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1、任务十一 搅拌器的控制,11.1 学习目标 11.2 知识准备 1.3 项目概述 1.4 搅拌器的控制 11.5 总结分析 1.6 训练任务,学习目标,能正确解读西门子S7-300/400系列PLC硬件手册，能合理选配，正确安装、设置、调试模拟量输入模块及模拟量输出模块； 知道S7-300/400系列PLC有哪些数字运算指令，各有什么特点，如何正确使用； 能独立完成简单模拟量控制系统（如：精密滚柱直径筛选控制、搅拌控制等）的硬件配置及安装、硬件组态及程序编写、数据下载及系统调试等工作。,11.1 知识准备,11.1.1 模拟量的处理 11.1.2 数据装入和传输指令 11.1.3 转换指令 1
2、1.1.4 算数运算指令 11.1.5 字逻辑运算指令,. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,11.1.1 模拟量的处理,在生产过程中都存在着大量物理量（如：温度、压力、流量、液位、速度、pH值、粘度等），为了实现对这些物理量的控制，需先经测量传感器将物理量变换为电量（如：电压、电流、电阻、电荷等），再经测量变送器将测量结果（电量）转换成标准的模拟量电信号（如：500mV、10V、20mA、420mA等），然后再将标准的模拟量电信号送入模拟量输入模块（AI）进行A/D转换，变换成C
3、PU所能接受的二进制电平信号并送入CPU进行存储和数据处理。,问题1 PLC如何采集并处理物理量？,经PLC运算程序加工处理后二进制电平信号需送入模拟量输出模块（AO）进行D/A转换，将二进制电平信号变换为模拟量电信号，然后用模拟量电信号再驱动相应的执行器（如：加热器、电磁调节阀等），最终实现对物理量的调节与控制。,问题2 PLC如何调节、控制物理量？,1.模拟量输入通道的量程调节 2.模拟量输入模块的接线 3.模拟量输出模块的接线 4.模拟量模块的系统默认地址 5.模拟量的表达方式及测量值的分辨率 6.在不同测量范围下模拟量的表达方式 7.模拟量的规范化读入 8.模拟量的规范化输出,11.1
4、.1 模拟量的处理,1. 模拟量输入通道的量程调节 每个模拟量输入模块（AI）都有28模拟量输入通道，在使用之前必须对所使用的模拟量输入模块进行相关设置： 通过模拟量输入模块内部的跳线，同一个模拟量输入模块每个通道组间可以连接不同类型的传感器； 通过使用STEP7软件或量程卡可以设置模拟量模块的测量方法和测量范围。,问题：如何调节量程卡？,一般模拟量输入模块的每个通道组有1个量程卡，每个量程卡可设置为“A”、“B”、“C”、“D”4个位置，缺省位置为“B”，即电压测量位置。 ,1/5,问题：如何调节量程卡？,“A”热电阻、热电偶测量，测量值通常为毫伏信号，测量范围为1000mV； “B”电压测
5、量，测量范围为10V； “C”四线制变送器测量，传感器电源线与信号线分开，测量范围为420mA； “D”二线制变送器测量，传感器电源线与信号线共用，传感器的电源通过模拟量输入模块供给，测量范围为420mA。,2/5,问题：如何调节量程卡？,3/5,问题：如何调节量程卡？,4/5,问题：如何调节量程卡？,对于一些模块，几个通道组合在一起构成一个通道组共用一套A/D转换电路，此时量程卡的设置是针对整个通道组的设置。 在STEP7中，对模拟量模块进行参数化设置时，所选测量传感器类型必须与模块上量程卡设定的类型相匹配，否则，模块上的SF指示灯将指示模块故障。,5/5,2. 模拟量输入模块的接线,在使用
6、模拟量输入模块时，根据测量方法的不同，可以将电压、电流或电阻等不同类型的传感器连接到模拟量输入模块。为了减少电子干扰，对于模拟信号应使用屏蔽双绞电缆。模拟信号电缆的屏蔽层应该两端接地。如果电缆两端存在电位差，将会在屏蔽层中产生等电势耦合电流，造成对模拟信号的干扰，在这种情况下，应该让电缆的屏蔽层一点接地。,3. 模拟量输出模块的接线,模拟量输出模块可用于驱动负载或执行器，其输出有电流和电压2种形式。 电压型模拟量输出模块，与负载的连接可以采用2线制或4线制电路。 电流型模拟量输出模块，与负载的连接只能采用2线制电路。,4. 模拟量模块的系统默认地址,20,21,22,23,24,25,26,2
7、7,28,29,210,211,212,213,214,VZ,16进制.,位值,十进制,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,位的序号,单位,位的 分辨率 + 符号,1,1,1,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,15,*,= 0 或 1,5. 模拟量的表达方式及测量值的分辨率,6. 在不同测量范围下模拟量的表达方式,模拟量模块可测量的模拟量信号： 对称的电压，如：80mV、250mV、500mV、1V、2.5V、5V、10V，转换结果的额定范围 -32768+32767。 对称的电流，如：3.2mA、10mA、20mA，转换结果的
8、额定范围-32768+32767。 不对称的电压，如：02V、15V、010V，转换结果的额定范围0+32767。 不对称的电流，如：020mA、420mA，转换结果的额定范围0+32767。,电阻，如：0150、0300、0600，转换结果的额定范围032767。 温度，如： Pt100，-200850，转换结果的额定范围20008500； Ni100，60250，转换结果的额定范围6002500； K型热电偶，-2701372，转换结果的额定范围270013720； N型热电偶，-2701300，转换结果的额定范围270013000； J型热电偶，-2101200，转换结果的额定范围210
9、012000； E型热电偶，-2701000，转换结果的额定范围270010000。,以电压（10V）、电流（420mA）、电阻（0300）及Pt00（200850）为例，不同测量范围下模拟量的表达方式 如下。,7. 模拟量的规范化读入,模拟量输入模块的输入信号都与实际的物理量相对应，如用一个液位传感器-变送器来测量罐的液位，测量范围为0500L，对应的输出电压为010V。假设将该模拟量信号接入模拟量输入模块，对应于010V的电压信号，其转换值为027647，该数值应该进一步转换为实际物理量值（如：0500L），这个过程称为“规范化”。 在STEP7的标准库中有可用于模拟量规范化的功能FC10
10、5，使用FC105（符号名为“SCALE”）可以将从模拟量输入模块所接收的整型值转换为以工程单位表示的介于下限（LO_LIM）和上限（HI_LIM）之间的实型值。,示例说明，如果I0.0为“1”且M0.0为“0”，则可将地址为288的模拟量输入通道值（027647）转换为介于0.0和500.0之间的实型值，并写入MD104。,示例,IN：欲转换为以工程单位表示的实型值的输入值（整数类型），可直接从模拟量输入模块接收数据； LO_LIM：以工程单位表示的下限值，实数类型； HI_LIM：以工程单位表示的上限值，实数类型； OUT：规范化后的值（物理量），实数类型； BIPOLAR： “1”表示输
11、入值为双极性， “0”表示输入值为单极性；,FC105的功能可用下式表示： 常数K1和K2根据输入值是双极性还是单极性来设置。假定输入整型值介于-27648与27647之间，则K1=-27648.0，K2=+27647.0；假定输入整型值介于0和27647之间，则K1=0.0，K2=+27647.0。 如果输入整型值大于K2，输出（OUT）将钳位于HI_LIM，并返回一个错误。如果输入整型值小于K1，输出将钳位于LO_LIM，并返回一个错误。ENO的信号状态将设置为0，RET_VAL等于W#16#0008。,8. 模拟量的规范化输出,在STEP7的标准中有可用于模拟量输出规范化的功能FC106
12、（符号名为“UNSCALE”），其功能是接收一个以工程单位表示、且标定于下限（LO_LIM）和上限（HI_LIM）之间的实型输入值，并将其转换为一个整型值。,示例说明，如果I0.0为“1”，则将用户程序所计算的模拟量在量程范围内的百分比（在MD104中），转换为0-27647之间以二进制表示的16位整数，并通过模拟量输出模块输出与其对应的实际物理量。,示例,IN：欲转换为整数值的输入值； LO_LIM：以工程单位表示的下限值，实数； HI_LIM：以工程单位表示的上限值，实数； OUT：转换结果，整数； BIPOLAR： “1”表示输入值为双极性， “0”表示输入值为单极性；,FC106的功能
13、可用下式表示： 常数K1和K2根据输入值是双极性还是单极性来设置。假定输出整型值介于-27648与27647之间，则K1=-27648.0，K2=+27647.0；假定输出整型值介于0和27647之间，则K1=0.0，K2=+27647.0。 如果输入值超出LO_LIM和HI_LIM范围，输出（OUT）将钳位于距下限或上限较近的一方，并返回一个错误。,11.1.2 数据装入和传输指令,1. 对累加器1的装入和传输指令,数据装入和传输指令通过累加器进行数据交换，S7-300/400有两个32位的累加器，执行装入指令时先将累加器1的数据移入累加器2，再将数据装入累加器1；执行传输指令时，将累加器1
14、 中的数据写入目标地址。,数据装入指令L:如定时器L T5和计数器L C5 数据传输指令T：T MW20，T MW10,11.1.2 数据装入和传输指令,2. 状态字与累加器之间的装入和传输指令,4. LC指令,数据装入指令LC:以BCD码格式进行数据装入累加器1 如定时器LC T2和计数器LC C5,L STW:将状态字装入累加器1中 T STW:将累加器1的位08传输到状态字的相应位,11.1.2 数据装入和传输指令,3. 与地址寄存器有关的装入和传输指令,LAR1：将操作数的内容（32位指针）装入地址寄存器AR1 LAR2：将操作数的内容（32位指针）装入地址寄存器AR2 TAR1：将地
15、址寄存器AR1内容（32位指针）传输给被寻址 的操作数 TAR2：将地址寄存器AR1内容（32位指针）传输给被寻址 的操作数 CAR:交换地址寄存器AR1和地址寄存器AR2的内容,11.1.3 转换指令,1. BCD码和整数与其它类型转换指令,BTI:将3位BCD码(-999+999)转换为整数 BTD:将7位BCD码(-999999+999999)转换为长整数 ITB:将整数转换为3位BCD码 DTB:将长整数转换为7位BCD码 ITD:将整数转换为长整数 DTR:将整数转换32位浮点数,11.1.3 转换指令,2. 整数与实数的码形变换指令,INVI:求整数的二进制反码(逐位求反) INV
16、D:求长整数的二进制反码 NEGI:求整数的二进制补码(对反码加1) NEGD:求长整数的二进制补码 NEGR:对浮点数求反(相当于乘-1),11.1.3 转换指令,3. 实数取整指令,RND:将32位浮点数转换为最接近的长整数 TRUNC:取32位浮点数的整数部分并转换为长整数 RND+:将32位浮点数转换为大于或等于该数的最小的长 整数 RND-:将32位浮点数转换为小于或等于该数的最大的长 整数,11.1.3 转换指令,4. 累加器1调整指令,CAW:交换累加器1低字中的字节顺序 CAD:交换累加器1中的字节顺序,11.1.4 算术运算指令,1. 基本算术运算指令,2. 扩展算术运算指令
17、,基本算术运算指令可完成整数I、长整数D或32位浮点数R（实数）的加+、减-、乘*、除/、长整数取余及浮点数取绝对值等运算。,扩展算术运算指令可完成32位浮点数的平方SQR、平方根SQRT、自然对数LN、指数EXP及三角函数等运算。,11.1.5 逻辑运算指令,逻辑运算指令可对两个16位二进制数据逐位进行逻辑字与（AW）、逻辑字或（OW）和逻辑字异或（XOW）运算。,逻辑运算指令还可对两个32位二进制数据逐位进行逻辑双字与（AD）、逻辑双字或（OD）和逻辑双字异或（XOD）运算。,技能训练搅拌器控制,控制要求,搅拌器的控制,任务分析,任务实施,方案调试,11.2,1,2,3,4,控制要求(1/
18、2),控制要求(2/2),按启动按钮后系统自动运行，首先打开进料泵1，开始加入液料A当液位达到30%后，则关闭进料泵1，打开进料泵2，开始加入液料B当液位达到80%后，则关闭进料泵2，起动搅拌器搅拌10s后，关闭搅拌器，开启放料泵当液料放空后，延时5s后关闭放料泵。按停止按钮，系统应立即停止运行。,任务分析(1/2),由于液位传感器-变送器所产生的信号为010V的模拟量电压信号，所以需要通过模拟量输入模块将液位信号送入PLC进行比较处理。可以将模拟量输入模块转换后的数字0+27648用整数规范化功能子程序（FC105）进一步转换为0100的实型数字。,任务分析(2/2),进料时系统设置高（H1
19、）、中（I1）、低(J1)液位标志： 如果液位值30%，则打开进料泵1，开始加入液料A，并接通进料低液位标志J1； 如果30%液位值80%，则关闭进料泵1，打开进料泵2，开始加入液料B，并接通进料中液位标志I1； 如果液位值80%，则关闭进料泵2，起动搅拌器，并接通进料高液位标志H1。 放料时系统设置高（H2）、中（I2）、低(J2)液位标志： 如果30%液位值100%，则接通H2，并放料。 如果0液位值30%，则接通I2，并放料。 如果液位值=0，则接通J2，并放料。,任务实施 PLC硬件配置（1/2）,系统有2个进料泵YV1和YV2，1个放料泵YV3，1个搅拌器KM，3个低中高液位显示信号
20、灯J、I、H；1个启动按钮SB1，1个停止按钮SB2，1个液位传感器-变送器B，1个用于显示液位的数字表M2. 需要4个交流接触器，共占用PLC的7个输出点, 1个模拟量输出通道。 需要启动按钮1个、停止按钮1个、共占用PLC的2个输入点, 1个模拟量输入通道。,任务实施 PLC硬件配置（2/2）,编辑符号表,PLC外部接线,程序设计,系统程序分4部分 FC1控制子程序 FC2液位比较和显示子程序 FC3测量与规范化处理子程序 OB1主循环程序,控制程序(FC1-1/9),设置进料显示标志F1和动作标志F3,测量与规范化处理程序 (FC3-1/2),输入规范化程序,测量与规范化处理程序 (FC3-2/2),输出规范化程序,调试运行,用仿真软件调试,调试运行,用变量表调试,感谢您的参与 谢谢！,