山东铝业S7-200汽轮机控制系统【毕业论文-绝对精品】.docx

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1、存 档 编 号 华北水利水电学院No r thC h in aU n i v e r s i t yo fW a te rR e s o u r c e sa n d E l e c t r i c P o w e r毕业设计题 目 山东铝业 S7- 200 汽轮机控制系统学院 电力学院专业 电子科学与技术姓名 学号 指导教师 完成时间 2012-05 目录摘要1A b str a ct2第 一 章PLC 控 制 系 统 . - 1 -1 . 1PLC 系 统 介 绍 . - 1 -1 . 1 . 1 . PLC 概 述 . - 1 -1 . 1 . 2 . PLC 的 结 构 . - 1 -

2、1 . 1 . 3 . PLC 工 作 原 理 . - 3 -1 . 1 . 4 . PLC 发 展 趋 势 . - 3 -1 . 2S 7 - 200 PLC 系 统 . - 4 -1 . 2 . 1 . 基 本 单 元 . - 4 -1 . 2 . 2 . S 7 - 200 PLC 的 接 口 模 块 . - 5 -1 . 2 . 3 . S 7 - 200 PLC 的 编 程 基 础 . - 5 -第 二 章组 态 系 统 . - 9 -2 . 1 . 组 态 王 软 件 介 绍 . - 9 -2 .1 .1 . 组 态 概 述 . - 9 -2 .1 .2 . 组 态 软 件 的 基

3、 本 结 构 . - 9 -2 . 2 组 态 功 能 介 绍 . - 10 -2 .2 .1 . 组 态 软 件 的 组 态 功 能 . - 10 -2 . 2 . 2 . 组 态 王 优 点 . - 12 -第 三 章控 制 系 统 的 工 艺 要 求133 .1 工 艺 技 术 要 求 . - 13 -3 .1 .1 控 制 要 求 . - 13 -3 .1 .2 技 术 要 求 . - 13 -第 四 章控 制 系 统 的 硬 件 构 成 . - 15 -4 .1 系 统 的 程 序 变 量 表 . - 15 -4 .1 .1 主 程 序 的 地 址 变 量 表 . - 15 -4 .

4、2C P U 模 块 介 绍 . - 19 -4 .2 .1S 7 -200 扩 展 模 块 . - 19 -4 .2 .2 最 大 I /O 配 置 . - 21 -4 .2 .3 扩 展 模 块 特 点 . - 21 -4 .2 .4 本 设 计 选 用 模 块 . - 22 -第 五 章控 制 系 统 的 程 序 设 计 . - 23 -5 .1P L C 系 统 的 程 序 . - 23 -5 .1 .1 新 建 程 序 . - 23 -5 .1 .2 程 序 设 计 . - 24 -5 .1 .3 子 程 序 介 绍 . - 27 -5 .1 .4 主 要 比 较 程 序 . - 2

5、8 -5 . 1 . 4 输 出 报 警 和 停 机 程 序 . - 29 -5 .2组 态 程 序 介 绍 . - 31 -5 .2 .1 组 态 软 件 . - 31 -5 .2 .2 建 立 一 个 新 工 程 . - 31 -5 . 2 . 3创 建 组 态 画 面 . - 33 -总结 . - 41 -参 考 文 献 . - 42 -致谢 . - 43 -附录 . - 44 -附 录 1 ： 英 文 翻 译 . - 44 -附 录 2 ： 开 题 报 告 及 任 务 书 . - 51 -附 录 3 ： 组 态 画 面 . - 56 -附 录 4 ： P L C 程 序 . - 60

6、-附 录 5 ： C A D 图 . - 83 -摘要山东铝业 S 7-200 汽轮机控制系统是该公司正在使用的系统中的一部分，系 统用西门子公司的 S 7-200 和北京亚控公司的“组态王”对系统进行监控。该系 统控制的模拟量有 18 个。首先要用西门子 PLC S 7-200 实现系统的工艺要求，需要通过编写程序来实 现任务。PLC 采用循环扫描的工作方式，这个过程一般包括五个阶段：内部处理、 与编程器等的通信处理、输入扫描、执行用户程序、输出处理。这五个阶段称为 一个扫描周期，PLC 完成一个周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始的进 行。其次需要用组态软件“组态王”完成系统的上位机的

7、组态设计，应用软件 中提供的工具、方法来完成工程中的具体任务。在本设计中，用 PLC 实现系统的工艺要求时，首先要编一个子程序来实现 把 0-32000 之间的数按一定比例转换成 0-24 之间的数，然后这个转换值分别与 阳转子轴向位移，阴转子轴向位移及传感器电源的输入范围相比较，并且让系统 分别报出正常、报警、停机、失效、以及掉电等状态。而在组态系统中，设计了模拟量显示画面，用仪表的方式显示所有模拟量， 并且要编出命令语言使仪表变化到一定数值后从新开始变化。还有开关量显示画 面。实时和历史趋势曲线趋势曲线能以图形方式观察一段时间内的过程状态和 趋势。还要设计报警窗口，显示所有报警状态，以便于

8、观察并控制系统。关键字：PLC模拟量控制系统画面- 1 -Abstr actShandong Aluminum S 7-200 steam turbine control system is part of the company which is being used, the Siemens S 7-200 and the sub-control company in Beijing Configuration on the system monitor. 18 of the analog system control.First, use Siemens PLC S 7-200 syst

9、em, process requirements, the need to write a program to achieve the task. PLC uses the work of the scan cycle, this process generally includes five stages: internal processing, programming and other communications processing, input scan, the user program is executed, and output processing. With fiv

10、e stages is called a scan cycle, the PLC completed a full cycle, but also re-run the process, the scanning cycle.Followed by the need to use the configuration software configuration to complete the configuration of the host computer system design, the tools provided in the application software to co

11、mplete specific tasks in the project.In this design, the process of the PLC system requirements, we must first compile a subroutine to implement the task of the analog into digital, then this conversion value and the male rotor axial displacement, axial displacement sensor of the negative sub-the po

12、wer supply input range is compared, and were reported normal, alarm, shutdown, failure, and- 2 -power-down state.Configuration system, the design of analog display, all analog instrument way, and to compile the command language began to change after the new meter changes to a certain value. There ar

13、e switch display. Real-time and historical trend curve trend curve to the status and trends of the period of time the process can be observed graphically. Design but also the alarm window displays all alarm status, in order to observe and control system.Keywords: PLCanalogcontrol systemscreen- 3 - 4

14、 -第一章PLC 控制系统1. 1PLC 系统介绍1. 1. 1. PLC 概述可编程控制器的英文名称是 Programmable Logic Controller，简称 PLC，是一 种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用一类可编程 的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术 操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或 生产过程。PLC 及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于 扩充其功能的原则设计, 采用循环扫描的工作方式。PLC 是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术，计算机技术、自动 控

15、制技术和通信技术而形成的一代新型工业控制装置。目的是用来取代继电器， 执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程序控制系统。PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强及编程 简单等特点。可以预料，在工业控制领域中，PLC 控制技术的应用必将形成世界 潮流。第一台 PLC 的设计规范是美国通用公司提出的。当时的目的是要求设计一 种新的控制装置以取代继电器盘，在保留了继电器控制系统的简单易懂、操作方 便、价格便宜等优点的基础上，同时具有现代化生产线所要求的响应时间快、控 制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等 诸多高品质与功能。这一设想提

16、出后，美国数字设备公司（DEC）于 1969 年研 制成功世界上第一台 PLC，型号为 PDP-14，投入汽车公司的生产线控制中，取 得了令人满意的效果，从此开创了 PLC 的新纪元。由于当时开发 PLC 的主要目 的是用来取代继电器逻辑控制系统，所以最初的 PLC 其功能也仅限于执行继电 器逻辑、计时、计数等功能。1. 1. 2. PLC 的结构PLC 分为箱体式和模块式两种，但他们的组成是相同的。对于箱体式，有 CPU- - 1 - -板、I /O板、显示面板、内存块，电源等，所有电路都装入一个模块内，构成一个整体。对模块式 PLC，有 CPU模块、I /O模块、内存、电源模块、底板或机架

17、， 各模块拼装起来后就成了一个整齐的长方形结构。这两种都属于开放型结构。1中央处理单元（CPU）:CPU是 PLC 的核心，起神经中枢作用，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收 并存储用户程序和数据，当可 编程逻 辑控制 器投 入 运行 时 ， 首 先 它以 扫 描的 方式 接 收现 场 各输 入 装置 的 状态 和数据 ， 并分 别存入 I /O映 象区， 然后从 用户 程 序存 储 器中 逐 条读 取 用户 程序， 经过命 令解释 后按指 令的规 定执行 逻辑 或 算数 运 算的 结 果送 入 I /O映象区 或数据 寄存器 内。 等 所有的 用户程 序执 行 完毕 之 后， 最 后将

18、I /O映 象 区的 各输出 状态或 输出寄 存器内 的数据 传送 到 相应 的 输出 装 置， 如 此循 环运行 ， 直到 停止运 行。2. 存储器单元 PLC 的存储器单元有系统程序存储器和用户系统存储器。（1）系统存储器系统存储器用于存放 PLC 生产厂家编写的系统程序，系统程序在出厂时已经 被固化在。这部分存储器不对用户开放，用户程序不能修改和访问。PLC 的所有 功能都是在系统程序的管理下实现的。（2）用户程序存储器 用户程序存储器可分为程序存储区和数据存储区。程序存储区用于存放用户编写的控制程序，数据存储区存放的是程序执行过程中所需要的或者所产生的中 间数据，包括输入/输出过程映像

19、、定时器、计数器的预置值和当前值等。3I /O模块PLC 的对外功能，主要是通过各种 I /O接口模块与外界联系的，按 I /O点确 定模块规格及数量，I /O模块可多可少，但其最大数受 CPU所管理的基本配置的 能力，即受最大底板或机架槽数限制。I /O模块集成了 PLC 的 I /O电路，其驶入 暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。4电源模块有些 PLC 中的电源，是与 CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途 是为 PLC 各模块的集成店里提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供 24V 的工作电源。电源以其输入类型可分为：交流电源，常用的为 220V 或 110V；

20、直 流电源，常用的为 24V。- - 2 - -5. 底板或机架大多数模块式 PLC 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联 系，使 CPU能访问底板上的所有模块；机械上，实现各模块间的连接，使各模块 构成一个整体。6. PLC 的外部设备 外部设备是系统不可分割的一部分，有如下四大类：（1）编程设备：有简易的编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作 一些设定、PLC 及 PLC 所控制的工作状况。编程器是 PLC 开发应用，检测运行、 检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。（2）监控设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监 视数据。（3）存储设备：

21、有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性 地用户数据，使用户程序不丢失。（4）输入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条码读入器，输入 模拟量的电位器、打印机等。1. 1. 3. PLC 工作原理 PLC 采用循环扫描的工作方式，这个过程一般包括五个阶段：内部处理、与编程器等的通信处理、输入扫描、执行用户程序、输出处理。这五个阶段称为一 个扫描周期，PLC 完成一个周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始的进行。1. 1. 4. PLC 发展趋势 近年来，随着技术的发展和市场需求的增加，PLC 的结构和功能正在不断改进，各个厂家不断推出 PLC 新产品，平均 35 年更新换代一次

22、。现代可编程控制 器有两个方面的发展趋势。1. 发展微小型 PLC，使体积更小，速度更快，功能更 强，价格更低，配置更灵活。2. 发张大型 PLC，使其具有大型网络化、高可靠性、 多功能、良好的兼容性等特点。我国对可编程控制器的研制始于 1974 年。国内的可编程控制器市场，同工 业发达国家相比，目前还处于初级阶段。宝钢的一、 二期工程( 引进了 500 多套) ， 秦皇岛煤码头、平朔煤矿、咸阳显像管厂等，都是我国较早引进和应用可编程控- - 3 - -制器的企业，但目前仍局限在钢铁、化工、煤炭、汽车、机床、电站等几类行业，其他生产行业的应用尚未普及。 如饮水处理及供水系统，全国应用可编程控制

23、 器的比率不足 10 ， 还有在国外已广泛应用的食品加工、交通、造纸、制药、 精细化工等行业，应用可编程控制器的更是屈指可数，因此我国有广阔的应用领 域等待开拓。可编程控制器作为一种通用的工业控制器， 它可用于所有的工业领域。当 前国内外已广泛地将可编程控制器成功的应用到机械、汽车、冶金、石油、 化 工、轻工、纺织、交通、电力、电信、采矿、建材、食品、造纸、军工、 家电 等各个领域，并且取得了相当可观的技术经济效益。1. 2S7- 200 PLC 系统SI MATI C S7 系列的 PLC 是德国 SI EMENS 公司 1996 年推出的产品，包括小型 PLC S7- 200，中型 PLC

24、 S7- 300 和大型 PLC S7- 400。PLC S7- 200 系列是一类小型可编程逻辑控制器，由于其有紧凑的设计，良 好的扩展性、低廉的价格和强大的指令系统，使得它近乎完美的满足小规模的控 制要求。另外，丰富的 CPU类型和电压等级使其在解决用户自动化问题时，具有 很强的适应性。1. 2. 1. 基本单元S7- 200PLC 由基本单元（S7- 200 CPU 模块）、扩展单元、个人计算机或编程 器、STEP 7- Mi - cr o/WI N32 编程软件及通信电缆等组成。1. 中央处理单元 PLC 其实就是一台专用的工业扩展计算机，通常一个主机模块都安装一个或多个 CPU。若多

25、个 CPU，必定会有一个主 CPU，其余的为辅助，协同工作，大大 提高了整个系统的运算速度和功能，缩短了程序执行的时间。近几年西门子公司 推出的 S7- 200 CPU22X 系列产品有: CPU221 模块、CPU222 模块、CPU224 模块、 CPU226 模块、CPU226X 模块。2. 存储器- - 4 - -PLC 的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和工作状态数据。3. 通信口在 S7- 200 主机模块上，至少有一个或多个通信口。可与手提式编程器、计 算机或其他外围设备相连，以实现编程，调试，运行，监视，打印和数据传送等 功能。4. 电池5. LED指示灯在主机模块上安装有

26、 LED指示灯，用于指示电源、运行、编程等工作状态。 6. I /O端子 根据控制的需要，PLC 主机可以通过输入/输出扩展接口扩展系统。1. 2. 2. S7- 200PLC 的接口模块S7- 200PLC 写 CPU提供一定的主机数字量 I /O点，当主机点数不够或者处理 的信息是模拟量时，就必须使用扩展的接口模块。S7- 200PLC 的接口模块有数字 量模块、模拟量模块和智能模块等。1. 2. 3. S7- 200PLC 的编程基础一编程语言SI MATI C 指令集是西门子公司专门为 S7- 200PLC 设计的编程语言。该指令集 中，大多数指令也符合 I EC 1133- 3 标准

27、。SI MATI C 指令集不支持系统完全数据 类型检查。使用 SI MATI C 指令集，可以用梯形图（LAD）、功能块图（FBD）、和语 句表（STL）编程语言编程。1. 梯形图（LAD）编程语言 梯形图（LAD）是与电气控制电路相呼应的图形语言。它沿用了继电器、触头、串并联等术语和类似的图形符号，并简化了符号，还增加了一些功能性指令。 梯形图是融逻辑操作、控制与一体，面向对象的、实时的、图形化的编程语言。 梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列，最左边的竖线称为起始母线，然后按 一个一定的控制要求和规则连接各个节点，最后以继电器线圈结束，称为一个逻 辑行或“梯级”。通常一个梯形图中有若干逻

28、辑行，形似梯子，梯形图由此得名。- - 5 - -梯形图信号流向清楚、简单、直观、易懂，很适合电气工程人员使用。2. 功能块图（FBD）编程语言 功能块图（FBD）类似于普通逻辑功能图，一般用一种功能方框表示一种特定的功能，框图内的符号表达了该功能块图的功能。 功能块图（FBD）是图形化的高级编程语言。通过软件连接的方式把所需要的功能块图连接起来，用于实现系统的控制。功能块图（FBD）的表达格式有利 于程序流的跟踪。功能筷图有基本逻辑功能、计时和计数功能、运算和比较功能 及数据传送功能等。功能块图通常有若干个输入端和输出端。输入端是功能块图 的条件，输出端是功能块图的运算结果。3. 语句表（STL）编程语言语句表（STL）是用来助记符来表达 PLC 的各种控制功能的。它类似于计算 机的汇编语言，但更直观易懂，编程简单，因此也得广泛应用。并且，语句表（STL） 乐意编写梯形图和功能块图无法实现的程序。二数据类型1. 基本数据类型S7- 200PLC 的指令参数所用的基本数据类型有 1 位布尔型（BOOL）、8 位字节 型（BYTE）、16