发布时间 : 星期六 文章基于PLC的加热炉炉温控制系统设计与应用更新完毕开始阅读
第4 章 加热炉炉温PLC软硬件设计
据发送，延时就会不断被刷新。同时，用定时器 T0 定时 1ms，每当定时到，延时时间减 1ms，这样，当总线发送数据结束，延时不再被刷新。于是，总线停止发送 3ms 后，延时到，则清除总线“忙”状态，允许各终端设备使用总线，如果有数据即可以向总线发送了。同时，要重开中断，使 EX0=1，准备再次检测总线上的起始位。需注意的是，在开中断前要清除中断请求标志位，使 IE0=0，因接收数据时的下降沿已使 IE0 被置位。
2）终端设备发送数据的条件
当某个终端设备采集到数据需要向其它设备发送时，先置位待发送标志位 WAIT_SEND=1，然后检测总线“忙”标志位是否为 1，若总线忙则等待，否则便可以发送。发送后要等到接收端的回复确认“接收正确”才能清除待发送标志，表示本次发送成功。从本次发送结束开始计时 20ms，如果时间到而未收到回复，在总线空闲状态下应再次发送，直至收到回复确认信息方可清除发送标志，确保发送数据真正到达接收端。在 20ms 内收到回复后，在清除待发标志的同时也可取消延时。对于接收者，在收到数据后应立即回复，不需延时，以免总线被其它设备所抢占而延误回复。
3）避免多个终端设备同时抢占总线的解决方法
当终端设备需要发送数据时，总线处于空闲状态下，可允许占用总线发送数据。但是，当总线处于“忙”状态时，只能进入等待状态或设置等待标志而处理其它任务。在总线退出“忙”状态后，也不能立即进入发送状态。主要因为接收端需要向发送端回复，需要占用总线。还有就是一旦有 2 个或 2 个以上的设备进入等待状态后，会同时检测到总线退出忙状态，这样的结果会造成同时抢占总线进入发送状态，出现总线错误。为了避免这种现象发生，终端设备在进入等待状态，总线退出忙状态后，要再随机延时 8~16ms（给接收端留有回复的时间），才能进入发送状态。因各终端设备的随机延时是不同的，延时短的则先行抢占总线进入发送状态，未抢占总线的设备便再次进入等待状态。在实际运行中也有可能2 个设备同时抢占总线，造成发送错误。在收到回复错误信息或者回复无法识别时，很可能是因为总线出现错误。在这种情况下，发送端应再次随机延时 8~16ms，总线空闲时，才能进行再次发送，两次可随机延时，这样基本上可以消除多个终端同时抢占总线的现象了。
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4）收/发终端设备的确认与识别
在多主机网络模式中，由于每个终端均可以向任何一个终端发送数据或控制命令时，发送端需要发送接收端的地址，而接收端还要识别出发送端。所以，每个终端在发送数据时，应发送本机地址。因此，通信协议要设计每个报文的组成，即由多少帧组成，包括几组帧，每个报文可有固定帧或不限帧。如：同步字符（起始标志字节）、接收端地址、发送端地址、控制命令、数据帧、校验帧、结束帧等。如果不限帧，应有该报文的长度信息。每个报文应尽量减少帧数，以免发送端占用总线时间过长。接收端的回复要短，以能够确认接收正确和错误为原则。同时要根据网络的最远距离，在保证通信准确的基础上尽量提高通信波特率、通信速度、总线的使用率。最后还需强调一点，在这种通信模式中，单片机要工作在方式 1，而不能工作在方式 3，每个报文不能再发送带 TB8 位的地址帧，因每个终端设备要全程接收总线上所有数据，以监视总线的“忙”状态[49]。
4.2 S7-300 PLC的编程方法
4.2.1 Step7编程软件包构成与编程方式
西门子S7-300系列的PLC产品编程采用标准Step7软件包。软件包及其包含的应用工具如图4.3所示。
图4.3 Step7软件包组件示意图
SIMATIC管理器是软件包的管理系统，PLC控制系统的构建是在管理框架的基础上完成的，使用PLC编程软件包编程过程如图4.4所示。
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第4 章 加热炉炉温PLC软硬件设计
图4.4编制用户程序过程
使用标准Step 7编程软件包编程有如下5个步骤： ①建立和管理控制项目；
②PLC系统配置(模块等硬件配置、通信系统配置)； ③符号管理与编制控制程序； ④传送程序到PLC主机； ⑤控制系统测试。
由编程过程概况可知，②与③两步次序可以变换。 4.2.2 编程过程分析
（1）编程软件主窗口与项目文件系统
Step7软件包安装后，通过双击桌面软件图标成运行软件，打开SIMATIC Manager管理器窗口主界面。开始新设备控制程序编制时，首先需要建立新的项目文件系统，从管理器主窗口菜单文件项(File)的下拉菜单中选择新建项目向导，即进入建立新项目向导对话框。在对话框中选择PLC主机型号(例中选择主机CPU3121FM)，单击NEXT按钮，进入对话框，选择程序块类型与编程方式，选择
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完成后单击Finish按钮。
完成构建后，返回编程软件的主界面窗口。项目文件系统也可以通过菜单命令打开。在SIMATIC管理器主界面，使用结构树的方式显示控制项目的文件系统构成与所有组件，方便对控制项目文件的管理以及快捷的进入选择的工作界面。
(2)硬件配置窗口与硬件系统配置
硬件配置窗口用于对新建项目进行PLC系统配置(模块等硬件配置、通信系统配置)，确定编程是针对所选定的硬件设备进行。S7-300与400系列为模块组合式PLC，模块组件通过机架组装。组合式PLC模块组件型号多样，组合方式也因用户的工作需求千变万化，通过硬件配置过程，可以完成硬件模块的地址分配与属性设定。
进入硬件配置窗口，展开管理器窗口中的站文件夹，双击文件夹内硬件(Hardware)图标，硬件配置窗口分为两个部分，左边窗格为所有PLC模块列表，右边窗格为配置窗口。由于新建项目的CPU型号已选定，因此，初始配置窗口中主机模块位置已确定，后续配置是针对电源模块、输入/输出端口模块和其他应用模块展开的。
4.3 炉温控制系统软件设计
4.3.1 加热炉控制系统整体软件介绍
主要完成加热炉的起、停、基本定时、流量累计定时、引风机连锁及炉温操作的选择调节控制。共由 21 个网络组成，其中的 Network15~17 分别为预热段、加热段和均热段操作选择网络。由自定义功能块 FC31 完成。 FC7 为炉压自动调节功能块；FC8 为汽包水位自动调节及蒸汽出口压力自动调节功能块；FC9 为换向控制功能块；FC10 为报警功能块，包括轻故障报警和重故障报警的15 个网络；FC11 为带四了限报警的数据采集功能块；FC12 为 MAN 功能块；FC13 为带四限报警的热电偶温度数据采集功能块；FC14～FC16 分别为热电偶温度数据采集、带流量开方积算的数据采集和带流量开方的数据采集功能块；FC17 为自动—手动平滑切换功能块；FC18 为带流量开方积算的数据采集功能块；FC19～FC20 为操作允许、开停状态、启动停止延时及启动停止控制[50]。
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