本文介紹了西門子公司的S7-200系列中的CPU212可編程程序控制器的特點(diǎn)，給出了應(yīng)用它設(shè)計(jì)多路流量積算和顯示系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，說(shuō)明了該系統(tǒng)的性能和使用特點(diǎn)。
1. 內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理
CPU212由中央處理器(CPU)、輸入/輸出接口(I/O)、I/O擴(kuò)展接口、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和編程口等組成。
1.1 CPU212特點(diǎn)
●程序存儲(chǔ)量為512字節(jié)(存儲(chǔ)在非易失的讀/寫存儲(chǔ)區(qū))；
●數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量512字節(jié)(其中的64字節(jié)可以存儲(chǔ)在非易失的讀/寫存儲(chǔ)區(qū))；
●PLC基本單元中有8個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入和6個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出；
●可以額外連接兩個(gè)I/O擴(kuò)展模塊(包括模擬量模塊)；
●最大開(kāi)關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)為30，最大模擬量通道數(shù)6AI/2AO；
●64個(gè)定時(shí)器(2個(gè)1ms,8個(gè)10ms，54個(gè)100ms)；
●64個(gè)計(jì)數(shù)器(48個(gè)加計(jì)數(shù)器，16個(gè)加/減計(jì)數(shù)器)；
●128個(gè)內(nèi)存標(biāo)志位、368個(gè)專用標(biāo)志位；
●四則算術(shù)運(yùn)算能力；
●中斷能力：
為用戶定義的協(xié)議(自由口通信)接收和發(fā)送中斷；
1個(gè)由上升沿或下降沿觸發(fā)的輸入中斷；
1個(gè)時(shí)間中斷；
1個(gè)高速計(jì)數(shù)器中斷；
●1個(gè)2kHz的高速計(jì)數(shù)器；
●快速的布爾邏輯執(zhí)行速度(1.3μs/指令)；
●由超級(jí)電容供電的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)可維持50小時(shí)(無(wú)需電池)；
●3級(jí)口令保護(hù)。
1.2 CPU212的結(jié)構(gòu)及工作原理
CPU212的工作原理是建立在下列單元的基上的：第一，程序存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)用戶程序；第二，處理器周期性掃描程序，即在一個(gè)周期開(kāi)始時(shí)，處理器將所有的輸入端的信號(hào)讀入，存儲(chǔ)于過(guò)程輸入映象寄存器(PII)，然后，在內(nèi)部計(jì)數(shù)器、位存儲(chǔ)器和定時(shí)器的控制下逐步掃描程序，接著處理器將新的信號(hào)狀態(tài)和過(guò)程輸出到映象寄存器(PIQ)中，并從這里傳送到輸出端。CPU212的結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖如圖2所示。
1.3 CPU212的外部特征
CPU212外部包括輸入點(diǎn)、輸出點(diǎn)、編程口、面版狀態(tài)指示燈。CPU是PLC的大腦，它根據(jù)編制的應(yīng)用程序作出相應(yīng)的決定，而輸入/輸出是PLC的控制點(diǎn)。輸入用于監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)裝置，如開(kāi)關(guān)、傳感器等，輸出用于控制其它裝置，如電機(jī)、泵、開(kāi)關(guān)等；編程口用于連接編程裝置，如一臺(tái)計(jì)算機(jī)或手持編程器等。要裝載SETP7－MICRO/DOS軟件才能對(duì)CPU212進(jìn)行編程。由于CPU212的編程口傳輸信號(hào)采用的是RS－485標(biāo)準(zhǔn)，而計(jì)算機(jī)串行通訊口采用的是RS－232標(biāo)準(zhǔn)，因此連接時(shí)需要使用PC/PPI電纜將CPU212和計(jì)算機(jī)連接起來(lái)。由于PC/PPI電纜自帶轉(zhuǎn)換器，可完成兩種不同標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換。如圖3所示。
CPU212的面板狀態(tài)指示燈用于顯示CPU的運(yùn)行方式和I/O狀態(tài)。所有狀態(tài)指示燈每秒刷新多次，并用于指示CPU212內(nèi)部診斷測(cè)試結(jié)果。I/O指示燈用于指示傳感器輸入狀態(tài)和CPU控制的輸出狀態(tài)(導(dǎo)通則亮)。
若I/O點(diǎn)未接，在通電時(shí)只有CPU狀態(tài)指示燈顯示CPU運(yùn)行方式。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)內(nèi)部錯(cuò)誤時(shí)，紅色的SF指示燈亮，此時(shí)應(yīng)切斷電源，清除故障。
2. 多路流量積算和系統(tǒng)軟件編程
2.1 軟件編程
由于系統(tǒng)需要測(cè)量瞬時(shí)流量和累積流量，若采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)，可按體積流量計(jì)算。
瞬時(shí)體積流量
Q=αCH·(2Vfg/Af)1/2(ρf－ρ)/ρ
累積體積流量
W=Qdt
式中，Vf為轉(zhuǎn)子體積；ρf為轉(zhuǎn)子材料密度；ρ為被測(cè)流體密度；g為重力加速度；Af為轉(zhuǎn)子的最大橫截面；H為轉(zhuǎn)子在錐管中的高度；C為與錐形管錐度有關(guān)的比例系數(shù)。
在PLC編程方面，系統(tǒng)具有主控模塊、數(shù)據(jù)示模塊、瞬時(shí)流量和累積流量計(jì)算模塊等等。
本系統(tǒng)所具有的最突出的優(yōu)點(diǎn)是：利用優(yōu)秀的編程技巧，使CPU212的512個(gè)字節(jié)程序存儲(chǔ)區(qū)得以充分利用，完成相對(duì)功能強(qiáng)大的多路流量積算和顯示功能；同時(shí)，將程序的掃描周期降至1ms，滿足了實(shí)時(shí)要求。系統(tǒng)采用STEP7－MICRO/DOS編程語(yǔ)言。主控模塊中只完成對(duì)多路流量輸入計(jì)數(shù)，由掃描顯示器控制每路流量計(jì)算的相應(yīng)按鍵，若有鍵按下，則調(diào)用相應(yīng)的子程序以完成流量的計(jì)算功能，這樣就可以達(dá)到降低掃描周期的目的。內(nèi)部計(jì)數(shù)器利用輸入脈沖的上升沿計(jì)數(shù)，并用定時(shí)器限制脈沖寬度以排除計(jì)數(shù)脈沖的干擾信號(hào)。
2.2 多路流量積算和顯示系統(tǒng)硬件組成
本系統(tǒng)由1個(gè)可編程控制器(PLC)、1個(gè)顯示器和多個(gè)流量計(jì)組成。
3. 系統(tǒng)性能
● 流量脈沖頻率：小于50Hz。
● 精度：主要取決于流量計(jì)精度，即SPX系列為±1％滿量程；WTX系列為±0.75％滿量程，系列流量脈沖頻率>50Hz時(shí)，會(huì)產(chǎn)生附加誤差。
● 電源：交流220V。
4. 系統(tǒng)主要功能
本系統(tǒng)可以計(jì)算和分路顯示瞬時(shí)流量和累積流量，其顯示范圍為：0.0000?2949.0000(l/m)
系統(tǒng)通過(guò)顯示器將CPU212中的各路瞬時(shí)流量和累積流量顯示出來(lái)，并可清零及設(shè)置K系數(shù)，其設(shè)置方法為：K=3.7854/K′，式中K′為流量計(jì)標(biāo)簽上的K系數(shù)，按四舍五入法則取K的小數(shù)點(diǎn)后4位數(shù)。
5. 結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用前景?？梢杂?jì)算和顯示多路瞬時(shí)流量和累積流量，精確度高；使用可編程程序控制器使系統(tǒng)的性能價(jià)格比較高，同時(shí)由于使用了顯示器，系統(tǒng)用戶界面非常友好。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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