基于S7300 PLC和触摸屏的吸液率测定装置.doc

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1、 基于S7-300 PLC和触摸屏的吸液率测定装置 摘要可编程控制器是一种应用很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，非常适合吸液率测定的要求。 在工业领域，随着自动化程度的迅速提高，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全面监控，包括过程监测、报警提示、数据记录等功能，从而使控制系统变得操作人性化、过程可视化，在自动控制领域的作用日益显著。 本文介绍了一种浸胶过程的吸液率实时测定装置，该装置基于S7-300PLC和HMI设计。分

2、析了吸液率的测量原理，对测定装置系统的硬件结构、软件设计和HMI画面组态进行了较详细的说明。本装置设计先进、功能完善、可靠性高，和同类产品相比，在性能和可靠性方面均处于领先水平。关键词： 浸胶过程 吸液率 平均吸液率 S7-300PLC 触摸屏Based on S7-300 PLC and touch screen for determination of the suction device AbstractProgrammable controller is a kind of application is extensive automatic control device, it wi

3、ll traditional relay control technology, computer technology and communication technology is an organic whole, have strong ability to control, convenient operation, high reliability, appropriate long-term continuous working characteristics, very suitable for sucks fluid rate mensuration requirements

4、.In industrial field, with the rapid increase of automation degree, the user to the control system process monitoring demand is higher and higher, man-machine interface appeared just a satisfying user needs. The man-machine interface can of the control system is carried out comprehensive monitoring,

5、 including process monitoring, alarm prompt, data records, and other functions, thus make control system is becoming operating humanized, process visualization, in the role of automatic control field has more and more notable.This paper introduces a kind of soak glue process real-time measurement de

6、vice by absorb fluid rate based on this device S7 - mill and HMI design. Analyzed the principle of measurement of the absorb fluid rate to determine equipment system, the hardware structure, software design and HMI screen configuration were detailed instructions. This device is advanced in designing

7、, the perfect function, high reliability, and similar products compare in performance and reliability, are in a leading level.Keywords: soak glue process to absorb fluid rate average sucks fluid rate S7 - mill touch screen1 绪论1.1项目背景和意义在我国随着社会的发展，很早就实行了自动控制。而在我国液位控制系统也利用得相当的广泛，特别在锅炉液位控制，水箱液位控制。由于其具有

8、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。为了解决人工控制的控制准度低、控制速度慢、灵敏度低等一系列问题。从而我们现在就引入了工业生产的自动化控制。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。在工业自动化领域内,PLC（可编程控制器）以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、性价比高、体积小、能耗低等显著特点广泛应用于现代工业的自动控制之中。目前的工业控制中,常常选用P

9、LC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。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

10、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越重要的作用,尤其适合液位测定的要求。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。 HMI其实广义的解释就

11、是“使用者与机器间沟通、传达及接收信息的一个接口”。举个例子来说，在一座工厂里头，我们要搜集工厂各个区域的温度、湿度以及工厂中机器的状态等等的信息透过一台主控器监视并记录这些参数，并在一些意外状况发生的时候能够加以处理。这便是一个很典型的SCADA/HMI的运用，一般而言，HMI系统必须有几项基本的能力：实时的资料趋势显示把撷取的资料立即显示在屏幕上。自动记录资料自动将资料储存至数据库中，以便日后查看。历史资料趋势显示把数据库中的资料作可视化的呈现。报表的产生与打印能把资料转换成报表的格式，并能够打印出来。图形接口控制操作者能够透过图形接口直接控制机台等装置。 警报的产生与记录使用者可以定义一

12、些警报产生的条件。1.2 吸液率的测定1.2.1吸液率测定技术国内外现状 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，国内吸液率控制系统发展迅速，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、瑞典等国技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的液位控制器及仪器仪表,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、大滞后等复杂液位控制系统的测定。2)能适应于受控系统数学模型难以建立的液位控制系统的测定。3)能适应于受控系统过程复杂、参数时变的液位控制系统的控制。4)这些液位

13、控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智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)液位控制器普遍具有参数自整定功能。借助计算机软件技术，液位控制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，以保证控制效果的最优化。6)液位控制系统既有控制精度高、抗干扰能力强。目前,国外液位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。 1.2.2 吸液率测定技术发展方向 液位控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛,但从国内生产的液位控制器来讲,总体发展水平仍然不高,同日本、美国、德

14、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,它只能适应一般液位系统控制,难于控制滞后、复杂、时变液位系统控制。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

15、独资企业，使我国液位仪表等工业得到迅速的发展。随着科学技术的不断发展，人们对液位控制系统的要求愈来愈高，因此，高精度、智能化、人性化的液位控制系统是国内外必然发展趋势。1.3 本设计完成的主要工作 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技术在吸液率测定系统上的应用。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

16、，参数的整定，人机界面的设计等。本论文应用的是德国西门子公司的S7-300系列PLC控制器，液传感器将检测到的实际液位转化为电压信号，经过模拟量输入模块转换成数字量信号并送到PLC中，再通过一定的数学运算得出帘子布的吸液率和平均吸液率。同时设计一个人机界面（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。2 PLC 和HMI基础 可编程逻辑控制器是一种工业控制计算机，简称PLC（Programmable Logic Controller），它使用了可编程序的记忆以存储指令，用来执行诸如逻辑、顺序、计时、

17、计数和演算等功能，并通过数字或模拟的输入和输出，以控制各种机械或生产过程。2.1 可编程控制器（PLC）基础2.1.1可编程控制器的产生与应用 20世纪60年代，计算机技术开始应用于工业领域，由于价格高、输入电路不匹配、编程难度大以及难于适应恶劣工业环境等原因，未能在工业控制领域获得推广。1968年，美国通用汽车公司（GM）为了适应生产工艺不断更新的需要，要求寻找一种比继电器更可靠、功能更齐全、响应速度更快的新型工业控制器，并从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件，立即引发了开发热潮。1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，

18、并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。随着PLC功能的不断完善，性价比的不断提高，PLC的应用面也越来越广。目前，PLC在国内外已经广泛应用于钢铁、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。PLC的应用范围通常可分为开关逻辑控制、运动控制、过程控制、机械加工中的数字控制、机器人控制、通信和联网等。2.1.2可编程控制器的组成和工作原理PLC从组成形式上一般分为整体式和模块式两种，但在逻辑结构上基本相同。无论是整体式还是模块式，从硬件结构看，PLC都是由CPU、存储器、I/O接口单元及扩展接口和扩展部件、外设接口及外

19、设和电源等部分组成，各部分之间通过系统总线连接。PLC的基本结构如图2-1所示：输入接口中央处理单元CPU输出接口电源存储单元 图2-1 PLC基本结构图1） CPU（中央处理器） CPU是PLC的核心，由运算器、控制器、寄存器、系统总线，外围芯片、总线接口及有关电路构成。它的功能是接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等，是PLC不可缺少的组成单元。主要功能包括以下几个方面。（1）接收从编程器或者计算机输入的程序和数据，并送入用户程序存储器存储。（2）监视电源、PLC内部各

20、个单元电路的工作状态。（3）诊断编程过程中的语法错误，对用户程序进行编译。（4）在PLC进入运行状态后，从用户程序存储器中逐条读取指令，并分析、执行该指令。（5）采集由现场输入装置送来的数据，并存入指定的寄存器中。（6）按程序进行处理，根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出状态或数据寄存器的内容。（7）根据输出状态或数据寄存器的有关内容，将结果送到输出接口。（8）响应中断和各种外围设备（如编程器、打印机等）的任务处理请求。2） I/O接口 PLC是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置能力的限制，即受最大的

21、底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。PLC的对外功能主要是通过各种I/O接口模块于外界联系来实现的。输入模块和输出模块是PLC与现场I/O装置或设备之间的连接部件，起着PLC与外部设备之间的传递信息的作用。I/O模块分为开关量输入、开关量输出、模拟量输入和模拟量输出等模块。3）存储器 存储器（内存）主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。一般包括系统程序存储器和用户程序存储器两部分。系统程序存储器用于存储整个系统的监控程序，一般采用只读存储器（ROM），具有掉电不丢失信息的特性。用户程序存储器用于存储用户根

22、据工艺要求或者控制功能设计的控制程序，早期一般采用随机读写存储器（RAM），需要后备电池在掉电后保存程序。目前则倾向于采用电可擦除的只读存储器（EEPROM）或闪存(Flash Memory)，免去了后备电池的麻烦。4）电源模块 PLC中的电源，是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。电源可分直流和交流两种类型，交流输入220VAC或110VAC，直流输入通常是24V。5）智能模块 除了上述通用的I/O模块外，PLC还提供了各种各样的特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、温度控制、中断控制、位置控制、以太网、远程I/O控制、打印机等专用型或智能型的I/O模块，用以满足各种特殊功能的控制要求。I/O

23、模块的类型、品种与规格越多，系统的灵活性越好，模块的I/O容量越大，系统的适应性就越强。6）编程设备常见的编程设备有简易手持编程器、智能图形编程器和基于PC的专用编程软件。编程设备用于输入和编辑用户程序，对系统作些设定，监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程设备在PLC的应用系统设计与调试、监控运行和检查维护中是不可缺少的部件，但不直接参与现场的控制。 PLC本质上就是一台微型计算机，其工作原理与普通计算机类似，具有计算机的许多特点。但其工作方式却与计算机有着较大的不同，具有一定的特殊性。PLC采用循环扫描的工作方式。工作时逐条顺序扫描用户程序，如果一个线圈接通或断开，该线圈的所有触点

24、不会立即动作，需等扫描到该触点时才会动作6。2.1.3可编程控制器的分类及特点根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。 还可以按I/O点数分类，根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型、大型和超大型四类: IO点数在256以下为小型PLC； IO点数在2561024为中型PLC； IO点数大于1024为大型PLC； IO点数在4000以上为超大型PLC 可编程控制器有可靠性高、编程简单易学、功能强、安装简单、维修方便、采用模块化结构、接口模块丰富、系统设计与调试周期短等特点。2.2人机界面基础随着

25、社会的进步，工业自动化技术迅猛发展，控制系统功能越来越强大，控制过程也变得越来越复杂，系统操作最大透明化已经成为一种需要。人机界面（HMI Human Machine Interface）以其美观易懂、操作人性化等显著特点，正好满足这种需求而得到广泛的应用。2.2.1人机界面的定义 人机界面是指连接可编程控制器（PLC）、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元（如触摸屏、键盘、鼠标等）写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备,由硬件和软件两部分组成。2.2.2人机界面产品的组成及工作原理 人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显

26、示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等，其中处理器的性能决定了HMI产品的性能高低，是HMI的核心单元。根据HMI的产品等级不同，处理器可分别选用8位、16位、32位的处理器。HMI软件分为两部分，即运行于HMI硬件中的系统软件和运行于PC机Windows操作系统下的画面组态软件（如组态王等）。用户必须先使用组态软件制作“工程文件”，再通过PC机和HMI 产品的串行通讯口，把编制好的“工程文件”下载到HMI的处理器中运行。2.2.3人机界面产品的特点(1) 系统运行过程清晰化控制过程可以动态地显示在HMI设备上。例如：炉子加热通断可以通过指示灯亮灭来显示，炉子的温度大小可以用棒图来指示等等

27、，使整个控制系统变得形象易懂，也更加清晰。(2) 系统操作简单化操作员可以通过监控界面来控制过程。可从监控界面上启动和停止系统、设定液位上下限等参数等。(3) 显示报警控制过程达到临界状态或系统运行错误时会自动触发报警，例如，液位上限设定的参数小于液位下限。(4) 数据归档HMI系统可以记录过程变量值和报警信息并归档。例如：通过归档数据，您可以查看过去一段时间的系统运行情况，过程变量等。(5) 报表系统HMI系统可以输出报警和过程值报表。例如，您可以在生产某一轮班结束时打印输出生产数据。3 帘子布吸液率控制系统硬件设计 在掌握了PLC的硬件构成、工作原理、指令系统以及编程环境后，就可以PLC作

28、为主要控制器来构造PLC控制系统。本章主要从系统设计结构和硬件设计角度，介绍该项目的PLC控制系统设计步骤、PLC的硬件配置、外部电路设计以及PLC控制器的设计和参数的整定。3.1 PLC控制系统设计的基本原则和步骤弄懂PLC的基本工作原理和指令系统后,就可以把PLC应用到实际的工程项目中。无论是用PLC组成集散控制系统，还是独立控制系统，PLC控制部分的设计都可以参考图3-1所示的步骤。3.1.1 PLC控制系统设计的基本原则任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象(生产设备或生产过程)的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。而在实际设计过程中，设计原则往往会涉及很多方面，其中最基本的设计原则

29、可以归纳为2点。1. 设计原则 (1)完整性原则。最大限度的满足工业生产过程或机械设备的控制要求。 (2)可靠性原则。确保计算机控制系统的可靠性。 (3)经济型原则。力求控制系统简单、实用、合理。(4)发展性原则。适当考虑生产发展和工艺改进的需要，在I/O接口、通信能力等方面留有余地。评估控制任务PLC机型的选择控制柜设计及布线程序设计联机调试PLC安装程序检查、调试控制流程的设计程序备份修改软、硬件模拟运行投入使用是否满足要求图3-1 PLC控制系统设计步骤 2. 评估控制任务 根据系统所需完成的控制任务，对被控对象的生产工艺及特点进行详细分析，特别是从以下几个方面给以考虑。 (1) 控制规

30、模 一个控制系统的控制规模可用该系统的I/O设备总数来衡量。当控制规模较大时,特别是开关量控制的I/O设备较多时，最适合采用PLC控制。 (2) 工艺复杂程度 当工艺要求较复杂时,采用PLC控制具有更大的优越性.(3) 可靠性要求目前,当I/O点数在20甚至更少时，就趋向于选择PLC控制了。(4) 数据处理速度若数据处理程度较低，而主要以工业过程控制为主时，采用PLC控制将非常适宜。3.1.2 PLC 控制系统设计的一般步骤 PLC控制系统设计包括硬件设计和软件设计。所谓硬件设计，是指PLC外部设备的设计，而软件设计即PLC应用程序的设计。整个系统的设计分以下5步进行。 1. 熟悉被控对象 深

31、入了解被控系统是设计控制系统的基础。设计人员必须深入现场，认真调查研究，收集资料，并于相关技术人员和操作人员一起分析讨论，相互配合，共同解决设计中出现的问题。这一阶段必须对被控对象所有功能全面的了解，对对象的各种动作及动作时序、动作条件、必要的互锁与保护;电气系统与机械系统间的关系;PLC与其他设备的关系，PLC之间是否通信联网;系统的工作方式及人机界面，需要显示的物理量及显示方式等。 2. 硬件选择 具体包括如下： (1) 系统I/O设备的选择。输入设备包括按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等。输出设备包括继电器、接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等。(2) 选择PLC。PLC选择包括

32、对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择。 (3) PLC的I/O端口分配。在进行I/O通道分配时应给出I/O通道分配表，表中应包含I/O编号、设备代号、名称及功能等。(4) 绘制PLC外围硬件线路图。画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。 (5)计数器、定时器及内部辅助继电器的地址分配。 3. 编写应用程序 根据控制系统的要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能

33、。程序通常还应包括以下内容： (1)初始化程序。在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。 (2)检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。 (3)保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。 4. 程序调试程序调试分为2个阶段，第一阶段是模拟调试、第二阶段是现场调试。程序模拟调试是，以方便的形式模拟产生现场实

34、际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。 (1)硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。 (2)软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。 现场调试。当控制台及现场施工完毕，程序模拟调试完成后，就可以进行现场调试，如不能满足要求，须重新检查程序和接线，及时更正软硬件方面的问题。 5. 编写技术文件技术文件包括

35、设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书等。3.2 的选型与硬件配置3.2.1 PLC型号的选着本吸液率控制系统选择德国西门子公司的S7-300系列的PLC。S7-300 PLC属于小型整体式的PLC, 本机自带RS-485通信接口、外挂电源和I/O接口。它的硬件配置灵活，既可用一个单独的S7-300 CPU构成一个简单的数字量控制系统，也可通过扩展电缆进行数字量I/O模块、模拟量模块或智能接口模块的扩展，构成较复杂的中等规模控制系统。完整的S7-300系列PLC实物如图3-2所示。3.2.2 PLC CPU的选着 S7-300系列的PLC有标准型CPU（C

36、PU313、314、315、315-2DP、316-2DP）、户外型CPU（CPU312IFM、CPU314IFM）、紧凑型（CPU312C、313C、313C-PtP）等类型。此系统选用S7-300 CPU312C，CPU226集成了DI/DO（10/6）的数字I/O。还有16KB程序和数据存储空间空间，8个独立的计数器，配有2个RS485通讯口，具有MPI和自由方式通讯能力，波特率最高为187.5kbit/s，可用于较高要求的中小型控制系统。 系统的硬件主要有S7300和触摸屏组成。采用触摸屏后整个系统的I/0点数减少了很多，因此使用小型PLC(如S7200)即可完成任务，但考虑到该系统使

37、用的工业现场环境比较恶劣，说以采用了I/O均有隔离措施的S7300PLC，和使用小型PLC相比，本设计选着使用的CPU312C有更高的性能价格比。系统硬件组成如图3-3所示。3.2.3 SM331模拟量输入模块 本液位控制系统中，通过差压传感器实时测量胶槽液位，经变送器转化为4-20mA的电流信号，SM331用于将现场模拟量测量传感器输出的直流电流信号转化为PLC内部处理用的数字信号。该模块主要有A/D转化器、转换开关、恒流源、补偿电路、光隔离器及逻辑电路等组成。SM331内部只有一个A/D转换器各路模拟信号可通过转换开关的切换，按顺序依次完成。其主要功能包括如下几项：DC24V开关电源PS

38、CPU DI/307 312C DO 331TP170B上位机AC220VDC24V图3-3系统硬件组成分辨率可调，可以从9-15位加符号位。A/D转化器采用积分法，4挡积分时间为2.5ms,16.7ms,20ms和100ms。测量范围广，电压和电流传感器、热电偶、电阻和电阻式温度计均可作为传感器与之相连。具有极限值诊断和中断诊断。 SM331目前有8中规格的模块，所有模块内部均设有光隔离电路，输入一般采用屏蔽电缆，最长100米或200米。3.2.4 电源模块 2A PS307 本设计使用的是2A的PS307，通过总线给CPU模块及A/D模块供电，并为触摸屏提供24V直流电源。同时，PS307

39、电源模块还具有以下显著特性： 输出直流电流2A 输出电压24VDC；防短路和开路保护 连接单相交流系统（输入电压120/230VAC,50/60HZ） 可靠的隔离特性 可用作负载电源3.2.5 显示模块图片TP170B 该触摸屏的分辨率为240320，蓝色，显示面积为11687（WH）mm,背光管无故障工作时间（25）500000小时（6年连续工作），处理器32-Bit RISC/66MHZ,接口RS232、RS422、RS485，工作环境-20至60，可支持大约100页信息、50幅图画、400条信息、按钮开关、固定/动态文本及250个左右的变量，支持配方及趋势图，有400条事件/报警。3.3

40、 CPU312C I/O 信号说明该液位测量系统I/O口分配如表3-1输入触点功能说明输出触点功能说明I0.0计数翻转Q0.0注液阀控制继电器I0.1脉冲输入Q0.1报警铃控制继电器I0.2电令解除Q0.2报警灯I0.3仪表/吸液切换开关Q0.3演算指示灯Q0.4注液阀状态指示表3-1 系统I/O口分配3-4 PLC控制器的设计系统选用PLC CPU312C为控制器， 差压传感器将检测到的实际胶槽液位转化为电流信号，经过SM331模拟量输入模块转换成数字量信号并送到PLC中，通过继电器控制电磁阀的通断来实现对胶槽注液。PLC和HMI相连接，实现了系统的实时监控。 图3-4系统硬件构成 4 PL

41、C控制系统软件设计PLC控制系统的设计主要包括硬件设计和软件设计两部分，上一章已经详细介绍了本项目硬件连接。本章在硬件设计的基础上，将详细介绍本项目软件设计，主要包括软件设计的基本步骤、方法，编程软件STEP7-Micro/WIN的介绍以及本项目程序设计。4.1 PLC程序设计方法编写PLC程序的方法很多，这里主要介绍几种典型的编程方法。1. 图解法编程图解法是靠画图进行PLC程序设计。常见的主要有梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺控法。（1）梯形图法梯形图法是用梯形图语言去编制PLC程序。这是一种模仿继电器控制系统的编程方法，其图形甚至元件名称都与继电器电路十分相似。这种方法很容易

42、地把原继电器控制电路移植成PLC的梯形图语言。这对于熟悉继电器控制的人来说，是最方便的一种编程方法。（2）逻辑流程图法逻辑流程图法是用逻辑框图表示PLC程序的执行过程，反映输入与输出的关系。逻辑流程图会使整个程序脉络清晰，便于分析控制程序、查找故障点及调试和维修程序。（3）时序流程图法时序流程图法是首先画出控制系统的时序图（即到某一个时间应该进行哪项控制的控制时序图），再根据时序关系画出对应的控制任务的程序框图，最后把框图写成PLC程序。这种方法很适合以时间为基准的控制系统的编程方法。（4）步进顺控法步进顺控法是在顺控指令的配合下设计复杂的控制程序。一般比较复杂的程序都可以分成若干个功能比较简

43、单的程序段，一个程序可以看成整个控制过程的一步。2. 经验法编程经验法是运用自己的或者别人的经验进行设计。多数是设计前先选择与自己工艺要求相近的程序，把这些程序看成是自己的“试验程序”。结合自己工程的情况，对这些“试验程序”逐一修改，使之适合自己的工程要求。3.计算机辅助设计编程计算机辅助设计是通过PLC编程软件（比如STEP7-Micro/WIN）在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、离线仿真和在线调试等。使用编程软件可以很方便的在计算机上离线或在线编程、在线调试，在计算机上进行程序的存取、加密以及形成EXE文件。4.2 编程软件STEP7-Micro/WIN概述STEP7-Micro/W

44、IN编程软件是基于Windows的应用软件，由西门子公司专为S7-200系列可编程控制器设计开发，它功能强大，主要为用户开发控制程序使用，同时也可以实时监控用户程序的执行状态。它是西门子S7-200用户不可缺少的开发工具。现在加上中文程序后，可在全中文的界面下进行操作，用户使用起来更加方便。操作主界面如图4-1所示。4.2.1 STEP7-Micro/WIN简单介绍以STEP7-Micro/WIN创建程序，为接通STEP 7-Micro/WIN，可双击STEP 7-Micro/WIN图标，或选择开始（Start） SIMATIC STEP 7 Micro/WIN 4.0菜单命令。如图4-1所示

45、，STEP 7-Micro/WIN项目窗口将提供用于创建控制程序的便利工作空间。工具栏将提供快捷键按钮，用于经常使用的菜单命令，可显示或隐藏工具栏的任何按钮。浏览条给出了多组图标，用于访问STEP 7-Micro/WIN的不同编程特性。指令树将显示用于创建控制程序的所有项目对象和指令。可将单个的指令从指令树拖放到程序中，或双击某个指令，以便将其插入到程序编辑器中光标的当前位置。程序编辑器包括程序逻辑和局部变量表，可在其中分配临时局部变量的符号名。子程序和中断程序在程序编辑器窗口的底部均按标签显示。单击标签可在子程序、中断程序和主程序之间来回变换。STEP 7-Micro/WIN提供了用于创建程序的三个编辑器：梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图（FBD）。尽管有某些限制，在这些程序编辑器的任何一个中编写的程序均可用其它程序编辑器进行浏览和编辑。用的比较多的是梯形图（LAD）编程语言。下面详细介绍梯形图的特点。图4-1 编程软件STEP7-Micro/WIN主界面4.2.2梯形图语言特点 梯形图是使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程。梯