 和 超 大 规 模 集 成 电 路 等 微 电 子 技 术 的
38、迅 猛 发 展 ， 以16位 和 少 数 32位 微 处 理 器 构 成 的 微 机 化 PLC， 使 PLC 的 功 能 增 强 ， 工 作 速 度 快 ，体 积 减 小 ， 可 靠 性 提 高 ， 成 本 下 降 ， 编 程 和 故 障 检 测 更 为 灵 活 ， 方 便 。 目 前 ，PLC 在 国 内 外 已 广 泛 应 用 于 钢 铁 、 石 油 、 化 工 、 电 力 、 建 材 、 机 械 制 造 、 汽 车 、轻 纺 、 交 通 运 输 、 环 保 及 文 化 娱 乐 等 各 个 行 业 。3.1.2 特点及分类主 要 特 点 ：（ 1） 设 计 上 考 虑 了 工 业 环 境
39、 、 抗 干 扰 能 力 强 和 可 靠 性 高 。抗 干 扰 性 能 好 、 可 靠 性 高 是 PLC 最 突 出 的 特 点 之 一 。 PLC 采 用 大 规 模 集成 电 路 ， 器 件 数 量 大 大 减 少 ， 输 入 /输 出 接 口 电 路 均 采 用 光 电 隔 离 ， 各 输 入 端 都采 用 RC 滤 波 ， 高 速 输 入 端 采 用 数 字 滤 波 ， 各 模 块 采 取 了 可 防 辐 射 的 屏 蔽 措 施 ，且 PLC 本 身 具 有 完 备 的 自 诊 断 功 能 ， 可 迅 速 判 断 故 障 。（ 2） 编 程 及 操 作 简 便 易 学PLC 编 程
40、采 用 类 似 于 继 电 控 制 系 统 的 梯 形 图 （ LAD） ， 控 制 系 统 流 程 （ CSF） ，语 句 表 （ STL） 等 进 行 ， 这 种 语 言 简 单 直 观 ， 一 些 大 型 PLC 还 允 许 用 高 级 语 言 编程 ， 如 VASIC， C+等 ， 使 用 十 分 方 便 。（ 3） 采 用 模 块 化 结 构由 于 PLC 采 用 模 块 化 结 构 ， 用 户 可 根 据 工 业 控 制 的 实 际 要 求 选 择 各 种 功 能 模块 自 行 组 合 系 统 ， 维 护 十 分 方 便 ， 当 系 统 某 部 分 发 生 故 障 ， 只 需 要
41、更 换 该 模 块 系统 即 可 正 常 工 作 。（ 4） 具 有 功 能 很 强 的 I/O 模 块 及 智 能 接 口 模 块对 于 不 同 的 工 业 控 制 信 号 ， 交 、 直 流 电 压 和 电 流 ， 以 及 数 字 、 模 拟 、 脉 冲 等信 号 都 有 相 应 的 I/O 模 板 。 此 外 ， 还 有 各 种 有 独 立 处 理 器 和 存 储 器 的 智 能 模 块 ，它 们 可 以 完 成 许 多 特 殊 功 能 ， 如 闭 环 调 节 、 温 度 控 制 、 位 置 控 制 等 ， 还 可 用 于 打印 机 、 终 端 显 示 器 等 。（ 5） 网 络 化PL
42、C 可 联 成 很 强 的 网 络 系 统 ， 高 速 网 一 般 采 用 令 牌 通 信 方 式 ， 传 输 速 度 可 达1 10MB/s， 距 离 可 达 500 1000m， 网 络 节 点 可 达 1024个 ； 低 速 网 一 般 采 用 主 从10方 式 通 信 ， 传 输 速 度 可 达 103以 至 104B/s， 距 离 可 达 500 15000m。（ 6） 产 品 系 列 化 、 成 本 低国 外 PLC 每 隔 几 年 便 推 出 一 个 新 系 列 ， 许 多 公 司 已 经 具 有 多 个 系 列 的 产 品 ，一 般 可 分 为 大 、 中 、 小 三 种 类
43、型 ， 由 于 采 用 模 块 化 结 构 ， PLC 功 能 得 到 充 分 利用 ， 不 仅 体 积 小 （ 仅 为 继 电 系 统 1/5） 、 耗 电 少 ， 而 且 价 格 便 宜 。分 类 ：(一 )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
44、 数 据 处 理 和 传送 通 讯 联 网 以 及 各 种 应 用 指 令 。(二 )中 型 PLC中 型 PLC 采 用 模 块 化 结 构 ， 其 I/O 点 数 一 般 在 256 1024 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
45、 度 更 快 。(三 )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 冗 余 或 三 CPU 构成 表 决 式 系 统 使 机 器 的 可 靠 性 更 高3.1.3 应用范围经 过 30年 的 发 展 ， PLC 具 有 许 多 优 越 的 性 能 和 特 点 ， 很
46、 快 被 应 用 到 工 业 控 制的 各 个 领 域 ：（ 1） 开 关 逻 辑 控 制 及 顺 序 控 制 。 这 是 PLC 最 基 本 的 控 制 功 能 ， 可 用 之 取 代 继电 器 控 制 及 顺 序 控 制 。（ 2） 计 数 控 制 。 PLC 具 有 计 数 功 能 ， 具 有 几 个 至 几 千 个 计 数 器 ， 并 有 用 于 计 数的 高 速 计 数 模 块 。（ 3） PID 控 制 。 中 、 大 型 PLC 都 有 PID 控 制 功 能 。（ 4） 用 于 机 械 数 字 控 制 。 PLC 可 与 机 械 加 工 的 数 字 控 制 （ NC） 及 计
47、算 机 控 制（ CNC） 联 成 一 体 实 现 数 值 控 制 ； 可 用 于 配 置 柔 性 制 造 系 统 （ FMS） 和 计 算 机 集成 制 造 系 统 （ SIMS） 等 。（ 5） 机 器 人 控 制 。 随 着 机 器 人 和 PLC 技 术 的 不 断 成 熟 和 发 展 ， 许 多 机 器 人 厂家 开 始 采 用 PLC 控 制 机 器 人 动 作 。安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书共 48 页 第 11 页装订线（ 6） 组 成 多 级 控 制 系 统 。 新 一 代 PLC 均 有 通 信 网 络 功 能 ， 能 对 远 程 I/O 进 行控 制 ， 既 能
48、实 现 PLC 之 间 的 通 信 ， 又 能 完 成 PLC 与 上 位 机 之 间 的 通 信 ， 能 方 便地 构 成 分 散 控 制 ， 集 中 管 理 的 分 布 式 控 制 系 统 。3.1.4 组成和工作原理可 编 程 控 制 器 的 组 成 :PLC 包 括 CPU 模 块 、 I/O 模 块 、 内 存 、 电 源 模 块 、 底 板 或 机 架 。 1-电 源 模 块 ； 2-后 备 电 池 ； 3-24V DC 连 接 器 ； 4-模 式 开 关 ；5-状 态 和 故 障 指 示 灯 ； 6-存 储 器 卡 (CPU 313 以 上 )；7-MPI 多 点 接 口 ； 8-前 连 接 器 ； 9-前 盖图 3.1 组 装 式 PLC(西 门 子 S7-300)1 CPUCPU 是 PLC 的 核 心 ， 它 按 PLC 的 系 统 程 序 赋 予 的 功 能 接 收 并
