基于PLC的啤酒发酵罐温度控制系统设计(4)

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3.2.2 PLC的工作原理

与其它计算机系统相同，PLC的CPU采用分时操作原理，每一时刻执行一个操作，随时间顺序执行各个操作。这种分时操作进程称为CPU对程序的扫描。PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按序号顺序排列。CPU从第一条指令开始，顺序逐条的执行用户程序，直到用户程序结束。然后返回第一条指令开始，新一轮扫描。除了执行用户程序外，在每次扫描过程中还要完成系统自检测，输入输出处理，处理外设请求等工作。以上几个过程共同构成了PLC工作的一个工作周期。PLC按工作周期方式周而复始的循环工作。PLC上电后，首先进行初始化，然后进图循环工作过程，一次循环可归纳为五个工作阶段，如图3-2所示。

各个阶段完成的任务如下：

（1）公共处理。复位监控定时器（WDT），进行硬件检查、用户内存检查等。检查正常后，方可进行下面的操作。如果有异常情况，则根据错误的严重程度发出报警或停止PLC运行。

（2）I/O刷新。输入刷新时，CPU从输入电路中读出各输入点状态，并将此状态写入输入映像寄存器中；输出刷新时候，将输出继电器的元件影响寄存器的状态传送到输出锁存电路，再经输出电路隔离和功率放大，驱动外部负载。

（3）执行用户程序。在程序执行阶段，CPU按先左后右，先上后下的顺序对每条指令进行解释、执行，CPU从输入映像寄存器和输出映像寄存器中读出各继电器的状态，根据用户程序给出的逻辑关系进行逻辑运算，运算结果再写入输出映像寄存器中。

（4）外设端口服务。完成与外设端口连接的外围设备（如编程器）或通讯适配器的通信处理。

3.2.3 PLC的主要功能和应用

可编程控制器的设计思想是尽可能地利用当前先进的计算机技术去满足用户的需要，PLC与继电器接触器控制电路的一个本质区别就是除了必要的与外部物理世界的接口（即I/O点）外，其它的逻辑功能均在其内部实现。这些逻辑功能不仅可以取代，而且远远超过诸如中间继电器、时间继电器等硬件逻辑所能达到的功能，从而为PLC在可靠性和便利性上形成特色奠定了基础[12]。

PLC的主要功能：逻辑控制、定时控制、计数控制、步进（顺序）控制、PID控制、数据处理、通信和联网，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。

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电源接上 I/O内部继电器清零；定时器复位；检查I/O单元连接 初始化 初始化 检查硬件和用户程序存储器 公共处理 否 检查结果正常？ 错误标志置位，故障灯亮 采样输入信号，刷新I/O数据，更新输出信号 I/O刷新 监控定时器复位 故障性质 报警 异常 程序结束？ 是 否 逐条执行用户程序指令 执行用户程序 外设端口服务 外设端口服务 （a） （b） 图3-2 PLC工作流程图

目前，国内外的PLC产品有几十个系列，上百个型号。各个种类PLC的容量、结构形式、性能、指令系统、编程方法、价格各不相同，适应的工作场合也有差异。因此，对于每一个准备使用PLC的用户来说，合理的选择PLC是非常重要的，它直接影响到所设计系统的性能与造价。PLC的选择包括机型、容量、I/O模块等几个方面的内容。

（1）PLC机型的选择

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目前国内使用的PLC以国外产品居多。美国是PLC的发源地，以大中型机为主，功能完备，单机价格高，GE公司、MODICON公司、AB公司是其代表。日本的PLC以中小型机为主，价格便宜，典型代表为OMRON公司、三菱（MITSUBISHI）公司的产品。德国SIEMENS公司的产品以可靠性高著称，其主要产品有S5、S7两个系列，包括了从大型机到小型机各个型号，在国内使用广泛。

（2）选择容量。

PLC的容量包括主机用户存储器的内存容量和I/O控制点数两个方面，选择时应留有适当的裕量做备用。

（3） 选择I/O模块。

输入模块有直流24VDC和交流220VAC两种。

输出模块有三种形式：继电器输出，晶体管输出和可控硅输出。晶体管输出模块只能带直流负载，是直流输出模块，用于高速小功率负载;可控硅输出模块是交流输出模块，只用于高速大功率负载；继电器输出模块是交直流输出模块，即可带直流也可带交流，因其有触点，故只能用于低速负载。上煤系统电控部分控制对象为接触器，属于交流低速负载。

据此选择原则可以选用合理便捷的PLC产品。本系统选用了SIMENS SIMATIC S7系列PLC组件。

3.3 PLC在啤酒发酵中应用的可行性

啤酒发酵过程控制是啤酒酿造过程的一个重要工艺控制环节，发酵过程控制得好坏直接影响到整罐啤酒的产品质量。旧式的啤酒发酵过程控制是用许多单回路的温度控制仪表控制每个发酵罐上的各点温度，根据温度变化情况去控制冷媒阀的开度，达到温度调节的目的。该过程控制因线路复杂，控制参数单一，故维护工作量大，且调节效果差，特别是在发酵罐数量多，体积大，系统滞后大的情况下更是如此。随着计算机控制技术的广泛应用，啤酒发酵过程也逐步开始应用计算机控制系统。

PLC是一种具有很高可靠性的控制装置，它与可编程调节器、DCS系统同被列为“不损坏仪表”。这不仅是由于它在硬件上采取了诸如隔离、滤波、屏蔽、接地等一系列抗干扰措施，在模板机箱进行了完善的电磁兼容性设计，对元器件进行了精心的挑选;而且更重要的是它采用了诸如数字滤波、指令复执、程序卷回、差错校验等一系列软件抗干扰措施及故障诊断技术，以及在系统一级的容余配置等；此外，PLC采用周期循环扫描方式工作，对输入输出集中进行处理。这种特殊的工作方式本身就具有抗干扰功能。在一个循环扫描周期T中，仅只有一小段时间集中进行I/O处理，也只有在这一小段集中I/O时间中的干扰才会被引入PLC内部，在扫描周期的其余大部分时间，干扰都被阻挡在PLC之外。以上这些原因使PLC的可靠性更高。因此，PLC被称为“专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机”。

PLC是以控制开关量起家的，它采用循环扫描方式，通过串行处理使其在逻辑上等效于并行处理的继电器逻辑控制系统，为了不丢失输入信号，要求循环扫描周期愈短愈好，

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这就使得在PLC中配置的处理器性能好，速度快。这些高性能处理器本身有很大的潜能，只要处理好不同性质的实时多任务的调度，在PLC中加入针对慢连续量的过程控制并不困难。而在大中型PLC中普遍采用了多微处理器结构进行多道处理，这使得PLC不仅速度快，而且可以独立各自处理不同问题，也可分解协调，共同处理非常复杂的问题。此外，PLC配置着大量内含CPU的智能模板，有些专用于PID控制，有些用于运动控制，有些用于高速计数器，有些用于连网通信，它们采用模块结构，通过背板并行总线连成有机的整体。所有这些都使得PLC适合于各种规模的自动化系统[13]。

正是由于PLC具有多种功能，集三电于一体，PLC网络具有优良的性能价格比和PLC具有高可靠性等等，使得PLC在工厂中倍受欢迎，用量高居首位，成为现代工业自动化的支柱。因此，可编程控制器啤酒发酵过程自动控制系统，可完成啤酒发酵过程控制功能，完成与上位机的通讯，实现啤酒发酵过程的远程监控。

3.4 本章小结

本章介绍了西门子PLC的组成，并对其特点及基本原理做了深入分析，对PLC的基本功能做了介绍，由于PLC具有多种功能，因此其在啤 …… 此处隐藏：2455字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……