電氣自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)槽上自動(dòng)控制監(jiān)控系統(tǒng)

摘 要系統(tǒng)的介紹了槽上自動(dòng)控制監(jiān)控系統(tǒng)，考慮到工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況，以工業(yè)現(xiàn)場常見的還原爐為主體，硬件組態(tài)使用西門子300PLC,控制卸料小車在生產(chǎn)軌道上的動(dòng)作，生產(chǎn)軌道上設(shè)有槽位信號檢測裝置，當(dāng)送料信號來時(shí)，判斷礦料品種及其對應(yīng)的槽位號，記錄小車的實(shí)際位置并根據(jù)目標(biāo)位置，和實(shí)際位置比較后實(shí)現(xiàn)卸料小車前進(jìn)和后退運(yùn)動(dòng)方向的自動(dòng)控制。該系統(tǒng)共有兩條膠帶機(jī)和兩輛卸料小車，一條膠帶機(jī)和一輛卸料小車做為一套送料系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)分為南北方向各自獨(dú)立運(yùn)行分別為六個(gè)礦槽布料，槽滿停止布料，小車運(yùn)動(dòng)不能突破左右極限位置，都能實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的集中控制及機(jī)旁控制，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了冶金現(xiàn)場的膠帶機(jī)和卸料小車的配合控制，使用Step7編寫槽上系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，同時(shí)使用WINCC設(shè)計(jì)一個(gè)槽上的監(jiān)控查詢系統(tǒng)，界面簡潔，美觀，便于操作。關(guān)鍵詞：西門子PLC-300；膠帶機(jī)；卸料小車；槽位AbstractThe system is introduced in the slot automatic control monitoring system ，considering the industrial production practice, with the industrial site common reduction furnace as the main body, hardware configuration use Siemens 300 PLC, control in production material unloading car track on the movement, the production orbit has slots signal detection device, when feeding signal came when the judge mineral aggregate species and their corresponding to the number of slots, record the actual position and car according to the target position, and the actual position is realized, and the unloading the car back and forward movement of the direction of automatic control. The system has two tape machine and two cars article unloading the small car, a tape machine and a car unloading as a set of feed system car, two sets of system is divided into north and south direction operated independently were six ore slot cloth, tank full stop cloth, car movement about not break through limit position, can realize the PC of centralized control and the machine control, but also to achieve the metallurgy the tape machine and unloading the car with control, using Step7 write slot system automatic control system, at the same time use to design a slot on WINCC monitoring of the inquiry system, the interface is simple and beautiful, it is easy to operate.Key words: Siemens PLC-300; tape machine; unloading the small car; slots目 錄1 序言 11.1 西門子PLC系統(tǒng)概述 11.2 可編程控制器的產(chǎn)生 21.3 可編程控制器的分類 41.4 可編程控制器的特點(diǎn) 61.5 PLC的主要功能 92 WinCC 112.1 WinCC的概述 112.2 WinCC和Windows 112.3 WinCC主要功能概述 133.系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) 143.1設(shè)計(jì)的具體任務(wù) 143.2設(shè)計(jì)內(nèi)容 143.3 方案及控制過程 144 編寫控制程序 194.1 卸料小車自動(dòng)控制程序 194.2 膠帶機(jī)控制程序 294.3 模擬量轉(zhuǎn)換 324.4上位機(jī)畫面制作： 36參考文獻(xiàn) 38致 謝 391 序言1.1 西門子PLC系統(tǒng)概述大、中型 PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)，用搭積木的方式來組成系統(tǒng)，模塊化 PLC由機(jī)架和模塊組成。S7-300是模塊化的中小型 PLC，適用于中等性能的控制要求。品種繁多的 CPU模塊、信號模塊和功能模塊能滿足各種領(lǐng)域的自動(dòng)控制任務(wù)，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇合適的模塊，維修時(shí)更換模塊也很方便。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大和更為復(fù)雜時(shí)，可以增加模塊，對 PLC進(jìn)行擴(kuò)展。簡單實(shí)用的分布式結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的通信聯(lián)網(wǎng)能力，使其應(yīng)用十分靈活。S7-300的編程軟件 STEP 7功能強(qiáng)大，使用方便，指令集包含 350多條指令。STEP 7通過帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具來為所有的模塊設(shè)置參數(shù)，可以節(jié)省用戶學(xué)習(xí)的時(shí)間和培訓(xùn)的費(fèi)用。隨著 PLC產(chǎn)品性能的提高，操作員監(jiān)控技術(shù)(HMI人機(jī)接口)也得到了廣泛應(yīng)用。 S7-300已將 HMI服務(wù)集成到操作系統(tǒng)內(nèi)，因此大大減少了人機(jī)對話的編程要求。 SIMATIC 人機(jī)界面(如 WinCC軟件)從 S7-300中獲得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶指定的刷新速度自動(dòng)地傳送這些數(shù)據(jù)?？傊琒7-300 PLC有以下幾方面的特點(diǎn)：(1) 模塊化微型 PLC系統(tǒng)，滿足中、小規(guī)模的性能要求。(2) 由不同檔次的 CPU、各種各樣的功能模塊和 I/O模塊可供選擇，可以非常好地滿足和適應(yīng)自動(dòng)化控制任務(wù)。(3) 簡單實(shí)用的分布式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，使應(yīng)用十分靈活。(4) 方便用戶，有簡易的無風(fēng)扇設(shè)計(jì)。(5) 當(dāng)控制任務(wù)增加時(shí)，可自由擴(kuò)展。(6) 大量的集成功能使它功能非常強(qiáng)勁。(7) 擴(kuò)展溫度范圍從-25+70。(8) 易于操作、編程、維護(hù)和服務(wù)。(9) 低成本的自動(dòng)化系統(tǒng)解決方案。 （10）S7-300 PLC外形如圖1.1所示。圖1.1 S7-300 PLC （1電源模塊 2后備電池 3DC24V連接器 4模式開關(guān) 5狀態(tài)和故障指示燈 6存儲器卡 7MPI多點(diǎn)接口 8前連接器 9前蓋 ）1.2 可編程控制器的產(chǎn)生20世紀(jì) 60年代，電子技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了控制電路的電子化，晶體管等無觸點(diǎn)器件的應(yīng)用促進(jìn)了控制裝置的小型化和可靠性的提高。60年代中期，小型計(jì)算機(jī)被應(yīng)用到過程控制領(lǐng)域，大大提高了控制系統(tǒng)的性能。但當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)價(jià)格昂貴，編程很不方便，輸入 /輸出信號與工業(yè)現(xiàn)場不兼容，因而沒能在工業(yè)控制中得到推廣與應(yīng)用。20世紀(jì) 60年代末期，西方工業(yè)國家出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)大蕭條，作為工業(yè)龍頭的汽車工業(yè)受到沉重打擊。美國通用汽車公司(General Motors Corporation，GM)為了在激烈的市場競爭中戰(zhàn)勝對手，擺脫困境，制定出多品種、小批量、不斷推出新車型來吸引顧客的戰(zhàn)略。但原有的控制系統(tǒng)由繼電器和接觸器等組成，靈活性差，不能滿足生產(chǎn)工藝不斷更新的需要。 1968年，GM為了改造汽車生產(chǎn)設(shè)備的傳統(tǒng)控制方式，提出了以下 10條招標(biāo)的技術(shù)指標(biāo)：(1) 編程簡單方便，可在現(xiàn)場修改程序。(2) 硬件維護(hù)方便，采用插件式結(jié)構(gòu)。(3) 可靠性要高于繼電器控制系統(tǒng)。(4) 體積小于繼電器控制系統(tǒng)。(5) 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)。(6) 成本可與繼電器控制系統(tǒng)競爭。(7) 輸入可以是 AC115V。(8) 輸出在 AC115V、2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥和接觸器等。(9) 擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只需要很小的改動(dòng)。(10) 用戶程序存儲器的容量至少可擴(kuò)展到 4KB。1969年，美國的數(shù)字設(shè)備公司(Digital Equipment Corporation，DEC)開發(fā)出世界上第一臺能滿足上述要求的樣機(jī)，在 GM的汽車裝配線上獲得成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂、操作方便、可靠性高、使用靈活、體積小、壽命長等一系列優(yōu)點(diǎn)很快就推廣到其他工業(yè)領(lǐng)域。隨后德國、日本等國相繼引進(jìn)這一技術(shù)，使 PLC迅速在工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用。在可編程控制器的早期設(shè)計(jì)中雖然采用了計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，但只能進(jìn)行邏輯(開關(guān)量)控制，主要用于順序控制，所以被稱為可編程邏輯控制器(Programmable Logic controller)，簡稱 PLC。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器被廣泛應(yīng)用于 PLC的設(shè)計(jì)中，使 PLC的功能增強(qiáng)，速度加快，體積減少，成本下降，可靠性提高，更多地具有了計(jì)算機(jī)的功能。除了常規(guī)的邏輯控制功能外，PLC還具有模擬量處理、數(shù)據(jù)運(yùn)算、運(yùn)動(dòng)控制、 PID(Proportional-Integral-Differential)控制和網(wǎng)絡(luò)通信等功能，易于實(shí)現(xiàn)柔性制造系統(tǒng) (Flexible Manufacturing System，F(xiàn)MS)，因而與機(jī)器人及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/制造(Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing，CAD/CAM)一起并稱為現(xiàn)代控制的三大支柱。此外，可編程控制器在設(shè)計(jì)中還借鑒了計(jì)算機(jī)的高級語言，給實(shí)際應(yīng)用帶來了方便。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，美國電氣制造商協(xié)會(National Electrical Manufacturers Association， NEMA)經(jīng)過調(diào)查，將其正式命名為 Programmable controller，簡稱 PC，并給 PC作了如下定義。 “PC是一個(gè)數(shù)字式的電子裝置。它使用了可編程的記憶體存儲指令，用來執(zhí)行諸如邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)與運(yùn)算等功能，并通過數(shù)字或模擬的輸入/輸出模塊控制各種機(jī)械或工作過程。一部數(shù)字電子計(jì)算機(jī)若是從事執(zhí)行 PC的功能，亦被視為 PC，但不包括鼓式或類似的機(jī)械式順序控制器?！庇捎?PC容易與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的縮寫相混淆，因而人們?nèi)匝赜?PLC作為可編程控制器的簡稱。國際電工委員會(International Electrotechnical Commission，IEC)頒布的 PLC的定義為：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出來控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?？傊删幊炭刂破魇菍楣I(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。但可編程控制器并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件應(yīng)根據(jù)具體需要進(jìn)行選配，軟件則根據(jù)實(shí)際的控制要求或生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。 1.3 可編程控制器的分類PLC分類方法有多種，按規(guī)模(即 I/O點(diǎn)數(shù))可分為大、中、小型，按結(jié)構(gòu)可分為整體式和組合式。在實(shí)際應(yīng)用中通常都按 I/O點(diǎn)數(shù)來分類。 （1）根據(jù) I/O點(diǎn)數(shù)分類 I/O點(diǎn)數(shù)表明 PLC可以從外部接收多少輸入量和向外部輸出多少個(gè)輸出量，即 I/O點(diǎn)總數(shù)在 256點(diǎn)以下的 PLC稱為小型 PLC。小型 PLC體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)硬件融為一體，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制器，也是一種在實(shí)際控制中應(yīng)用得最為廣泛的機(jī)型。小型 PLC一般有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位等功能，適用于開關(guān)量的控制，可用來實(shí)現(xiàn)條件控制、定時(shí) /計(jì)數(shù)控制、順序控制等。新一代的小型 PLC都具有算術(shù)運(yùn)算、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算和模擬量處理的功能，可滿足更為廣泛的需要。 I/O點(diǎn)數(shù)在 256點(diǎn)1024點(diǎn)之間的 PLC為中型 PLC。中型 PLC在邏輯運(yùn)算功能的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)通信等功能，可完成既有開關(guān)量又有模擬量的復(fù)雜控制。中型 PLC的編程器有便攜式和帶有 CRT/LCD的智能圖形編程器供用戶選擇。后者為用戶提供了更直觀的編程工具，梯形圖能直接顯示在屏幕上。用戶可以在屏 幕上直觀地了解用戶程序運(yùn)行中的各種狀態(tài)信息，方便了用戶程序的編寫和調(diào)試，提供了良好的監(jiān)控環(huán)境。 I/O點(diǎn)數(shù)在 1024點(diǎn)以上的 PLC為大型 PLC。大型 PLC功能更加完善，具有數(shù)據(jù)處理、模擬調(diào)節(jié)、聯(lián)網(wǎng)通信、監(jiān)視、存儲、打印等功能，可以進(jìn)行中斷控制、智能控制、遠(yuǎn)程控制。大型 PLC的通信聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，可以構(gòu)成 3級通信網(wǎng)絡(luò)，并作為分布式控制系統(tǒng)中的上位機(jī)，能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的過程控制，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)或整個(gè)工廠的集散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠管理的自動(dòng)化。大型 PLC的用戶程序存儲器容量更大，掃描速度更快，可靠性更高，指令更豐富，如功能指令包括浮點(diǎn)運(yùn)算、三角函數(shù)等運(yùn)算指令，PID可處理多達(dá) 32個(gè)回路的控制。而且大型 PLC自診斷功能極強(qiáng)，不僅能指示故障的原因，還能將故障發(fā)生的時(shí)間存儲起來，以便于用戶事后查詢。此外還能采用高級語言(如 BASIC語言等)編寫用戶程序，能擴(kuò)展成冗余系統(tǒng)，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性。 （2）根據(jù)結(jié)構(gòu)分類從結(jié)構(gòu)類型上分，PLC可分為整體式和模塊式兩類。一般小型 PLC多為整體式結(jié)構(gòu)。小型 PLC的 CPU、電源、I/O單元等都集中配置在一起。有些產(chǎn)品則全部裝在一塊電路板上，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，容易裝配在設(shè)備的內(nèi)部，適合于設(shè)備的單機(jī)控制。整體式 PLC的缺點(diǎn)是主機(jī)的 I/O點(diǎn)數(shù)固定，使用不夠靈活，維修也不夠方便。模塊式 PLC的各個(gè)部分以單獨(dú)的模塊分開設(shè)置，如 CPU模塊、電源模塊、輸入模塊、輸出模塊及其他高性能模塊等。一般大、中型 PLC多為模塊式結(jié)構(gòu)。模塊式 PLC通常由機(jī)架底板聯(lián)結(jié)各模塊(也有的 PLC為串行連接，沒有底板)，底板上有若干插座。使用時(shí)將各種模塊直接插入機(jī)架底板即可。這種結(jié)構(gòu)的 PLC配置靈活，裝配方便，易于擴(kuò)展，可根據(jù)控制要求靈活配置各種模塊，構(gòu)成各種功能不同的控制系統(tǒng)。模塊式 PLC的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較高。 （3）根據(jù)生產(chǎn)廠家分類 PLC的生產(chǎn)廠家很多，各個(gè)廠家生產(chǎn)的 PLC在 I/O點(diǎn)數(shù)、容量、功能等方面各有差異，但都自成系列，指令及外設(shè)向上兼容。因此在選擇 PLC時(shí)若選擇同一系列的產(chǎn)品，則可以使系統(tǒng)構(gòu)成容易，使用方便。比較有代表性的 PLC有西門子 Siemens公司的 S7系列、三菱(Mitsubishi)公司的 FX系列、立石(Omron)公司的 C系列、松下(Matsushita)公司的 FP系列等。需要說明的是，PLC的分類目前并沒有嚴(yán)格的國家或國際標(biāo)準(zhǔn)。有些文獻(xiàn)將 128點(diǎn)或 64點(diǎn)以下的 PLC劃分為微型 PLC，將 PLC按 I/O點(diǎn)數(shù)分為微型、小型、中型和大型 4種。實(shí)際上這種劃分沒有多大的意義，因?yàn)?128或 64點(diǎn)的 PLC在控制功能上與一般所說的小型 PLC并沒有什么差別，僅僅是控制規(guī)模小一點(diǎn)而已。如果要分出微型 PLC，那么西門子公司的 LOGO可以劃作此類。因?yàn)?LOGO不但控制規(guī)模小，而且在控制功能上與小型 PLC存在著顯著的差別。當(dāng)然，不管怎么分類，對實(shí)際的應(yīng)用設(shè)計(jì)影響不大，只要了解一般的概念就行。 1.4 可編程控制器的特點(diǎn)PLC是在微處理器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的控制器，是一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的電子控制裝置。它采用存儲器存儲用戶程序，通過數(shù)字或 模擬的輸入/輸出完成一系列邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)、運(yùn)算等功能，控制各種類型的機(jī)電一體化設(shè)備和生產(chǎn)過程。PLC把微型計(jì)算機(jī)技術(shù)和繼電器控制技術(shù)融合在一起，兼具計(jì)算機(jī)的功能完備、靈活性強(qiáng)、通用性好以及繼電器接觸器控制系統(tǒng)的簡單易懂、維修方便的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）可靠性高工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境十分惡劣，如高溫、潮濕、振動(dòng)、沖擊、粉塵和強(qiáng)電磁干擾等，因此工業(yè)生產(chǎn)對控制系統(tǒng)的可靠性要求很高。PLC是專為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，能夠適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。PLC在設(shè)計(jì)和制造過程中采取了一系列的抗干擾措施，使 PLC的平均無故障時(shí)間(Mean Time Between Failures，MTBF)通常在 200 000小時(shí)以上。具體措施一般包括以下幾個(gè)方面： 所有的 I/O接口電路均采用光電耦合器進(jìn)行隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外部電路與 PLC內(nèi)部電路之間在電氣上隔離。 輸入端采用 RC濾波器，濾波時(shí)間常數(shù)一般為 10ms20ms。高速輸入端則采用數(shù)字濾波，濾波時(shí)間常數(shù)可以用指令設(shè)定。 各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。 對器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選和老化處理。 具有軟件自診斷功能，一旦電源或其他軟件和硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采取有效措施進(jìn)行處理，防止故障擴(kuò)大。 (7) 大型 PLC采用雙 CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，進(jìn)一步提高了可靠性。 （2）編程簡單易學(xué) PLC的程序設(shè)計(jì)大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖語言。梯形圖主要由人們熟悉的常開/閉觸頭、線圈、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等符號組成。對于使用者來說，只要具有電氣控制方面的相關(guān)基礎(chǔ)知識，而不需要具備計(jì)算機(jī)方面的專業(yè)知識，因此很容易為一般的工程技術(shù)人員甚至技術(shù)工人所理解和掌握。盡管后來的 PLC在軟件和硬件功能上不斷增強(qiáng)，除了順序控制以外，PLC還能進(jìn)行算術(shù)與邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送與處理以及通信等，但是梯形圖仍被廣泛使用。不過又增加了許多高級指令，以滿足除了順序控制以外的其他各種復(fù)雜控制功能。 （3）功能強(qiáng) PLC綜合應(yīng)用了微電子技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，除了具有邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能外，還具有進(jìn)行各種算術(shù)運(yùn)算、PID調(diào)節(jié)、過程監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)通信、遠(yuǎn)程 I/O和高速數(shù)據(jù)處理能力，因此可以滿足工業(yè)控制中的各種復(fù)雜功能要求。 （4）安裝簡單，維修方便 PLC可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接安裝運(yùn)行，使用時(shí)只需根據(jù)控制要求編寫程序，將現(xiàn)場的各種 I/O設(shè)備與 PLC相應(yīng)的 I/O端相連接，系統(tǒng)便可以投入運(yùn)行。由于 PLC的故障率很低，并且有完善的自診斷和顯示功能。當(dāng) PLC或外部的輸入裝置及執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，如果是 PLC本身的原因，在維修時(shí)只需要更換插入式模塊及其他易損件即可，既方便又減少影響生產(chǎn)的時(shí)間。有些 PLC還允許帶電插拔 I/O模塊，更方便了實(shí)際應(yīng)用。 （5）采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要，除了單元式的小型 PLC以外，絕大多數(shù) PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC中的 CPU、直流電源、I/O模塊(包括特殊功能模塊)等各種功能單元均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架、電纜或連接器將各個(gè)模塊連接起來。系統(tǒng)的規(guī)模和功能可以根據(jù)實(shí)際控制要求方便地進(jìn)行組合，以達(dá)到最高的性價(jià)比。 （6）接口模塊豐富 PLC除了具有 CPU和存儲器以外，還有豐富的 I/O接口模塊。對于工業(yè)現(xiàn)場的不同信號(如交流或直流、開關(guān)量或模擬量、電壓或電流、脈沖或電位、強(qiáng)電或弱電等)，PLC都有相應(yīng)的 I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備(如按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、電機(jī)起動(dòng)器、控制閥等)直接連接。例如開關(guān)量輸入模塊就有交流和直流兩類，每類又按電壓等級分成多種。此外，為了適應(yīng)新的工業(yè)控制要求， I/O模塊也越來越豐富，如通信模塊、位置控制模塊、模擬量模塊等，進(jìn)一步提高了 PLC的性能。 （7）系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試周期短用 PLC進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，用程序代替繼電器硬接線，控制柜的設(shè)計(jì)及安裝接線工作量大為減少，設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行，縮短了施工周期。同時(shí)，由于用戶程序大都可以在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行模擬調(diào)試，調(diào)好后再將 PLC控制系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，調(diào)試方便、快速、安全，因此大大縮短了設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試和投運(yùn)周期。 1.5 PLC的主要功能經(jīng)過長期的工程實(shí)踐，PLC的上述特點(diǎn)越來越為廣大技術(shù)人員所認(rèn)識和接受，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到石油、化工、機(jī)械、鋼鐵、交通、電力、輕工、采礦、水利、環(huán)保等各個(gè)領(lǐng)域，包括從單機(jī)自動(dòng)化到工廠自動(dòng)化，從機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng)到工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。從功能來看， PLC的應(yīng)用范圍大致包括以下幾個(gè)方面：（1）邏輯(開關(guān))控制這是 PLC最基本的功能，也是最為廣泛的應(yīng)用。PLC具有與、或、非、異或和觸發(fā)器等邏輯運(yùn)算功能。采用 PLC可以很方便地實(shí)現(xiàn)對各種開關(guān)量的控制，用來取代繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制和順序控制。PLC既可用于單機(jī)或多機(jī)控制，又可用于自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制。PLC可根據(jù)操作按鈕、各種開關(guān)及現(xiàn)場其他輸入信號或檢測信號控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的功能。 （2）定時(shí)控制 PLC具有定時(shí)控制功能，可為用戶提供幾十個(gè)甚至上千個(gè)定時(shí)器。時(shí)間設(shè)定值既可以由用戶在編程時(shí)設(shè)定，也可以由操作人員在工業(yè)現(xiàn)場通過人機(jī)對話裝置實(shí)時(shí)設(shè)定，實(shí)現(xiàn)具體的定時(shí)控制。 （3）計(jì)數(shù)控制 PLC具有計(jì)數(shù)控制功能，可為用戶提供幾十個(gè)甚至上千個(gè)計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)設(shè)定值的設(shè)定方式同定時(shí)器一樣。計(jì)數(shù)器分為普通計(jì)數(shù)器、可逆計(jì)數(shù)器、高速計(jì)數(shù)器等類型，以完成不同用途的計(jì)數(shù)控制。一般計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率較低。如需對頻率較高的信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，則需 要選用高速計(jì)數(shù)器模塊，其最高計(jì)數(shù)頻率可達(dá) 50kHz。也可選用具有內(nèi)部高速計(jì)數(shù)器的 PLC，目前的 PLC一般可以提供計(jì)數(shù)頻率達(dá) 10kHz的內(nèi)部高速計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器的實(shí)際計(jì)數(shù)值也可以通過人機(jī)對話裝置實(shí)時(shí)讀出或修改。 （4）步進(jìn)控制 PLC具有步進(jìn)(順序)控制功能。在新一代的 PLC中，可以采用 IEC規(guī)定的用于順序控制的標(biāo)準(zhǔn)化語言順序功能圖編寫用戶程序，使 PLC在實(shí)現(xiàn)按照事件或輸入狀態(tài)的順序控制相應(yīng)輸出的時(shí)候更加簡便。 （5）模擬量處理與 PID控制 PLC具有 A/D(Analog/Digital，模擬/數(shù)字)和 D/A轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換的位數(shù)和精度可以根據(jù)用戶要求選擇，因此能進(jìn)行模擬量處理與 PID控制。PLC可以接模擬量輸入和輸出模擬量信號，模擬量一般為 4mA20mA的電流、1V5V或 0V10V的電壓。為了既能完成對模擬量的 PID控制，又不加重 PLC的 CPU負(fù)擔(dān)，一般選用專用的 PID控制模塊實(shí)現(xiàn) PID控制。此外還具有溫度測量接口，可以直接連接各種熱電阻和熱電偶。 （6）數(shù)據(jù)處理 PLC具有數(shù)據(jù)處理能力，可進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)制轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)移位、數(shù)據(jù)顯示和打印、數(shù)據(jù)通信等功能，如加、減、乘、除、乘方、開方、與、或、異或、求反等操作。新一代的 PLC還能進(jìn)行三角函數(shù)運(yùn)算和浮點(diǎn)運(yùn)算。 （7）通信和聯(lián)網(wǎng)功能現(xiàn)在的 PLC具有 RS-232、RS-422、RS-485或現(xiàn)場總線等通信接口，可進(jìn)行遠(yuǎn)程 I/O控制，可實(shí)現(xiàn)多臺 PLC聯(lián)網(wǎng)和通信。外部設(shè)備與一臺或多臺 PLC之間可實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)的傳輸。通信口按標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口和相應(yīng)的通信協(xié)議完成通信任務(wù)的處理。例如西門子 S7-200系列 PLC配置有 Profibus現(xiàn)場總線接口，其通信速率可以達(dá)到 12 Mbps(Mega bits per second，兆位每秒)。在系統(tǒng)構(gòu)成時(shí)，可由一臺計(jì)算機(jī)與多臺 PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。2 WinCC2.1 WinCC的概述西門子工業(yè)軟件在全世界為自動(dòng)化項(xiàng)目開創(chuàng)了先例，通過匯集我們的知識，專業(yè)技術(shù)和資源，我們提供給用戶一個(gè)單一來源的全集成的自動(dòng)化。全集成自動(dòng)化不止是連接不同的自動(dòng)化部件，它提供一個(gè)共同的軟件環(huán)境使得所有部件和任務(wù)集成為一個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)用戶進(jìn)行組態(tài)和編程時(shí)，西門子軟件將你的所有數(shù)據(jù)放在一個(gè)中央數(shù)據(jù)庫中，所有的工具都能訪問你的數(shù)據(jù)，這就意味著，每個(gè)軟件工具通宵其他工具的功能，并和其他編程任務(wù)結(jié)合起來工作。圖2.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖WinCC 軟件適用于監(jiān)控級應(yīng)用，WINCC是一個(gè)真正開放的HMI SCADA軟件，可在任何標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)貨PC機(jī)上運(yùn)行。Wicc完全支持分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，他的設(shè)計(jì)適合于廣泛的應(yīng)用，可以連接到已存在的自動(dòng)化環(huán)境中，有大量的通訊接口，全面的過程信息和數(shù)據(jù)處理非常重要。2.2 WinCC和WindowsSIMATIC WinCC 在設(shè)計(jì)時(shí)采用Intel ?平臺運(yùn)行Microsoft Windows 95， 98 或 NT操作系統(tǒng)，這種伙伴關(guān)系為用戶提供了具有重要意義的優(yōu)點(diǎn)：（1）先進(jìn)的32位操作系統(tǒng)：多任務(wù)具有同時(shí)執(zhí)行多個(gè)應(yīng)用的能力；（2）多處理器平臺Windows NT可在一個(gè)平臺上支持2到32個(gè)處為應(yīng)用提供更大的處理能力，與其它軟件不同，WinCC支持平衡的多處理系統(tǒng)，使用戶的應(yīng)用能夠充分的發(fā)揮多處理器的全部優(yōu)勢。使工業(yè)應(yīng)用更加安全Windows NT是模塊化的操作系統(tǒng)，它允許用戶關(guān)掉一部分應(yīng)用而不影響其他應(yīng)用。（3）開放體系Windows支持公共接口：ODBC，OPC， DDE， ActiveX， OCX 或 SQ