基于组态王—PLC的轮胎硫化温度、压力控制系统设计22002.doc

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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET. 基于组态王-PLC的轮胎硫化温度、压力控制系统设计摘 要 近近年来，随随着我国国汽车工工业的发发展，与与之处于于同一产产业链的的轮胎工工业也得得到了相相应的提提高，轮轮胎呈现现出种类类数目不不断增多多与剂型型不断丰丰富的局局面。轮轮胎硫化化过程是是轮胎制制造过程程中的一一道重要要工序，其其硫化效效果是影影响轮胎胎质量的的关键因因数之一一。 在在轮胎硫硫化过程程中温度度和压力力是两个个重要指指标。轮轮胎硫化化控制系系统

2、，分分为上位位机和下下位机，上上位机采采用的是是国内的的一个比比较流行行的组态态王软件件。组态态王可以以实现在在线监控控。组态态项目中中制作了了曲线画画面、报报表画面面、报警警画面和和参数监监控画面面，用户户可方便便地查询询PLC的运行行情况、数数据采集集和在线线控制。下下位机采采用PLC控制。PLC可独立立的实现现对两套套硫化系系统的控控制。硫硫化中的的温度数数据有铂铂热电阻阻Pt1100采集来来后，经经EM2231转换，再再送到CPUU2244。压力力数据有有压力表表采集后后，经EM2235，送CPUU2244。 关键字：温度压压力控制制 ；可编编程控制制器 ；PIDD ；组态态王；Tir

3、e curringg teempeeratturee annd ppresssurre cconttroll syysteem bbaseed oon kkinggVieew-PPLCAbstrracttIn reecennt yyearrs, as Chiinas aautoomobbilee inndusstryy deevellopiing, wiith thee saame chaain in thee tiire inddusttry hass allso beeen aa coorreespoondiing inccreaase in tirre sshowwingg a groo

4、winng nnumbber of typpes of forrmullatiionss ennricchedd wiith thee siituaatioon. Tirre vvulccaniizinng ttiree maanuffactturiing proocesss iis aan iimpoortaant steep iin tthe proocesss, andd thhe ccuriing efffectt iss thhe kkey facctorr afffecctinng tthe quaalitty oof tthe tirre.Tempeeratturee annd

5、ppresssurre iin tthe tirre ccuriing proocesss aare twoo immporrtannt iindiicattorss. TTiree cuurinng cconttroll syysteem iis ddiviidedd innto uppper andd loowerr maachiine, annd tthe PC usees aa moore poppulaar ddomeestiic CConffiguurattionn sooftwwaree-KiingVVieww. KKinggVieew ccan be achhievved on

6、llinee moonittoriing. Prrojeect prooducced a ccurvve cconffiguurattionn sccreeens, reeporrts scrreenn, aalarrm sscreeen andd paarammeteer mmoniitorringg sccreeen,aand useers cann eaasilly cchecck tthe opeerattionn off thhe PPLC, daata acqquissitiion andd onnlinne cconttrolllinng. Lowwer possitiion m

7、acchinne uusess PLLC cconttrollingg. PPLC cann acchieeve inddepeendeent conntroolliing of twoo vuulcaanizzatiion sysstemm. VVulccaniizattionn teempeeratturee daata aree coolleecteed tto pplattinuum RRTD Pt1100, thhrouugh EM2231 connverrsioon,aand it theen ccan sennt tto tthe CPUU2244. GGaugge ppress

8、surre ddataa arre ccolllectted, thhrouugh EM2235, seendiing to CPUU2244.Key wwordds: Temmperratuure andd prresssuree coontrrol; prrogrrammmablle cconttrolllerr; PPID; kiingvvieww;VI目录摘 要IIAbstrracttII第一章 轮轮胎硫化化的概述述11.1 轮轮胎硫化化的背景景11.2 轮轮胎硫化化的工艺艺要求111.2.11 技术参参数和硫硫化曲线线11.3 轮轮胎硫化化的方式式、方法法及步骤骤21.3.11 轮胎

9、硫硫化的方方法21.3.22 轮胎硫硫化的方方式21.3.33 轮胎硫硫化的步步骤31.4 硫硫化过程程的主要要问题44第二章 系系统的总总设计及及人机界界面62.1 系系统总原原理图662.2 人人机界面面介绍662.2.11 人机界界面概述述62.2.22 人机界界面定义义72.2.33 人机界界面产品品的组合合及工作作原理772.2.44 人机界界面产品品的特点点7第三章 硬硬件配置置83.1 设设备生产产线要求求83.2 实实验配置置83.2.11 西门子 S77-200083.3 可可编程控控制器PLC概述83.3.11 PLLC特点93.4 PPLC的结构构103.4.11 CPP

10、U的构成成103.4.22 I/O模块1003.4.33 电池模模块1113.4.44 传感器器113.5 硬硬件电路路一三3.6 伺伺服放大大器DFCC-11100一一五3.6.11 概述一五五3.6.22 主要技技术参数数163.6.33 工作原原理与机机构1663.7 手手操器DFDD-055001173.8 电电动执行行机构DKZZ55000M一一八3.8.11 执行机机构主要要组成部部件一八八3.8.22 位置定定位器119第四章 PPID控制算算法描述述204.1 PPID调节程程序设计计204.1.11 PIID控制算算法2004.1.22 PIID在PLC中的回回路指令令22第

11、五章 下下位机PLC程序设设计2555.1 软软件编程程环境2255.1.11 STTEP 7Miicroo/WIIN322软件介介绍2555.1.22 安装STEEP 77Miccro/WINN32软件2555.1.33 系统参参数设置置265.2 程程序设计计275.2.11 设计思思路2775.2.22 I/O模块分分配表2275.2.33 内存地地址分配配285.2.44 程序流流程图2295.3 软软件仿真真32第六章 上上位机主主控画面面设计3346.1 组组态王软软件概述述346.2 组组态王画画面的建建立3556.2.11 创建项项目3556.3 组组态王软软件报警警组3776

12、.4 组组态王报报表输出出386.5 组组态王曲曲线显示示39总结41参考文献442附录A：443致谢57第一章 轮胎硫化的的概述1.1 轮胎硫化的的背景 轮胎硫化化是轮胎胎加工生生产过程程中很重重要的一一部分，橡橡胶在未未硫化之之前，分分子之间间没有产产生交联联，因此此缺乏良良好的物物理机械械性能，实实用价值值不大。当当橡胶进进行硫化化以后，经经热处理理或其他他方式能能使橡胶胶分子之之间产生生交联，形形成三维维网状结结构，从从而使其其性能大大大改善善，尤其其是橡胶胶的定伸伸应力、弹弹性、硬硬度、拉拉伸强度度等一系系列物理理机械性性能都会会大大提提高112。1.2 轮胎硫化的的工艺要要求1.2

13、.1 技术参数和和硫化曲曲线主要技术参参数：1、 工业类型：轮胎2、 硫化控制过过程：全全自动3、 使用条件：电压：2200V一五%；工频频：50HHz；环境境温度：0-555工艺要求：（1） 温度控制精精度为1（0-1160） （2） 蒸汽压力控控制精度度O.02MMpa（3）测温温输入点点为9点，即即罐体上上，中，下下各三点点（4）罐体体上、下下的温度度差超过过输入的的设定值值时，自自动排放放灌底冷冷凝水，保保证硫化化罐体内的温度度平衡性性、均匀匀性。（5）当温温度达不不到要求求时，根根据公式式自动计计算等效效硫化时时间，自自动进行行等效硫硫化。等效硫化公公式(其中硫硫化温度度系数可可调)

14、公式如如下:（1.1）1一温度为为 t11的硫化化时间 22 一温度度为 tt2的硫化化时间K-硫化温温度系数数(该系数数根据产产品不同同为可变变值)图1.1 温度压压力曲线线表1.1 时间表表时间段1升温段1时间段22保温段1时间段33升温段2时间段4保温段2时间段5升温段3时间段6保温段3时间段7降压段1时间段8保压段1时间段9降压段21.3 轮胎硫化的的方式、方方法及步步骤1.3.1 轮胎硫化的的方法传统控制方方法:传统控控制硫化化过程的的方法是是定时控控制，这这种方法法是假定定橡胶硫硫化的过过程中模模柜内温温度和压压力保持持恒定，但但是由于于锅炉蒸蒸汽压力力波动以以及蒸汽汽在管道道中传

15、输输温度递递减等因因素的影影响，硫硫化温度度很不稳稳定。这这样生产产出的轮轮胎，经经常出现现过硫化化和欠硫硫化现象象，另外外工人的的劳动强强度大，资资源浪费费严重。现代控制方方法:现代控控制硫化化过程的的方法是是根据蒸蒸汽管道道内的温温度实时时调整硫硫化时间间的等效效硫化控控制112。1.3.2 轮胎硫化的的方式硫化工艺过过程根据据硫化介介质的不不同而有有明显的的区别，硫硫化介质质主要给给硫化过过程提供供温度和和压力，硫硫化中，内内温和外外温通常常不为同同一热源源，外温温介质一一般为蒸蒸汽，内内温介质质一般分分为“过热水，“高温蒸蒸汽”，“蒸汽气”和“热氮”四种。国国内轮胎胎厂家一一般采用用“

16、过热水”和“蒸汽”作为内内温介质质。下面面简要介介绍四种种内温硫硫化方式式的基本本步骤及及优缺点点。(1)过热热水硫化化。首先先采用低低压蒸气气使轮胎胎定型，然然后利用用高压过过热水进进行硫化化，硫化化中温度度一般为为1700-一八0度，内内压一般般在2.22-2.6兆帕。它它的优点点是，硫硫化效果果比较均均匀，外外观合格格率较高高，过热热水性质质稳定，不不存在温温度衰减减等问题题;缺点是是，硫化化温度低低，时间间长，效效率低，设设备不易易于安装装和维护护。(2)高温温蒸汽硫硫化。该该方式直直接将高高压饱和和蒸汽通通入胶囊囊中，内内压一般般为1.66-1.9兆帕，内内温一般般为1900-211

17、0度。优优点是，时时间短，硫硫化效率率高，饱饱和蒸汽汽使硫化化中能耗耗降低，削削减了设设各投资资；缺点点是，对对轮胎生生产中其其它工序序的设各各和装置置有严格格的要求求，硫化化中，内内压偏低低，容易易造成局局部压力力不足。 (3)蒸汽/氮气硫硫化。首首先向胶胶囊中通通入低压压氮气或或蒸汽进进行定型型，然后后在通入入1900-2110度高压压饱和蒸蒸汽之后后，再向向胶囊中中通入2.00-2.6兆帕高高纯氮气气进行增增压硫化化。优点点是，与与全蒸汽汽硫化方方式相比比，减少少了蒸汽汽耗费，降降低了能能源消耗耗，增加加了胶囊囊寿命，提提高了合合格率。(4)热氮氮硫化。将将经过提提纯和干干燥后的的氮气电

18、电加热至至一八0度左右右之后，再再用压缩缩机将其其加压至至3.0兆帕，通通过专用用循环装装置使其其在胶囊囊内循环环。目前前，后两两种硫化化方式较较前两种种有明显显的优势势和更少少,一阔一一市场前前景。但但在实际际应用中中，它们们都有一一些共同同的问题题需要考考虑，如如气体泄泄露、温温差、温温度下降降等，其其硫化工工艺也尚尚存在一一些不完完善的地地方，有有待进一一步从理理论和实实际两个个方面着着手改进进。硫化化工艺过过程取决决硫化介介质，而而硫化介介质的选选取必须须综合考考虑两个个方面的的因素，一一是对轮轮胎各项项物理机机械性能能的保证证，如抓抓着力,耐久性性能和外外观质量量等;二是要要求能在在

19、生产过过程中降降低成本本，提高高生产效效率，减减少能耗耗和环境境污染11。1.3.3 轮胎硫化的的步骤各轮胎公司司采用的的硫化步步骤不尽尽相同，但但主要由由以下步步骤组成成：(1)通高高温饱和和蒸汽(2)充填填水(看情况况而定)(3)通过过热水(4)热水水回收(5)通冷冷却水(看情况况而定)(6)主排排(7)抽真真空(8)开模模第3步可采采用3种方式:循环、半半循环或或不循环环，需根根据实际际情况进进行选取取。第4步可采采用两种种方式:用高压压蒸汽把把胶囊中中的过热热水赶回回除氧器器或设置置一热水水回收罐罐。第6和7步步可采用用单路或或双路。第8步的开开模压力力一般设设置为0.003MPPa。

20、全蒸汽硫化化一般有有两种方方式:高温蒸蒸汽进加加热排或或高温蒸蒸汽进，然然后主排排，再排排真空；高温蒸蒸汽进加加热排，然然后低压压蒸汽进进，再主主排，抽抽真空。其其中热排排是为了了把胶囊囊中的冷冷凝水排排出。充氮气硫化化还需要要增加两两个步骤骤，即放放气(排出胶胶囊下部部的低温温氮气)和查漏(关闭所所有阀门门，看内内压有无无下降，以以观察有有无阀门门泄漏)。由于于主排时时间的长长短直接接影响到到硫化效效率，因因此主排排管径的的设定和和走向以以及辅助助措施(如安装装排空管管)对主排排的效果果至关重重要。抽抽真空可可采用蒸蒸汽或动动力水，只只需将胶胶囊从胎胎里脱出出并适当当收缩，以以便轮胎胎能轻松

21、松取出即即可。若若抽真空空过度，胶胶囊会紧紧贴中心心机构，上上环下降降时容易易夹破胶胶囊（B型硫化化机）。1.4 硫化过程的的主要问问题 目前，轮轮胎生产产的硫化化过程面面临着两两个主要要问题。（1）如何何提高轮轮胎内部部各点硫硫化程度度的均匀匀性。由由于橡胶胶是热的的不良导导体，硫硫化中，靠靠近热源源的轮胎胎表面温温度变化化较快，而而内部温温度变化化较慢，造造成了轮轮胎内外外硫化程程度的不不均匀。同同时，轮轮胎内部部各部分分的组成成材料是是不同的的。其中中，胎冠冠是整个个轮胎温温度最高高、厚度度较大的的部位，主主要包括括气密层层、胎体体和钢教教带束层层等儿个个部分，各各部分材材料的物物性差别

22、别很大；胎肩是是轮胎中中厚度最最大的部部位，其其组成材材料种类类较多，传传热过程程很复杂杂，最容容易“欠硫”胎侧是是轮胎中中最薄弱弱的部位位，它最最易“过硫”。（2）如何何准确确确定轮胎胎的硫化化时间。硫硫化中，外外界条件件一般存存在一定定的波动动，它对对轮胎的的硫化效效应影响响很大。常常规硫化化时间采采用固定定周期法法，不考考虑硫化化过程边边界条件件的波动动情况，每每个轮胎胎的硫化化周期都都是同一一设定值值，硫化化时间整整定按系系统参数数变化最最坏的情情况进行行，采取取“宁过勿勿欠”的方针针，这必必然导致致多数情情况下轮轮胎过硫硫，从而而影响产产品质量量和硫化化效率。 对于问问题（1）通过过

23、国内外外学者的的大量研研究，一一般从两两方面来来解决，一一方面通通过制定定新的材材料配方方，使硫硫化过程程中轮胎胎内部各各区域的的温度上上升速度度基本一一致；另另一方面面，通过过在硫化化前对轮轮胎进行行预热，使使硫化开开始时，轮轮胎内部部保持较较高的温温度，从从而加快快轮胎内内部各点点的硫化化速度，以以达到硫硫化程度度的内外外均44。 对于问问题（2）需将将固定周周期修改改为可变变周期，每每个轮胎胎的硫化化时间需需根据外外界条件件的波动动而动态态确定。第二章 系统的总设设计及人人机界面面硫化是轮胎胎生产过过程中的的一个重重要环节节。温度度和压力力是本轮轮胎硫化化的两个个重要因因素。本本系统上上

24、位机是是组态画画面，硫硫化过程程中，上上位机完完成数据据传递，绘绘制图形形，数据据存储，产产量统计计等功能能。本系系统采用用接在一一个计算算机上的的两台PPLC 可独立立的实现现对两套套硫化系系统的控控制。硫硫化中的的温度数数据有热热电阻PPt1000采集集来后，经经EM2231转转换，再再送到CCPU2224。压压力数据据由扩散散硅式压压力变送送器采集集后，经经EM2235转转换，送送CPUU2244。2.1 系统总原理理图图2.1 设计原原理框图图2.2 人机界面介介绍2.2.1 人机界面概概述随着社会的的进步，工工业自动动化技术术迅猛发发展，控控制系统统功能越越来越强强大，控控制过程程也

25、变得得越来越越复杂，系系统操作作最大透透明化已已经成为为一种需需要。人人机界面面（HMMI HHumaan MMachhinee Innterrfacce）以其美美观易懂懂、操作作人性化化等显著著特点，正正好满足足这种需需求而得得到广泛泛的应用用。2.2.2 人机界面定定义人机界面是是指连接接可编程程控制器器（PLLC）、变变频器、直直流调速速器、仪仪表等工工业控制制设备，利利用显示示屏显示示，通过过输入单单元（如如触摸屏屏、键盘盘、鼠标标等）写写入工作作参数或或输入操操作命令令，实现现人与机机器信息息交互的的数字设设备,由硬件件和软件件两部分分组成。2.2.3 人机界面产产品的组组合及工工作

26、原理理人机界面产产品由硬硬件和软软件两部部分组成成，硬件件部分包包括处理理器、显显示单元元、输入入单元、通通讯接口口、数据据存贮单单元等，其其中处理理器的性性能决定定了HMI产品的的性能高高低，是是HMI的核心心单元。根根据HMI的产品品等级不不同，处处理器可可分别选选用8位、16位、32位的处处理器。HMI软件分分为两部部分，即即运行于于HMI硬件中中的系统统软件和和运行于于PC机Winndowws操作系系统下的的画面组组态软件件（如组组态王等等）。用用户必须须先使用用组态软软件制作作“工程文文件”，再通通过PC机和HMII 产品的的串行通通讯口，把把编制好好的“工程文文件”下载到HMI的处

27、理理器中运运行一八。2.2.4 人机界面产产品的特特点(1) 系系统运行行过程清清晰化控制过程可可以动态态地显示示在HMI设备上上。例如如：硫化化罐加热热、降压压的通断断可以通通过指示示灯亮灭灭来显示示，硫化化罐的温温度、压压力的大大小可以以用实时时曲线来来显示等等等，使使整个控控制系统统变得形形象易懂懂，也更更加清晰晰。(2) 系系统操作作简单化化操作员可以以通过监监控界面面来控制制过程。可可从监控控界面上上启动和和停止系系统、设设定温度度上下限限、设定定时间、设设置PID参数等等。(3) 显显示报警警控制过程达达到临界界状态或或系统运运行错误误时会自自动触发发报警，例例如:当硫化化罐温度度

28、超出温温度上下下限时自自动触发发报警。(4) 数数据归档档HMI系统统可以记记录过程程变量值值和报警警信息并并归档。例例如：通通过归档档数据，您您可以查查看过去去一段时时间的系系统运行行情况，过过程变量量等。(5) 报报表系统统HMI系统统可以输输出报警警和过程程值报表表。例如如，您可可以在生生产某一一轮班结结束时打打印输出出生产数数据。第三章 硬件配置3.1 设备生产线线要求设备要满足足硫化时时间、温温度、压压力曲线线，硫化化曲线中中各段时时间及温温度可调调。数据据与曲线线可同时时显示在在上位机机上，并并可同时时实现现现场控制制和远程程控制。上上位机采采用组态态王组态态软件制制作并完完成工艺

29、艺监视界界面、设设定值输输入、报报表输出出和趋势势曲线显显示。下下位机则则用了PLCC S77-2000实现对对硫化温温度、压压力的自自动化控控制。整整个硫化化过程的的数据以以报表形形式生成成、存储储。3.2 实验配置3.2.1 西门子 SS7-2200S7-2000系列列PLCC可提供供4种不同同的基本本单元和和6种型号号的扩展展单元。其其系统构构成包括括基本单单元、扩扩展单元元、编程程器、存存储卡、写写入器、文文本显示示器等。本本论文采采用的是是CUPP2244。它具具有244个输入入点和116个输输出点23。S7-2000系列的的基本单单元如表表3.1所示。表3.1 S77-2000系列

30、PLC中CPUU22XX的基本本单元型 号输入点输出点可带扩展模模块数S7-2000CPPU2221640S7-2000CPPU2222862个扩展模模块S7-2000CPPU222414107个扩展模模块S7-2000CPPU2224XPP24167个扩展模模块S7-2000CPPU222624167个扩展模模块3.3 可编程控制制器PLC概述 可编程程序控制制器的英英文为PProggrammmabble Conntroolleer，在在二十世世纪七十十至八十十年代一一直简称称为PCC。由于于到90年代，个个人计算算机发展展起来，也也简称为为PC；加加之可编编程序的的概念所所涵盖的的范围太太

31、大，所所以美国国AB公司首首次将可可编程序序控制器器定名为为可编程程序逻辑辑控制器器（PLLC，Proograammaablee Loogicc Coontrrolller），为为了方便便，仍简简称PLLC为可可编程序序控制器器。有人人把可编编程序控控制器组组成的系系统称为为PCSS可编程程序控制制系统，强强调可编编程序控控制器生生产厂商商向人们们提供的的已是完完整的系系统了1。自20世纪纪60年代中中期以来来PLC产品在在电力、冶冶金、化化工等行行业发挥挥了重大大作用, 尤其近20年来计计算机和和信息技技术的飞飞速发展展,不断成成倍扩大大的功能能和成倍倍降低的的价格, 使PLC、通讯讯联网技

32、技术、过过程控制制软件都都获得了了长足进进步, 也使PLC的广泛泛应用成成为可能能。下面面通过两两组数据据(引自工工控网)说明PLC的应用用现状。PLC 在在冶金行行业的市市场将持持续增加加20003 年中国国的工业业出现了了快速增增长, 工业产产值同比比增长在在12%以上, 而且中中国的最最大钢铁铁出口对对象美国在20003 年下半半年取消消了钢铁铁附加税税, 中国钢钢材对其其出口也也将迅速速回升。这这些有利利因素刺刺激了中中国冶金金行业的的投资。据据调查, 中国冶冶金行业业对设备备的投资资同比增增长接近近50%。冶金金设备的的大量增增长带动动了PLC在该行行业的增增长, 220033年PL

33、CC 在冶金金行业的的市场达达到216亿元, 220044 年有望望达到3亿元110。3.3.1 PLC特点点（1）实时时性由于控制制器产品品设计和和开发是是基于控控制为前前提，信信号处理理时间短短，速度度快。 基于信信号处理理和程序序运行的的速度，PLC经常用用于处理理工业控控制装置置的安全全联锁保保护。更能满满足各个个领域大大、中、小小型工业业控制项项目。（2）高可可靠性所有的II/O输入输输出信号号均采用用光电隔隔离，使使工业现现场的外外电路与与控制器器内部电电路之间间电气上上隔离。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

34、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、I/O模块冗余，使可靠性更进一步提高。（3）系统统配置简简单灵活活控制器 产品种种类繁多多，规模模可分大大、中、小小等。I/O卡件种种类丰富富，可根根据自控控工程实实现功能能要求不不同，而而进行不不同的配配置。满足控控制工程程需要前前提下，I/O卡件可可灵活组组合33。3.4 PLC的结结构从结构上分分，PLC分为固固定式和和组合式式(模块式)两种。固固定式PLC

35、包括CPU板、I/0板、显显示而板板、内存存块、电电源等，这这些元素素组合成成一个不不可拆卸卸的整体体。模块块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内内存、电电源模块块、底板板或机架架，这些些模块可可以按照照一定规规则组合合配置。3.4.1 CPU的构构成 CPUU是PLC的核心心，起神神经中枢枢的作用用，每套套PLC至少有有一个CPU，它按PLC的系统统程序赋赋予的功功能接收收并存贮贮用户程程序和数数据，用用扫描的的方式采采集由现现场输入入装置送送来的状状态或数数据，并并存入规规定的寄寄存器中中，同时时，诊断断电源和和PLC内部电电路的工工作状态态和编程程过程中中的语法法错误等等。进入入运行后

36、后，从用用户程序序存储器器中逐条条读取指指令，经经分析后后冉按指指令规定定的任务务产生相相应的控控制信号号，去指指挥有关关的控制制电路。CPU主要由由运算器器、控制制器、寄寄存器及及实现它它们之间间联系的的数据、控控制及状状态总线线构成，CPU单元还还包括外外围芯片片、总线线接口及及有关电电路。内内存主要要用于存存储程序序及数据据，是PLC不可缺缺少的组组成单元元。在使使用者看看来，不不必要详详细分析析CPU的内部部电路，但但对各部部分的工工作机制制还是应应有足够够的理解解。CPU的控制制器控制制CPU工作，由由它读取取指令、解解释指令令及执行行指令。但但工作节节奏由震震荡信号号控制。运运算器

37、用用于进行行数字或或逻辑运运算，在在控制器器指挥下下工作。寄寄存器参参与运算算，并存存储运算算的中间间结果，它它也是在在控制器器指挥下下工作。CPU速度和和内存容容量是PLC的重要要参数，它它们决定定着PLC的工作作速度，I/O数量及及软件容容量等，因因此限制制着控制制规模14。3.4.2 I/O模块块PLC与电电气回路路的接口口，是通通过输入入输出部部分(I/0)完成的的。I/0模块集集成了PLC的I/0电路，其其输入暂暂存器反反映输入入信号状状态，输输出点反反映输出出锁存器器状态。输输入模块块将电信信号变换换成数字字信号进进入PLC系统，输输出模块块相反。I/O分为开开关量输输入(DII)

38、，开关关量输出出(DOO)，模拟拟量输入入(AII),模拟量量输出(AOO)等模块块3。开关量是指指只有开开和关(或I和O)两种状状态的信信号，模模拟量是是指连续续变化的的量。常常用的I/O分类如如下: 开开关量:按电压压水平分分，有2200VACC, 1110VVAC, 244VDCC，按隔隔离方式式分，有有继电器器隔离和和晶体管管隔离。模拟量:按按信号类类型分，有有电流型型(4-20mmA,00-200mA)、电压压型(0-10VV,0-5V,-100-110V)等，按按精度分分，有12 bitt,144bitt,166bitt等。除了上述通通用I/O外，还还有特殊殊I/O模块，如如热电阻

39、阻、热电电偶、脉脉冲等模模块。按按I/O点数确确定模块块规格及及数量，I/O模块可可多可少少，但其其最大数数受CPU所能管管理的基基本配置置的能力力，即受受最大的的底板或或机架槽槽数限制制2。 3.4.3 电池模块 PLCC电源用用于为PLC各模块块的集成成电路提提供工作作电源。同同时，有有的还为为输入电电路提供供24V的工作作电源。电电源输入入类型有有:交流电电源( 2220VVAC或1100VACC)，直流流电源(常用的的为24VVDC)。 3.4.4 传感器热电阻是中中低温区区最常用用的一种种温度检检测器。它它的主要要特点是是测量精精度高，性性能稳定定。其中中铂热是是阻的测测量精确确度是

40、最最高的，它它不仅广广泛应用用于工业业测温，而而且被制制成标准准的基准准仪。与热电偶的的测温原原理不同同的是，热热电阻是是基于电电阻的热热效应进进行温度度测量的的，即电电阻体的的阻值随随温度的的变化而而变化的的特性。因因此，只只要测量量出感温温热电阻阻的阻值值变化，就就可以测测量出温温度。目目前主要要有金属属热电阻阻和半导导体热敏敏电阻两两类。相比较而言言，热敏敏电阻的的温度系系数更大大，常温温下的电电阻值更更高（通通常在数数千欧以以上），但但互换性性较差，非非线性严严重，测测温范围围只有-5003000左右，大大量 用于家家电和汽汽车用温温度检测测和控制制。金属属热电阻阻一般适适用于-200

41、05500范围内内的温度度测量，其其特点是是测量准准确、稳稳定性好好、性能能可靠，在在程控制制中的应应用极其其广泛。 单晶晶硅材料料在受外外力作用用产生微微小应变变时（一一般在400微应变变），其其内原子子结构的的电子能能级状态态会发生生变化，从从而导致致其电阻阻率剧烈烈变化（G因子突突变）。用用此材料料制成的的电阻也也就出现现极大变变化，这这种物理理效应称称为压阻阻效应。利利用压阻阻效应原原理，采采用集成成工艺技技术经过过掺杂、扩扩散，沿沿单晶硅硅片上的的特点晶晶向，制制成应变变电阻，构构成惠斯斯凳电桥桥，利用用硅材料料的弹性性力学特特性，在在同一切切硅材料料上进行行各向异异性微加加工，就就

42、制成了了一个集集力敏与与力电转转换检测测于一体体的扩散散硅传感感器。给给传感器器匹配一一放大电电路及相相关部件件，使之之输出一一个标准准信号，就就组成了了一台完完整的变变送器22。(1)热电电阻模块块EM2231RRTD传感器检测测到温度度转换成成0-41mmv的电电压信号号，系统统需要配配置模拟拟量输入入模块把把电压信信号转换换成数字字信号再再送入PPLC中中进行处处理。在在这里，我我们选用用了西门门子EMM2311 RTD模拟量量输入模模块。技术参数：表3.2 ENN2311RTDD模拟量输入入点4输入类型差分输入电压（单极极性）电压（双极极性）电流0100V，15V5V,2.55V020

43、0mA模数转换时时间小于2500uS模拟量输入入响应1.5mss共模抑制40dB，DC to 60HHz共模电压信号电压+共模电电压（必必须=112V）双极性，全全量程范范围-320000+3220000单极性，全全量程范范围03220000输入阻抗最大输入电电压=10MM30VDCC最大输入电电流32mA分辨率12位A/D转换器器EM2311接线模模块用户可以直直接将EM2231 CN热电阻阻模块接接到S7-2000模块上上，或者者用户可可用扩展展接线方方式。使使用屏蔽蔽线可达达到最好好的抗噪噪性。如如果用户户使用屏屏蔽线，应应将屏蔽蔽接到信信号连接接器的1至4针接地地点上。连连接地点点与电

44、源源连接器器的3至7针共地地。如果果有的热热电阻输输入通道道没有使使用，用用户应将将一个电电阻器与与没用的的通道输输入相连连，以防防止由于于浮地输输入信号号产生的的误差，影影响有效效通道的的错误显显示。用户需将电电源连到到电源连连接器的的1和2针上。用用户必须须将电源源连接器器的3连到附附近的机机壳地。用用户可用用三种方方式将热热电阻模模块与传传感器相相连。精精度最高高的是4线，精精度最低低的是2线，建建议只有有在用户户应用中中不在乎乎接线误误差时才才用2线。本本设计选选用的是是4线。(2)压力力采集模模块EM2235CCN EM2235具有四四路模拟拟量输入入和一路路模拟量量输出功功耗2W，

45、重量量为一八八6克。它它的输入入信号是是不同量量程的电电压或电电流。其其电压、电电流的量量程由开开关设定定。EM2235有一路路模拟量量输出，其其输出可可以是电电压，也也可以是是电流。LED指示灯灯亮表示示无故障障。灯灭灭表示无无24VVDC电源输输入。对对电源的的要求，输输入为+5VVDC时，输输入电流流为3mA；当输输入为+244VDCC时，输输入电流流为60mmA(输出20mmA)。模数数转换时时间2550uss，输入入阻抗大大于等于于10MM ，最大大输入电电压30VVDC，最大大输入电电流32mmA。分辨辨率12位A/D转换器器。输出出信号范范围，电电压范围围正负10V，电流流输出0

46、-220mAA，稳定定时间，电电压输出出l000us，电流流输出2mA。EM2355具有以以下特点点：(1)良好好的适应应性，可可适用于于较复杂杂的控制制场合。(2)能直直接与传传感器、执执行器相相连，12位分辨辨率与多多种输入入、输入入范围能能够不用用外加放放大器而而与传感感器和执执行器直直接相连连，例如如：EM2235模块可可直接与与PT1100热电阻阻相连。(3)灵活活性，当当实际变变化时，PLC可以相相应的进进行扩展展，并可可非常容容易的调调整用户户程序。3.5 硬件电路 硬件电电路由两两部分组组成，即即数据采采集部分分和执行行部分。数数据采集集部分是是由传感感器、信信号调理理模块和和数据传传输总线线组成。传传感器包包括温度度传感器器铂热电电阻传感感器，压压力传感感器扩散硅硅式差压压变送器器。信号号调理模模块有热热电阻调调理模块块和压力力采集调调理模块块,数据传传输总线线为RS2232，RS4485串行通通信总线线。执行行部分是是由伺服服放大器器、手操操器和电电动执行行机构组组成。伺伺服放大大器对S7-2000PLCC输出的的微弱信信号进行行放大，手手操器可可以进行行手自动动一切换换，电动动执行机机构最终终对控制制阀动作作。其中中控制阀阀包括进进气阀和和排气阀阀。本设设计一共共设计九九