PLC在两种混合液体中的应用(4)

3 硬件电路设计

全能满足控制要求，且具有操作简单、运行可靠、工艺参数修改方便、自动化程度高等优点。

离散控制与运动控制是三菱PLC的强项，三菱PLC的指令丰富，有专门的定位指令，控制伺服和步进容易实现，要实现某些复杂的动作也是三菱PLC的强项。但是三菱PLC的模拟量模块比较昂贵，程序复杂。

西门子PLC功能大，系统稳定，性能质量好，市场占有率最高。主要基于西门子结构化的编程方式，开放性好，支持多种通信协议。过程控制与通信控制是西门子的强项，西门子的模拟量模块比较便宜，程序简单。另外西门子适用多种人机界面和监控组态软件利于多厂家设备的通讯与集成，西门子有很多功能块，减少了设计人员的负担。考虑到价格的的因素，所以本设计选用西门子PLC如图3-3。

在本控制系统中，所需的开关量输入为6点，开关量输出为5点，考虑到系统的可扩展性和维修的方便性，选择模块式PLC。由于本系统的控制是顺序控制，选用西门子S7-200作为控制单元来控制整个系统，之所以选择这种PLC，西门子S7-200具有以下优点：

1）快速的CPU处理速度，大程序容量； 2）编程及监控功能强大，维修简单；

3）结构紧凑，价格低廉，具有极高的性能/价格比； 4）丰富的指令系统； 5）极高的可靠性； 6）便捷的操作； 7）丰富的内置集成功能。

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图3-3 PLC实物图

国际电工委员会( International Electrotechnical Commission,IEC)颁布的PLC的定义为：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计，它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出来控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应该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。

PLC的一般结构如图3-4所示，由图可见主要有6个部分组成，包括CPU（中央处理器）、存储器、输入/输出接口电路、电源、外设接口、I/O扩展接口。

编码器外设接口输入部件系用统户程程序序其他外设I/O扩展接口输出部件其他外设微处理器电源部件接受现场信号I/O扩展接口驱动受控单元 图3-4 PLC结构图

3.6.2 中央处理单元（CPU）

与通用计算机中的CPU一样，PLC中的CPU也是整个系统的核心部件，主要有运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成，此外还有外围芯片、总线接口及有关电路。CPU在很大程度上决定了PLC的整体性能，如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量等。

S7-200系列PLC有CPU21X和CPU22X两代产品，根据所学S7系列可编程控制器及现有实验设备，设计将选用CPU22X型PLC。

CPU22X系列PLC的特点：CPU22X主机的输入点位DC24V双向光藕输入电路，输出有继电器盒DC（MOS型）两种类型（CPU21X系列输入点位DC24V单向光藕输

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入电路，输出有继电器和DC、AC三种类型）。并且，具有30kHz高速计数器，20kHz高速脉冲输出，RS-485通信/编程口，PPI、MPI通信协议和自由口通信能力。CPU222及以上CPU还具有PID控制和扩展能力，内部资源及指令系统更加丰富，功能更加强大。

CPU22X型PLC有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226 四种不同型号的CPU基本单元供用户选用。

CPU221集成6输入/4输出共10个数字量I/O点，无I/O扩展能力，6KB程序和数据存储空间。

CPU222集成8输入/6输出共14个数字量I/O点，可连接2个扩展模块，最大扩展至78路数字量I/O或10路模拟I/O点，6KB程序和数据存储空间。

CPU224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O或35路模拟I/O点，13KB程序和数据存储空间。

CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O或35路模拟I/O点，13KB程序和数据存储空间。

根据以上各型号CPU的比较以及现有的实验设备，设计将选用S7-200 CPU226型号PLC进行PLC控制系统设计。

根据本题要求我们选择西门子S7-200CPU222中央处理单元。

3.6.3 存储器和I/O模块

（1）存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。PLC常用的存储器类型有RAM、EPROM、EEPROM等。

（2）输入模块和输出模块通常称为I/O模块或I/O单元。PLC的对外功能主要是通过各种I/O接口模块与外界联系而实现的。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与外部设备之间传递信息的作用。通常I/O模块上还有状态显示和I/O接线端子排，以便于连接和监视。

（3）电源模块

输入、输出接口电路是PLC与现场I/O设备相连接的部件。它的作用是将输入信号转换为PLC能够接收和处理的信号，将CPU送来的弱电信号转换为外部设备所需要的强电信号。

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3.7 PLC输入、输出口分配及混合装置接线

3.7.1输入/输出地址分配

在绘制PLC外部接线图之前，我们需要对要用到的I/O点进行地址分配，以明确PLC芯片I/O接口以及有助于后面要进行的PLC程序设计。

根据两种液体混合控制系统的控制要求，我们可以得出控制系统的PLC控制输入量：启动按钮SB1、停止按钮SB2、高液面传感器SL1、中液面传感器SL2、低液面传感器SL3；控制输出量：电动机M、液体A电磁阀YV1、液体B电磁阀YV2、放液电磁阀YV3。并对它们进行I/O点分配，如表2-1 所示为控制系统I/O点分配表如表3-5

表3-5液体混合装置输入/输出地址分配

输 入 启动按钮SB1 停止按钮SB2 高液面传感器SL1 中液面传感器SL2 低液面传感器SL3 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 电动机M 液体A电磁阀YV1 液体B电磁阀YV2 放液电磁阀YV3 输 出 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 3.7.2液体混合装置输入/输出接线 （1） PLC外部硬件接线图

设计采用西门子（SIEMENS）S7-200 CPU226型号PLC进行PLC控制系统设计，根据CPU226型号PLC的外部结构及三种液体混合控制系统的控制要求画出PLC的外部硬件接线图。如图3-6 所示为PLC外部硬件接线图。

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图3-6 输入/输出接线图

（2）具体运行过程：

按动启动按钮SB1后，电磁阀YV1通电打开，液体A流入容器。当液位高度达到SL2时，液体传感器SL2接通，此时电磁阀YV1断电关闭，而电磁阀YV2通电接通，液体B流入容器。液位达到SL1时液位传感器SL1接通，这时电磁阀YV2断电关闭，同时启动电动机M搅拌。60S后电动机M停止搅拌，这是电磁阀YV3通电打开，放出混合液体去下道工序。当液位降到SL3后，在延时20S使电磁阀YV3断电关闭，并自懂开始新的周4软件电路设计

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