畢業(yè)論文——基于西門子PLC的送料車自動往返循環(huán)控制

1、基于西門子PLC的送料車自動往返循環(huán)控制 1 引言70年代后期，隨著微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使PLC從開關(guān)量的邏輯控制擴(kuò)展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過程控制域，真正成為一種電子計算機(jī)工業(yè)控制裝置，故稱為可編程控制器。隨著現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備的自動化越來越多的工廠設(shè)備采用PLC,變頻器,人機(jī)界面自動化器件來控制,因此自動化程度越來越高。送料小車控制系統(tǒng)使用了PLC控制，采用了MODBUS通信協(xié)議實現(xiàn)PLC與InTouch之間的通訊。被控對象是送料車，屬于自動循環(huán)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能安全、可靠運(yùn)行的情況，實現(xiàn)計算機(jī)自動監(jiān)控。 2 總體方案設(shè)計本系統(tǒng)采用了PLC控制原理，設(shè)計總體控制方案，用INTOUCH組態(tài)

2、軟件進(jìn)行實時控制的監(jiān)控。21 送料車自動循環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成送料車工作示意圖如圖1所示。車子由電動機(jī)拖動，電動機(jī)正轉(zhuǎn)車子前進(jìn)，電動機(jī)反轉(zhuǎn)車子后退。在裝料和卸料的地方有限位開關(guān)來實現(xiàn)，當(dāng)小車到達(dá)卸料處時，碰到限位開關(guān)SQ2，實現(xiàn)小車的停車和卸料動作；當(dāng)小車到達(dá)裝料出時，碰到限位開關(guān)SQ1，實現(xiàn)小車的裝料動作。圖2.1 送料車工作示意圖22 工作過程（1）第一次按下送料按鈕，預(yù)先裝滿料的小車前進(jìn)送料到達(dá)卸料處（SQ2）自動停下來卸料。（2）經(jīng)過卸料所需設(shè)定的時間2延時后，車子則自動的返回到裝料處（SQ1）。（3）經(jīng)過裝料所需設(shè)定的時間1延時后，車子自動的再次前進(jìn)送料，卸完料后車子又自動返回裝料，如此

3、自動往返循環(huán)送料。當(dāng)輸入為停止信號時，系統(tǒng)將停止運(yùn)行。工作過程如圖2.2所示:小車后退小車裝料小車卸料小車前進(jìn)開始信號 圖2.2送料車工作過程流程圖23 方案設(shè)計根據(jù)控制目的和要求，經(jīng)過仔細(xì)分析各種因素，制定了整體的設(shè)計方案：以西門子的PLC(S7-224CN)為核心，完成對輸入輸出點的控制。監(jiān)控系統(tǒng)通過MODBUS通信協(xié)議與PLC(S7-224CN)進(jìn)行I/O點的通信。輸入部分包括：啟動/停止按鈕輸入;輸出部分包括:裝料和卸料的控制,電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的控制。模塊框圖如圖2.3所示:信號輸入部分信號輸出部分西門子PLC S7-200控制器CPU 224 MODBUS通信協(xié)議INTOUCH監(jiān)控界

4、面圖2.3總體方案設(shè)計方框圖3 硬件設(shè)計根據(jù)控制要求，主控設(shè)備選用PLC S7-200 CPU 224，小車的行程控制采用限位開關(guān)（2個），系統(tǒng)的啟動、停止、采用按鈕實現(xiàn)，輸出采用接觸器（2個）控制，一個實現(xiàn)前進(jìn)，另一個完成后退功能，直接用來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn),電機(jī)不轉(zhuǎn)時就是小車停止的實現(xiàn)。PLC控制器的選擇如表3.1：表3.1 控制器CPU技術(shù)參數(shù)定時器總數(shù)256定時器；4個定時器（1ms）；16定時器（10 ms）；236定時器（100 ms）內(nèi)部存儲器位掉電保存256（由超級電容或電池備份）112（存儲在EEPROM）布爾量運(yùn)算執(zhí)行時間0.22s每條指令PPI,DP/T波特率9.6、

5、19.2、187.5Kps點到點(PPI主站模式)是（NETR/NETW）MPI連接共4個，2個保留（1個給PG，1個給OP）存儲器用戶程序大小運(yùn)行模式下編輯8192字節(jié)12288字節(jié)數(shù)字I/O映象區(qū)256(128輸入/128輸出)本機(jī)數(shù)字量I/O4輸入/4輸出掉電保持（超級電容）100小時/典型值（40°C時最少70小時）采用PLC控制的輸入輸出裝配接線圖如圖3.1：圖3.1 硬件電路圖 4 軟件設(shè)計41 PLC程序編寫根據(jù)控制要求，使用專用編程軟件，編寫PLC控制程序，控制程序包括啟動、停止按鈕、數(shù)據(jù)采集等。本實驗要用到的是I/O數(shù)字量，實驗中采用了四個輸入四個輸出的I/O點，I

6、/O點分配如表4.1：表4.1 I/O點分配輸入點輸入點作用輸出點輸出點作用I0.0啟動按鈕SB0 Q0.0前進(jìn)KM1I0.1停止按鈕SB1Q0.1卸料KM2I0.2前進(jìn)限位開關(guān)SQ2Q0.2后退KM3I0.3后退限位開關(guān)SQ1Q0.3裝料KM4繼電器為五個，如表4.2所示：表4.2 繼電器繼電器名稱繼電器作用M0.0啟動/停止SM0.1主站通訊協(xié)議SM0.0從站通訊協(xié)議T37卸料延時10 ST38裝料延時10 S42、監(jiān)控軟件設(shè)計送料車自動往返循環(huán)控制系統(tǒng)的監(jiān)控界面組態(tài)軟件作為開發(fā)平臺，主要有控制對象的圖形界面和數(shù)據(jù)庫變量組成，數(shù)據(jù)庫變量通過通信接口與PLC進(jìn)行I/O聯(lián)接，完成數(shù)據(jù)交換。創(chuàng)建

7、新的應(yīng)用程序關(guān)系橫的一般過程是：繪制圖形界面、創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫、配置I/O數(shù)據(jù)聯(lián)接、建立動畫連接、運(yùn)行及調(diào)試。43、通訊軟件設(shè)計本實驗采用了MODBUS通信協(xié)議實現(xiàn)PLC與InTouch之間的通訊。本實驗用動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。它在同時運(yùn)行的兩個應(yīng)用程序之間實現(xiàn)一種客戶端與服務(wù)器關(guān)系，服務(wù)器應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)，并接受對這些數(shù)據(jù)感興趣的任何其它應(yīng)用程序的請求。發(fā)出請求的應(yīng)用程序被稱為客戶端。5 組態(tài)界面設(shè)計當(dāng)程序開始時，小車是裝滿料的，小車開始前進(jìn)，此時組態(tài)界面的前進(jìn)顯示燈亮，直到小車卸料處（SQ2）自動停下來卸料，此時組態(tài)界面的前進(jìn)顯示燈亮，經(jīng)過卸料所需設(shè)定的時間2延時后，車子開始后退，

8、此時組態(tài)界面的后退顯示燈亮，直到小車到達(dá)裝料處（SQ1）自動停下來裝料，此時組態(tài)界面的裝料顯示燈亮，經(jīng)過裝料所需設(shè)定的時間1延時后，車子自動的再次前進(jìn)送料，卸完料后車子又自動返回裝料，如此自動往返循環(huán)送料。當(dāng)輸入為停止信號時，系統(tǒng)將停止運(yùn)行。由于實驗設(shè)備以及軟件的原因，MODBUS通信協(xié)議實現(xiàn)PLC與InTouch之間的通訊的功能無法實現(xiàn)，因此只能用InTouch軟件將整個過程以動畫的形式表現(xiàn)出來，標(biāo)記名字典以及部分腳本如下：51 標(biāo)記名字典標(biāo)記名字典如表5.1所示:表5.1 標(biāo)記名字典序號標(biāo)記類型初始值最小值最大值備注1start內(nèi)存離散關(guān)閉無無啟動2zhuang內(nèi)存離散關(guān)閉無無裝料3ahe

9、ad內(nèi)存離散關(guān)閉無無前進(jìn)4xie內(nèi)存離散關(guān)閉無無卸料5rightlevel內(nèi)存整型00100小車前進(jìn)6liaolevel內(nèi)存實型00100小車液位上升7caolevel內(nèi)存實型00100槽液位上升 5. 2 動畫編程521 動作腳本共設(shè)置了6個按鈕,分別為運(yùn)行、復(fù)位、裝料、前進(jìn)、卸料、后退。分別雙擊各按鈕，此時出現(xiàn)動畫選擇對話框。選擇觸動鏈接 - 觸動按鈕 - 動作動畫鏈接，此時出現(xiàn)觸動 -> 動作腳本編輯器。確保選擇條件類型 = 鼠標(biāo)左鍵/ 鍵按下時，此腳本在按下該按鈕之后產(chǎn)生一個動作。分別輸入以下腳本：（1）運(yùn)行：start=1;（2）復(fù)位：caolevel=0;liaolevel=

10、0;rightlevel=0;xie=0;zhuang=0;ahead=0;start=0;（3）裝料：zhuang=1;（4）前進(jìn)：ahead=1;（5）卸料：xie=1;（6）后退：ahead=0;522 條件腳本通過單擊腳本前面的 + 號展開腳本列表， 使用鼠標(biāo)右鍵單擊腳本 / 條件，然后選擇新建。新建以下腳本：（1） 條件：ahead條件類型：a、為真期間（每100毫秒）腳本：IF rightlevel<108 THEN rightlevel=rightlevel+3;ENDIF;IF rightlevel=108 THEN xie=1;ENDIF;b、為假期間（每100毫秒）腳

11、本：IF rightlevel=0 AND start=1 THEN zhuang=1;ENDIF;IF rightlevel>0 THEN rightlevel=rightlevel -3;ENDIF;IF caolevel>0 THEN caolevel=caolevel -1;ENDIF;（2） 條件：start條件類型：為真時腳本：zhuang=1;liaolevel=97;（3） 條件：xie條件類型：為真期間（每100毫秒）腳本：IF liaolevel>40 THEN liaolevel=liaolevel -1; caolevel=caolevel+1;ELS

12、E IF liaolevel=40 THEN xie=0; ahead=0;ENDIF;ENDIF;（4） 條件：zhuang條件類型：a、為真期間（每100毫秒）腳本：IF liaolevel<97 THEN liaolevel=liaolevel+1;ELSE IF liaolevel=97 THEN zhuang=0; ahead=1;ENDIF;ENDIF;b、為真時腳本：liaolevel=40;523 InTouch動畫界面InTouch動畫界面如下圖所示，具體過程為：復(fù)位（圖5.1）、前進(jìn)（圖5.2）、卸料（圖5.3）、后退（圖5.4）、裝料（圖5.5）。圖5.1 復(fù)位圖5

13、.2 前進(jìn)圖5.3 卸料圖5.4 后退圖5.5 裝料6 PLC梯形圖程序7 安裝調(diào)試過程71 PLC的安裝方式S7-200的安裝方法有兩種：底板安裝和DIN導(dǎo)軌安裝。底板安裝是利用PLC機(jī)體外殼4個叫上的安裝孔，用螺釘將其固定在底板上。DIN導(dǎo)軌安裝是利用模塊上的DIN夾子把模塊固定在一個標(biāo)準(zhǔn)的DIN導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌安裝既可以水平安裝，也可以垂直安裝。72 安裝環(huán)境PLC適用于工業(yè)現(xiàn)場為了保證其可靠性，延長使用壽命，安裝時注意環(huán)境：溫度0到55度，濕度在35%到85%之間，周圍無易燃和腐蝕性氣體、過量的灰塵和金屬顆粒，避免過度的震蕩和沖擊，避免太陽光的直射和水的濺射。73 安裝注意事項PLC的所有

14、單元都要在斷電的情況下進(jìn)行安裝和拆卸；切勿將導(dǎo)線頭、金屬屑落入機(jī)體內(nèi)；模塊周圍留出一定的空間，便于通風(fēng)和散熱；還有是盡量與產(chǎn)生高電子噪聲的設(shè)備（如變頻器）分開。PLC具有很完善的自診斷功能，如果出現(xiàn)故障，借助自診斷程序可以方便的找到出現(xiàn)故障的部件，更換后就可以恢復(fù)正常工作。實踐表明，外部設(shè)備的故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PLC，所以對PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和檢查是必不可少的，一般沒半年應(yīng)對PLC系統(tǒng)進(jìn)行一次周期性檢查。74 調(diào)試中遇到的問題及解決辦法流程圖具有良好的可讀性，可以先看流程圖，然后再看程序，將程序仔細(xì)分析并預(yù)測結(jié)果，最后再上機(jī)運(yùn)行程序，觀察運(yùn)行結(jié)果，看是否符合控制要求。若出現(xiàn)問題，請具體分

15、析。如果是局部問題，可充分利用監(jiān)控和預(yù)測功能進(jìn)行功能調(diào)試；如果是出現(xiàn)整體錯誤，應(yīng)重新審核程序并進(jìn)行修改。對照編程原則和變成方法以及自己的編程思路進(jìn)行檢查。 各狀態(tài)步的驅(qū)動處理的檢查運(yùn)用監(jiān)控和測試手段，強(qiáng)制對應(yīng)的狀態(tài)元件激活，看負(fù)載是否能驅(qū)動。如果能正常驅(qū)動，表明驅(qū)動正常，問題在狀態(tài)轉(zhuǎn)移處理上；如果不能驅(qū)動，表明問題在程序上。則仔細(xì)檢查程序原則的使用和編程語言的運(yùn)用。 狀態(tài)的轉(zhuǎn)移處理的檢查同樣運(yùn)用監(jiān)控和測試手段，首先使功能流程圖的初始化狀態(tài)激活，依次使轉(zhuǎn)移條件激活，監(jiān)控各狀態(tài)是否能按照規(guī)定的順序進(jìn)行轉(zhuǎn)移。如果不能正常轉(zhuǎn)移，故障為狀態(tài)轉(zhuǎn)移處理上。 常見的故障編程故障，沒有正確使用編程原則和方法，或

16、程序書寫有錯。還有可能是輸入錯誤，在程序輸入時出現(xiàn)手誤。所以在編寫程序時一定要仔細(xì)細(xì)心，編寫完成后要仔細(xì)檢查，盡量減少錯誤的可能性。8 測試結(jié)果分析測試時，PLC程序正確，可以模擬出符合要求的結(jié)果，并成功將程序下載進(jìn)入PLC控制器CPU中。PLC硬件連接正確，可以實現(xiàn)預(yù)定的功能。在調(diào)試運(yùn)行過程中，各個過程的運(yùn)行符合控制要求，在小車的前進(jìn)（如圖8）時前進(jìn)顯示燈亮、卸料（如圖9）時卸料顯示燈亮、后退（如圖10）時后退顯示燈亮、裝料（如圖11）時裝料顯示燈亮，在整個循環(huán)送料的過程中，INTOUCH監(jiān)控界面的相對應(yīng)的燈的指示符合設(shè)計要求，可以對送料小車自動往返循環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行實時的監(jiān)控?？?結(jié) 這是一

17、次歷時長達(dá)四個星期的創(chuàng)新實踐與設(shè)計，也是我們自動化專業(yè)學(xué)生在畢業(yè)前的第一次實踐。通過這次設(shè)計，使我受益匪淺，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： （1） 通過這次實踐，我基本掌握了組態(tài)軟件InTouch界面設(shè)計，對西門子PLC的編程以及應(yīng)用和MODBUS通信協(xié)議也有了一定的了解。由于實驗設(shè)備以及軟件的原因，MODBUS通信協(xié)議實現(xiàn)PLC與InTouch之間的通訊我們無法實現(xiàn)，因此我們只有通過在組態(tài)軟件InTouch中用動畫的形式把整個過程表現(xiàn)也來。而InTouch實現(xiàn)動畫的編程語言和以前我們學(xué)過的VFP以及VB很類似。而在以前學(xué)習(xí)VFP以及VB時，我們很多同學(xué)都認(rèn)為這兩門語言都已經(jīng)過時了，我們應(yīng)該去學(xué)習(xí)時

18、下流行的.NET和JAVA，但是通過這次設(shè)計我發(fā)現(xiàn)，編程思想以及程序的算法往往比編程語言更重要。 （2）我們這一組做的是基于西門子PLC的送料車自動往返循環(huán)控制，在做小車實現(xiàn)循環(huán)控制時，我們想用循環(huán)指令去做。但是我們在查資料的過程中發(fā)現(xiàn)，PLC的程序運(yùn)行本身就跟單片機(jī)不同，它的程序是循環(huán)掃描的，也就是說從第一步運(yùn)行到最后一步，然后自動跳到第一步循環(huán)執(zhí)行，所以在小車循環(huán)控制根本不需要用循環(huán)指令。由此我認(rèn)為，在PLC開發(fā)中，經(jīng)驗往往是很重要的。而多去做實踐有利于經(jīng)驗的積累，這應(yīng)該是我們這次創(chuàng)新實踐與設(shè)計的意義所在。 （3）我們以前學(xué)的是三菱的PLC，而這次設(shè)計要求我們用西門子的PLC。通過對比我們發(fā)現(xiàn)，三菱與西門子的PLC在梯形圖的格式和指令以及編程軟件不同外，其基本思想是相同的，因此我們沒有花很長時間就把梯形圖用西門子的PLC編了出來。由此我發(fā)現(xiàn)，其實PLC也好，單片機(jī)也好，只要學(xué)會并精通其中的一種，對其它類型的PLC也就能觸類旁通，以不變應(yīng)萬變了。 (4) 做完這個設(shè)計后，我對PLC的總體感覺是：PLC比較適合于工程控制，它比用單片機(jī)控制要簡單一些?？梢约僭O(shè)一下，假如用我們這以前學(xué)