毕业设计（论文）-基于WINCC的PLC测量工件毕业设计.docx

沈阳理工大学学士学位论文摘 要本文以枪管长度的检测为例，简单的介绍了关于博途 PLC1200与WinCC (TIA portal)的通讯系统设计以及检测系统的编程。该系统通过TCP （Transmission Control Protocol 传输控制协议）协议进行通讯，实现了上位机对下位机的可编程物理存储区的访问。用户们可以通过人机界面读取到编程控制器的各种数据，通过WinCC (TIA portal)还可以将数据进行整理，生成趋势图、表格等。这样不仅可以对枪管的实时长度有准确的掌握，还可以对生产线的生产趋势有进一步的了解。该系统使检测线更加信息化，工人们能时刻掌握产品的准确信息，并作出判断。通过该系统的实时监控，以及准确的数字采集，并附有人性化的人际交流界面，使得检测线的生产质量及效率都有了大大的提高。关键词：WinCC；可编程控制器；TCP通讯协议AbstractThis paper, which is based on detection about the length of the barrel as an example, was a brief introduction about the TIA portal PLC1200 programming and WinCC (TIA portal) communications system design and detection systems.The system through TCP (Transmission Control Protocol) to communicate, and had achieved the PC access to the programmable physical storage area of lower machine. Users can read a variety of data of the programmable controllerthrough the man-machine interface. By the WinCC (TIA portal), they can also organize the data to generate trend graphs, tables and so on. Not only had it an accurate grasp about the real-time length of the barrel, but also had a better understanding about the production trends of production line. The system made the detection line more information, and workers can always have accurate information about the production, then to make a judgment. Through the real-time monitoring of the system, the accurate data acquisition, as well as the humane of interpersonal communication interface, the system made the production quality and efficiency of the inspection line have been greatly improved.Key words: WinCC; PLC; TCP protocol目 录1 绪论11.1 概述11.2 枪管长度检测系统的发展11.2.1 枪管长度检测系统的历史11.2.2 枪管长度检测系统现状和发展趋势21.3 本课题研究的主要内容和意义21.3.1 本课题研究的主要内容21.3.2 本课题研究的主要意义22 枪管长度检测系统结构与总体设计32.1 枪管长度检测系统基本原理32.1.1 枪管长度检测系统的基本原理32.1.2 枪管长度检测系统的流程32.2 枪管长度检测系统的层次分析42.3 硬件构架设计42.4 软件构架设计42.5 WinCC与中层PLC的通讯方式52.6 小结53 枪管长度检测系统整体技术63.1 枪管长度检测系统的下位机介绍63.1.1 S7-1200 PLC发展简单介绍63.1.2 S7-1200 PLC CPU的介绍63.1.3 S7-1200 PLC其它组件简单介绍73.1.4 S7-1200 PLC功能块93.1.5 S7-1200 PLC变量103.2 编写枪管长度检测系统的程序103.2.1 枪管长度检测系统设计程序要求及内容103.2.2 PLC控制系统设计与编程的具体方案103.2.3 枪管长度检测系统的控制任务分析103.2.4 孔子系统的输入输出地址定义103.2.5 输入输出接线图133.2.6 软件使用简单介绍133.2.7 编译梯形图173.2.8 变量的添加及应用213.3 枪管长度检测系统下位机的通讯设置233.3.1 IP地址及CPU的子网添加233.3.2 PLC下载及前期通讯243.4 枪管长度检测系统上位机人机界面组态263.4.1 上位机界面WinCC介绍273.4.2 人机界面组态具体步骤283.5 上位机与下位机的通讯373.5.1 STEP7的通讯设置373.5.2 TCP协议介绍及PG/PC通讯设置394 枪管长度检测系统的模拟实验404.1 实验目的404.2 实验内容404.3 实验步骤404.3.1 进行检测系统的上位机与下位机通讯系统连接404.3.2 系统采样并传送到上位机404.4 实验总结41结论42致谢43参考文献44附录A：英文原文45附录B：中文翻译51IV沈阳理工大学学士学位论文1 绪论1.1 概述随着信息平台的高速发展，信息技术已经覆盖了整个市场。越来越多的企业引进了数字化信息化的产品。其中自动化领域已经深入各行各业。从现场设备到控制层、管理层，企业需要有一套完整的有层次的自动化网络控制平台。WinCC(TIA portal)是西门子公司旗下的一款被集成到博途软件里面的上位PC软件，它是使用WinCC Runtime Advanced 或SCADA 系统WinCC Runtime Professional可视化软件组态 SIMATIC面板、SIMATIC 工业 PC 以及标准 PC 的工程组态。WinCC (TIA Portal)有 4 种版本：WinCC Basic、WinCC Comfort、WinCC Advanced、WinCC Professional。本次设计所用产品为WinCC Professional。它可以在个人计算机上运行，具有丰富的可设置项目、菜单选项和可视窗口，使用方式灵活，功能齐全。该产品提供了良好的组态界面，用户可以在该软件上组态各种包括控制界面、报警界面、监控界面、监视界面、趋势图、打印报表、历史数据，以及动态画面等。用户可以很好的通过该产品组态界面，形成的界面图文并茂、形象直观，大大的提高了工作效率。同时它可以与各种下位机编程软件进行通讯，建立良好的人机交换界面，满足用户所需。1.2 枪管长度检测系统的发展1.2.1 枪管长度检测系统的历史随着自动化技术在各行各业的深入，各行业对安全生产及产品质量检测的要求也在逐步提高。尤其是车间里对单品的长度检测，在技术进步的同时，对安全生产和产品质量的要求也有所提高。枪管的单长检测对生产的质量有着很大的影响。过去，车间里对枪管长度的检测多采用人工测量，这样不但耗费大量的劳动力，而且在生产效率和质量上难以保证，而这个问题也一直阻碍着枪管质量的提升。所以现在化工厂对人工检测系统进行了革命性的改革，化人工检测为全自动化检测。1.2.2 枪管长度检测系统现状和发展趋势全自动化检测系统是基于PLC1200编辑而成，同时可以制作以自己的电脑为载体，运行于个人电脑的上位机人机界面。全自动化检测系统可以准确的检测工件的长度，并把工件长度值准确无误的显示在人机界面，供用户对数据进行实时监控，做出分析。目前车间的生产检测仍然依靠人工手动检测，因此自动化检测系统的研究不但减小了劳动力的成本还在提高了生产效率的同时提高了产品质量，对整个生产线实现现代化起到了重大的意义。1.3 本课题研究的主要内容和意义1.3.1 本课题研究的主要内容随着自动化技术的不断发展，自动化生产对控制以及数据的实时传输有着更高的要求，为满足这一要求本次设计采用了WinCC通过 TCP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）协议与S7-1200 PLC CPU的以太网进行通讯，对检测系统进行升级改良。重点在于研究上下位机的以太网通讯、网络组态、对WinCC的组态以及如何完成对数据的实时监控。1.3.2 本课题研究的主要意义在自动化技术日益膨胀的今天，工厂的生产从车间到管理层都不断的向着自动化的方向发展。由以前的人工检测车间变成由一个人操控的自动化生产车间；从密集型车间转型为自动化技术型车间。运用PLC编程对工件长度进行检测，同时运用WinCC对PLC进行远程操控，并对数据实时读取和分析。从某种意义上来讲，车间实现了自动化的同时也简单了生产过程，减少了人力消耗，为生产争取更大的利益。2 枪管长度检测系统结构与总体设计2.1 枪管长度检测系统基本原理2.1.1 枪管长度检测系统的基本原理枪管的长度可以直接影响到一把枪的射击数据及效果。每把枪都有自己固定的尺寸长度，这个长度把枪的性能发挥到最佳状态。枪管长度过短火药没能燃烧充分，子弹无法达到最大射程，枪管长度过长导致动力不够，子弹无法达到射击目标。为了满足对枪管长度的检测，并且能够实施规模生产，本次设计采用了机械部分进行测量，利用电涡流传感器对枪管长度进行长度尺寸的检测。电涡流传感器能够实现静态和动态非接触、高线性度、高分辨力测量被测金属距探头表面距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。电涡流传感器具有长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高等优点。工作原理如图2.1所示。所以在测量中能够准确的测出枪管长度，并转变成电压形式传送给下位机。经过下位机处理得出数据并实时传送给上位机，同时做出动作。图2.1 电涡流传感器工作原理2.1.2 枪管长度检测系统的流程枪管长度检测系统的基本流程：启动系统后，工位里面有工件以后，将传感器固定，由凸轮转动带动探杆触动检测限位开关以后传感器开始采集电压。通过编辑程序多电压信号进行采集，每2ms对所采集的数据进行一次读取。为了避免电压跳变发生错误给测量精度带来影响，将读取的数据同之前的数据进行对比，取出最小值通过一系列计算得出工件实际单长。并与实际工艺尺寸进行比较，合格品采取保留，过长或者过短产品进行剔除，随后将进行下一工件检测。2.2 枪管长度检测系统的层次分析整个检测系统可以分为机械动作传感器采集数据部分、PLC控制部分、WinCC监视与控制部分，这三个部分构成了整个检测系统。其中PLC1200 CPU作为下位机，电脑及WinCC作为上位机。WinCC Professional作为监控层，它可以从下位机提供的数据转换到WinCC数据库里面获取到关于去枪管长度的信息，同时也可以在面板上对下位机进行设置，并且将设置的数据传送到下位机PLC中，PLC再对所设定的数据进行执行操作。WinCC组态的面板可以实时提供当前的生产情况，其中包括当前产品检测情况、近期十个工件情况、设备的正常运转情况。同时在运行过程一旦出现状况可自动报警并且排除状况，能最大限度的保证生产的正常运行。PLC部分采用的是PLC1200，本次设计应用的PLC为六进四出和有两个模拟量输入的PLC。机械和传感器部分通过I64I66两个模拟量输入口把采集的电压输入到PLC中。而PLC则进行一些必要的计算然后把整理好的数据以及需要的数据传送到WinCC的变量块里面，最后传送到人机界面上。在通讯过程中需要通过TCP/IP等通讯协议才能完成2.3 硬件构架设计本次设计涉及到的硬件主要有一下几个：电涡流传感器西门子S7-1200PLC(CPU)IE网卡2.4 软件构架设计本次设计涉及到软件主要有以下几个：WinCC Professional V13TIA Portal V132.5 WinCC与中层PLC的通讯方式在WinCC V7.0及7.0以前的版本中没有与S7-1200 PLC CPU通信的驱动，所以WinCC与S7-1200 PLC CPU之间只能通过以太网通信，通过OPC协议实现。在TIAPortal V13这个版本里面已经集成了WinCC Professional V13。所以通讯只需要通过TCP协议并且设定哈珀PG/PC网络接口，并使用IE网卡与PLC进行物理连接这种方式进行通讯。2.6 小结本章主要介绍了该检测系统的基本构架、组成及其通讯方式。确定本次设计的软件、硬件的基本使用情况。确定了WinCCProfessional V13 和TIA Portal V13的通讯方式。3 枪管长度检测系统整体技术3.1 枪管长度检测系统的下位机介绍3.1.1 S7-1200 PLC发展简单介绍西门子SIMATIC系列PLC，诞生于1958年，经历了C3，S3，S5，S7系列，已成为应用非常广泛的可编程控制器。本次设计使用的为S7-1200 PLC。新的模块化SIMATIC S7-1200控制器是我们新推出产品的核心，可实现简单却高度精确的自动化任务。SIMATIC S7-1200控制器实现了模块化和紧凑型设计，功能强大、投资安全并且完全适合各种应用。可扩展性强、灵活度高的设计，可实现最高标准工业通信的通信接口以及一整套强大的集成技术功能，使该控制器成为完整、全面的自动化解决方案的重要组成部分。S7-1200 PLC主要有CPU模块(简称CPU)、信号板、信号模块、通信模块和编程软件组成，各种模块安装在标准的导轨上，通过CPU模块或者通信模块上的通信接口，PLC被连接到通信网络上，可以与计算机、其它PLC或其它设备进行通信1。3.1.2 S7-1200 PLC CPU的介绍 S7-1200可编程逻辑控制器(PLCProgrammable Logic Controller) 提供了控制各种设备以满足您自动化需要的灵活性和强大功能。S7-1200 设计紧凑、组态灵活且具有功能强大的指令集，这些特点的组合使它成为控制各种应用的完美解决方案。CPU模块主要由微处理器(CPU芯片)和存储器组成。CPU将微处理器、集成电源、输入电路和输出电路组合到一个设计紧凑的外壳中以形成功能强大的PLC。在您下载用户程序后，CPU将包含监控应用中的设备所需的逻辑。CPU根据用户程序逻辑监视输入并更改输出，用户程序可以包含布尔逻辑、计数、定时、复杂数学运算，同时它还集成了PROFINET以太网接口用于编程计算机、HMI(人机界面)、其它PLC通信。此外还可以通过开放的以太网协议支持与第三方设备通信。并且有多种安全功能可用于保护对 CPU和控制程序的访问：每个CPU都提供密码保护功能，用户通过它可以组态对CPU功能的访问，也可以使用“专有技术保护”隐藏特定块中的代码。CPU 提供一个 PROFINET 端口用于通过 PROFINET 网络通信。还可使用通信模块通过RS485 或 RS232 网络通信这些特征和功能可帮助用户针对不同的应用创建有效的解决方案。有关特定CPU 的详细信息见表3.1。图3.1S7-1200PLC的CPU3.1.3 S7-1200 PLC其它组件简单介绍信号板：每个CPU内可以装一块信号板，信号板不会改变CPU体积，通过信号板(SBSignal Board) 可以给CPU增加I/O，可以添加一个具有数字量或模拟量I/O的SB。SB连接在CPU的前端。信号模块：信号模块可以给CPU增加附加功能，通常安装在CPU的右侧。信号模块简单的分为数字量模块和模拟量模块。数字量输入模块可以接收选择开关、限位开关、按钮、光电开关等。数字量输出可以控制电磁铁数字显示等多种装置。模拟量输入用来接收各种电压电流信号或温度信号。模拟量输出模块可以调节变频器、电动调节阀等执行器。通信模块：S7-1200 CPU系列提供了通信模块(CMCommunication Module)，从而实现给系统增加附加功能。有两种通信模块：RS232和RS485串行通信模块。对于本次设计应用的是TCP协议。人机界面应用的是IE网卡2。表3.1CPU信息表特征CPU 1211CCPU 1212CCPU 1214C物理尺寸 (mm)90 x 100 x 75110 x 100 x 75用户存储器工作存储器装载存储器保持性存储器 25 KB 1 MB 2 KB 50 KB 2 MB 2 KB本地板载 I/O 数字量 模拟量6 点输入/4 点输出2 路输入 8 点输入/6 点输出2 路输入 14 点输入/10 点输出 2 路输入过程映像大小1024 字节输入 (I) 和 1024 字节输出 (Q)位存储器 (M)4096个字节8192个字节信号模块扩展无28信号板1通信模块3（左侧扩展）高速计数器单相正交相位33个100 kHz3 个，80 kHz43个，100 kHz1个，30 kHz3 个，80 kHz1 个，20 kHz63个，100 kHz3个，30 kHz3 个，80 kHz3 个，20 kHz脉冲输出2存储卡SIMATIC 存储卡（选件）实时时钟保持时间通常为 10 天/40时最少 6 天。PROFINET1个以太网通信端口实数数学运算执行速度18s/指令布尔运算执行速度0.1 s/指令3.1.4 S7-1200 PLC功能块CPU支持以下几种类型的代码块，使用它们可以创建有效的用户程序：组织块(OB)定义程序的结构、操作系统和用户程序间的接口，可以通过对组织块编程来控制PLC的动作。下列事件会使用到组织块: 启动、循环程序的执行、中断程序的执行、时间错误。功能(FC)没有存储器的代码块，经常需要使用复杂函数的编程过程，在函数执行完以后，临时变量里的数据将会丢失，如果要永久保存数据，程序需要使用数据块。和功能块(FB)代码块将它们的值永久地存储在实例数据块中，所以即使在块执行以后代码值仍然有效，所有的输入、输出、输入/出参数都存储在实例数据块中，这个实例数据块是功能块的存储器。数据块(DB)存储程序块可以使用的数据。数据块的最大容量取决于PLC的工作存储器数据块与全局数据块的区别在于，全局数据块可以从所有的程序块中存取，全局数据块的结构是用户定义的，一个实例数据块对应于一个功能块，实例数据块的结构和功能块的接口规格是一致的。图3.2 S7-1200PLC数据类型块3.1.5 S7-1200 PLC变量PLC变量分为PLC变量和本地变量。PLC变量，应用范围对整个CPU都是有效的同时可以被这个CPU的所有模块利用并且对所有的的模块都有相同的含义。它在CPU中这个名字是唯一的。使用的字符为英文字母，数字，特殊字符。如果使用特殊字符，变量需要加引号。PLC变量的使用对象为I/O信号、外围输入/输出、存储位、计时器和计数器。PLC变量被定义的位置为PLC变量表。本地变量，应用范围仅在所定义的程序块中有效，相同的变量可以用在有不同用途的不同程序块中。使用的字符为英文字符，数字和特殊字符。如果使用特殊字符，变量需要加引号。本地变量的使用对象为块参数（输入，输出，出/入参数）、块的静态数据、块的临时数据。本地变量被定义的位置为块接口。3.2 编写枪管长度检测系统的程序3.2.1 枪管长度检测系统设计程序要求及内容对检测系统编写的主要有以下几项内容：1 根据所确定的工艺流程，确定被控对象以及控制要求，确定PLC控制系统需要完成的功能以及控制目标；2 确定被控对象并进一步确定需要手动控制或PLC控制的部分。并根据判断确定I/O点数；3 确定被控对象及要求后，选取合适的PLC。4 分配PLC的I/O点，编制PLC的I/O分配表或者I/O端子接线图；5 根据经验法设计梯形图；6 完成编写程序后，连接硬件PLC进行调试；3.2.2 PLC控制系统设计与编程的具体方案1. 工艺流程的分析和控制要求的确定（1） 对枪管长度的测量工艺流程的工作特点分析。确定了被控对象，其中包括PLC控制的电气设备机械设备以及整个生产线。（2） 根据以确定的被控对象机械设备与电气设备之间的配合，基本确定PLC控制系统的控制要求。机械部分的动作以及测量部分的采集。2. 确定输入/输出设备根据以确定的控制要求，由已经确定的控制要求来确定PLC控制系统用户输入部分（按钮，行程开关等）以及输出设备（电磁阀等）。3. 确定I/O点分配根据输入/输出设备的确定来确定I/O点的分配。分配输入输出点，并画出I/O端子图。并且制定I/O所对应的每个模块编号。图3.3 系统设计的基本步骤4. 软件及硬件的设计该步骤是编写PLC程序和检测系统需要的硬件的设计及现场施工。程序编写和现场硬件施工可以同时进行。PLC程序编写的整体步骤包括以下几个部分：（1） 由工艺流程以及控制要求，画出控制系统的整体流程图；（2） 根据以确定的I/O分配进行编写控制程序，即梯形图。同时进行对香肠硬件设别的施工。（3） 根据机械设备以及电气设备等需要设计控制系统的各部分图纸。（4） 根据设计的电气图纸以及机械图纸进行现场接线。5. 模拟调试（1） 将编写完的程序由博途软件进行编译，编译成功后下载到PLC中，并使用模拟传感器等开关，并用5V电源代替电压模拟量进行模拟。（2） 运行程序模拟利用旋钮改变电压同时利用开关使测试系统实际运行。在运行过程中会出现很多问题，如程序编写的疏忽，最小值采集的错误，并对错误一一修改，直到程序无错误，测试系统正常运转。3.2.3 枪管长度检测系统的控制任务分析方案设计测量工位上没十个工件一组，涡流传感器由凸轮带动。对每个工位的工件进行检测。整个机械设备以及电气设备的总开关在上位机控制。控制要求如下：（1） 设备通电由上位机人机界面单机启动，凸轮旋转带动传感器同时枪管在待测工位等待测量。（2） 当凸轮的探杆通过限位开关时，PLC程序开始对点涡流传感器发出的电压进行采集。PLC程序会自动将所采集的电压值进行转换，到数字量进行比较并取出最小值。利用最小值经过数字量的线性计算得出当前枪管长度。（3） 将得出的结果与标准值进行比较，同时利用程序做出判断，在合格范围内的继续下一工序，过长或者过短的将会分别触超长动电磁铁或者超短电磁铁进行动作，分别剔除。（4） 在机械部分以及电气部分进行工作测量的同时，每个枪管的长度以及测量时间，合格与否等信息都将传送给上位机人机界面，以完成对整个枪管测量系统的实时监控。（5） 工作后整个系统可以由上位人机界面的停止按钮来停止工作。（6） 工人可以由人机界面里的表格调取某一时间段的工件信息并打印出来。3.2.4 控制系统的输入输出地址定义本次设计的控制部分由两个开关一个传感器共三个输入组成。输出部分由三个电磁铁控制开关及一个启动控制灯组成。分别是：枪管过长剔除电磁铁Q0.0枪管过短剔除电磁铁Q0.1枪管合格过程Q0.2启动控制灯Q0.3启动 I0.0停止 I0.1传感器限位开关 I0.23.2.5 输入输出接线图图3.4控制系统I/O接线图3.2.6 软件使用简单介绍本次设计编写程序所用软件为TIA Portal V13进行编写。该软件由西门子公司生产，中文名称为博途软件。TIA Portal V13为提供了用户良好的工作环境，用户可利用该软件开发控制器逻辑、组态包括HMI 等可视化人机界面和设置不同的网络配置进行通信。该软件为方便提高用户的生产率TIA Portal V13提供了两个不同的项目界面，分别为门户视图、项目视图。本次设计应用了项目视图。图3.5 TIA Portal V13的编程界面该软件还未用户提供了人性化服务的帮助功能，为了更好的帮助用户了解更多关于应用软件的信息，能快速高效地解决问题，TIA Portal V13提供了智能点帮助。用光标停放在软件中的元素上会自动显示元件的提示。如果工具旁边有黑色的倒三角，则表示该元件有更多信息。下滑鼠标单击便可获取帮助。当然，如果想了解有关软件的整体信息，可以从Portal的菜单视图，单击“起始”(Start) 并点出“帮助”(Help) 命令。或者从项目视图菜单栏中直接选择“帮助”(Help)，下拉菜单中单击“显示帮助”(Show help) 命令。图3.6 TIA Portal V13软件帮助界面S7-1200梯形图(LAD）和功能块图(FBD)等两种编程语言。梯形图由位开关，输出线圈等语言组成。其中位开关也成为触点，数据类型为Bool型，其意义多代表输入条件等。线圈的数据类型基本同触点，作用多作为输出点即逻辑运算结果，通常用来控制机械设备等外部设备。本次设计还需要涉及到计数器、计时器、数学逻辑运算等指令，其均用指令框来表示。编辑程序时选中你需要编辑的程序段的水平新，分别双击收藏夹里面的常开触点常闭触点线圈等原件进行添加(也可以采用拖拽的方法）。如果需要生成并联程序或者并联的程序需要结合到一起时可以双击来完成功能。直至编写出所需要的程序段，以完成所需功能。由触点、各种数据框和线圈等组成的可以有能流通过的电路为梯形图的程序段。如图3.7所示。图3.7 编译程序时间脉冲和计数脉冲的使用本次设计对数据的采集时需要应用大量的定时延时计数等功能，下面来介绍时间脉冲以及计数脉冲的应用。TP(脉冲定时器）：脉冲定时器基本功能即有能流流过IN时Q端在TP设定的时间范围内有输出。TON(接通延迟定时器)：接通延迟定时器基本功能为IN端有能流流过时开始计时，通过TP实践后Q端有输出，要求IN端能流不能中断，否则重新计时。CUT(加数器)：加计数器中参数CU端每次有能流流过时，CTU的计数值加1。当计数器中的累加值等于或大于设定的参数PV的值时，计数器输出端Q输出为1。如果R复位位的值从0变为1，技术其中的当前值复位到0状态。如图3.8所示。图3.8 定时器和计数器的使用在使用计时器或者计数器的时候，在程序段中选中需要添加的位置，然后在指令框中找到需要的计时器或者计数器双击。在该位置上便会出现需要的结果。同时系统会自动生成该数据块的存储位置以及数据。添加完计时器后，可以用鼠标双击计时器的PT处，是定时间。同理在添加计数器后可以通过在PV处设定最大吉数数值。同时在R处添加地址用来复位计数器。图3.9定时器的使用自动生成的数据块图3.10 定时器和计数器使用3.2.7 编译梯形图程序段1 ：启停控制程序段。启动程序：用I0.0下位机作为启动开关，I0.1作为停止开关。Q0.3作为启停指示灯。如图3.11所示。图3.11启动程序程序段2 ：模拟量采集模拟量采集：PLC1200中对模拟量的采集通道为IW64和IW66每个通道占用两个字节。本次设计采用通道IW64。将信号采集到PLC中后利用CONV语句经采集量转换为Real类型的实数值。并通过数学逻辑运算，最后得到具体电压值。如图3.12所示。图3.12模拟量采集程序程序段3 ：取最小值取最小值：在检测系统中需要对枪管的长度进行准确的测量，就要对枪管长度采集最小值。利用接通延时以及计数器来完成对信号的采集。每2ms对数据进行一次采集，同时把采集到的数据传送到下一存储位。为了保证测量的准确性，防止电压跳变对本次测量造成影响，所以本次设计的测量系统利用每三个数据一组，计算平均值的方法进行测量。在采集的工程中采用计数器并且利用计数器通断开关来控制数据的传输，来达到计算平均数的效果。最后利用平均数与前一个平均数进行比较得出最小值。如图3.13所示。图3.13取最小值程序程序段4 ：合格比较程序合格比较程序：本段程序利用上一段程序里面取出的最小值与设定的程序值进行比较。利用下降沿触点，完成当传感器由上升沿变为下降沿的时候，该段程序运行一个周期，来实现一次比较并进行计数。同时如果有过长或者过短的工件时，过长过短的电磁铁会做出反应，将过长或者过短的进行分开剔除。本环节是整个检测系统的中心环节、执行环节。对整个机械执行部分起着至关重要的控制作用。如图3.14所示。图3.14合格比较程序程序段5 ：数据计算数据计算程序：对于测试系统来讲，机械部分的主要功能就是对工件的检测及剔除。而在实际车间用户需要的部单单是对工件的分离，还有对工件的统计，例如工件的个数、合格数、当前工件的长度、近几个工件的长度以及合格率等。程序段数据计算就是对整个系统的所欲程序进行计算。如图3.15所示。图3.15数据计算程序程序段6 ：工件长度工件长度程序：工件长度计算单独作为一个程序段是因为一下几个程序段等都需要该数据。本段程序计算由Real数据类型计算，根据电压值的合格范围，以及工件具体长度进行计算的线性关系。最后得出长度。如图3.16所示。图3.16工件长度程序程序段7 ：指示灯控制指示灯程序：对于整个控制系统，人机界面是机器与用户直接对话的界面。为了更人性化设计，本次设计采用了两个指示灯来表示当前产品是够合格。当前工件合格则指示灯为绿色，如果当先工件过长或者过短，指示灯则变为红色。程序如图3.17所示。图3.17指示灯控制程序程序段8 ：近十个工件情况及合格状态近十个工件情况及合格状态程序：本段程序是为工人了解近期检测情况而编辑。由于某些状况，操作工人不确保时刻都会在机器前观察生产情况。所以该程序段解决了近期现场情况的实际情况。本段程序具体由工件长度和工件是否合格等显示组成。如图3.18所示。(本段程序由于过长，所以只做部分截图。)图3.18近期十个工件情况及合格状态程序3.2.8 变量的添加及应用在TIA Portal V13软件项目树里双击PLC变量，然后再双击PLC变量表，主界面上会出现已经添加的所有应用变量，该表格的信息为每个变量的名称，数据类型、变量地址、保持性以及可不可以在HMI中显示等。同时变量表还可以在PLC运行时对各个变量进行实时监控。变量表还可以对已有变量惊醒排序，方便了用户对所有变量的管理和更改。如图3.19所示。图3.19变量表3.3 枪管长度检测系统下位机的通讯设置在整个测试系统中，上位机TIA Portal V13是负责编辑检测枪管长度的梯形图，并把编辑好的提醒程序下载到PLC1200 CPU中，并由PLC 1200 CPU来控制整个检测系统。下位机的通讯设置，S7-1200 PLC CPU有一个集成的以太网接口，可使用TP线。支持以太网面向连接的传输层协议，在该协议开始之前，数据传输建立到通讯伙伴的连接。数据传送完成后，该协议将自动终止。特别强调的数据传输的可靠性面向连接的协议，在用一条物理连接线路上，可以同时纯在八个逻辑连接。3.3.1 IP地址及CPU的子网添加用户计算机网卡连接1200 CPU时，以太网接口的IP地址应该是在同一个子网中的。前三个字节的子网地址的IP地址应该是相同的。此外，还应该使用同一个的子网掩码。用户一般使用的IP地址为192.168.0.10，其中第四段字节是用户设备，只要不与CPU发生冲突，并保证不能与其它设备重叠，可以采取任意值。计算机和CPU一般使用默认的子网掩码为255.255.255.0。使用默认设置的DNS服务器。如图3.20所示。图3.20 IP地址设置打开TIA Portal V13，在完成的程序里面单机设备配置，然后对 CPU 进行以太网设置。(注意：添加的CPU设备的订货号必须与所有的硬件订货号相同。)同时打开PLC的网络视图或设备视图，选中CPU的以太网接口或直接点击CPU 。点击属性，在下面的以太网口地址中可以设置。可以在右面的窗口设置IP地址，子网掩码等。同时还可以添加子网。(在于WinCC通信时应用。)如图3.21所示。图3.21 IP地址设置3.3.2 PLC下载及前期通讯本节介绍如何使用TIA Portal V13对以编辑好的程序进行编译及下载，只有这些工作完全没问题才可以让CPU与人机界面进行通讯。编译程序：当在TIA Portal V13中编辑完成弹长检测系统的程序后可以使用软件中的编译功能(Ctrl+B）来检查所编程序是否有语法错误，如果有系统会自动列出所有错误。逐一改正后可再次进行编译，检查是否还有错误。下载程序：编译程序后，如果没有问题可以进行下载。在工具条上单击下载功能(Ctrl+L)就可以将以完成程序下载到CPU中。当用户机连接到CPU后，点击下载，在TIA Portal V13中会出现下载搜索点击开始搜索，然后点击开始下载。如图3.22所示，然后会出现下载预览。如图3.23所示，在所有条件都满足的情况下，点击下载程序会被下载到CPU 中。下载后先选中“全部启动”确定CPU 启动到 RUN 模式，在该模式下，数据、变量等程序有关信息不可改动。最后单击完成，结束下载。如图3.24所示。图3.22 下载到设备图3.23 下载预览图3.24 下载结果监控运行程序：程序下载成功后，可以利用软件的监视功能进行模拟运行，并观察效果。进入运行测试之前保证在RUN模式。没有监视时，整个梯形图中线色为黑色，各个触点均为黑色，显示没有能流流过。点击监视状态以后，整个界面进入监视界面。梯形图从右边开始成绿色的线代表有能流流过。在有能流流过的线圈、导线、模块、触点、均为绿色。没有能流流过的地方成蓝色虚线。在监视状态下，运用模拟电压等工具进行仿真监视，按照设定好的流程运行，如果出现问题要进行逐一改正，直至程序运行无误，保存程序，结束调试。3.4 枪管长度检测系统上位机人机界面组态本次设计的上位机选用为西门子公司旗下的WinCC Professional V13。WinCC (视窗控制中心)是西门子公司(SIEMENS)在自动化领域中的先进技术产物。在以前的版本中，WinCC V7.0以前版本没有对TIA Portal V13的驱动通讯。在WinCC V7.2版本以后增添了对TIA Portal V13的驱动通讯。不需要借助第三方软件，只需通过协议即可。在WinCCProfessional V13版本时，西门子公司将该软件集成到TIA Portal V13中，作为PC系统的一个添加设备组件。同时，在通讯方面只需通过TCP 协议并且把所有的变量与组态的画面进行连接。在启动运行系统时还要对组太好的TIA Portal V13以及WinCC Professional V13进行物理连接。在整个测试系统中，最终给用户的部分只有人机界面。作为一个即实用又人性化的界面，它的作用在于把下位机以及机械部分对枪管的测量数据进行整合后显示在界面中，可以直观的对生产检测情况进行了解。同时人机界面还设计了许多有利于生产分析的数据图表等。利用趋势图可以清楚的了解分析当前生产趋势，比如本批次生产多以高过趋势图的过高线，信息量传达到生产车间，工人可以相应的调整生产模具。表格则可以直观的看到工件的具体情况。3.4.1 上位机界面WinCC介绍WinCC (TIA Portal) 是使用WinCC Runtime Advanced或 SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition，即数据采集与监视控制系统)系统WinCC Runtime Professional 可视化面板软件进行组态SIMATIC 面板、SIMATIC 工业 PC以及标准PC的工程组态软件。WinCC (TIA Portal) 有 4 种版本，具体使用取决于可组态的操作员控制系统：（1） WinCC Basic，这个版本为基础版本。用来组态精简系列的面板。WinCC Basic 无需单独下载，在安装各个版本的STEP 7 Basic 和STEP 7 Professional时都会自动安装。（2） WinCC Comfort，该版本没有针对性，可以组态所有面板。（3） WinCC Advanced，这个版本为先进版，也是多数人认为的触摸版本。可用来通过WinCC Runtime Advanced 可视化软件进行组态所有面板和上位 PC。WinCC Runtime Advanced 是以上位 PC 作为基础系统的可视化软件。西门子公司直接出售带有128、512、2k、4k、8k个外部变量许可的WinCC Runtime Advanced。（4） WinCC Professional，本次设计应用的版本。该版本称为专业版。用于使用WinCC Runtime Advanced 或SCADA系统WinCC Runtime Professional组态人机面板和上位PC。现阶段所开发的WinCC Professional有这几种版本：拥有512和4096个外部变量的WinCC Professional 以及“最大外部变量的WinCC Professional”。WinCC Runtime Professional是一种用于构建组态范围从单站系统到多站系统（包括标准客户端或Web客户端）的 SCADA 系统。西门子公司直接出售带有128、512、2k、4k、8k 、64k 个外部变量许可的WinCC Runtime Professional。同时通过WinCC (TIA Portal)，该软件还可以使用WinCC Runtime Professional或WinCC Runtime Advanced进行组态SINUMERIK PC以及使用SINUMERIK Operate WinCC RT Basic或SINUMERIK HMI Pro sl RT组态HMI设备3。3.4.2 人机界面组态具体步骤本次组态的人机界面应用于车间对枪管长度的检测。该系统利用下位机将所有工位的枪管进行测量，并通过程序进行计算得出结果。而上位机的功能就是组态人机界面，用来显示下位机以及机械部分的情况。并要保证数据的准确性，实时性。有利于工人对生产的管理，并对生产线的出现的问题进行有针对性的解决。下面进行组态的具体过程介绍。首先在博途V13软件中添加一个上位PC机，我们需要在该PC机上进行编辑人机界面。如图3.25所示，点击PC系统，然后点击SIMATIC RT Professional使用的订货号为6AV2 105-0xxxx-xxxx,版本为13.0.1.0。对于该设备的说明，系统会自动生成在该产品的下方。点击确定以后，点击“设备和网络”在出现的设备和网络中会呈现出刚刚添加过的PC系统。图3.25 添加PC系统以下的任务便是对PC系统进行组态。首先找到需要组态的人机界面。在项目树中双击SIMATIC PC station并找到HMI_RT_1双击。作为上位PC系统承载着人机界面的作用，接下来的所有组态都会围绕着人机界面进行。而本次毕设使用的上位PC系统以HMI作为人机界面的载体进行组态。找到画面然后添加新画面，就是我们要组态的面板画面。根据具体情况，可以添加一个或多个画面。本次设计根据需要添加了两个画面。如图3.26所示。图3.26 添加画面添加完画面以后可以进行画面的组态。对于整个检测系统来讲，工人在车间利用该人机界面需要了解下位检测系统的各种数据以及检测情况。例如检测的工件个数，当前检测的工件长度，检测过的工件的合格数，超长超短数以及工件的合格率等等最直观的生产数据。下面就在画面中添加各种所需功能的组件，具体操作就是在工具箱里面的元素、空间、基本对象等工具中找到你需要的组件并进行添加。如果需要的组件在工具箱中找不到，可以到旁边的库中取寻找。如图3.27所示，对于该软件的库操作，首先需要用户加载库，该软件安装时自带库，但是不经过安装无法使用。图3.27 组态画面添加完组件后需要对组件的属性及特征进行修改，对画面进行完善。同时对各个组件的变量进行支配。因为在生产检测工程中，不是所有的组件都会显示数字等，所以某些显示界面的组件需要变量，文字不需要变量。此处提到组件变量，下面介绍一下WinCC中变量。变量的属性中将定义WinCC与自动化系统通信的连接以及数据交换形式。不是由过程值提供的变量不会自动连接到自动化系统设备。这在变量的“连接”属性中由“内部变量”条目标识。当然也可以在不同的变量表中创建变量。然后在项目树的“HMI 变量”中对所有已有变量进行访问，并可以对其进行修改，例如