基于plc电炉控制设计毕业论文

济南大学毕业设计 - I - 摘 要 台达 PLC 是将所有的功能模块集于一体，同时它还集成了 PLC 的可靠性高、抗 干扰能力强等特点。但是台达 PLC 的梯形编程语言方法要简单于其它 PLC 的汇编语 言，符合我们现在工厂工作人员的需求。而且，它是模块化同时还有自检功能，更 加方便我们的检测与维修。 组态王软件是中国自主研发的软件，被应用在我国的各行各业，从 1995 年组态 王 V1.0 的诞生到 2007 年的组态王 V6.53，期间经历一个逐渐适应的过程。 组态王软件是可以帮助我们更好的监控，生产流程和生流程的演示制作，可以 对于数据进行采集，还有被控制对象的动画效果，起到了实时监控的作用。而且它 还支持多种 PLC 系统，例如西门子、台达、三菱等。 电炉在工业生产中有着广泛的应用，我们对于电炉温度的控制也在各个行业要 求也各不相同，所以什么样的电炉决定着我们生产什么样的产品。然了对于温度控 制的要求，由于我们是对于金属物件加热，所以要求精度不是很高。所以我们就不 采用 PID 控制。 关键词关键词： 台达 PLC 组态王 电炉 PID 济南大学毕业设计 - II - ABSTRACT Delta PLC function blocks are all in one set , but it also integrates a high reliability of the PLC , strong anti-interference ability. But Delta PLC ladder programming language method is much simpler than other PLC assembly language , to meet the needs of our staff are now factory . Moreover, it is modular as well as self-test function , more convenient and our testing and maintenance . Configuration software is Chinas self-developed software that is used in our walks of life, from 1995 KingView V1.0 birth to 2007 KingView V6.53, through a gradual process of adaptation period . Configuration software can help us to better monitor the production process and raw demo making process , the data can be collected , as well as the controlled object animation , played the role of real-time monitoring . And it supports multiple PLC system, such as Siemens , Delta, Mitsubishi and so on. Furnace in industrial production has wide application , we are not the same for each furnace temperature control are required in various industries , so what kind of furnace determines what kind of products we produce . However, the requirements for temperature control , because we are heating the metal objects , so the required accuracy is not very high . So we do not adopt PID control. Keywords : Delta PLC configuration king furnace PID 济南大学毕业设计 - III - 1 前言前言.1 1.1 选题背景.1 1.2 国外国内研究现状国外国内研究现状.2 1.3 系统要求与工艺流程.2 2 硬件概述硬件概述3 2.1 PLC 简介简介3 2.2 PLC 结构结构4 2.3 PLC 类型类型4 2.4 PLC 简史简史5 3 软件概述软件概述5 3.1 组态王简介组态王简介.5 3.2 组态王和组态王和 I/O 设备设备6 3.2 组态王仿真方法组态王仿真方法.6 4 硬件的选型与设计硬件的选型与设计.6 4.1 PLC 控制的设计原则控制的设计原则 6 4.2 PLC 控制设计步骤控制设计步骤 7 4.3 PLC 型号与硬件配置型号与硬件配置 8 4.3.1 PLC 型号选定型号选定8 4.3.2 热电偶热电偶.9 4.3.4 可控硅可控硅.9 4.3.2 系统整体方案与硬件连接图系统整体方案与硬件连接图 .10 5 软件设计软件设计11 5.1 下位机程序说明下位机程序说明.11 5.1 程序截图程序截图.14 6 组态画面设计组态画面设计.16 6.1 组态工程的建立组态工程的建立.16 6.2 建立新的工程建立新的工程.16 6.2 建立工程画面建立工程画面.18 6.3 建立主画面建立主画面.18 6.3.1 建立趋势曲线画面建立趋势曲线画面.19 6.3.2 建立数据报表建立数据报表.21 6.3.3 建立报警窗口建立报警窗口.21 6.3.4 手动控制面板手动控制面板.22 7 7 组态系统运行组态系统运行.23 7.17.1 主画面运行23 7.2 实时趋势曲线.23 7.3 历史趋势曲线24 7.4 数据报表.25 7.5 历史报警窗口.26 7.6 退出组态王运行系统.27 济南大学毕业设计 - IV - 结结 论论.28 参参 考考 文文 献献 .29 致致 谢谢.30 1 1 前言 1.1 选题背景 随着科技不断的发展，工业对于温度控制需求也逐渐的增高，在加上个人计算 机的普及，计算机领域发展迅速，我们进入一个高速的信息时代，技术要求也在一 天天增加，导致我们对于控制要求更高。同时还要可以留有晋升的空间，便于我们 升级更新换代。计算机控制系统在这个方面就可以满足我们的要求，所以我现在的 工业之中运用了大量自动化装置，这也是紧跟着时代步伐的一种体现，工业化的今 天，我们享受着数字化、智能化给我带来的各种好处之外，我们也在生活生产之中 不断地提高着，我们的设备的技术水平和我们个人的技术水平，从而我们的进步加 快了生产过程的集成化，进一步提高产品质量，确保了生产的安全性与可靠性。所 以 PLC 应运而出，以自己过硬的性能，简单地控制，便于学习与读写，成为当下社 会我们正所需要的工具，让它在工业的各个领域里面充满了它的身影，PLC 成为工 业自动化三大支柱之一。 在当前的工业环境下，可能有时要面对各种各样恶劣环境，特别有些工业环境， 人为已经无法完成，然而 PLC 就是一个专门为工作在工业环境下应用而设计的数字 运算操作的电子装置。它采用可控编制程序储存器，然后在其内部完成存储执行逻 辑运算、顺序运算、计数计时和算术运算等一些我设定的操作指令，并通过模拟式 和数字式进行输入和输出，来达到控制各类型的机械或生产过程。PLC 的外围设备 都应按易于工业控制系统形成一个整体，易于扩展的原则设计。 电阻炉就是利用电流使炉内电热元件或加热介质发热，从而达到对工件或物料 加热的工业炉。电阻炉在机械工业中用于金属锻压前加热、金属热处理加热、粉末 冶金烧结和退火、低熔点金属熔化、砂型等。 组态王是一个监控系统软件，同时它也是一个新型的工业自动控制系统，它是 通过标准工业计算机软和硬件平台构成的集成系统，进而取代传统的封闭系统。同 时它还具有较强的强适应性、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。我 们通常把它们划分为三个层次结构加以区分，分别为控制层、监控层、管理层。其 中各个层次的功能如下所说：其中监控层主要起到一个上传下达的功能，在自动控 制系统对于现场控制是连接到控制层，对与画面的管理与操作室连接到管理层，以 便实现对于机械和生产流程的控制，并且可以在实际的操控中对控制系统完成对于 数据的上传、命令的通知的作用。在选择软件的时候尤其考虑这三个方面问题：画 面、数据、动画。 对监控系统实现功能分析是采用组态王系统进行设计的。组态王也为实验者提 供了可视化的实时监控画面，方便试验者对于实时现场监控。同时它充分利用 2 Windows 的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并且可以用动画方式清晰的显示 控制设备状态，组态王软件具有报警窗口、实时趋势曲线、历史趋势曲线等，可生 成各种报表。同时它还具有丰富的设备驱动程序与灵活的组态方式、数据链接功能。 1.21.2 国外国内研究现状国外国内研究现状 自从 70 年代以来，对于工业过程控制需要增加，在微电子技术和计算机技术快 速发展下和设计方法与自动控制理论发展推动下，国内国外温度的控制系统发展很 快，且在智能化大环境下，自适应、参数整定的方面取得的成果，这方面，以美国、 德国、日本、瑞典等国技术领先，生产出了一批商品化高、性能佳的仪器仪表温度 控制器，且在各行各业得到广泛应用。它们主要特点有： 1）适应于惯性大、滞后时间长等复杂的环境温度控制系统控制。 2）可以适应于难以建立温度控制受控系统数学模型系统控制。 3）可以适用于受控系参数时变、统过程复杂温度控制系统控制。 4）温度控制系统采用于自适应控制、模糊控制、自校正控制、人工智能等理论 在计算机技术、运用先进的算法也适应范围也很广泛。 5）温度控制器具有参数整定功能。可以借助于计算机软件技术，温度控制器具 有控制参数及特性进行自我整定功能。同时还具有自我学习功能。 6）温度控制系统具有控制精度高、抗干扰能力强、鲁棒性好的优点。目前，国 外温度控制系统与仪表正朝着高精度、智能化、小型化的方向发展。 国内的各个行业对于温度控制系统应用很广泛，但国内生产温度控制器来说， 总体发展水平不高，仍和日本、美国、德国这些先进国家的相比仍然有着比较大差 距。目前，我国在这方面水平还处于 20 世纪 80 年代中后期，成熟的产品主要以 “点位”控制及常规 PID 控制器为主，但是它只能适用于一般温度系统控制，不容 易控制滞后、复杂、时变温度系统。却能适应于较高控制场合的自适应和智能化控 制仪表，单国内还不十分成熟。 伴随着科学技术不断发展，人们对温度控制系统要求变得越来越高，因此，人 性化、智能化和高精度的温度控制系统是国内外发展的必然趋势。 1.3 系统要求与工艺流程 利用监控软件对工作现场温度进行监测，把现场实时数据传输到控制室，通过 监测画面对于电炉进行控制。当电炉温度达到设定报警温度，电炉停止加热，停止 5 分钟电炉门打开，把物料传送到冷却区，然后开始进料，电炉进行加热。由于是 对金属物件进行加热所以对于温度要求不高，所以将不采用 PID 控制。 3 图 1-1 热处理控制总图 图 1-1 为 PLC 热处理控制总图，金属物料通过进料门 A 门进料，在加热炉进行 加热，加热完毕通过进料门 B 门，到达传送装置，通过传送带传输到达出料门 C 门， 进入冷却炉等待到达常温状态，通过出料门 D。如果在加热过程中出现物料出现损 坏，通过进料门 B，到达事故门直接传输出去。 该系统流程：首先 A 门升起，金属物料由电机带动拉杆推入，到 B 门以后，由 B 门推杆推进冷却炉，再由 C 门推杆推到 D 门处，由 D 门拉杆推出来。 通过手动调整，将 A、B、C、D 四个拉杆回复至后限位，同时将 A、B、C、D 门 下降至下限位，出料口没有物料，完成自动流程初始状态；启动系统，A 门打开将 物料送入加热炉进行加热，待到温度达到设定值停止加热，等待 5 分钟，B 门打开 将物料传送至 C 门，C 门打开将物料推送至冷却炉，等待温度下降，B 门打开将物料 推送出去。如果出现故障进行检修，总停设备停止运行，进行人工检查、维修。 2 硬件概述硬件概述 2.1 PLC 简介简介 PLC 又被称为可编程逻辑控制器，它采用的存储器，是可以在其内部进行编程， 然后计算机对于内部存储的程序进行提取，从而让机器去执行我们设定的操作等指 令，而且我们也可以对其内部的程序进行提取，进行进一步的修改，让它去满足我 们的控制要求。PLC 的编程语言是梯形图，然而由于每个厂家生产的 PLC 不同，它 们汇编语言也有一定的差别，但是这种差别只是在汇编语言上的表现形式上，他们 的本质内容是没有变化的。所以我们在转换 PLC 的时候，要看它的所属的那种汇编 4 语言，然后把相应的东西转换过去就可以了。 同时现在的 PLC 还有通讯功能，可以实现数据信息的交换。我们未来的设想就 是把 PLC 与网络连接起来，让我们可以真正意义上的通过网络实现对 PLC 的控制， 让现在网络就可以是一个大的监控环境，而不是只是进行简单的数据交换，信息共 享等功能，实现真正意义上的自动化。 2.2 PLC 结构结构 PLC 的硬件部分由 CPU、输入输出模块、接口模块和电源模块等构成。PLC 的 CPU 就像我们人类的大脑，算是中枢模块，主要负责运算、计数、计时等功能， 在控制之中站着无比重要的位置。而其它模块就像我们的四肢和一些器官，听从 CPU 的指令，按照 CPU 的指令进行运转，输入输出模块主要负责传输作用，而不 是具体执行什么命令，但是它确实必不可少的，我们的电源模块就像后备保障中心， 为整个系统正常运行提供保障，特别是在断电的情况下。 2.3 PLC 类型类型 PLC 的类型可以按照大小划分、按照厂家划分和按照结构化分。 按照大小划分就是 PLC 的控制点数的多少进行划分的，控制点数小的一般为小 型机，控制点数在 500 以上，10000 点以下的我们叫做中大型机，而点数大于 10000 以上的就是超大型机了。 按照厂家划分就更加容易理解了，由不同公司生产的 PLC，它们的类型也不尽 相同，多多少少会有些差别，无论是性能还是质量价格上也会有所不一样，所以我 们进行设计的时候，一定要了解清楚我们的设计要求，然后实地考察，总后进行选 取哪种类型的 PLC。 按照结构划分，PLC 分为箱体式和摸款式两种类型。箱体式的一般为微型机、 小型机，因为箱体式把 PLC 的电源、内存、CPU、I/O 系统都集中在一个小箱里，一 个机箱就是一个完整 PLC，就可以实现控制。如果控制点数不足，还可以扩展箱体， 一个主箱体和若干扩展箱形成大的系统，从而实现对于多点控制。PLC 的模块式是 按功能划分成若干模块，如输入输出模块、电源模块、CPU 模块等。现在模块功能 趋于单一化，但是种类增多了，这样便于系统配置，让 PLC 得到更多的利用，已达 到更多的效益。 模块组成系统有三种方法： 1)没有底板，靠的是模块之间的接口直接连接，然后固定到相对应的导轨上， 这样比较紧凑。 2)安装底板，所有的模块固定在底板上，这样的方法比较牢靠，但是底板槽数 是有限的，槽数和实际模块数不统一，所以配置时可能有空槽。这样既浪费，又占 空间，还要把多余的槽块进行填充。 5 3)用机架替代底板，模块都固定在机架上。但是这种结构复杂，却更加牢靠。 所以一些特大型机都用这种结构。 4)台达的 PLC 是集所有模块于一体的。 2.4 PLC 简史简史 从 PLC 的出现到现在短短几十年间，PLC 的发展很是迅速。子 1968 年美国通用 公司提出新的控制要求以后，1969 年美国数字公司就研究成功，世界上第一台 PLC 诞生为 PDP-14，美国的通用公司是世界上第一个把 PLC 用在生产线上的公司，它的 成功应用标志着 PLC 首次在工业中使用。 20 世纪 70 年代初期，微处理器诞生了，它让 PLC 有了更多的功能，这个时候 就是真正意义上的控制编程器，因为这时它包含了运算和数据传送的功能。 20 世纪 80 年代初期，PLC 已经在这个世界上工业比较发达的国家得到广泛的应 用，而对于 PLC 的需求也日益增多，这也标志着 PLC 进入成熟期。 20 世纪 80 年代到 90 年代可以说是 PLC 发展最为迅速的年代，也可以说是上升 年代，因为个人计算机的发展也有巨大的带动作用，所以在以后的控制构成领域里 面，PLC 逐渐代替了 DCS 的统治地位。 20 世纪末期，为了适应行业的需求，满足行业生产要求，PLC 家族出现了两个 极端的发展，一个就是大型化还有一个就是小型化。同时还衍生出了一些新的功能， 便于人们更加方便的操作。 3 软件概述软件概述 3.1 组态王简介组态王简介 显示动态画面，实现人与控制设备的交互操作。 组态王软件是一种工业监控软件，融合了控制设计、工厂资源管理与现场操作 于一体，同时将企业内部各个生产系统和应用信息交换集中在一起，从而实现最优 化管理。还可以基于 Microsoft Windows XP/NT/2000 操作系统，用户还可以在企业 的网络各个层次所有位置都能第一时间获得系统实时信息。用组态王软件去开发工 业监控，就能大大增强用户对于生产的控制力、提高生产力和工作效率、增强产品 质量，从而减少成本和预料的消耗。它还试用单一设备生产运营与故障自诊断，网 络大型网络结构分布式集中监测控制管理系统的开发。 组态王软件的构成是由工程管理、运行系统和工程浏览三个部分组成。 工程管理器：工程管理器主要负责新工程创建以及已经存在的工程进行管理， 对于已经存在的工程进行搜索、备份、添加、和回复同时能实现数据词典导入与导 出的功能。 6 工程浏览器：工程浏览器是个管理工程开发设计的工具，并用于创建监测画面、 监测设备的相关变量、命令语言、动画链接、报警控制及设定运行系统的配置等的 工具。 运行系统：运行系统是工程运行界面，通过采集设备的通讯数据，显示动态画 面，从而实现人和设备控制的操作信息。 3.2 组态王和组态王和 I/O 设备设备 组态王软件是一个开放型的工业监测软件，它支持国内外常见的智能模块、变 频器、数据采集卡、智能仪表、PLC 等（如：欧姆龙 PLC、台达 PLC、三菱 PLC、西 门子 PLC、莫迪康 PLC、研华模块等）通过常规通信接口（如以太网、总线、串行方 式、GPRS、USB 接口方式等）进行数据通信。 组态王软件和 I/O 设备通信是通过调用*.d11d 动态库实现的，但是不一样的设 备、协议相对的动态库也不相同。所以工程开发人员没有必要关心动态库代码和设 备通信协议，只需要按照组态王提供的设备来定义向导就行，这样就能定义工程中 要用的 I/O 设备，还可以通过定义变量去实现和 I/O 设备的连接，这样对于用户来 说很简单又很方便。 3.2 组态王仿真方法组态王仿真方法 1)对图形界面进行设计，图形画面可以将抽象的感念模拟到工业现场与相应的 设备相连接。 2)构建数据库，就是创建一个具体数据库，通过这个数据库中的变量来表述被 控制对象的各种属性，例如温度、流量、水位等等。 3)建立动画连接，通过动画连接对画面上的图像进行动画模拟，模拟现场设备 的运行，同时可以让操控者可以通过监控进行控制。 4)打开组态王你所要监控的画面，运行系统进行实时监控。 4 硬件的选型与设计硬件的选型与设计 4.1 PLC 控制的设计原则控制的设计原则 1)最大限度满足被控制对象要求，使得充分发挥 PLC 功能，这是 PLC 设计中的 最重要一条原则。 2)确保 PLC 控制系统安全可靠，能够长期稳定运行，这也是设计 PLC 控制系统 重要原则。这要求工程师们从设计、元件选择、软件编程上全面考虑问题，从而确 保控制系统稳定运行，即使在非正常情况下也可以正常运行。 3)要求经济、简单、使用和维修方便，因为一个新的控制工程能提高产品数量 7 和质量，能带来巨大经济效益，但是新工程投入、设备维护、技术培训使得资金投 入增加。所以，在满足控制的要求下，一方面要不断的扩大工程效益，同样也要注 意不断降低工程成本。这样就要要求设计人员，不但要使控制系统简单、经济，也 需要使控制系统维护与使用方便、成本低，不要一味的追求自动化与高指标。 4)适应发展需要，因为科学技术的发展迅速，控制系统要求不断提高，所以设 计时要考虑到今后的控制系统发展与完善的需要。这样就要求设计者选择 PLC、I/O 点数、输入/输出模块和内存容量的时候，就要适当留有余量，从而满足今后生产需 要和工艺改进。 4.2 PLC 控制设计步骤控制设计步骤 由于 PLC 工作方式比较独特，所以 PLC 的设计有以下特点： 1)首先要确定被控制对象和控制范围，通过了解被控制对的基本要求，从而确 定要完成的动作顺序，总结出工作流程以及循环状态。 2)PLC 的型号选定，根据现场生产要求，研究被控制对象的复杂度，进而确定 I/O 类型和 I/O 点数的统计，列出报表。同时对于内存容量惊醒估计，留有余量便 于今后扩展但又不浪费资源。结合市场要求，实地考察，选用即实用性能又满足要 求的 PLC 机型。 3)硬件设计主要是根据选择的 PLC，了解其功能之后，结合实际情况，对外电 路进行设计，然后绘制电气控制系统的总装配图与接线图。 4)在硬件设计的时候同样也要着手软件的设计，软件的设计工作主要是按照控 制要求设计相对应的梯形图，这也是 PLC 程序编写的具体表现。在设计中要标明用 途，方便以后查阅。模拟调试是将设计好的程序，通过编辑工具下载到 PLC 控制单 元。在外接信号源加入测试信号，通过 观察各个指示灯的状态，来了解程序的运行 状况，在观察输入/输出是否满足条件，如果不满足条件，及时对于程序进行修改调 整，知道满足条件为止。 5)现场调试是在模拟调试完成之后，各项要求都符合条件的情况下，与现场设 备进行连接，查看现场运行情况，有不适合的地方及时修改， 。调试完成后把程序固 化在有长久记忆功能的储存器里，然后被分两份以上。流程图看 3-1 8 被控制对象及控制范围 PLC选型 I/O点数及内存估算 外部电路设计 PLC安装配线 硬 件 设 计 程序设计 现场调试 硬件调整软件调整 是 否满足 要求 投入运行 程序调试 软 件 设 计 3-1.PLC 控制设计步骤图 4.3 PLC 型号与硬件配置型号与硬件配置 4.3.1 PLC 型号选定型号选定 这里我们选用台达 PLC，台达 PLC 也可以叫做台达可编程控制器、台达可编程 等，台达 PLC 是专门为工业自动化设置的、可以实现数字操作运算的电子装置。台 达的编程存储器，可在内部实现逻辑运算、计时、运算、计数、顺序运算与算数运 算等操作指令，并且可以通过模拟是与数字式的输入与输出控制各类型的机械或生 9 产流程。台达 PLC 是将所有的外围设备集为一体，时期扩展功能更为简单原则设计 的。 台达 PLC 的特点有以下 6 点： 1)抗干扰能力强，可靠性强。 它的硬件措施：主模块采用超大规模集成电路，无触点电子存储器完成大量的 开关动作，I/O 系统的设计确保了通道保护与信号调理电路的完善。对 CPU、电源变 压器、编程器等主要硬件，用导磁性、导电性好的材料进行屏蔽，阻挡外界干扰。 对于输入电路及供电系统采取多种滤波方式。电源的保护与调整是对微处理器所需 要的+5v 电源进行多级滤波， ，采用集成电压调整，从而适应交流电网中的过电压、 欠电压与波动的影响。隔离措施是采用光隔离，有效隔离 CPU 和 I/O 接口之间的电 的联系。模块式的结构能使得在发生故障时，短时间修复。 软件措施：对于故障进行自检测功能，软件会定时的检查工作环境，例如欠电 压、过电压、电池电压过低、掉电及干扰信号等，以便及时的处理。信息的保护与 恢复是必不可少的，故障是不可避免的，发生故障时不会破坏 PLC 内部信息。然而 故障一旦解除机器就可以正常运转。设置警钟就是程序进入死循环就会立刻产生报 警。程序的检查与校验是程序一旦出现错误，就会立即报警，程序停止运行。后备 电池是如果遇到停电的时候，可以利用后备电池，确保信息不会丢失。 2)使用方便，通用性强。用户不需要自行设计硬件装置，因为设备包含各个类 型 PLC 品种的硬件装置，能满足控制系统，只要改变控制程序就可以。 3)适应面广，因为现在的 PLC 包含了各种功能，小到对于一台机器的控制，大 到可以控制一个生产过程。 4)易于编程。现在的 PLC 控制是采用梯形图的形式，可以直观清晰的表达出控 制要求，满足现在工厂工作人员的读图习惯。 5)设计时间减少了，施工量减轻了。因为 PLC 内部的软件代替了时间继电器、 中间继电器、计数器、运算器等器件，对于控制柜的要求也就减少了。同时因为是 模块化，所以维修起来更加便捷。 6)质量轻、体型小能耗低。PLC 是采用微电子设备，所以结构紧凑，牢固、质 量轻、体型小。 4.3.2 热电偶热电偶 热电偶分为多种类型，每一种的热电偶的功能各不相同，但是热电偶作为工业 中经常使用的测量温度的东西，一定要具备以下几点要求，1.对于温度的测量精度 一定要高，如果偏差大，将会导致许多问题。2.响应时间要短，以便能够快速的做 出反应。3.对于温度检测范围要广，并且可以进行连续检测。4.一定要可靠，耐使用 性强，容易安装。 PT100 为铂热电阻，它的阻值是随着温度变化而变化的。PT100 的 100 是指它的 温度在 0 度的时候，它的阻值为 100 欧姆。 10 4.3.4 可控硅可控硅 可控硅又称晶闸管，它具有三个 PN 结，四层结构的大功率半单体器件。它的体 积小，结构简单，功能强的特点使它成为比较常用的半导体。它被广泛用于电子产 品里面，其主要作用是逆变、变频、整流、无触点开关、调压。 可控硅在控制方面可以使器件从关闭或阻断状态转换为开启或导通状态，反过 来它可以使器件从关闭或阻断状态转换为关闭或阻断状态。现在的可控硅的额定电 流可以从几毫安到 5000 毫安以上，额定电压可达到 10000V 以上。 4.3.2 系统整体方案与硬件连接图系统整体方案与硬件连接图 计 算 机 PLCEM235 PT100 可控硅 锅炉 4-1 系统总图 UPZPY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7 S/S X0X1X2X3X4X5X6X7 输出Q 输入 计算机 （组态王） 温度模块 EM235 继电器 加热炉 加热带 A+A- 电传感器 B+B-C+C-D+D- ML+ A 保护开关 启动关闭 24V + - 24V - 24V + +2 24 4V V 台达输入 输出接口 4-2 硬件接线图 地址名称功能 X0 启动按键按下按键，开始运行 X1 开关按键按下按键，停止运行 X2 保护按键按下按键，停止加热 Y0 运行灯灯亮设备处于运行状态 Y1 停止灯灯亮设备处于停止状态 Y2 温度状态灯（正常）灯亮炉温处于正常状态 11 Y3 温度状态灯（报警）灯亮炉温过高，非正常状态 Y4 继电器灯亮电炉处于加热状态 4-3I/O 接口地址分布 5 软件设计软件设计 5.1 下位机程序说明下位机程序说明 本系统由系统结构与工艺流程图组成，它的工作方式有两种：一种是自动，一 种是手动。当遇到故障的时候可以直接总停，也可以切换到手动，对设备进行维修。 控制系统的程序有三个部分组成：自动程序、手动程序、公共程序。自动程序 是调用内部继电器工作，控制循环系统（5-1 流程图） 。手动程序是通过控制界面单 一的控制各个继电器进行运行。然而公共程序是对初始状态的检查。 控制系统的工作状态：自动/手动两种状态。 自动状态是系统初始化以后，等待进入自动流程，点击开始按钮。系统进入运 行状态，各个指示在执行到当前状态的时候运行。如果系统出现故障就会产生报警， 当故障得不到解决的时候，机器停止运转，发生故障的那个位置显示灯频闪红色灯 光，待到故障解除之后，点击报警信息消除，系统恢复自运行状态。如果物料发生 损坏，将自动通过事故门，将物料传送出去。 手动状态是通过操作界面，将工作方式调节到手动控制。按下 A 门开启，A 门 上升，当松开时或 A 门达到限位时自动停止，推杆将物料送进加热炉内，然后退出， 按下 A 门下降，当松开时或达到下限位时自动停止。其它门的操作也是如此。 12 运行 自动 手动 或暂停 自动 开始 单一运行 A门开启 上限 保护超时 停止、A门报警 A杆进料 限位 保护超时 停止、A门报警 加热炉 温度检测 下限 保护超时 停止、A门报警 A门关闭 B门打开 上限 保护超时 停止、B门报警 B门出料 限位 保护超时 停止、B门报警 B门关闭 下限 保护超时 初始化 停止、B门报警 13 C门打开 上限 保护超时 停止、C门报警 C门进料 限位 保护超时 停止、C门报警 C门关闭 下限 保护超时 停止、C门报警 D门打开 上限 保护超时 停止、D门报警 D门出料 限位 保护超时 停止、D门报警 D门关闭 下限 保护超时 停止、D门报警工艺流程循环一次 设定 时间 总机 停止 结束 14 5-1 控制流程图 5.2 程序截图程序截图 BOOL 输入备注 BOOL 输出备注 M4SBA1 A 门后限位开关 Y4SEA1 A 门进 M5SBA2 A 门中限位开关 Y5SEA2 A 门出 M6SBA3 A 门前限位开关 Y6SEA3 A 门进灯 M7SBA4 A 门上限位开关 Y7SEA4 A 门出灯 M8SBA5 A 门下限位开关 Y10SPA1 A 门上 M9SQA1 手动 A 门进开关 Y11SPA2 A 门下 M10SQA2 手动 A 门出开关 Y12SPA3 A 门上灯 M11SQA3 手动 A 门上开关 Y13SPA4 A 门下灯 M12SQA4 手动 A 门下开关 Y14SPB1 B 门上 M13SBB1 B 门上限位开关 Y15SPB2 B 门下 M14SBB3 B 门下限位开关 Y16SPB3 B 门上灯 M15SQB1 手动 B 门上开关 Y17SPB4 B 门下灯 M16SQB2 手动 B 门下开关 Y40SEB3 B 门进灯 M17SQB3 手动 B 门出开 关 Y43SEB4 B 门出灯 M18SQB4 手动 B 门进开关 Y20SEB1 B 门进 M19SBB1 B 门后限位开 关 Y21SEB2 B 门出 M20SBB2 B 门中限位开关 Y22SEC1 C 门进 M21SBB3 B 门前限位开关 Y23SEC2 C 门出 M22SBC1 C 门后限位开关 Y24SEC3 C 门进灯 M23SBC3 C 门前限位开关 Y25SEC4 C 门出灯 M24SQC3 手动 C 门出开关 Y26SPC1 C 门上 M25SQC4 手动 C 门进开关 Y27SPC2 C 门下 M26SBC1 C 门上限位开关 Y41SPC3 C 门向上灯 M27SBC3 C 门下限位开关 Y42SPC4 C 门向下灯 M28SQC1 手动 C 门上开关 Y30SED1 D 门进 M29SQC2 手动 C 门下开关 Y31SED2 D 门出 M30SBD1 D 门后限位开关 Y32SED3 D 门进灯 M31SBD2 D 门中限位开关 Y33SED4 D 门出灯 M32SBD3 D 门前限位开关 Y34SPD1 D 门上 15 M33SBD4 D 门上限位开关 Y35SPD2 D 门下 M34SBD5 D 门下限位开关 Y36SPD3 D 门向上灯 M35SQD1 手动 D 门进开 关 Y37SPD4 D 门向下灯 M36SQD2 手动 D 门出开 关 Y70SEE1 事故门进 M37SQD3 手动 D 门上开 关 Y71SEE2 事故门出 M38SQD4 手动 D 门下开 关 Y72SEE3 事故门进灯 M39SQE1 手动事故门进开 关 Y73SEE4 事故门出灯 M40SQE2 手动事故门出开 关 Y74SPE1 事故门上 M41SQE3 手动事故门上开 关 Y75SPE2 事故门下 M42SQE4 手动事故门下开 关 Y76SPE3 事故门上灯 Y77SPE4 事故门下灯 MO SB 启动启动开关开关 M1 SB 暂停 M2 SB 总停 M3 SB 手动手动状态 M50QD1 加热开关开 Y50QB1 加热器开启 M51QD2 即热开关关 Y51QB2 加热器关闭 M60WB1 温度检测开关开 M61WB2 温度检测开关关 D10 设在存储器 的温度值 5-2 程序命名点 16 5-3 程序截图 5.3 运行结果说明运行结果说明 自动程序：当按下启动按钮，程序运行，A 门上升，当 A 门上升到上限位的时 候，推料杆开始进料，进料完毕开始，推料杆处于中限位，推杆退出 A 门开使下降， 当推杆达到后限位，A 门下降至下限位，炉内开始进行加热。当温度达到设定温度 的时候，停止加热延时 300 秒后，B 门打开，当 B 门上升到上限位的时候退料杆把 托盘拉出，B 门开始下降，退料开始恢复原位，当 B 门下降到下限位时。同时触发 启动按钮，让上述程序继续执行。通过传送带将物料至 C 门，C 门开始上升，C 门上 升至上限位，推料杆进。C 门下降，推料杆出。D 门上升，上升至上限位，推料杆推 出，D 门下降，推料杆进。 手动程序：当按下 A 门上升开关的时候，A 门上升。按下 A 门下降开关时,A 门 下降。当按下 A 推杆进的时候推杆进，按下 A 推杆出的时候，A 推杆出去。当按下 B 门上的时候，B 门上。按下 B 门下的时候，B 门下降。当按下 B 推杆进的时候推杆 17 进，按下 B 推杆出的时候，B 推杆出去。当按下 C 门上升开关的时候，C 门上升。按 下 C 门下降开关时 C 门下降。当按下 C 推杆进的时候推杆进，按下 C 推杆出的时候， C 推杆出去。当按下 D 门上的时候，D 门上。按下 D 门下的时候，D 门下降。当按下 D 推杆进的时候推杆进，按下 D 推杆出的时候，D 推杆出去。 6 组态画面设计组态画面设计 6.1 组态工程的建立组态工程的建立 我们用的是亚控公司“组态王 6.5”软件。我们需要用组态建立一个工程，一 般分为以下步骤: 1） 建立新的工程，给新的工程创建一个目录和工程需要存放的文件路径。 2） 设定硬件设备添加工程变量，并且设定所需的变量，里面包含 I/O 变量与 内 存变量。 3） 制作图形画面的动画链接，按照工程的实际需要来设定，被控对象动作要求。 4） 写命令语言，通过脚本语言书写完成控制需要。 5） 运行程序，运行画面、历史数据 、实时报警、趋势曲线等。 6) 保存工程。 6.2 建立新的工程建立新的工程 1）在组态王中建立新的工程，只要在组态王的工程管理其中点击新建按钮，就 会弹出新建工程的向导，这时只需要单机下一步就可以了。然后紧接着出现选择工 程路径，可以通过浏览选择工程需要保存信息的路径，点击下一步会出现工程名称 和工程描述，这时候就对于工程名称进行命名，工程描述是对与工程的介绍。然后 会出现是否设置为当前工程，点击确认就行。 18 6-1 工程画面 2）工程浏览器是组态王 6.52 的开发环境，这个界面我们能看到文件、数据库、 画面、设备、数据库等他们以树形结构显示在工程浏览器窗口的左侧。 6-2 工程浏览器画面 3）定义数据变量与外部设备。组态王的外部硬件设备包括 PLC、模块、板卡、 变频器、仪表等；外部软件设备包括 OPC、DDE 等程序。通信连接方式有以太网、串 行通信、专用通信等。 我们点击左侧的设备，然后点击 COM1 或 COM2 会出来设备配置导向，我们点击 PLC，最下方找到亚控点击，找到仿真 PLC 点击，按照提示进入逻辑名称，可以自主 命名，点击下一步，我们选择串口，定义你所需要连接的串口，设备地址、通讯参 数，通讯参数里面，尝试恢复间隔就是，就是通讯连接失败每个多长时间尝试重新 连接，最长恢复时间就是连续尝试连接多长时间还不成功，就默认通讯连接失败。 如果把最长恢复时间设置为 0 就是永远尝试连接，最后我们点击就完成了变量定义。 19 6-3 参数设定画面 6.2 建立工程画面建立工程画面 1)进入工程管理器里面，点击画面右面的“新建” ，在新建画面里面可以设置画 面属性，画面属性里面包含画面名称、对应文件、注释、画面位置、画面风格。画 面位置是设置我们的画面的高度、长度以及所处的位置。在画面风格里面我们可以 选择画面的背景颜色、类型等。 2)新建变量，需要实现组态王对台达 PLC 的监控，就必须建立它们之间的连接， 建立它们之间的连接就需要建立它们的数据变量。组态王的基本变量分为内存变量 与 I/O 变量两类。I/O 变量是组态王自己内部的变量，不可以和设备进行交换。然 而 I/O 变量可以进行之间的数据交换。台达 PLC 与组态王的数据是双向交换的，一 边发生变化，另外一边也会跟着发生变化。 在台达 PLC 中的 T11 我们来储存当前温度的实际值，规定温度大于 90 度机器就 停止加热， ，在此之前规定温度为多少就产生低报警，多少高报警。这个温度值我们 可以根据实际情况而进行设定。 6.3 建立主画面建立主画面 20 6-4 主画面 在这个画面里面，仿真与设备实物连接，我们通过设置的开关来控制控制系统 的开启与关闭。指示灯中绿色按钮旁边显示着开始和关闭，与 M0 与绿色状态表示系 统正在运行，红色则代表着运行停止。加热炉上面的指示灯代表着加热状态。加热 炉左边那个是炉内温度显示器，加热炉右边的就是组态中对应的设定温度限度，也 是与系统的比较值。底下有当前温度和设定温度，我们也可以通过它进行监测温度 变化。最底部有实时趋势曲线、历史趋势曲线、历史报警窗口、数据报表窗口、参 数监控窗口方便我们对于数据实时监测和信息的查看。 6.3.1 建立趋势曲线画面建立趋势曲线画面 我们在工具箱中找到实时趋势曲线，然后点击在画面中建立获得。实时趋势曲 线顾名思义就是在系统运行的情况下，随着时间的变化曲线也随着定义的变量进行 变化，但是没有办法查询过去的历史信息。一个画面最多只能设置四条曲线，我们 只需要两条曲线就可以了，绿色曲线的代表设定温度值，而红色曲线代表当前温度 值。方框的 Y 轴我们设定的是温度的百分比，X 轴方向代表的是时间的跨度曲线。 21 6-5 实时趋势曲线画面 我们的历史趋势曲线可以在图库中得到。历史趋势曲线的功能就是查询过去的 运行情况，历史趋势曲线和实时趋势曲线一样只能定义 8 条曲线，由于我们实时趋 势曲线是两条这里也是，历史趋势曲线实现建立的两个内存变量，分别为举动百分 比与调整跨度，调整跨度也就是画面的时间跨度，以秒为单位，我们在这里输入的 是 600 秒，表示跨度位 10 分钟。卷动百分比是为控制一次时间跨度而设定的，最小 值为 0，最大值为 100。我们图中的 X 轴代表时间，Y 轴代表百分比。 6-6 历史趋势曲线画面 22 6.3.2 建立数据报表建立数据报表 建立实时数据报表，数据报表的功能是记录生产过程的数据信息、状态等，同 时也是对于数据记录的另外一种形式。数据报表也可以实际检测系统运行，也可以 长时间监测运行情况。 在组态王画面的工具向里面我们找到“报表工具” ，然后在画面中绘制数据报表 就行了，我们的数据报表和 office 报表也差不多，双击报表灰色部分，我们在弹出 的画面中命名控件名称“实时数据报表” ，设定报表的行数与列数。 设置报表的日期与时间：在 A2、F2 中输入日期，然后点击单元格输入“=本 站点$日期”和“=本站点$时间” ，这样在系统运行时候，A2 中就显示现在的日 期，F2 中就显示现在所处的时间。 定义变量值与实际值：同样 A3、A4 中输入当前温度和报警温度，然后再单元格 中输入“本站点当前温度”和“本站点报警温度” ，这样程序运行的时候就会 显示当前温度与报警温度。 6-7 数据报表 6.3.3 建立报警窗口建立报警窗口 报警窗口可以在工具箱中找到，然后在画面中建立报警窗口就可以了，报警窗 口主要实现的功能是，对于运行的故障进行报警。在这里我们主要监控的是温度报 警，当温度超过限定值的时候就会触发报警，我们在报警窗口就可以看到。还有在 系统运行时，系统报警实时报警窗口就会弹出。所以实时报警窗口不应设的过大， 应该比较小。我们要在画面属性打开，定义类型为“覆盖式” 。在命令语言中，输入 showpicture(“实时报警窗口”)；定义本站点$新报警=0;，正当程序运行的时 候，如果温度达到报警值以后，实时报警界面就会自动弹出。 23 6-8 报警窗口 6.3.4 手动控制面板手动控制面板 手动控制面板是通过组态王对于电炉人工操作的监控界面，它主要是对电炉进 行人为操作，断开自动控制系统，在这个面板里面我们可以对于每个炉门进行单一 控制，方便了我们对于电炉的调试与维护。看下面的的界面，分为门的控制和推杆 控制，门的控制主要包括对于门的上升与下降，推杆的控制主要包括对于推杆的进 退。事故门主要是在物料损坏的时候直接退出用的。 24 6-9 手动控制画面 7 组态系统运行 7.17.1 主画面运行 该画面是系统运行的控制主画面，在这个画面里面我们可以看到温度表当前温 度为 10 度，设定温度表也处于 10 度，加热炉处于加热状态，开关处于开启状态， 当前温度显示为 10 度，我们对于温度的设定温度为 90 度。当温度达到这个温度的 时候就会自动停止加热，画面中的绿色按钮变为红色代表，加热系统关闭。等待下 一个循环系统，开关开启加热炉加热。下面的实时趋势曲线、历史趋势曲线、历史 报警窗口、数据报表窗口、实时报警窗口、参数监控窗口。我们点击就会切换到当 前的那个画面。 在这个画面里面我们还可以对设定温度进行调节，在这里是为了方便我们检测。 所以我们设定的温度不高。 7-1 系统运行时监控画面 7.2 实时趋势曲线 在画面中我们可以看到两条曲线，绿色的那条为我们设定的温度值，而红的那 条曲线为我们当前温度的运行值。我们可以看到绿色的那条曲线，保持一条直线状 态，因为它是我们设定的限制，当温度达到这个限值的时候，就不在加热，温度就 不会再增加，所以我们在画面中可以看到，当红色曲线和绿色曲线相交的时候，就 25 会与绿色曲线重合不再增加。这个实时趋势曲线界面，可以更加直观的让我们观测 温度的变化。从而更好地对于炉内温度有更加好的调节。 7-2 实时趋势曲线监控画面 7.3 历史趋势曲线 在历史趋势曲线中，我们将设定温度命名为报警温度，同时我们将报警曲线变 为红色，实时曲线变换为绿色。在历史画面中我们可以看到我们可以看到 600 秒， 两边有前进后退的按钮，它的作用就是方便我们查看历史趋势曲线。它的进度值 600 秒，这个可以自行调节。最下面我们可以看到在那个时间的温度数值，只需将 左右两边的画标拖动到你想看的那个曲线的地方