plc及组态实习报告

0 目 录 前 言 1 1 机电一体化系统总体概括 2 1.1ME093399 型机电一体化系统总体概括 2 1.2 控制系统的组成 2 1.3 总控电气部分 4 1.3.1 主控平台 .4 1.3.2 总控编程要求 .5 1.3.4 PLC 的编程要求 7 2 组态部分 10 2.1 组态的总述 10 2.1.1 组态定义 .10 2.1.2 组态用途 10 2.2 组态软件 11 2.2.1 组态软件特点 .11 2.2.2 组态软件产生的背景 .12 2.2.4 组态软件的功能 .13 2.3 组态画面的调试 14 总 结 16 参考文献 17 1 前 言 自动化生产线实训系统是专为提高学生动手能力和实践技能而设计、生产 的一套实用性实训设备。该系统囊括了电气自动化等专业学习中所涉及的诸如 机械传动、电机驱动、气电动控制、气动控制、PLC 控制、传感器等多种技术, 给学生提供了一个典型的把所学专业知识加以综合应用的操作和实现平台,使学 生能够全面掌握和加深理解学过的知识,提高动手能力,以达到利用所学专业知 识解决实际问题的教学培养目标。 本文通过采用了 MITSUBISHI 公司的 CC-LINK 现场总线控制系统，选用了 MITSUBISHI 的 Q 系列 PLC 作主站、Fx-2n 系列作从站，配备了相应的编程软件 和监控软件。控制系统中包括 8 个从站点：上料单元、送料单元、加盖单元、 穿销单元、模拟单元（温度控制系统） 、检测单元、分检单元（气动机械手） 、 叠层立体仓库。通过对控制系统中的检测单元的学习，掌握了对其的操作要求， 通过所学习的组态软件和 PLC 可编程软件，能够编写出正确的、适合该站点的 程序。同时也涵盖了组态部分，提高个人思考能力和动手力都有很大的帮助。 1 机电一体化系统总体概括 1.1ME093399 型机电一体化系统总体概括 该自动化模拟生产线，较好地解决了在学校期间，只接触到以单元实验或 校外参观实习为主，一些大型的自动化控制站只能看不能操作，达不到理想的 教学效果的这个实际接触问题。 在设计该模拟生产线时，为了能反映计算机网络技术的迅猛发展及在控制 系统中的应用，采用了 MITSUBISHI 公司的 CC-LINK 现场总线控制系统，选 用了 MITSUBISHI 的 Q 系列 PLC 作主站、Fx-2n 系列作从站，配备了相应的编 程软件和监控软件。控制系统中包括 8 个从站点：上料单元、送料单元、加盖 单元、穿销单元、模拟单元（温度控制系统） 、检测单元、分检单元（气动机械 手） 、叠层立体仓库。 该套控制系统，建立了以工业现场控制为对象的实物模拟仿真系统，可很 好 地解决自动化及相关专业的在动手实践中所遇到的难题。 1.2 控制系统的组成 这条多站点连续生产线上的工艺过程如下： 上料单元（站点 1）：将工件主体送入下料单元入口。 下料单元（站点 2）：托盘是整个模拟生产过程的载体，托盘经传送带从此站 前端开始进入下料仓出口，先得到工件主体，沿传送带向下站运行。 加盖单元（站点 3）：托盘带装配主体进入本站后，通过摆臂机构摆动将上盖 装在主体中，放行，托盘带装配主体沿传送带向下站运行。 穿销单元（站点 4）：托盘带装配主体进入本站后，经直线推动机构，将销钉 准确装配到上盖与工作主体中，使三者成为整体，成为工件。销钉分 3 为金属和非金属两种。 模拟单元（站点 5）：工件进入本站检测到位后，进行加热和温度控制，完成 后，工件沿传送带向下站运行。 检测单元（站点 6）：工件进入本单元，进行销钉材质的检测（金属、塑料） 和工件标签的检测以确定工件是否合格，其中，贴标签为合格品，其余为不合 格品。本站的检测结果作为下两站动作的依据。 分检单元（站点 7）工件进入本站后，首先由短程气缸下落，皮碗压紧工件， 真空泵开关动作，排除皮碗内的空气，短程气缸上升，吸起工件让托 盘继续前进，工件由摆动缸转动 90，若是合格品则工件下落到传 送带继续沿传送带向下站运行；若是废品，则无杠缸横移将其投入废 品槽。 叠层立体仓库（站点 8）由升降梯与立体叠层仓库两部分组成，升降梯由升降 台和链条提升部分组成，由步进电机做驱动。可根据检测单元检测结果（金属、 塑料） ，按类将工件传送到立体叠层仓库中。 连续生产线示意图 由上边的工艺过程知，整条生产线共有 8 个站点，站点 1、2、3、4 主要完 成顺序逻辑控制，站点 5 实现对温度的调节，站点 7 为气动机械手的控制，站 点 8 则实现光电编码的检测和步进电机的控制。每个站点都独立地完成一套动 叠层立体仓库 站点 8 分检单元 站点 7 检测单元 站点 6 模拟单元 站点 5 穿销单元 站点 4 加盖单元 站点 3 废品道 备料单元 站点 1 下料单元 站点 2 图 1.1 连续生产线示意图 作，彼此又有一定的关联。为此，采用了 CC-LINK 总线技术，通过 1 个主站 Q 系列 PLC 和 8 个从站 Fx-2n 系列 PLC，并通过 MCGS 监控软件实现对整个 模拟生产线的控制。 1.3 总控电气部分 1.3.1 主控平台 主控平台由铝合金、T 型槽拼装而成，可以单独使用，也可以四面相互连 成一体，作为实验平台，整套生产线以此铝合金为基础平台进行各种实验。 1、总电源箱 1.1 单相断电路器： 电压 220V 电流 30A 1.2 漏电保护开关： 30mA 0.1S 1.3 单相国产插座： 220V 5A 1.4 急停按钮： 1.5 24V 直流电源： 24V 直流 棕为正；黑为负 2、总控制器 采用三菱 Q 系列可编程控制器 基本单元 Q00JCPU CHNT IOI ONFE 5 电池 Q6BAT CC-LINK 模块 输入/输出模块 3、 总电控按钮组合 1）复位按钮 2）启动按钮 3）停止按钮 4）急停按钮 图 1.2 电控按钮 4、总气源开关及气泵 气泵电源插入总电源箱单相 220V 插座，上电（合闸）气泵开始工作， 通过气泵上的总的气门开关调节气体通断，当气压达到 6Mpa 时，可以使用， 打开电源总气源开关，红色旋钮，气压达到 4Mpa 时，可以正常工作。 5、总报警指示灯 当黄灯亮时表示运行故障、紧急停车 当红灯亮时表示停止运行 当绿灯亮时表示正常运行 注：出现故障显示时应检查每个分站的情况，是否出现故障，有则排除，排除 后应再重新运行。 1.3.2 总控编程要求 按照总控制屏的接线图，电路图，检查电路连接是否正确，并再一次检查 各分站的总线通讯地址是否正确，根据前面实验的结果，编写整个生产线的程 序。 PC 机通过 CC-LINK 总线实现 Q 系列 PLC 与 FX2N 系列 PLC 的直接通讯。 本系统为单主多从型系统，由 Q 系列 PLC 作为系统主站，在工作时间内一直占 有总线的控制权，与网中的从站进行通讯，为主、从式通讯。 首先编写总站开关盒的控制功能： “复位按钮”：对各个分站进行初始化复位，所有标志位或计数器都将清 零，从新计算。 “启动按钮”：首先启动本套柔性生产线的底层传送电机，此时所有单元 都处于工作状态，然后根据托盘的位置，按顺序和各种 传感器的检测情况，进行相应的动作。当按下此按钮时 总站的三色指示灯的绿灯亮。 “停止按钮”：当按下此按钮时所有站的动作均处于停止状态，总站的三 色指示灯的红灯亮，按启动按钮可继续工作。 “急停按钮”：当遇到紧急情况，按下此按钮强制性的将各种设备处于停 止工作状态，总站的三色指示灯的黄灯亮，此时按其它 按钮均不起作用，只有当急停按钮旋起时，各种设备才 能正常工作。 表 1.1 输入输出端口定义表 形式 序号 名称 地址 输入 1 上限位 1 X000 2 下限位 1（复位） X001 3 左限位 1 X002 4 右限位 1（复位） X003 5 正转限位 1 X004 7 6 反转限位 1（复位） X005 7 止动气缸至位 1 X006 8 止动气缸复位 1 X007 9 备料检测 1 X010 10 手动/自动按钮 1 X026 11 启动按钮 1 X024 12 停止按钮 1 X025 13 急停按钮 1 X027 输出 1 上行电机 1 Y000 2 下行电机 1（复位） Y001 3 左行电机 1 Y002 4 右行电机 1（复位） Y003 5 正行电机 1 Y004 6 反行电机 1（复位） Y005 7 止动气缸 1 Y006 8 直流电磁吸铁 1 Y007 9 工作指示灯 1 Y010 1.3.4 PLC 的编程要求 1. 工件槽上的传感器检测到有工件，工作指示灯亮，启动电磁阀，气缸伸出， 同时气缸终端的电磁阀得电，将工件吸起。 2. 摆臂旋转 90 度。 3. 摆臂扬起。 4. 摆臂前进，对准下料单元送料口将工件放下，摆臂复位，工作指示灯灭。 5. 由于系统在整体控制过程中要和下料单元配合使用，所以在编程过程中应该 注意下料单元料仓内的情况，在给出的程序中采用上料单元入一个工件，启 动下料电机带动工件向下，当料仓外的传感器检测到工件后进行 3 秒延时， 下料电机停止。当底层有托盘时工件下落，此时可继续放入工件。如果料仓 中工件未出，则上料单元吸起工件运动到料仓上方等待。 上料单元程序： 9 图 1.3 控制部分的梯形图 2 组态部分 2.1 组态的总述 2.1.1 组态定义 在使用工控软 件 中，我们经常提到组态一词，组态英文是“Configuration”， 其意义究竟是什么呢？简单的讲，组态就是用应 用 软 件 中提供的工具、方法， 完成工程中某一具体任务的过程。 与硬件生产相对照，组态与组装类似。如要组装一台电脑，事先提供了各种 型号的主 板 、机箱、电源、 CPU、显示器、硬盘、光 驱 等，我们的工作就是用 这些部件拼凑成自己需要的电脑。当然软件中的组态要比硬件的组装有更大的发 挥空间，因为它一般要比硬件中的“部件” 更多，而且每个 “部件” 都很灵活，因 为软 部 件 都有内部属性，通过改变属性可以改变其规格（如大小、性状、颜色 等） 。 2.1.2 组态用途 在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序（如使用 BASIC , C , FORTRAN 等）来实现的。编写程序不但工作量大、周期长，而且 容易犯错误，不能保证工期。组态软件的出现，解决了这个问题。对于过去需 要几个月的工作，通过组态几天就可以完成。 组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的 概念最早出现在工业计算机控制中。如 DCS(集散控制系统)组态，PLC（可编 程控制器）梯形图组态。人机界面生成软件就叫工控组态软件。其实在其他行 业也有组态的概念，人们只是不这么叫而已。如 AutoCAD，PhotoShop，办公 软件(PowerPoint) 都存在相似的操作，即用软件提供的工具来形成自己的作品， 并以数据文件保存作品，而不是执行程序。组态形成的数据只有其制造工具或 其他专用工具才能识别。但是不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用 11 在实时监控的。组态工具的解释引擎，要根据这些组态结果实时运行。从表面 上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。 虽然说组态就是不需要编写程序就能完成特定的应用。但是为了提供一些 灵活性，组态软件也提供了编程手段，一般都是内置编译系统，提供类 BASIC 语言，有的甚至支持 VB。 2.2 组态软件 2.2.1 组态软件特点 组 态 软 件 在国内是一个约定俗成的概念，并没有明确的定义，它可以理解 为“组态式监控软件 ”。 “组态（Configure） ”的含义是 “配置”、 “设定” 、 “设置”等意思， 是指用户通过类似“ 搭积木 ”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需 要编写计算机程序，也就是所谓的“组态” 。它有时候也称为 “二次开发”，组态 软件就称为“ 二次开发平台 ”。 “监控（Supervisory Control） ”，即“监视和控制”， 是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理。 组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的 概念最早出现在工 业 计 算 机 控制中，如：DCS(集 散 控 制 系 统 ）组态、 PLC（可 编 程 控 制 器 ）梯形图组态；人机界面生成软件就叫 工 控 组态软件。在 其他行业也有组态的概念，如 AutoCAD，PhotoShop 等。不同之处在于，工业 控制中形成的组态结果是用在实 时 监 控 的。从表面上看，组态工具的运行程序 就是执行自己特定的任务。工控组态软件也提供了编程手段，一般都是内置编 译 系 统 ，提供类 BASIC 语 言 ，有的支持 VB，现在有的组态软件甚至支持 C# 高级语言。 组态软件大都支持各种主流工控设备和标准通信协议，并且通常应提供分 布式数据管理和网络功能。对应于原有的 HMI（人机接口软件，Human Machine Interface）的概念，组态软件还是一个使用户能快速建立自己的 HMI 的软 件 工 具 或 开 发 环 境 。在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委 托第三方编写 HMI 应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工 控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进 行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现使用户可以 利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展， 实 时 数 据 库 、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数 据 接 口 、对 I/O 设备 的广泛支持已经成为它的主要内容，监 控 组 态 软 件 将会不断被赋予新的内容。 2.2.2 组态软件产生的背景 “组态”的概念是伴随着集散型控制系统（Distributed Control System 简称 DCS）的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。在工业 控制技术不断发展和应用的过程中，PC（包括工控机）相比以前的专用系统具 有的优势日趋明显。这些优势主要体现在：PC 技术保持了较快的发展速度，各 种相关技术已经成熟；由 PC 构建的工业控制系统具有相对较低的拥有成本；PC 的软件资源和硬件资丰富，软件之间的互操作性强；基于 PC 的控制系统易于学 习和使用，可以容易地得到技术方面的支持。在 PC 技术向工业控制领域的渗透 中，组态软件占据着非常特殊而且重要的地位。 2.2.3 组态软件特点 随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对 工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域 的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。在开发传统的 工业控制软件时，当工业被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程 序，导致其开发周期长；已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而 使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵；在修改工控软件的源程序时， 倘若原来的编程人员因工作变动而离去时，则必须同其他人员或新手进行源程 序的修改，因而更是相当困难。通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实 际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好地解决传统工业控制软件 存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完成 最终的自动化控制工程。 组态（Configuration）为模块化任意组合。 13 通用组态软件主要特点： 延续性和可扩充性。用通用组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬 件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软 件的更新和升级； 封装性（易学易用） ，通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使 用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编 程技术） ，就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能； 通用性，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设 备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的 I/O Driver、开放式的 数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数 据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。 2.2.4 组态软件的功能 组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统 监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方 式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，它解决了控制系统通用性问 题。其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能， 并能同时支持各种硬件厂家的计算机和 I/O 产品，与高可靠的工控计算机和网 络系统结合，可向控制层和管理层提供软硬件的全部接口，进行系统集成。 组态软件通常有以下几方面的功能： （1）强大的界面显示组态功能。目前，工控组态软件大都运行于 Windows 环境下，充分利用 Windows 的图形功能完善界面美观的特点，可视化的 m 风格 界面、丰富的工具栏，操作人员可以直接进人开发状态，节省时间。丰富的图 形控仵和工况图库，既提供所需的组件，又是界面制作向导。提供给用户丰富 的作图工具，可随心所欲地绘制出各种工业界面，并可任意编辑，从而将开发 人员从繁重的界面设计中解放出来，丰富的动画连接方式，如隐含、闪烁、移 动等等，使界面生动、直观。 （2）良好的开放性。社会化的大生产，使得系统构成的全部软硬仵不可能 出自一家公司的产品， “异构”是当今控制系统的主要特点之一。开放性是指组 态软件能与多种通信协议互联，支持多种硬仵设各。开放性是衡量一个组态软 件好坏的重要指标。 组态软件向下应能与低层的数据采集设备通信，向上能与管理层通信，实 现上位机与下位机的双向通信。 (3) 丰富的功能模块。提供丰富的控潲功能库，满足用户的测控要求和现 场荽求。利用各种功能模块，完成实时监控 产生功能报表 业示历史曲线、实 时曲线、提侠报警等功能，使系统具有良好的人机界面，易于操作，系统既叫 适用于单机集中式控制、DCS 分布式控制，也可以是带远程遇信能力的远程测 控系统 （4）强大的数据库。配有实时数据库，可存储各种数据，如模拟量、离散 童、字符型等，实现与外部设备的数据交换。 （5）可编程的命令语言。有可编程的命令语言，使用户可根据自己的需要 编鸾程序，蹭强图形界面 （6）周密的系统安全防范，对不同的操作者，赋予不同的操作权眼，保证 整个系统的安全可靠运行。 （7）仿真功能捉供强大的仿真功能使系统并行设计，从而缩短开发周期。 15 2.3 组态画面的调试