畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于PLC的農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械性能檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)-答辯課件

1、基于PLC的農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械 性能檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師： 王麗萍 姓名： 呂娟娟班級(jí)： 電信本052班摘 要 基于PLC的農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械性能檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì),主要包括兩部分：一是PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)及PLC與臺(tái)達(dá)VFD-M變頻器之間通過(guò)MODBUS協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，二是采用組態(tài)王軟件進(jìn)行的人機(jī)界面設(shè)計(jì)。其中PLC控制系統(tǒng)的程序主要實(shí)現(xiàn)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)提升電動(dòng)機(jī)、被測(cè)電動(dòng)機(jī)等機(jī)器的啟動(dòng)/停止，以及通過(guò)RS485串口通信控制變頻器的輸出頻率從而控制電動(dòng)機(jī)的原料流量。 檢測(cè)系統(tǒng)總體概述 農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械性能檢測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)兩大部分組成。其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由傳感器、變送器、數(shù)據(jù)采集卡、研華

2、工控機(jī)等設(shè)備組成，其系統(tǒng)組成框圖如圖1-1所示。PLC控制系統(tǒng)由臺(tái)達(dá)DVP系列的PLC、變頻器等設(shè)備組成。系統(tǒng)組成框圖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的傳感器(變送器)把現(xiàn)場(chǎng)需要測(cè)量的信號(hào)從非電量信號(hào)轉(zhuǎn)化成電量信號(hào)，然后傳送到數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡將采集到的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)傳送到上位工控機(jī)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集各個(gè)實(shí)驗(yàn)階段的有關(guān)參數(shù)并在研華工控機(jī)的人機(jī)界面上實(shí)時(shí)顯示;PLC控制系統(tǒng)主要完成在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械的啟停、被測(cè)機(jī)械的軸承溫度、撥板給料電動(dòng)機(jī)的原料流量等的控制。 PLC控制系統(tǒng)中的核心器件PLC作為下位機(jī)，上位工控機(jī)與下位機(jī)PLC之間通過(guò)RS232C串口進(jìn)行串行通信，PLC控制電機(jī)的啟停以及原料

3、的流量控制。光電耦合隔離傳感器測(cè)量被測(cè)電機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速，主軸轉(zhuǎn)速經(jīng)光電耦合隔離傳感器轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)并傳送到PLC的高速計(jì)數(shù)端X2, X3，由PLC內(nèi)部的高速計(jì)數(shù)器CR237, CR238統(tǒng)計(jì)光電耦合隔離傳感器傳來(lái)的脈沖數(shù)，從而采集被測(cè)機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速和主軸轉(zhuǎn)速 。PLC與變頻器之間通過(guò)RS485串口進(jìn)行串行通信，變頻器改變撥板給料電動(dòng)機(jī)(異步交流電動(dòng)機(jī))的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)原料的流量控制。 負(fù)載測(cè)量時(shí)，通過(guò)可編程控制器PLC與變頻器的RS-485串口通信可以實(shí)時(shí)改變變頻器的頻率指令，隨著變頻器輸出頻率的變化，撥板給料電動(dòng)機(jī)的頻率也跟著變化，撥板給料電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著其電源頻率的變化而變化，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與頻

4、率之間的關(guān)系表達(dá)式: 額定轉(zhuǎn)速/額定頻率=實(shí)際轉(zhuǎn)速/工作頻率 因此電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著變頻器頻率的變化而變化，使得由撥板給料電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的葉片旋轉(zhuǎn)式閥門的轉(zhuǎn)速也跟著變化，從而達(dá)到控制原料流量大小的目的。 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 本系統(tǒng)中軟件設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型采用一元一次方程 y=km/t+b 其中y代表給料電動(dòng)機(jī)的工作頻率，k是在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中需要給定的一個(gè)常數(shù)，m/t是成品質(zhì)量的變化率，b是給定給料電動(dòng)機(jī)的初始頻率，即給料電動(dòng)機(jī)的工作頻率和成品質(zhì)量的變化率成正比。因?yàn)榻o料電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與工作頻率成正比，故給料電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與成品質(zhì)量的變化率成正比。 控制系統(tǒng)流程圖第三章 PLC與變頻器之間通信的實(shí)現(xiàn)3.1 MOD

5、BUS 通信協(xié)議 MODBUS 協(xié)議的數(shù)據(jù)通訊通過(guò)主機(jī)與從機(jī)之間用命令/應(yīng)答方式實(shí)現(xiàn)，主機(jī)發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求消息，從機(jī)接受到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到主機(jī)以響應(yīng)請(qǐng)求；主機(jī)也可以直接發(fā)消息修改從機(jī)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙向讀寫。本系統(tǒng)中PLC為主站，變頻器為從站，主站主動(dòng)讀寫從站的存儲(chǔ)區(qū)。 3.2 ASC模式的通信數(shù)據(jù)格式 MODBUS協(xié)議系統(tǒng)中有兩種有效的傳輸模式：ASC(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼)模式各RTU(遠(yuǎn)程終端裝置)模式。本文中用的是ASC模式，ASC模式通信時(shí)，在消息中的每8bit字節(jié)都作為兩個(gè)ASC字符發(fā)送。ASC模式的通信字符傳輸格式為1個(gè)起始位，7位數(shù)據(jù)位，1位偶校驗(yàn)位，1位停止位。 3.4 PL

6、C控制變頻器的流程圖第四章 人機(jī)界面的設(shè)計(jì)4.1 組態(tài)王的功能概述 監(jiān)控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集(supervisory control and data acquisition, SCADA)的軟件平臺(tái)工具，具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目，使用方式靈活，功能強(qiáng)大?！敖M態(tài)王6.5”軟件是運(yùn)行于MicrosoftWindows98/2000/NT/XP中文平臺(tái)的中文界面的人機(jī)界面的軟件,采用了多線程、COM+組件等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)多任務(wù)，軟件運(yùn)行穩(wěn)定可靠。 “組態(tài)王6.5”軟件由工程瀏覽器(TouchExplorer)、工程管理器(ProjManager)和畫面運(yùn)行系統(tǒng)(TouchVew)三部分組成。

7、在工程瀏覽器中可以查看工程的各個(gè)組成部分，也可以完成數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)造、定義外部設(shè)備等工作；工程管理內(nèi)嵌畫面管理系統(tǒng)，用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理。4.2.1數(shù)據(jù)采集卡設(shè)備的配置 數(shù)據(jù)采集卡類邏輯設(shè)備實(shí)際上是組態(tài)王內(nèi)嵌的板卡驅(qū)動(dòng)程序的邏輯名稱，內(nèi)嵌的數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)程序以DLL形式供組態(tài)王調(diào)用，這種內(nèi)嵌的數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)程序?qū)?yīng)著實(shí)際插入計(jì)算機(jī)總線插槽中的I/O設(shè)備，因此，一個(gè)數(shù)據(jù)采集卡邏輯設(shè)備也就代表了一個(gè)實(shí)際插入計(jì)算機(jī)插槽中的I/O板卡。組態(tài)王與板卡類邏輯設(shè)備之間的關(guān)系如圖所示。 選擇工程管理器/設(shè)備/板卡/研華/PCL813，然后按照提示為板卡設(shè)備指定板卡的設(shè)備地址（220H，出廠設(shè)置）、初始

8、化字（無(wú)）、A/D轉(zhuǎn)換器的輸入方式（單端）等配置。如圖所示。 4.2.2 串口類設(shè)備的配置串口類邏輯設(shè)備實(shí)際上是組態(tài)王內(nèi)嵌的串口驅(qū)動(dòng)程序的邏輯名稱，內(nèi)嵌的串口驅(qū)動(dòng)程序以DLL形式提供組態(tài)王調(diào)用，這種內(nèi)嵌的串口驅(qū)動(dòng)程序?qū)?yīng)著實(shí)際與計(jì)算機(jī)串口相連的I/O設(shè)備，因此，一個(gè)串口邏輯設(shè)備也就代表了一個(gè)實(shí)際與計(jì)算機(jī)串口相連的I/O設(shè)備。組態(tài)王與串口類邏輯設(shè)備PLC之間的關(guān)系如圖所示。選擇工程管理器/COM1/PLC/巨騰anco/delta/串口，然后按照提示為板卡設(shè)備指定PLC的設(shè)備邏輯名、設(shè)備地址、通訊方式等配置，如圖所示。配置好以上信息后，雙擊工程管理器/設(shè)備/COM1，設(shè)置串口COM1的通訊參數(shù)，

9、波特率9600bps/s,數(shù)據(jù)位7位，停止位1位，校驗(yàn)位為偶校驗(yàn)，通信方式為RS232。 4.2.3 DDE設(shè)備的配置 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）是WINDOWS平臺(tái)上的一個(gè)完整的通信協(xié)議，它使應(yīng)用程序能彼此交換數(shù)據(jù)和發(fā)送指令。DDE過(guò)程可以比喻成兩個(gè)人的對(duì)話，一方向另一方提出問(wèn)題，然后等待回答。提問(wèn)的一方稱為“顧客“（Client）,回答的一方稱為“服務(wù)器”（Server）,一個(gè)應(yīng)用程序可以同時(shí)是“顧客”和“服務(wù)器” ；當(dāng)它向其他程序中請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)，它充當(dāng)?shù)氖恰邦櫩汀保蝗羰瞧渌绦蛐枰峁?shù)據(jù)，它又成了“服務(wù)器”。 選擇工程管理器/DDE/DDE，然后按照提示給要安裝的DDE設(shè)備指定連接對(duì)象名、

10、服務(wù)器名、話題名、數(shù)據(jù)交換方式等配置，如圖所示。4.3 變量定義組態(tài)王中定義變量應(yīng)該與PLC程序中的軟繼電器相匹配，這樣才能完成PLC的控制功能。有些變量直接與工控機(jī)通信，使工控機(jī)實(shí)現(xiàn)某種功能，故定義變量分成內(nèi)部中間變量和數(shù)據(jù)庫(kù)I/O變量。在工程瀏覽器的目錄顯示區(qū)中，用鼠標(biāo)單擊大綱項(xiàng)數(shù)據(jù)庫(kù)下的成員數(shù)據(jù)詞典，則在右邊的目錄內(nèi)容顯示中列出了數(shù)據(jù)詞典里的所有變量（包括組態(tài)王的系統(tǒng)變量和用戶自定義）的簡(jiǎn)要信息，包括變量名、ID號(hào)、變量類型、連接設(shè)備、寄存器。圖形對(duì)象可以按照動(dòng)畫連接的要求改變顏色、尺寸、位置、填充百分?jǐn)?shù)等，一個(gè)圖形對(duì)象又可以同時(shí)定義多個(gè)連接。把這些動(dòng)畫連接組合起來(lái)，應(yīng)用程序?qū)⒊尸F(xiàn)出令人

11、難以想象的圖形動(dòng)畫效果。動(dòng)畫連接的屬性框如下所示 4.6 測(cè)試動(dòng)態(tài)畫面的設(shè)計(jì)該系統(tǒng)用來(lái)對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并具有自動(dòng)調(diào)整的功能，系統(tǒng)通過(guò)將檢測(cè)系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)采集到組態(tài)王Kingview對(duì)應(yīng)變量中，由組態(tài)王統(tǒng)一管理，給出系統(tǒng)各部分的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及報(bào)警事件，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置和一定的控制算法，通過(guò)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制調(diào)節(jié)信號(hào)或連鎖信號(hào)，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。首先配置I/O設(shè)備。檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)由一臺(tái)工控機(jī)作為人機(jī)界面，數(shù)據(jù)采集卡完成數(shù)據(jù)采集并通過(guò)數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)傳送給組態(tài)王，PLC控制輸出設(shè)備并通過(guò)RS232與工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。I/O設(shè)備地址要與硬件的設(shè)置一致。 其次創(chuàng)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是系統(tǒng)的

12、核心，是應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，系統(tǒng)各個(gè)部分均以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為公共區(qū)交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部分協(xié)調(diào)工作。設(shè)備窗口通過(guò)設(shè)備構(gòu)建驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備，將采集的數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；由用戶窗口組成的圖形對(duì)象，與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中得數(shù)據(jù)對(duì)象建立鏈接關(guān)系，以動(dòng)畫形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。再次是建立動(dòng)畫連接。 組態(tài)王監(jiān)控畫面 當(dāng)被測(cè)機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速小于轉(zhuǎn)速的15或者軸承溫度超過(guò)1000C時(shí)或者變頻器工作于非正常狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警音，報(bào)警畫面如下圖所示。結(jié) 論文章中將組態(tài)王界面和PLC程序二者有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，可以使系統(tǒng)正常而有效地工作，達(dá)到了使用方便、控制簡(jiǎn)單、功能完善、運(yùn)行理想的效果。PLC和變頻器之間用MODBUS協(xié)議實(shí)現(xiàn)了RS485串口通信，采用基于RS485接口的MODBUS通信協(xié)議對(duì)變頻器進(jìn)行控制的方法，大大減少了系統(tǒng)布線，避免了現(xiàn)場(chǎng)可能的各種電磁干擾對(duì)控制設(shè)備的影響，