基于PLC的农产品加工机械性能检测系统软件设计-答辩

1、基于PLC的农产品加工机械 性能检测系统软件设计指导老师： 王丽萍 姓名： 吕娟娟班级： 电信本052班摘 要 基于PLC的农产品加工机械性能检测系统的软件设计,主要包括两部分：一是PLC控制系统的程序设计及PLC与台达VFD-M变频器之间通过MODBUS协议的实现，二是采用组态王软件进行的人机界面设计。其中PLC控制系统的程序主要实现检测现场提升电动机、被测电动机等机器的启动/停止，以及通过RS485串口通信控制变频器的输出频率从而控制电动机的原料流量。 检测系统总体概述 农产品加工机械性能检测系统由数据采集系统和PLC控制系统两大部分组成。其中数据采集系统由传感器、变送器、数据采集卡、研华

2、工控机等设备组成，其系统组成框图如图1-1所示。PLC控制系统由台达DVP系列的PLC、变频器等设备组成。系统组成框图数据采集系统中的传感器(变送器)把现场需要测量的信号从非电量信号转化成电量信号，然后传送到数据采集卡，数据采集卡将采集到的模拟量信号转换成数字量信号传送到上位工控机。数据采集系统采集各个实验阶段的有关参数并在研华工控机的人机界面上实时显示;PLC控制系统主要完成在实验过程中对现场机械的启停、被测机械的轴承温度、拨板给料电动机的原料流量等的控制。 PLC控制系统中的核心器件PLC作为下位机，上位工控机与下位机PLC之间通过RS232C串口进行串行通信，PLC控制电机的启停以及原料

3、的流量控制。光电耦合隔离传感器测量被测电机的主轴转速，主轴转速经光电耦合隔离传感器转换成电脉冲信号并传送到PLC的高速计数端X2, X3，由PLC内部的高速计数器CR237, CR238统计光电耦合隔离传感器传来的脉冲数，从而采集被测机的主轴转速和主轴转速 。PLC与变频器之间通过RS485串口进行串行通信，变频器改变拨板给料电动机(异步交流电动机)的转速来实现对原料的流量控制。 PLC控制系统 PLC控制系统的原理 首先启动提升电动机将原料提升到在半空的容器中，将原料质量加到1000Kg时，停止提升电动机加料，再启动被测电动机。对被测电动机分别进行35次的空载测量和负载测量，通过对一定量的原

4、料进行加工与实时监控，根据实时测量的数据可以计算出被测机的纯工作小时生产率、吨料电耗、成品温升、轴承温升、成品率等参数值，然后将这些参数值与标准值进行比较，从而得知被测机的机械性能的好坏。 负载测量时，通过可编程控制器PLC与变频器的RS-485串口通信可以实时改变变频器的频率指令，随着变频器输出频率的变化，拨板给料电动机的频率也跟着变化，拨板给料电动机的转速随着其电源频率的变化而变化，电动机的转速与频率之间的关系表达式: 额定转速/额定频率=实际转速/工作频率 因此电动机的转速随着变频器频率的变化而变化，使得由拨板给料电动机带动的叶片旋转式阀门的转速也跟着变化，从而达到控制原料流量大小的目的

5、。 控制系统的数学模型 本系统中软件设计的数学模型采用一元一次方程 y=km/t+b 其中y代表给料电动机的工作频率，k是在现场调试中需要给定的一个常数，m/t是成品质量的变化率，b是给定给料电动机的初始频率，即给料电动机的工作频率和成品质量的变化率成正比。因为给料电动机的转速与工作频率成正比，故给料电动机的转速与成品质量的变化率成正比。 编程软件 提供的程序语言有梯形图模式、指令模式、SFC编辑模式，本文采用梯形图模式。梯形图编辑完成须经编译转换成指令码或SFC图，指令编辑完成须经由编译转换成梯形图或SFC图，SFC图编辑完成须由编译转换成指令码，若要转换成梯形图须再经由指令码编译转换成梯形

6、图这三者之间的关系如图所示.控制系统流程图第三章 PLC与变频器之间通信的实现3.1 MODBUS 通信协议 MODBUS 协议的数据通讯通过主机与从机之间用命令/应答方式实现，主机发出数据请求消息，从机接受到正确消息后就可以发送数据到主机以响应请求；主机也可以直接发消息修改从机的数据，实现双向读写。本系统中PLC为主站，变频器为从站，主站主动读写从站的存储区。 3.2 ASC模式的通信数据格式 MODBUS协议系统中有两种有效的传输模式：ASC(美国标准信息交换码)模式各RTU(远程终端装置)模式。本文中用的是ASC模式，ASC模式通信时，在消息中的每8bit字节都作为两个ASC字符发送。A

7、SC模式的通信字符传输格式为1个起始位，7位数据位，1位偶校验位，1位停止位。 3.3 PLC与变频器之间的数据通信将DVP系列的PLC与台达VFD-M变频器的RS485接口连接，并对VFD-M变频器作参数设定，PLC主站以顺序查询的方式，对从站变频器进行数据查询。主站向从站读取数据时发送：起始字符+地址码（03H）+起始数据地址+数据个数（以Word计算）+LRC校验码； 从站变频器收到主站PLC的查询命令后回送：起始字符+地址码+功能码（03H）+数据个数（以byte计算）+第1个数据+第2个数据+第N个数据+LRC校验码。主站向从站写数据时发送：起始字符+地址码+功能码（06H）+数据地

8、址+数据+LRC校验码；从站的响应讯息：起始字符+地址码+功能码（06H）+数据地址+数据+LRC校验码，完成PLC与变频器之间的数据通信。3.4 PLC控制变频器的流程图第四章 人机界面的设计4.1 组态王的功能概述 监控组态软件是面向监控与数据采集(supervisory control and data acquisition, SCADA)的软件平台工具，具有丰富的设置项目，使用方式灵活，功能强大。“组态王6.5”软件是运行于MicrosoftWindows98/2000/NT/XP中文平台的中文界面的人机界面的软件,采用了多线程、COM+组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行稳定可

9、靠。 “组态王6.5”软件由工程浏览器(TouchExplorer)、工程管理器(ProjManager)和画面运行系统(TouchVew)三部分组成。在工程浏览器中可以查看工程的各个组成部分，也可以完成数据库的构造、定义外部设备等工作；工程管理内嵌画面管理系统，用于新工程的创建和已有工程的管理。4.2 组态王与外围设备之间的通信 组态王把那些需要与之交换数据的设备或程序都作为外部设备。外部设备包括：下位机（PLC、数据采集卡、变频器、仪表、模块等），它们一般通过串行口和上位机交换数据；其他Windows应用程序，它们之间一般通过动态数据交换DDE交换数据；外部设备还包括网络上的其他计算机。本

10、控制系统中使用的外围设备有数据采集卡、PLC、EXCEL应用程序。 为了实现组态王和外部设备的通信，组态王内置了大量设备的驱动程序作为组态王和外部设备的通信接口。在开发过程中用户只需根据工程浏览器提供的“设备配置向导”一步步完成连接过程即可实现组态王和相应外部设备驱动的连接。在运行期间，组态王就通过驱动接口和外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据或指令。 数据采集卡设备的配置 数据采集卡类逻辑设备实际上是组态王内嵌的板卡驱动程序的逻辑名称，内嵌的数据采集卡驱动程序以DLL形式供组态王调用，这种内嵌的数据采集卡驱动程序对应着实际插入计算机总线插槽中的I/O设备，因此，一个数据采集卡逻辑设备也就

11、代表了一个实际插入计算机插槽中的I/O板卡。组态王与板卡类逻辑设备之间的关系如图所示。 选择工程管理器/设备/板卡/研华/PCL813，然后按照提示为板卡设备指定板卡的设备地址（220H，出厂设置）、初始化字（无）、A/D转换器的输入方式（单端）等配置。如图所示。 4.2.2 串口类设备的配置串口类逻辑设备实际上是组态王内嵌的串口驱动程序的逻辑名称，内嵌的串口驱动程序以DLL形式提供组态王调用，这种内嵌的串口驱动程序对应着实际与计算机串口相连的I/O设备，因此，一个串口逻辑设备也就代表了一个实际与计算机串口相连的I/O设备。组态王与串口类逻辑设备PLC之间的关系如图所示。选择工程管理器/COM

12、1/PLC/巨腾anco/delta/串口，然后按照提示为板卡设备指定PLC的设备逻辑名、设备地址、通讯方式等配置，如图所示。配置好以上信息后，双击工程管理器/设备/COM1，设置串口COM1的通讯参数，波特率9600bps/s,数据位7位，停止位1位，校验位为偶校验，通信方式为RS232。 4.2.3 DDE设备的配置 动态数据交换（DDE）是WINDOWS平台上的一个完整的通信协议，它使应用程序能彼此交换数据和发送指令。DDE过程可以比喻成两个人的对话，一方向另一方提出问题，然后等待回答。提问的一方称为“顾客“（Client）,回答的一方称为“服务器”（Server）,一个应用程序可以同时

13、是“顾客”和“服务器” ；当它向其他程序中请求数据时，它充当的是“顾客”；若是其他程序需要它提供数据，它又成了“服务器”。 DDE设备是指与组态王进行DDE数据交换的Windows独立应用程序，因此，DDE设备通常就代表了一个Windows独立应用程序，该独立应用程序的扩展名通常为.EXE,组态王与DDE设备之间通过DDE协议交换数据，就是采用DDE的通讯方式进行。组态王与DDE设备之间的关系如图所示。 选择工程管理器/DDE/DDE，然后按照提示给要安装的DDE设备指定连接对象名、服务器名、话题名、数据交换方式等配置，如图所示。4.3 变量定义组态王中定义变量应该与PLC程序中的软继电器相匹

14、配，这样才能完成PLC的控制功能。有些变量直接与工控机通信，使工控机实现某种功能，故定义变量分成内部中间变量和数据库I/O变量。在工程浏览器的目录显示区中，用鼠标单击大纲项数据库下的成员数据词典，则在右边的目录内容显示中列出了数据词典里的所有变量（包括组态王的系统变量和用户自定义）的简要信息，包括变量名、ID号、变量类型、连接设备、寄存器。4.4 动画连接所谓“动画连接”就是建立画面的图形与数据库变量的对应关系。这样，工业现场的数据，比如原料温度、原料质量等，当它们发生变化时，通过I/O接口，将引起实时数据库中变量的变化，数据库变量的变化通过动画连接达到画面的动画效果。图形对象可以按照动画连接

15、的要求改变颜色、尺寸、位置、填充百分数等，一个图形对象又可以同时定义多个连接。把这些动画连接组合起来，应用程序将呈现出令人难以想象的图形动画效果。动画连接的属性框如下所示 4.6 测试动态画面的设计该系统用来对检测系统的运行状态进行监控并具有自动调整的功能，系统通过将检测系统各运行参数实时采集到组态王Kingview对应变量中，由组态王统一管理，给出系统各部分的实时数据及报警事件，并根据系统设置和一定的控制算法，通过向执行机构发出控制调节信号或连锁信号，保证系统的正常运行。首先配置I/O设备。检测监控系统由一台工控机作为人机界面，数据采集卡完成数据采集并通过数据总线将数据传送给组态王，PLC控

16、制输出设备并通过RS232与工控机进行数据交换。I/O设备地址要与硬件的设置一致。 其次创建实时数据库。实时数据库是系统的核心，是应用系统的数据处理中心，系统各个部分均以实时数据库为公共区交换数据，实现各个部分协调工作。设备窗口通过设备构建驱动外部设备，将采集的数据送入实时数据库；由用户窗口组成的图形对象，与实时数据库中得数据对象建立链接关系，以动画形式实现数据的可视化。再次是建立动画连接。 组态王监控画面 当被测机的主轴转速小于转速的15或者轴承温度超过1000C时或者变频器工作于非正常状态时，系统产生报警音，报警画面如下图所示。结 论文章中将组态王界面和PLC程序二者有机的结合起来，可以使系统正常而有效地工作，达到了使用方便、控制简单、功能完善、运行理想的效果。PLC和变频器之间用MODBUS协议实现了RS485串口通信，采用基于