畢業(yè)設計論文(基于組態(tài)和plc自動輸送線控制系統(tǒng)設計) 6

1、 摘 要隨著工業(yè)自動化的發(fā)展和普及，帶式輸送線是連續(xù)輸送線的一種，并且應用越來越廣泛。它即可以運送散狀物料，也可以運送成件物品。它在工作過程中噪音較小，結(jié)構(gòu)簡單。它也可用于水平或傾斜運輸，還應用于裝船機、卸船機、堆取料機等連續(xù)運輸移動機械上。其運輸特點是形成裝載點到裝載點之間的連續(xù)物料流，依靠連續(xù)物料流的整體運動來完成從裝載點到卸載點的輸送?？删幊绦蚩刂破鳎╬rogrammable controller），是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、半導體集成技術、自動控制技術、數(shù)字技術、通信網(wǎng)絡技術等發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動裝置。以其顯著的優(yōu)點在冶金、化工、交通、電力等領域獲得了廣泛的應用，控

2、制成為了現(xiàn)代工業(yè)控制支柱之一。本課題應用PLC程序控制電動機實現(xiàn)傳送帶的運轉(zhuǎn)，使帶式輸送線在正常起動、正常停機、故障停機和故障后起動時各個電動機按照不同的要求以一定的順序完成從裝載點到卸載點的輸送過程；最后應用S7-200仿真軟件對其程序進行了仿真，同時應用組態(tài)王6.55軟件對四種不同情況下的畫面進行了模擬。關鍵詞：帶式輸送線；可編程控制器（PLC）；梯形圖；組態(tài)王；仿真IABSTRACTWith the development and popularization of industrial automation, belt conveyor line is continuous conve

3、ying a kind of line, and more widely. It can carry the bulk materials, can also be transported into the items. In the course of their work, lower noise, simple structure. It can also be used for horizontal or inclined transportation, also applied to the ship loader, ship unload and stacker feeder co

4、ntinuous transport and other mobile machinery.The transport is characterized by the formation of a continuous material flow of the load point between the loading points, relying on the overall movement of the continuous stream of material to complete the delivery from the loading point to unloading

5、point.Programmable logic controller (programmable Controller) is a microprocessor-based, integrated computer technology, semiconductor integration technology, automatic control technology, digital technology, communications and network technology development of a common industrial automatic control

6、device. Its significant advantages in the fields of metallurgy, chemical industry, transport, electricity and other widely used, has become one of the pillars of modern industrial control.The application of this subject plc program control motor for the operation of the conveyor, belt conveyor line

7、in the normal start, normal stop, fault stop and fault after the start of each motor in accordance with different requirements in a certain order to complete the delivery process from the loading point to unloading point ; application s7-200 simulation software program for the simulation, while appl

8、ication Kingview 6.55 software on the screen under four different conditions were simulated.Keywords: belt conveyor line; programmable logic controller (plc); ladder; Kingview;Simulation目錄第1章 緒論11.1 控制系統(tǒng)概述與選題背景意義11.1.1 控制系統(tǒng)的概述11.1.2 課題的選題背景及意義11.2 控制對象的設計要求21.3 PLC系統(tǒng)組成41.3.1 CPU51.3.2 存儲器51.3.3 輸入/輸

9、出接口電路51.4 PLC的基本工作原理61.5 小結(jié)6第2章 系統(tǒng)的硬件設計72.1 主電路設計72.2 PLC機型選擇72.3 I/O分配表及其端子接線圖82.3.1 I/O地址分配82.3.2 PLC外部接線圖102.4 小結(jié)11第3章 系統(tǒng)的軟件設計123.1 軟件的組成及作用123.1.1 PLC內(nèi)部資源123.1.2 PLC編程語言133.2 程序流程圖設計153.3 程序梯形圖設計153.4對梯形圖進行仿真233.5 小結(jié)30第4章 系統(tǒng)組態(tài)畫面設計314.1 組態(tài)軟件介紹314.2 監(jiān)控畫面設計324.2.1 建立新工程324.2.2 創(chuàng)建組態(tài)畫面364.2.3 定義I/O設備

10、364.2.5 動畫連接424.2.6 編寫語言命令434.3 小結(jié)44第5章 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試45結(jié)論48謝 辭49參考文獻50IV第 8 頁 共 52 頁 第1章 緒論1.1 控制系統(tǒng)概述與選題背景意義1.1.1 控制系統(tǒng)的概述一件產(chǎn)品的質(zhì)量除了要有好的成熟的工藝和高效的輸送系統(tǒng)外，如何保證產(chǎn)品嚴格按照工藝流程運行和保證產(chǎn)品的運行及其時間則是決定產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)的重要因素。在皮帶運輸生產(chǎn)線上采用自動化控制不但可以使產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)得到嚴格的保證，有效的減少廢品率，而且還可以提高生產(chǎn)效率和減輕工人的勞動強度，有著非常好的經(jīng)濟效益和社會效益，皮帶運輸生產(chǎn)線上對電機的自動控制則是皮帶運輸生產(chǎn)線自動化

11、控制的關鍵。皮帶運輸生產(chǎn)線按照其工藝要求和規(guī)模一般設計有出料閥G、兩條皮帶和兩個電機作，每條皮帶都根據(jù)已編制好的各自的程序運行；對于電機的自動控制，早期是采用繼電器邏輯電路和順序控制器，發(fā)展至今其控制方式已采用可編程控制器PLC作為核心控制部件，其控制更為安全、可靠、方便、靈活，自動化程度更高。1.1.2 課題的選題背景及意義中國經(jīng)濟高速發(fā)展，工業(yè)化進程的不斷深化，為自動化行業(yè)的迅猛發(fā)展提供了廣闊的空間。皮帶運輸行業(yè)是我國重要的加工行業(yè)的部分，但是大多數(shù)中小企業(yè)仍在使用許多過時的技術和設備，大量的生產(chǎn)線為半機械化和半自動化控制，一些甚至為手工操作。帶式輸送線作為運輸設備而言經(jīng)常發(fā)生膠帶打滑、斷

12、帶、跑偏、超負荷和連軸器斷開等故障嚴重影響了正常生產(chǎn)。老式帶式輸送線的執(zhí)行繼電器接點容易燒毀，電機不能及時停機導致事故發(fā)生。同時工業(yè)皮帶運輸生產(chǎn)線工位多、生產(chǎn)復雜，同時在皮帶運輸生產(chǎn)線中，油污、灰塵等許多具有嚴重的污染，對人的身心健康十分不利，而且人工操作隨機性大，影響產(chǎn)品質(zhì)量。傳統(tǒng)的方法是使用順序控制器，由于其電路復雜，接口多，受外界干擾大，工作可靠性差，維護也困難。采用PLC有較完善的診斷和自保護能力，可以增強系統(tǒng)的抗干擾能力，提高系統(tǒng)的可靠性。用PLC輔以變頻器對皮帶自動生產(chǎn)線電機進行自動控制，具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、操作靈活、使用安全、工作穩(wěn)定、性能可靠和抗干擾能力強的特點，是一種很有

13、效的自動控制方式，是皮帶線的生產(chǎn)實現(xiàn)高效、低成本、高質(zhì)量自動化生產(chǎn)的發(fā)展方向。1.2 控制對象的設計要求本課題研究的帶式輸送線是將“出料倉”的物料經(jīng)過兩個傳送帶傳送到“入料倉”中，它的結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示。圖1-1 帶式輸送線的結(jié)構(gòu)圖圖1-1中的帶式輸送線分為正常起動、正常停機、故障停機和故障后起動四種情況?！俺隽祥yG”、“電機M1”和“電機M2”都按照各自的方式以一定的順序啟動或關閉。1）帶式輸送線的正常起動：在出料倉快要滿之前，一段傳送帶“電機M1”先起動，為傳送物料做準備；在檢測到出料倉滿了以后，“出料閥G”自動開啟，物料會通過出料閥門卸到一段傳送帶上，隨著傳送帶的運轉(zhuǎn)進行傳送；在出料閥

14、門打開后5秒，二段傳送帶“電機M2”自動起動，物料將隨著二段傳送帶的運轉(zhuǎn)進行傳送，最后將物料傳到入“料倉中”。根據(jù)傳送帶的控制要求：帶式輸送線正常起動時的流程圖，如圖1-2所示。圖1-2 帶式輸送線正常起動時的流程圖2）正常停機時為使帶式輸送線上不留物料，要求按照物料流動方向按照一定的順序停止即：“出料閥G”先停止，經(jīng)過5秒一段傳送帶“電機M1”停止，再經(jīng)過5秒二段傳送帶“電機M2”停止，其流程圖如1-3所示。圖1-3 帶式輸送線正常停機時的流程圖3）帶式輸送線故障停機的工作流程：在輸送線出現(xiàn)故障時，為了避免危險發(fā)生，讓“出料閥G”、一段傳送帶“電機M1”和二段傳送帶“電機M2”同時全部停止工

15、作。其流程圖如圖1-4所示。 圖1-4 帶式輸送線故障停機時的流程圖4）帶式輸送線故障消除后為使傳送帶上不留有物料，其啟動順序為：二段傳送帶“電機M2”先起動，過5秒一段傳送帶“電機M1”起動，再過5秒“出料閥G”起動。其流程圖如圖1-5所示。圖1-5 帶式輸送線故障消除后的流程圖1.3 PLC系統(tǒng)組成PLC分為箱式和模塊式兩種，但他們的組成是相同，基本上都是由CPU，存儲器，輸入/輸出接口電路，電源模塊等幾部分組成的。下面分別對幾種單元進行介紹。1.3.1 CPU CPU是整個PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用。它按照PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入

16、裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中。同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的信號，去指揮有關的控制電路。 1.3.2 存儲器 存儲器是具有記憶功能的半導體電路，分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)程序存儲器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序以及對用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器、ROM組成。廠家使用的，內(nèi)容不可更改，斷電不消失。用戶存儲器：分為用戶程序存儲區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。由隨機存取存儲器（RAM）組成。1.3.3 輸入/輸出接口電路1. 輸入接口輸入接口電路

17、工作過程：當開關合上，二極管發(fā)光，然后三極管在光的照射下導通，向內(nèi)部電路輸入信號。當開關斷開，二極管不發(fā)光，三極管不導通。向內(nèi)部電路輸入信號。也就是通過輸入接口電路把外部的開關信號轉(zhuǎn)化成PLC內(nèi)部所能接受的數(shù)字信號。2. 輸出接口輸出接口工作過程：當內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點閉合，提供負載導通的電流和電壓。當內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號0，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點斷開，斷開負載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把內(nèi)部的數(shù)字電路化成一種信號使負載動作或者不動作。 1.4 PLC的基本工作原理PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式，主要

18、有以下幾個特點：一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。每次掃描過程，集中對輸入信號進行采樣。集中對輸出信號進行刷新。輸入刷新過程，當輸入端口關閉時，程序在進行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。掃描周期的長短由三條決定：CPU執(zhí)行指令的速度；指令本身占有的時間；指令條數(shù)。 由于采用集中采樣，集中輸出的方式，存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應延遲。1.5 小結(jié)就目前的工業(yè)發(fā)展情況和學校的教育實際而言，選擇基于PLC的皮帶運輸生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)設計作為本科階段的畢業(yè)設計，既能與當前

19、的生產(chǎn)實際相結(jié)合，能夠在一定程度上解決當前工業(yè)生產(chǎn)的問題，又能與大學本科教育的具體實際相吻合，將大學階段所學的理論知識運用到實際中，具有很好的效果。第2章 系統(tǒng)的硬件設計2.1 主電路設計原理圖是根據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理，采用電器元件展開的形式，利用圖形符號和項目符號表示電路各電器元件中導電部件和接線端子連接關系的電路圖。原理圖具有結(jié)構(gòu)簡單、層次分明的特點，適合研究和分析電路工作原理，在設計研發(fā)和生產(chǎn)現(xiàn)場等方面得到廣泛應用。在本設計中，根據(jù)皮帶運輸生產(chǎn)線的工藝要求，只需用兩臺電機分別控制出料閥G的啟停和電機的M1、M2啟停，從而分別控制皮帶的動作。主電路如圖1-1、1-2、1-3、1-4、1-5

20、。2.2 PLC機型選擇各種PLC的品種很多，它們的結(jié)構(gòu)形式，性能，價格也都各不相同，適合的場合也各有側(cè)重。合理選擇PLC型號，對于提高PLC控制系統(tǒng)技術經(jīng)濟性指標具有重要意義。S7-200系列PLC可提供5種不同的基本單元和多種規(guī)格的擴展單元等。目前提供的S7-200CPU有：CPU 221、CPU 222、CPU 224、CPU 224XP、CPU 226和CPU 226XM，不同型號的PLC性能差別也比較大。所以在實際設計中，要在滿足功能的要求下，選擇能夠保證系統(tǒng)可靠工作，維護使用方便以及價格適中的型號。根據(jù)自動化皮帶運輸生產(chǎn)線的控制要求，我們采用了德國西門子PLC S7-200 CPU

21、 224XP型號，此類型PLC無論獨立運行，還是聯(lián)接網(wǎng)絡都能完成各種控制任務。它的使用范圍可以覆蓋從替代繼電器的簡單控制到復雜的自動控制。其應用領域包括各種機床、紡織機械、塑料機械、電梯等行業(yè)。S7-200 CPU 224XP通訊功能完善，具有極高的性能價格比是很突出的特點，也是我們采用它的主要原因。 PLC為此系統(tǒng)的控制核心，此系統(tǒng)的輸入信號有兩部分，一部分是原點、單周期、連續(xù)等面板控制按鈕，另一部分是多種行程開關，這些面板按鈕信號和傳感器信號作為PLC的輸入變量，經(jīng)過PLC的輸入接口輸入到內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器， 然后在PLC內(nèi)部進行邏輯運算或數(shù)據(jù)處理后，以輸出變量的形式送到輸出接口，從而驅(qū)動電機

22、來控制電機的運行和出料閥及其皮帶的運行。2.3 I/O分配表及其端子接線圖在設計PLC控制系統(tǒng)之前，必須對工藝流程進行細致的分析，詳細了解控制對象和控制要求，這樣才能真正明白自己要完成的任務，設計出令人滿意的控制系統(tǒng)。圖1-2、圖1-3、圖1-4和圖1-5為本機對帶式輸送線的控制要求。2.3.1 I/O地址分配在本次系統(tǒng)設計中，我們定義的I/O分配表如表2-2所示。在本設計中，我將11個輸入信號和5個輸出信號按各自的功能類型分好，選定與之功能相對應的元器件，然后再與PLC的I/O點一一對應，編排地址如表2-1所示。數(shù)字量擴展模塊的地址分配是從最靠近CPU模塊的數(shù)字量模塊開始，模擬量擴展模塊的地

23、址是從最靠近CPU模塊的模擬量模塊開始，在本機模擬量地址的基礎上從左到右按字遞增。在整個系統(tǒng)的設計中，我選定I0.0I0.7和I1.0I1.1作為輸入信號，Q0.0Q0.4作為輸出信號。具體分配見表2-1所示。表2-1 I/O分配表序號輸 入序號輸 出1I0.0物料將要裝滿時電機M1起動按鈕SB114Q0.0出料閥門G電磁閥YV12I0.1物料裝滿出料閥G起動鈕SB215Q0.1電機M1接觸器YV23I0.2模擬出現(xiàn)故障按鈕SB3有效時16Q0.2電機M2接觸器YV34I0.2模擬故障消除按鈕SB3無效時17Q0.3故障燈LED5I0.3正常停機按鈕SB418Q0.4全啟動燈LED6I0.4出

24、料閥G起動按鈕SB57I0.5電機M1起動按鈕SB68I0.6電機M2起動按鈕SB79I0.7出料閥G關閉按鈕SB810I1.0電機M1關閉按鈕SB911I1.1電機M2關閉按鈕SB10輸入/輸出單元通常也稱為I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件。PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控對象進行控制的依據(jù)；同時PLC又通過輸入接口將處理結(jié)果送給被控制對象，以實現(xiàn)控制目的。圖2-2 PLC控制設備的設計步驟2.3.2 PLC外部接線圖在本設計中定義的I/O端子接線圖如圖2-3所示。由圖表可以看出,PLC控制系統(tǒng)的輸入信號有11個，均為開關量

25、。其中單操作按鈕開關11個。PLC控制系統(tǒng)的輸出信號有5個，其中2個用于驅(qū)動電機啟停接觸器，2個用于驅(qū)動出料電磁閥G的動作。 圖2-3 I/O端子接線圖2.4 小結(jié)在本章中，主要介紹了系統(tǒng)的硬件設計，選擇了西門子S7200作為本設計的PLC機型，既能夠充分發(fā)揮S7200系列PLC的性能特點，又能夠滿足本系統(tǒng)的設計要求。在后續(xù)的章節(jié)中重點介紹了系統(tǒng)的硬件設計。在硬件設計中確定了采用2臺電機組成系統(tǒng)工作的主要傳動機構(gòu)的基本思路，從而在此基礎上完成了系統(tǒng)的I/O端口分配以及外部端子接線。 畢業(yè)設計（論文）專用紙第3章 系統(tǒng)的軟件設計3.1 軟件的組成及作用3.1.1 PLC內(nèi)部資源內(nèi)部根據(jù)軟元件的功

26、能不同，分成了許多區(qū)域，如輸入/輸出繼電器區(qū)、定時器區(qū)、計數(shù)器區(qū)、特殊繼電器區(qū)等，下面分別介紹下9。1. 定時器：自動控制的大部分領域都需要用定時器進行時間控制，靈活地使用定時器可以編制出復雜動作的控制程序。它是PLC中重要的編程元件，是累計時間增量的內(nèi)部器件。定時器的工作過程與繼電-接觸器控制系統(tǒng)的時間繼電器基本相同，但它沒有瞬動觸點。使用時要提前輸入時間預設值。當定時器的輸入條件滿足時開始計時，當前值從0開始按一定的時間單位增加；當定時器的當前值達到預設值時，定時器觸點動作。利用定時器的觸點就可以得到控制所需的延時時間。2. 計數(shù)器：計數(shù)器可用來累計輸入脈沖的個數(shù)，經(jīng)常用于對產(chǎn)品進行計數(shù)或

27、者進行特定功能的編程。使用時要提前輸入它的特定植。當輸入觸發(fā)條件滿足時，計數(shù)器開始累計它的輸入端脈沖電位上升延的次數(shù)，當計數(shù)器計數(shù)達到預定的設定值時，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開11。3. 輸入繼電器：輸入繼電器一般都有一個PLC的輸入端子與之對應，它用于接受外部的開關信號。當外部的開關信號為閉合時，輸入繼電器的線圈得電，在程序中常開觸點閉合，常閉觸點斷開。4. 輸出繼電器：輸出繼電器一般都有一個PLC上的輸出端子與之對應。當通過程序使得輸出繼電器線圈得電時，PLC上的輸出端開關閉合，它可以作為控制外部負載的開關信號。同時在程序中其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。5. 內(nèi)部位存儲器：內(nèi)部位存儲器的

28、作用和繼電-接觸器控制系統(tǒng)中的中間繼電器相同，它在PLC中沒有輸入/輸出端與之對應，因此它的觸點不能驅(qū)動外部負載，這是與輸出繼電器的主要區(qū)別。它主要起邏輯控制作用。以上幾個是我們在本次系統(tǒng)設計的過程中可能需要用到的PLC軟元件，另外PLC還有很多其它的軟元件。3.1.2 PLC編程語言PLC是通過運行編寫的用戶程序?qū)崿F(xiàn)控制任務的。PLC中的程序由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成，系統(tǒng)程序由PLC生產(chǎn)廠家提供，它支持用戶程序的運行；用戶程序是用戶為完成特定的控制任務而編寫的應用程序。S7-200系列PLC的編程語言非常豐富，有梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖等，用戶可以選擇一種編程語言，如果需要

29、，也可混合使用幾種語言編程。這些編程語言都是面向用戶的，它使控制程序的開發(fā)、輸入、調(diào)試和修改工作大大簡化。我們在本次設計中選擇梯形圖編程。以下我們詳細介紹下梯形圖的概念。梯形圖左邊有一條垂直的線稱作左母線，右邊一條虛線稱為右母線。母線之間是觸點的邏輯連接和線圈的輸出。PLC梯形圖具有以下一些特點。1. PLC的梯形圖是“從上到下”按行繪制的，兩側(cè)的豎線類似電氣控制圖的電源線，通常稱做母線（Bus Bar），大部分梯形圖只保留左母線；梯形圖的每一行是“從左到右”繪制，左側(cè)總是輸入接點，最右側(cè)為輸出元素，觸點代表邏輯“輸入”條件，如開關、按鈕、內(nèi)部條件等；線圈通常代表邏輯“輸出”結(jié)果，如指示燈、接

30、觸器、中間繼電器、電磁閥等。對S7-200系列的PLC來說，還有一種輸出“盒”（功能框），它代表附加的指令，如定時器、計數(shù)器或數(shù)學運算等功能指令。2. 控制電路左右母線為電源線，中間各支路都加有電壓，當支路接通時，有電流流過支路上的觸點與線圈。梯形圖中的假想電流在圖中只能作單方向的流動，即只能從左向右流動。層次改變（接通的順序）也只能先上后下，與程序編寫時的步序號是一致的。3. 梯形圖中的輸入接點如I1.0、I0.1等，輸出線圈Q0.0、Q0.1等不是物理接點和線圈，而是輸入、輸出存儲器中輸入、輸出點的狀態(tài)，并不是接線時現(xiàn)場開關的實際狀態(tài)；輸出線圈只對應輸出映像區(qū)的相應位，該位的狀態(tài)必須通過I

31、/O模塊上對應的輸出單元才能驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)，從而完成其動作。4. 梯形圖中使用的各種PLC內(nèi)部器件，如輔助繼電器、定時器、計數(shù)器等，也不是真的電器元件，但具有相應的功能，因此通常按電氣控制系統(tǒng)中相應器件的名稱稱呼它們。梯形圖中每個繼電器和觸點均為PLC存儲器中的一位，相應位為“1”，表示繼電器線圈通電、常開接點閉合或常閉接點斷開；相應位為“0”，表示繼電器線圈斷電、常開接點斷開或常閉接點閉合。5. 梯形圖中的繼電器觸點既可常開，又可常閉，其常開、常閉觸點的數(shù)目理論上是無窮多個（受存儲容量限制），也不會磨損，因此，梯形圖設計中，可不考慮觸點數(shù)量，這給設計者帶來很大方便。對于外部輸入信號，只要接

32、入一個信號到PLC即可。6. 控制電路中各支路是同時加上電壓并行工作的，而PLC是采用循環(huán)掃描方式工作，梯形圖中各元件是按掃描順序依次執(zhí)行的，是一種串行處理方式。由于掃描時間很短（一般不過幾十毫秒），所以控制效果同電氣控制電路是基本相同的。但在設計梯形圖時，對這種并行處理與串行處理的差別有時候應予注意，特別是那些在程序執(zhí)行階段還要隨時對輸入、輸出狀態(tài)存儲器進行刷新操作的PLC，不要因為對串行處理這一特點考慮不夠而引起偶然的誤操作。3.2 程序流程圖設計我們根據(jù)設計要求繪制了整個系統(tǒng)連續(xù)工作和單周期工作的流程圖，以便可以更清楚的認識該生產(chǎn)線的生產(chǎn)全過程，工作流程圖如圖3-1所示。在PLC運行時，

33、先對程序進行初始化，然后程序?qū)斎脒M行判斷，查看系統(tǒng)是工作在連續(xù)工作狀態(tài)還是單周期工作狀態(tài)。當系統(tǒng)工作在連續(xù)狀態(tài)時，程序會按照設計不進行計數(shù)，從而可以一直循環(huán)下去，達到連續(xù)工作的設計要求。當系統(tǒng)工作在單周期狀態(tài)時，按照設計程序會進行計數(shù)，在系統(tǒng)完成一個周期的運行后會檢驗計數(shù)結(jié)果，從而結(jié)束整個系統(tǒng)的運行，即達到單周期運行的控制要求。由于程序的編寫過程和工作原理是基于以上兩種工作方式的基礎上，通過并行添加程序代碼實現(xiàn)步進工作所需邏輯狀態(tài)來實現(xiàn)的，故工作方式程序流程圖就不再畫出。3.3 程序梯形圖設計 在上述中已經(jīng)提到如何運用SEP 7軟件進行梯形圖的編輯，現(xiàn)在我們對帶式輸送線的梯形圖進行分布設

34、計。1）起動“電機M1”，按下起動“電機M1”按鈕“”，中間繼電器“”會得電，常開觸點“”閉合形成自鎖，同時網(wǎng)絡2中的常開觸點“”閉合使“電機M1” 接通，常開觸點“”閉合形成自鎖，如圖3-1所示。圖3-1 起動“電機M1”2)起動“出料閥G”和“電機M2”，按下按鈕“”使出“料閥門”得電，并形成自鎖，同時定時器“”開始計時，5秒后常開觸點“”閉合，使“電機M2”得電，并形成自鎖，如圖3-2所示。圖3-2 起動“出料閥G”和“電機M2”3)發(fā)生故障，按下故障按鈕“”，使中間繼電器“”得電，使常閉觸點“”打開，讓 “出料閥門G”、“電機M1”和“電機M2”斷電，在圖3-2和圖3-3中可以看出。發(fā)

35、生故障后用一個“下降延檢測”和“增計數(shù)器”對發(fā)生故障后進行編輯。如圖3-4所示。圖3-4 發(fā)生故障后的梯形圖編輯發(fā)生故障后起動“電機M1”、 “電機M2”和“出料閥G”，當“增計數(shù)”達到預定計數(shù)后，常開觸點“”閉合，使中間繼電器“”得電使常開觸點“”閉合（即可起動“電機M2”如圖3-5），并形成自鎖，同時定時器“”開始計時，5秒后常開觸點“”閉合，使中間繼電器“”得電（同上述起動“電機M2”一樣起動“電機M1”），并形成自鎖，同時定時器 “”開始計時，常開觸點“”閉合，使中間繼電器“”得電（同上述起動“電機M2”一樣起動“出料閥G”），并形成自鎖，如圖3-6所示。圖3-6 故障后起動“電機M2

36、”、“電機M1”和“出料閥G”5)正常停機使“電機M2”、“電機M1”和“出料閥G”按照一定的順序停止，按下正常停機按鈕“”，讓中間繼電器“”得電，并形成自鎖，同時常閉觸點“”斷開使“出料閥G”關閉如圖3-4所示，此時定時器“”開始計時，5秒后常開觸點“”閉合，并形成自鎖，讓中間繼電器“”得電同上述讓“出料閥G”斷電一樣，讓“電機M1”斷電如圖3-3所示，同時定時器“”開始計時，5秒后讓中間繼電器“”得電，讓“電機M2”斷電（過程同上述讓“出料閥G”斷電）如圖3-4所示，此時定時器“”開始計時，5秒后常開觸點“”閉合，讓中間繼電器“”得電，同時常閉觸點“”斷開，讓中間繼電器“M0.2”、“M0

37、.3”和“M0.4”斷電，供下次使用，梯形圖如圖3-7所示。圖3-7 正常停機梯形圖6)手動起動按鈕，按鈕“”為“出料閥G”的手動起動按鈕，按下按鈕“”,中間繼電器“”得電，使常開觸點“”閉合，讓“電機M1”得電運轉(zhuǎn)，并形成自鎖，同理“和”分別為“電機M1”和“電機M2”的手動起動按鈕，讓“電機M1”和“電機M2”起動可見圖3-3和3-4，手動起動操作梯形圖如圖4-38所示。圖3-8 手動起動梯形圖7)手動關閉按鈕，按鈕“”為“出料閥G”的手動關閉按鈕，按下按鈕“”，中間繼電器“”得電，并形成自鎖，同時常閉觸點“”斷開，讓“出料閥G”斷電，如圖4-34所示，同理按鈕“和”分別為“電機M1”和“

38、電機M2”的手動關閉按鈕，讓“電機M1”和“電機M2”斷電，在圖3-3和圖3-4中可看出，手動關閉操作梯形圖如圖3-9所示。圖3-9 手動關閉操作8)故障燈的顯示，在上文中提到按鈕“”為故障按鈕，當按鈕“”有效時，故障燈的電磁線圈“”得電，即故障燈亮，當按鈕“”無效時，故障燈滅，因為故障燈是有故障就亮沒故障就不亮，所以沒有自鎖。當電機M1、電機M2和出料閥G同時啟動時全啟動燈亮，如下圖3-10。圖3-10 故障燈與全啟動燈的顯示第 29 頁 共 52 頁3.4對梯形圖進行仿真1）首先將已編好的程序按下工具欄中 “全部編譯按鈕”將程序進行編譯，沒有錯誤就可以將程序?qū)С?，導出在“菜單欄”的“文件?/p>

39、單”中，導出后將文件保存，如圖3-11所示。圖3-11 保存導出程序（A）保存路徑中，將導出的程序保存到桌面上。（B）文件名中，給導出的程序進行命名。（C）保存類型，設置導出程序的保存類型。2）S7_200仿真軟件對程序進行仿真。首先打開桌面上S7_200仿真界面的快捷方式將該軟件打開，打開后的界面如3-12所示。圖3-12 S7_200仿真軟件起動后界面找到“菜單欄”中的“Program”中的“Load Program”或按鈕將導出的程序添加到該軟件中，如圖3-13和3-14所示。圖3-13 導入程序A圖3-14 導入程序B在圖4-23中選擇“Accept”按鈕，就出現(xiàn)圖3-14，在圖3-1

40、4中選擇要導入程序的路徑、名稱和類型，之后按“打開”鍵即可將程序?qū)朐撥浖?。之后按按鈕運行程序，再按下面的按鍵即可在上面的仿真區(qū)域顯示按鍵和燈的顯示情況。如圖3-15所示。圖3-15 按鍵區(qū)和仿真顯示區(qū)域1)按下工具欄中的“”按鈕，程序運行起來，如圖3-16所示。圖3-16 點擊運行按鈕之后的界面2)起動“電機M1”，點擊下圖中左排按鈕“0”（電機M1的起動按鈕），上面的顯示區(qū)域“I0.0”會亮，同時“電機M1（Q0.1）”會亮，如圖3-17所示。圖3-17 起動“電機M1”3)起動“出料閥G”和“電機M1”，點擊下圖中左排按鈕“1”（“出料閥G”和“電機M1”起動按鈕），上面的顯示區(qū)域“I

41、0.1”會亮，同時“出料閥G（Q0.0）”會亮，5秒后“電機M2(Q0.2) ”會亮，如圖3-18所示。圖3-18起動“出料閥G”和“電機M2”4)出現(xiàn)故障之后全停止，點擊下圖中左排按鈕“2”（模擬故障出現(xiàn)按鈕），上面的顯示區(qū)域“I0.2”燈會亮，同時故障燈“Q0.3”會亮和“出料閥G(Q0.0) ”、 “電機M1(Q0.1)”和“電機M2(Q0.2)”會同時停止，如圖3-19所示。 圖3-19 出現(xiàn)故障時的界面5)故障消除后“電機M2（Q0.2）”先亮，5秒后“電機M1(Q0.1)”亮，再過5秒“出料閥G（Q0.0）”最后亮，如圖3-20、3-21和圖3-22所示。圖3-20 故障消除后“電

42、機M2”起動圖3-21 故障消除后過5秒“電機M1”起動圖3-22 故障消除后過10秒“出料閥G”起動6)正常停機之后的顯示過程，點擊下圖中左排按鈕“3”（I0.3正常停機按鈕），上面的顯示區(qū)域“I0.3”燈會亮，同時“出料閥G（Q0.0）”熄滅，5秒后“電機M1（Q0.1）”熄滅，再過5秒“電機M2（Q0.2）”熄滅，如圖3-23和3-24所示。圖3-23 正常停機后“出料閥G”關閉圖3-24 正常停機后“電機M1”和“電機M2”停止7)手動起動演示，由于開關中“I0.0”至“I1.1”除了“I0.2”之外，都是按鈕即接觸之后就回到原位，所以S7_200中的下面的按鍵（除了“I0.2”）按上

43、去之后都可以按下來，按鈕“I0.4”、“I0.5”、“I0.6”分別為“出料閥G”、“電機M1”和“電機M2”的手動起動開關，所以按下“I0.4”、“I0.5”、“I0.6”這三個按鈕，“出料閥G”、“電機M1”和“電機M2”分別亮，如圖3-25所示。圖3-25 手動起動操作演示8)手動關閉演示，按鈕“I0.7”、“I1.0”、“I1.1”分別為“出料閥G”、“電機M1”和“電機M2”的手動關閉開關，所以按下“I0.7”、“I1.0”、“I1.1”這三個按鈕，“出料閥G”、“電機M1”和“電機M2”分別熄滅，如圖3-26所示。圖3-26 手動關閉操作演示上述過程為帶式輸送線程序的仿真過程。3.

44、5 小結(jié)本章主要介紹了系統(tǒng)的軟件設計，在了解了PLC軟件編程的基本知識和方法步驟后，本設計采取了先采用梯形圖編程后，完成系統(tǒng)的軟件設計。在軟件設計中，采用了先簡易、后復雜的思路。在編寫過程中先完成連續(xù)工作和單周期工作方式的軟件編寫，然后在工作方式的基礎上結(jié)合步進工作方式的具體特點，編寫出步進工作方式的程序，然后對照程序梯形圖寫出程序指令表，從而完成整個系統(tǒng)的軟件編寫工作。第4章 系統(tǒng)組態(tài)畫面設計4.1 組態(tài)軟件介紹組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具

45、16。組態(tài)軟件應該能支持各種工控設備和常見的通信協(xié)議，并且通常應提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡功能。對應于原有的HMI（人機接口軟件，Human Machine Interface）的概念，組態(tài)軟件應該是一個使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具，或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI應用，開發(fā)時間長，效率低，可靠性差；或者購買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進行數(shù)據(jù)交互，升級和增加功能都受到嚴重的限制17。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶從這些困境中解脫出來，可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展

46、，實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對I/O設備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著技術的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的內(nèi)容。組態(tài)軟件的功能和特點可歸納如下：概念簡單，易于理解和使用；功能齊全，便于方案設計；實時性與并行處理；建立實時數(shù)據(jù)庫，便于用戶分步組態(tài)，保證系統(tǒng)安全可靠運行；利用豐富的“動畫組態(tài)”功能，快速構(gòu)造各種復雜生動的動態(tài)畫面；引入“運行策略”的概念18。它具有以下幾個方面的特點：可視化操作界面，真彩顯示圖形、支持漸進色、豐富的圖庫、動畫連接；無與倫比的動力和靈活性，擁有全面的腳本與圖形動畫功能可以對畫面中的一部分進行保存，以便以后進行分析或打??；變

47、量導入導出功能，變量可以導出到Excel表格中，方便的對變量名稱等屬性進行修改，然后再導入新工程中，實現(xiàn)了變量的二次利用，節(jié)省了開發(fā)時間；強大的分布式報警、事件處理，支持實時、歷史數(shù)據(jù)的分布式保存。強大的腳本語言處理，能夠幫助你實現(xiàn)復雜的邏輯操作和與決策處理；全新的Web Server架構(gòu)，全面支持畫面發(fā)布、實時數(shù)據(jù)發(fā)布、歷史數(shù)據(jù)發(fā)布以及數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的發(fā)布；方便的配方處理功能。豐富的設備支持庫，支持常見的PLC設備、智能儀表、智能模塊。提供硬加密及軟授權兩種授權方式。4.2 監(jiān)控畫面設計4.2.1 建立新工程下面介紹組態(tài)王的使用步驟：步驟一：打開組態(tài)王6.55軟件，將桌面上組態(tài)王6.55的快捷方

48、式打開，此時進入組態(tài)王界面，如圖4-1所示。 圖4-1 組態(tài)王起動后界面步驟二：新建工程，首先點擊工具欄中的按鈕，將會顯示新建的工程向?qū)Ы缑嫒鐖D4-2所示。圖4-2 新建工程的向?qū)е粏螕魣D4-3中的“下一步”即可對新工程進行路徑設置，如圖4-28所示。圖4-3 新建工程向?qū)е?選擇工程所在的路徑選擇路徑之后點擊下一步，將會出現(xiàn)新建工程之三工程名稱和描述，如圖4-4所示。（1）圖4-4中的工程名稱是對工程進行命名，如“帶式輸送線”。（2）圖4-4中的工程描述，可以對工程進行描述，這里不在描述。（3）上述設置完成之后，點擊完成即可完成新工程的建立。圖4-4 新建工程向?qū)е?工程名稱和工程描述

49、步驟三：建立新工程之后在“工程名稱”一欄中會出現(xiàn)新建工程的名字，雙擊該工程的名字，即可打開該工程，界面如圖4-5所示。圖4-5 工程打開后界面雙擊圖4-5界面中右側(cè)的“新建”，即可對新建畫面進行設置，如圖4-6所示。圖4-6 對畫面進行設置界面步驟四：對新建畫面進行設置之后，點擊“確定”按鈕即可完成對新建畫面的設置。在圖4-5右側(cè)中 “新建”的邊上出現(xiàn)新建畫面的名稱，雙擊即可打開該畫面，可以在該畫面中做動畫，畫面打開后的界面如圖4-7所示。圖4-7 畫面打開后的界面圖4-7中“圖庫”菜單欄中的“打開圖庫”選項可以將圖庫打開，從圖庫中選擇所需要的器件，最后再做動畫連接，即可完成動畫的設計。4.2

50、.2 創(chuàng)建組態(tài)畫面圖4-8 完成的系統(tǒng)畫面在工具箱中可以選定各種現(xiàn)有圖形，并且可以用繪圖工具繪制各種圖形、添加文本、調(diào)劑顏色等操作。根據(jù)本設計要求，畫出本系統(tǒng)工作所需要圖畫，如圖4-8所示。4.2.3 定義I/O設備選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項“設備COM1”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標左鍵雙擊“新建”圖標，運行“設備配置向?qū)А比鐖D4-7和4-8所示。 圖4-9 設置配置向?qū)б粓D4-10 設備配置向?qū)еx擇PLC后，會出現(xiàn)一系列生產(chǎn)廠家，根據(jù)本設計的要求與實驗室設備具體條件相結(jié)合，我們選擇西門子S7-200系列PLC，如圖4-10通信描述選擇PPI即可。單擊“下一步”進入如圖4-11所示對話框。圖4

51、-11 設備配置向?qū)еx擇COM1即可符合本設計和實驗室設備要求。再次單擊“下一步”既進入下一步設置如圖4-12。圖4-12 設備配置向?qū)е倪x擇地址為“2”。單擊“下一步”，彈出如圖4-13所示對話框。圖4-13 通信參數(shù)設置此步驟選擇系統(tǒng)默認的值就可以，單擊“下一步”進入如圖4-14所示設備配置參數(shù)信息總結(jié)。圖4-14 設備配置信息總結(jié)檢查各項設置是否正確，確認無誤后，單擊“完成”。 設備定義完成后，可以在工程瀏覽器的右側(cè)看到新建的外部設備“PLC”，如圖4-15所示。需要檢測外部輸入量是否與PLC相連時，只用雙擊該設備，在彈出的對話框中選擇測試PLC即可。至于新建的設備相當于一個中間裝

52、置，它將實物PLC與自己建造的變量聯(lián)系起來，相當于把程序與界面聯(lián)系了起來，為以后的控制做好了準備。在定義數(shù)據(jù)庫變量時，只要把IO變量連結(jié)到這臺設備上，同時保持V4.0 STEP中的參數(shù)設置和組態(tài)里面的COM口參數(shù)設置一致，及其數(shù)據(jù)詞典中的寄存器和編程軟件中的接口對于便可，此時它就可以和組態(tài)王交換數(shù)據(jù)了。圖4-15 新建設備PLC4.2.4 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫 選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項“數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)詞典”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標左鍵雙擊“新建”圖標，彈出“定義變量”對話框如圖4-16所示。在變量名中填入所需設置的變量名，如“XX”。圖4-16 定義變量在變量類型中選取變量類型，一般的變量類型有“內(nèi)存”和“

53、IO”兩種類型，在這兩種類型中又分“離散、整數(shù)、實數(shù)、字符串形”。一般的開關量都屬于IO離散型，而需要與內(nèi)部物件動畫連接的則可以定義為內(nèi)存形。在小的工程中，一般的變量都是這樣定義的，它不需要大規(guī)模的應用。而在實際工程應用中，一般都需要定義許多變量，而這些變量都是彼此相關聯(lián)的，這樣在這樣按著圖4-2所示的步驟定義的話，工作量非常的大，既浪費人力，又浪費時間。所以該軟件開發(fā)了一種結(jié)構(gòu)變量的定義的方法，即可以有效地解決該問題，又使軟件的工作效率大大的提高了。點擊“確定”則可以完成一個變量的定義。按照該步驟，完成所需變量的定義，在工程瀏覽器“變量詞典”中可以看到定義的變量，在以后的動畫連接中可以隨時查

54、看所需的變量。自此，一個完整的數(shù)據(jù)庫建立完畢。4.2.5 動畫連接在新畫面中雙擊需要連接的物件，彈出如圖4-17所示對話框。圖4-17 動畫連接在對話框中有各種連接，根據(jù)設計需要選擇，分別選擇“水平移動”和“垂直移動”兩種連接方式，彈出對話框如圖4-18所示。圖4-18 水平移動連接圖4-18 隱含連接在表達式框中填入表達式，在下面的移動距離中填寫相應的數(shù)據(jù)，按確定即可。按照上面的步驟，根據(jù)設計需求，分別對畫面中的物件進行動畫連接，從而實現(xiàn)了外部輸入量與內(nèi)部事物的數(shù)據(jù)連接。4.2.6 編寫語言命令在畫面中右擊 畫面，選中“畫面屬性”，在畫面名稱右面有“命令語言一欄”，雙擊，彈出如圖4-18所示

55、對話框。在該軟件中編寫語言有兩種語言方式，IF/ELSE和WHILE語句，兩種語句可以兼容，互相嵌套使用。而這兩種語句本身也可以嵌套使用，基本的語法形式都一樣。另外，再輸入一些符號時須在中文方式下。該軟件還有大量的函數(shù)可以使用，所有的應用功能都如圖1-17面板上所示。圖4-18 畫面語言命令編寫在空白處填入所需命令語句，點擊“確認”即可。4.3 小結(jié)在本章中主要介紹了系統(tǒng)的組態(tài)監(jiān)控畫面設計。在了解了組態(tài)軟件的基本知識后，先完成系統(tǒng)工程的建立，然后再按照使用步驟完成系統(tǒng)監(jiān)控畫面的設計，并且在畫面的設計過程中力爭做到畫面的簡潔和形象。根據(jù)本設計的具體要求，在完成了系統(tǒng)監(jiān)控畫面的設計后，再完成組態(tài)畫面的各種要素和變量的定義，最后根據(jù)系統(tǒng)工作原理和仿真效果編寫出畫面語言命令，即完成了本階段設計。 第5章 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試我們在設計的最后階段把軟件和硬件結(jié)合起來，成功