毕业设计（论文）-基于PLC控制的自动送料装车系统.doc

洛阳理工学院毕业设计（论文）基于PLC控制的自动送料装车系统摘 要随着PLC技术的广泛应用，工业控制系统的深入，在面临规模更大、控制更复杂的控制系统时，人们逐渐意识到原有的上位机编程的开发方式，对项目来说是费力费时、得不偿失，同时，MIS（management information system,管理信息系统）和CIMS(computer integration manufacture system,计算机集成制造系统)的大量应用，要求工业现场为企业的生产、经营、决策提供更详细和深入的数据，以便优化企业生产经营中的各个环节。因此组态软件在我国的应用逐渐的到了普及。 本文基于PLC对自动送料装车系统的控制，提出了用组态仿真的方法实现对自动送料装车系统的监控。首先，用PLC编程实现送料系统的基本功能。其次，画出组态仿真画面，定义组态变量，对组态中的一些基本量如（管道中物料的流动）进行仿真。然后，把PLC程序和组态结合，通过数据连接，实现通信。最后，运行PLC程序及组态仿真程序，实现组态对整个系统实时监控。在实现组态控制时，本文详细的介绍了组态王软件的编程及通信，使读者很容易的了解组态王软件运行仿真过程。 关键词：PLC,组态王,监控,仿真PLC-based automatic feed Loading SystemABSTRACTAlong with PLC technology widespread application, industrial control systems thorough, when faces the scale is bigger, controls the more complex control system, the people gradually realize the original superior machine programming the development way, to the project is the time-consuming hard sledding, the gain does not equal the loss, simultaneously, MIS (management information system) and CIMS (computer integration manufacture system) the massive applications, the request industry scene for enterprises production, the management, the decision-making provides more detailed and a thorough data, with the aim of optimizing in the enterprise production operation each link. There fore configuration software in our countrys application gradual to popularization. This article based on PLC to feed control load system, proposed realizes with the configuration simulations method to the feed control load systems monitoring. First, programs with PLC realizes feed systems basic function. Next, draws the configuration simulation picture, the definition configuration variable, like (in pipeline material flowing) carries on the simulation to configuration some fundamental quantities. Then, the PLC procedure and the configuration union, through the data connection, realizes the correspondence. Finally, moves the PLC procedure and the configuration simulated program, realizes the configuration real-time monitoring overall system. When realizes the configuration control, this article detailed introduction configuration king softwares programming and the correspondence, caused the reader very easy to understand the configuration king software movement simulation process.KEY WORDS: PLC,configuration,monitoring,simulation目 录前 言V第1章 概 述11.1 可编程控制技术的发展状况11.2 基于PLC控制的自动送料装车系统简介11.3 PLC的特点21.4 PLC的应用领域31.5 组态仿真软件简介41.5.1 组态王软件简介41.5.2 组态王6.5的特点51.5.3 组态王作用8第2章 系统硬件设计92.1 系统硬件的设计92.1.1 自动送料装车系统控制工艺要求92.1.2 主电路的设计102.1.3 I/O地址分配102.1.4 PLC外部接线图的设计11第3章 系统软件设计133.1 系统功能的分析与设计133.2 系统结构的分析与设计143.3 程序设计的常用方法153.4 PLC程序设计163.4.1 PLC程序流程图163.4.2 PLC梯形图设计183.5 组态监控系统设计213.5.1 监控系统的形成背景213.5.2 组态王工程的建立223.5.3 组态画面的建立233.5 4 定义IO设备253.5.5 构造数据库263.5.6 建立动画连接28第4章 软件调试324.1 软件调试概述324.2 通信协议334.3 PLC软件测试334.3.1 PLC程序的模拟调试334.3.2 PLC程序下载344.4 组态调试354.4.1 组态通讯调试354.4.2 组态监控仿真374.4.3 导航菜单38第5章 总结与展望425.1 全文总结425.2 研究展望43参考文献44致 谢46附 录47前 言可编程控制器（PLC）是集自动控制、计算机和通信技术三者于一体的工业控制装置。PLC与组态软件的联合应用，可组成目前较为流行的监控系统。目前，西门子（SIEMENS）、欧姆龙（OMRON）和三菱（MITSUBISH）等几家公司的PLC应用较为广泛。本设计主要用西门子（SIEMENS）公司的S7-200系列小型PLC和目前较为流行的组态王6.5（KingView6.5）软件为主要工具，设计开发自动送料装车运行及监控系统。本设计用大量的图形的形式介绍组态王（KingView）与PLC的联合应用，真正达到理论和实际的有机结合。本文从自动送料装车系统的工艺出发，选择了西门子（SIEMENS）S7-200系列PLC作为主要的编程对象，实现自动送料装置的基本运行，然后又详细地介绍了组态王6.5（KingView6.5）软件的功能及命令语言的编辑，实现了对系统的监控功能，并且对一些变量实现了远程控制。由于时间仓促，加之理论水平的限制，论文中难免有疏漏和不足之处，恳请老师和读者指正。44第1章 概 述1.1 可编程控制技术的发展状况可编程控制器(Programmable Logic Controller)简称PC或PLC，是60年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司(DEC)为美国通用公司研制开发并应用汽车生产线上，取得了极佳的效果，可编程控制器自此诞生。随着计算机技术的飞速发展，PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也不断朝着智能化方向发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。现代PLC已经成为真正的工业控制设备。最初，PLC主要是用在生产线控制和大型机械的控制上。但不久，西德的西门子(SIEMENS)公司、BBC公司就开始研制PLC，当时主要是用于轧钢机、升降设备等大型设备上。70年代初，日本的欧姆龙（OMRON）也推出了他们的PLC。三菱、日立、富土、东芝、横河、日电等公司也先后加入了PLC制造者的行列。70年代中期，美国和西德首先出现了微电脑化的小型PLC。由于PLC是为工业控制所生产的通用性很强，适合于大批量生产的装置，所以成本迅速下降；加上其是专为工业控制所设计，所以具有极好的抗干扰性能；并且他的使用和维护都极为方便，实现了低水平的操作、高性能的控制，所以在机械制造业深受欢迎。小型PLC开始步入诸如塑料注塑机、包装机械、橡胶机械、纺织机械等轻工机械的控制领域，其成本的低廉和性能的优良对直接使用微机作为控制单元的做法构成了强有力的挑战，更有全面取代传统继电器控制屏的趋势。据国外资料介绍:1982年美国PLC用户中，有48%来自自动程序操作部门(如汽车、拖拉机工业、机械工业等)、13%来自石油化工业、9%来自食品饮料业、7%来自冶金工业、其余部分来自造纸、采矿、污水处理等部门。近年来，随着我国对外开放，日、美、西德等国生产的PLC已通过多种途径进入了我国，引起了各方面的重视并得到应用。如宝钢工程应用了数百台PLC，首钢、武钢、开滦煤矿也分别应用了美国和西德的PLC。1.2 基于PLC控制的自动送料装车系统简介自动送料装车系统是用于物料输送的流水线设备，主要是用于煤粉、细砂等材料的运输。自动送料装车系统一般是由给料器、传送带、小车等单体设备组合来完成特定的过程。这类系统的控制需要动作稳定，具备连续可靠工作的能力。通过三台电机和三个传送带、料斗、小车等的配合，才能稳定、有效率地进行自动送料装车过程。本次自动送料装车系统采用了PLC控制。从送料小车运行的工艺流程来看，其控制系统属于自动运行的控制系统，因此，此送料小车的电气控制系统设计采用自动扫描循环工作方式。而在程序设计上采用整体式设计方法，这样就可以使读者一目了然地看懂整个程序，从而在一定程度上省去了使用人员阅读并分析程序的大量宝贵时间，同时也使得程序的设计、修改和故障查找工作大为简化。自动送料装车系统控制系统的软件部分（信号显示和故障显示）均采用经验设计法，而自动程序则采用顺序控制法设计。 为了使整个控制过程更加完善，本设计采用北京亚控公司的组态王6.5仿真软件对整个系统进行组态模拟仿真，以进一步充分检验并修改系统硬件与软件。下面我们先介绍一下PLC及组态各自的特点。1.3 PLC的特点1. 可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2. 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3. 易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 4. 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 5. 体积小，重量轻，能耗低 以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 1.4 PLC的应用领域 目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 1. 开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2. 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3. 运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4. 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 5. 数据处理 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6. 通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。1.5 组态仿真软件简介1.5.1 组态王软件简介组态一词来源于英文单词Configuration，“组态软件”作为一个专业术语,到目前为止,并没有一个统一的定义。从组态软件的内涵上说组态软件是指在软件领域内,操作人员根据应用对象及控制任务的要求,配置(包括对象的定义、制作和编辑，对象状态特征属性参数的设定等)用户应用软件的过程,也就是把组态软件视为“应用程序生成器”。从应用角度讲组态软件是完成系统硬件与软件沟通、建立现场与监控层沟通的人机界面的软件平台,它的应用领域不仅仅局限于工业自动化领域。工业控制领域是组态软件应用的重要阵地，伴随着集散型控制系统DCS (Distributed Control System)的出现组态软件已引入工业控制系统。在工业过程控制系统中存在着两大类可变因素:一是操作人员需求的变化;二是被控对象状态的变化及被控对象所用硬件的变化。而组态软件正是在保持软件平台执行代码不变的基础上通过改变软件配置信息(包括图形文件、硬件配置文件、实时数据库等),适应两大不同系统对两大因素的要求，构建新的监控系统的平台软件。以这种方式构建系统既提高了系统的成套速度,又保证了系统软件的成熟性和可靠性,使用起来方便灵活,而且便于修改和维护。组态王6.5是一个具有丰富功能的HMI/SCADA软件。可用于工业自动化的过程控制和管理监控。组态王6.5为系统工程者提供了集成、灵活、易用的开发环境和广泛的功能，能够快速建立、测试和部署自动化应用，来连接、传递和记录实时信息。使用户可以实时查看和控制工业生产过程。1.5.2 组态王6.5的特点1. 工程管理对于系统集成商和用户来说，一个系统开发人员可能保存有很多个组态王工程，对于这些工程的集中管理以及新开发工程中的工程备份等都是比较烦琐的事情。组态王工程管理器的主要作用就是为用户集中管理本机上的所有组态王工程。工程管理器的主要功能包括：新建、删除工程，对工程重命名，搜索指定路径下的所有组态王工程，修改工程属性，工程的备份、恢复，资料词典的导入导出，切换到组态王开发或运行环境等。另外，组态王6.5开发系统提供工程加密，画面和命令语言导入、导出功能。2. 画面制作系统a.支持无限色和过渡色 组态王6.5调色板支持无限色，支持二十四种过渡色效果， 组态王的任一种绘图工具都可以使用无限色，大部分图形都支持过渡色效果，巧妙地利用无限色和过渡色效果，可以使您轻松构造面无限逼真、美观的画面。b.图库 使用图库具有很多好处：降低了工程人员设计接口的难度，缩短开发周期；用图库开发的软件将具有统一的外观，方便工程人员学习和掌握；利用图库的开放性，工程人员可以生成自己的图库元素，一次构造，随处使用，节省了工程人员投资。6.5图库全新改版，提供具有属性定义向导的图库精灵，用户只需稍做调整即能制作具有个性化的图形。 c.按钮和图形组态王6.5支持按钮的多种形状和多种效果，并且支持位图按钮， 用户可以构造无限漂亮的按钮。另外，组态王6.5提供了全新的图形库，包含了大量预先建立好的组合图形对象，比如控制按钮、指示表、阀门、电机、泵、管路和其它标准工业组件。图库中的元素称为“图库精灵”，使用“图库精灵”将极大地加快应用系统的构造。为了满足不同行业用户的需要，图库被设计成可扩充的。设计者可以创建图库精灵，把它们加入到图库中去，或者把不再需要的精灵从图库中删除。设计者还可以创建新的图库。d.可视化动画连接向导通过可视化图形操作，直接完成移动、旋转的动画连接定义。3. 报警和事件系统组态王6.5报警系统全新改版，具有方便、灵活、可靠、易于扩展的特点。组态王分布式报警管理提供多种报警管理功能。包括：基于事件的报警、报警分组管理、报警优先级、报警过滤、新增死区和延时概念等功能，以及通过网络的远程报警管理。组态王还可以记录应用程序事件和操作员操作信息。报警和事件具有多种输出方式：文件、数据库、打印机和报警窗，并且可以利用控件等工具轻松浏览和打印报警数据库的内容。4. 报表系统 组态王6.5提供一套全新的、集成的内嵌式报表系统，内部提供丰富的报表函数，用户可创建多样的报表。提供报表工具条，操作简单明了，比如：日报表的组态只需用户选择需要的变量和每个变量的收集间隔时间；提供报表模板，方便用户调入其它的表格。报表能够进行组态，例如有日报表、月报表、年报表、实时报表的组态，另外，报表打印时可以进行预览和页面设置。5. 控件组态王6.5支持Windows标准的Active X控件（主要为可视控件），包括Microsoft提 供的标准Active X控件和用户自制的Active X控件。Active X控件的引入在很大程度上方便了用户，用户可以灵活地编制一个符合自身需要的控件，或调用一个已有的标准控件，来完成一项复杂的任务，而无须在组态王中做大量的复杂的工作。一般的 Active X控件都具有属性、方法、事件，用户通过控件的这些属性、事件、方法来 完成工作。组态王6.5版本中新增三个功能强大的控件，即数据表格控件（可将ODBC数据源里的大量数据在组态王中进行显示和打印）；历史曲线控件（可动态增删曲线，进行曲线比较，并且数据来源可以是ODBC数据源）；PID调节控件（对过程量进行死循环控制，可实现三种PID控制算法：标准型，归一参数型，和近似微分型）。6. OPC 全面支持OPC标准（组态王6.5既可以作为OPC服务器，也可以作为OPC客户端）开发人员可以从任何一个OPC服务器直接获取动态数据，并集成到组态王中；同时组态王作为OPC服务器，可向其它符合OPC规范的厂商的控制系统提供数据。OPC节省了不同厂商的控制系统相连的工作量和费用。并且组态王提供SDK开发包，用户可以自己利用VC，VB编制程序，利用组态王的OPC接口来访问组态王的变量和变量的域。 7. 通讯系统 支持远程拨号组态王6.5支持与远程设备间通过拨号方式进行通讯。组态王的远程拨号与组态王原有驱动程序无缝连接，硬设备端无需更改程序。利用远程拨号能实时显示现场设备运行状况，随时打印，报警和历史数据自动上传等功能。 开发中进行硬件测试 开发系统中有硬件测试接口，在不启动运行系统的情况 下，能测试对硬设备的读写操作，并且IO变量支持时间戳和质量戳，能随时判断数据采集的时间和检查通讯质量的好坏。 支持网络DDE，组态王6.5版本支持win2000操作系统下的DDEshare方式，实现组态王与excel和VB程序间通过网络进行数据交换。 8. 安全系统组态王6.5采用分级和分区保护的双重保护策略。新增用户组和安全区管理，999个不 同级别的权限和64个安全区形成双重保护，另外组态王能记录程序运行中操作员的所有操作。 9. 网络功能组态王6.5完全基于网络的概念，是一种真正的客户-服务器模式，支持分布式历史数据库和分布式报警系统，组态王的网络结构是一种柔性结构，可以将整个应用程序分配给多个服务器，如指定报警服务器和历史数据记录服务器，这样可以提高项目的整体容量结构并改善系统的性能。10. 冗余系统 组态王6.5提供全面的冗余功能，能够有效地减少数据丢失的可能，增加了系统的可靠性，方便了系统维护。组态王提供三重意义上的冗余功能，即双设备冗余、双机冗余和双网络冗余。对于这三种冗余方式，设计者可综合运用，可以同时采取或采取其中的任意一种或两种。采用冗余后，系统运行时将更加稳定、可靠，对各种情况都能应付自如。 1.5.3 组态王作用 (1) 显示功能：工艺流程、测量值、设备运行状态、操作模式、报警等显示、画面调用等功能；(2) 报警处理和报表生成功能：纪录报警发生时间、故障内容等信息，并对报警信息进行管理，系统报表有时报、日报、月报等；(3) 历史趋势功能：对现场的皮带速度、料槽料位以曲线图形显示。每个趋势曲线显示的画面主要包括画面名称、时间、趋势等；(4) 画面系统对系统料位参数进行修改，实现对系统自动/手动的切换；(5) 管理权限：实现不同级别的系统管理权限，系统操作员可以选择操作模式，查看趋势曲线及报表等；系统工程师可以对监控软件和下位机软件进行修改；(6) 操作控制功能：根据界面上的按钮可以对各条皮带进行操作，比如：启动、停止；对料位按工艺要求进行设定并对其进行选择。第2章 系统硬件设计 自动化系统所使用的各种类型PLC中，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。PLC控制系统的硬件设计主要是指硬件选型，近十几年来，国内外众多厂家提供了多种系列、功能各异的PLC产品，已有几十个系列、几百种型号。PLC品种繁多，其结构形式、性能、I/O点数、用户程序内存容量、运算速度、指令系统、编程方法和价格各有不同，使用场合也各有侧重。因此，PLC的合理选择，对提高PLC控制系统的技术、经济指针以及对于控制系统都有着重要作用。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力，另一方面要求应用部门在工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。2.1 系统硬件的设计2.1.1 自动送料装车系统控制工艺要求基于PLC控制的自动送料装车系统的控制要求如下：初始状态：红灯L2灭，绿灯L1亮，表示允许汽车进来装料。此时，进料阀门（K1），送料阀门（K2），电动机（M1、M2、M3）皆为OFF状态。当汽车到来时，车辆检测开关S2接通，红灯L2亮，绿灯L1灭，电动机M3运行，电动机M2在M3接通2秒后运行，电动机M1在M2启动2秒后运行，依次顺序起动整个送料系统。当电动机M3运行后，进料阀门K1打开给料斗进料。当料斗中物料装满时，料斗检测开关S1接通，此时进料阀门K1关闭（设1料斗物料足够运料小车装满一车）。料斗出料阀门K2在电动机M1运行2秒及料斗装满后，打开放料，物料通过传送带PD1、PD2和PD3的传送，装入汽车。当运料小车装满后，称重开关S3动作，送料阀门K2关闭，同时电动机M1延时2秒后停止，电动机M2在M1停止2秒后停止，电动机M3在M2停止2秒后停止。此时绿灯L1亮，红灯L2灭，表示汽车可以开走。故障操作：在带式传输机传送物料过程中，若传送带PD1超载，则送料阀门K2立即关闭，同时停止电动机M1，电动机M2和M3在电动机M1停止4秒后停止；在带式传输机传送物料过程中，若传送带PD2超载，则同时停止电动机M1和M2并关闭送料阀门K2，延时4S后电动机M3停止；在带式传输机传送物料过程中，若传送带PD2超载，则同时停止电动机M1、M2和M3并关闭送料阀门K2。2.1.2 主电路的设计主电路的设计对于本次设计小车自动送料装车系统设计相当重要,只有在主电路设计正确且简便的基础上,系统控制电路及软件设计才能精简方便。根据系统的控制工艺要求，我所设计的电气控制系统主回路原理图如图2-1所示。图中，M1，M2，M3为三台皮带传输送料电动机，交流接触器KM1KM3通过控制三台电动机的运行来控制三个传送带，从而进行对物料的传输。FR1，FR2，FR3为起过载保护作用的热继电器，用于物料传输过程中当传送带过载时断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用。图2-1 自动送料装车系统主电路原理图2.1.3 I/O地址分配此次设计，系统占用18个PLC的I/O端口，分别是8个输入端口和10个输出端口，具体的I/O分配如表2-1所示：表2-1 自动送料装置系统I/O地址表输 入输 出启动I0.0电机M3Q0.0称重开关I0.1电机M2Q0.1装车开关I0.2电机M1Q0.2紧急停止I0.3送料阀门K2Q0.3料斗已满I0.4进料阀门K1Q0.4电动机M3故障I0.5红灯L2Q0.5电动机M2故障I0.6绿灯L1Q0.6电动机M1故障I0.7电机M3故障显示Q0.7-电机M2故障显示Q1.0-电机M1故障显示Q1.12.1.4 PLC外部接线图的设计该控制系统核心部分是以德国西门子CPU226为主，CPU模块采用整体式结构，它的体积小、价格低，CPU模 块、I/O模块和电源装在一个箱形机壳内，前盖下面有模式选择开关、模拟量电位器和扩展模块连接器。I/O模块中输入8点，输出10点，可实现高速输入输出响应，内部具有高速计数和中断处理功能。PLC的输入输出端子均接到相应的接线端子排，输入输出信号通过这些接线端子排可由其它地方直接引入，这些接线端子排的布置与 PLC的输入输出端子以及电源端、接地端和公共端的实际位置一一对应。I/O模块接口将输入输出信号引入到控制台上。 PLC外部硬件接线图如图2-2所示 (PLC外部接线图)。PC/PPI编程电缆上标有 PC的 RS一232端连接电脑的RS一232通信接口，标有 PPI的 RS一485端连接到CPU模块的通信口，并拧紧两边接口的螺丝。PC/PPI编程电缆通常在试验中下载梯形图程序时使用。图2-2 PLC自动送料I/O接线图第3章 系统软件设计3.1 系统功能的分析与设计PLC软件功能的分析与设计实际上是PLC控制系统的功能分析与设计中的一个重要组成部分。对于控制系统的整体功能要求，可以通过硬件途径、软件途径或者软硬件结合途径来实现。因此，在正式编写程序之前，首先要站在控制系统的整体角度上，进行系统功能要求的分配，弄清楚哪些功能是要通过软件的执行来实现的，即明确应用软件所必须具备的功能。对于一个实用软件，大体上可以从以下两个方面来考虑：（1） 控制功能；（2） 自诊断功能。作为PLC控制系统，其最基本的要求就是如何通过PLC对被控对象实现人们所希望的控制，所以对于以上两方面，控制功能是最基本的，必不可少。对于一些简单的PLC控制系统或许仅此功能就可以了，但对于本次自动送料装车系统的设计远远不够。该系统最主要的功能就是实现物料的自动输送及装载功能，但怎样实现呢？这就要靠及时准确地控制检测开关、阀门、皮带传输送料电动机等元器件来实现。但是针对不同的元器件，我们要根据需要设计出不同的功能。比如用皮带传输送料电动机用于传输物料、用阀门打开与闭合控制物料的进出等。在进行功能的分析、分配之后，要进行具体功能的设计，对于不同的PLC控制系统，其主要依据是根据被控对象和生产工艺要求而定。在该系统中，设法搞清被控设备（运料小车、皮带传输送料电动机、称重检测装置、物料检测装置等）的动作时序、控制条件、控制精度等等，做出明确具体的规定，分析这些规定是否合理、可行。再者就是，要弄清楚，如果电动机出现轴承损坏;发热;绕组对地及相间短路等故障时，我们应该对其做出相应的保护。如果经过分析后，认为达不到预期效果（自动传输物料和物料自动装载以及故障报警显示与处理），则要对其进行修订，其中也可能包括与之配合的硬件系统，直至所有的控制功能都被证明是合理可行为止。第二部分是自诊断功能。它包括PLC自身工作状态的自诊断和系统中被控设备工作状态的自诊断两部分。对于前者可利用PLC自身的一些信息和手段来完成。而对于后者，则可以通过分析被控设备接收到的控制指令及被控工作的反馈信息，来判断被控设备的工作状态。例如在本设计中，我们用三个热继电器FR1FR3来实现故障报警及处理。具体表现为当三个传送带PD1、PD2和PD3中任意一个或多个发生过载时，系统通过不同的信号灯的状态变化实现自动报警，并通过在程序中控制其它被控对象的运行状态来及时准确的处理相应故障。3.2 系统结构的分析与设计1. I/O信号的分析与设计PLC的工作环境是工业现场，工业现场的检测信号（如：料斗检测信号、车辆检测信号、称重和故障信号等）多种多样，有模拟量（如：运料小车、物料等），也有开关量（如红灯、绿灯、进/送料阀门等），PLC就以这些现场数据作为对被控对象进行控制的源信息。同时，PLC又将处理的结果送给被控设备或工业生产过程，驱动各种执行机构（进/送料阀门、皮带传输送料电动机）实现控制。因此对I/O信息的分析，就是对后面编程所需要的I/O信号进行详细的分析和定义，并以I/O信息表的形式提供给编程人员。I/O信号分析的主要内容有： （1）定义每一个输入信号并确定它的地址。该设计中以I/O地址表和PLC外部接线图的形式给出，图中也包含对每一个输入点所做的简洁说明，使其一目了然。（2）定义每一个输出信号并确定它的地址。该设计中以I/O地址表和PLC外部接线图的形式给出，图中也包含对每一个输出入点所做的简洁说明，使其一目了然。 （3）审核上述分析设计是否能满足系统规定的功能要求。若不满足，则需修改，直至满足为止。2. 数据结构的分析与设计数据结构设计的任务，就是对程序中所用到的数据结构进行具体的规划和设计，合理地对内存进行估算，提高内存的利用率。PLC应用程序所需的存储空间，与内存利用率、I/O点数、程序编写水平有关。通常把系统中I/O点数和存放用户机器语言所占内存数之比成为内存利用率。高的内存利用率，占用整个系统的内存比较少，可以大大缩短扫描周期时间，从而提到系统的相应速度。同样，用户编写程序的优劣对程序的长短和运行时间都有很大的影响，而数据结构的设计必将直接关系到编程质量。数据结构设计的主要内容有：（1） 按照软件设计要求，将PLC的数据空间做进一步的划分，分为若干个子空间，并对每一个子空间进行具体的定义。当然，这要以功能算法、硬件设备要求、预计的程序结构和占有量为依据，综合考虑来决定。（2） 应为每一子空间留出适当的裕量，以备以后使用。该设计中，实验室提供的CPU型号为CPU 226 CN，它有40个I/O点数，但是我们只需要8个输入点和10个输出点共18个I/O点数，剩下的I/O点数就可以作为裕量使用。 I/O信号和数据结构的分析与设计为PLC编程人员提供了重要的依据。3.3 程序设计的常用方法在工程中，对PLC应用程序的设计有多种方法，这些方法的使用，也因各个设计人员的技术水平和喜好有较大的差异。现将常用的几种应用程序的设计方法简要介绍如下。1. 经验设计法经验设计法也叫凑试法。在掌握一些典型控制环节和电路设计的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选择、组合。这种方法对于一些简单的控制系统的设计是比较凑效的，可以收到快速、简单的效果。但是它没有一个普遍的规律可遵循，具有一定的试探性和随意性，最后得到的结果也不是唯一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验的多少有关。经验设计法的具体步骤如下：（1）确定输入/输出电器；（2）确定输入和输出点的个数、选择PLC机型、进行I/O分配；（3）做出系统动作工程流程图；（4）选择PLC指令并编写程序； （5）编写其它控制控制要求的程序；（6）将各个环节编写的程序合理地联系起来，即得到一个满足控制要求的程序。2. 逻辑设计法工业电气控制线路中，有很多是通过继电器等电器组件来实现的。而继电器、交流接触器的触点都只有两种状态即：断开和闭合，因此用“0”和“1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的。该方法法是根据数字电子技术中的逻辑设计法进行PLC程序的设计，它使用逻辑表达式描述问题。在得出逻辑表达式后，根据逻辑表达式画出梯形图。因此用逻辑设计法也可以适用于PLC应用程序的设计。3. 顺序控制法对那些按动作的先后顺序进行控制的系统，非常适合使用顺序控制设计法进行编程。顺序控制法规律性很强，虽然编程相当长，但程序结构清晰、可读性。在用顺序控制设计法编程时，功能图是很重要的工具。功能图能够清楚地表现出系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。功能图由流程步、有向线段、转移和动作组成，在使用时它有一些使用规则，具体如下：（1）步与步之间必须用转移隔开；（2）转移与转移之间必须用步隔开；（3）转移和步之间用有向线段连接，正常画顺序功能图的方向是从上向下或则从左向右。按照正常顺序画图时，有向线段可以不加箭头，否则必须加箭头。（4）一个顺序功能图中至少有一个出初始步。3.4 PLC程序设计根据可编过程控制器系统硬件结构和生产工艺要求，在软件规格说明书的基础上，用相应的编程语言指令，编制实际应用程序并形成程序说明书的过程就是程序设计。程序设计要对做一些必要的准备工作，首先要了解系统的概况形成整体概念。其次熟悉被控对象、编出高质量的程序。再次，充分利用已有的硬件和软件工具。如果是利用计算机编程，可以大大提高编程的效率和质量。3.4.1 PLC程序流程图 PLC采用计算机控制技术，其程序设计同样可遵循软件工程设计方法，程序工作过程可用流程图3-1表示。由于PLC的程序执行为循环扫描工作方式，因而与计算机程序框图不同点是，PLC程序框图在进行输出刷新后，再重新开始输入扫描，循环执行。 图3-1 PLC程序流程图3.4.2 PLC梯形图设计图3-2 PLC程序梯形图（一）图3-3 PLC程序梯形图（二）图3-4 PLC程序梯形图（三）初始状态：Q0.6接通，其它都处于断开状态。表示小车可以进入。小车到达：I0.0闭合，Q0.0接通同时Q0.4接通，延时2秒Q0.1接通，延时2秒，Q0.2接通。Q0.5接通，Q0.6断开。表示小车已经到达。开始装料：I0.2闭合，Q0.4断开，Q0.3接通，表示装料中。装料完毕：I0.1闭合，Q0.3断开同时Q0.0断开，延时2秒Q0.1断开，在延时2秒Q0.2断开，Q0.5断开，Q0.6闭合。表示小车已经装满并且可以离开。3.5 组态监控系统设计3.5.1 监控系统的形成背景组态王是一个操作平台，它能及时的反映现场的实际情况，有利于工作人员及时的对现场出现的情况做出相应的操作。组态王6.5(KingView 6.5) 是目前国内比较流行的一种国产工业自动化通用组态软件,适用于中小规模工业监控机,价格低廉。组态王配有加密锁,支持工程加密；驱动程序较为丰富,如支持DDE、板卡、OPC 服务器、PLC、智能仪表、智能模块等；支持ActiveX 控件、配方管理、数据库访问、网络功能、冗余功能。其扩展性强,可与管理计算机或控制计算机联网通信。组态王6.5是亚控科技在组态王6.0x系列版本成功应用后，广泛征询数千家用户的需求和使用经验，采取先进软件开发模式和流程，由十多位资深软件开发工程师历时一年多的开发，及四十多位用户一年多的实际现场考验。使用更方便，功能更强大，性能更优异，软件更稳定，质量更可靠。组态王6.5的推出再次验证了亚控科技“以客为尊、务实创新、勤奋正值、协作成长” 的经营理念。亚控科技是一个永远都会将用户利益放在首位的、值得用户信赖的专业自动化软件服务商。随着Internet科技日益渗透到生产、生活的各个领域，自动化软件的e趋势已发展成为整合IT与工厂自动化的关键。亚控科技一直是这个领域的开拓者，组态王6.5的Internet版本立足于门户概念，采用最新的JAVA 2核心技术，功能更丰富，操作更简单。整个企业的自动化监控将以一个门户网站的形式呈现给使用者，并且不同工作职责的使用者使用各自的授权口令完成各自的操作，这包括现场的操作者可以完成设备的起停、中控室的工程师可以完成工艺参数的整定、办公室的决策者可以实时掌握生产成本、设备利用率及产量等数据。组态王6.5的Internet功能逼真再现现场画面，使您在任何时间任何地点均可实时掌控企业每一个生产细节得以实现，现场的流程画面、过程数据、趋势曲线、生产报表(支持报表打印和数据下载)、操作记录和报警等均轻松浏览。当然您必须要有授权口令才能完成这些。用户还可以自己编辑发布的网站首页信息和图标，成为真正企业信息化的Internet门户。对于自动送料装车系统，组态监控是重要的一步，也是必要的一步。我们知道自动送料装置一般都是在环境比较恶劣，不利于工作人员现场操作，这样就不能准确的判断现场的实际情况，就不能及时的做出相应的操作。3.5.2 组态王工程的建立组态王6.5为我们支持大画面、导航图，用户可以制作任意大小的画面，利用滚动条和导航图控制画面显示内容。绘制、移动、选择图素时，画面自动跟踪滚动。方便的变量替换，可以单独替换某个画面中的变量，也可以在画面中任意选中的图素范围内进行变量替换。自定义菜单，支持二级子菜单。丰富的提示文本，系统提供丰富的图素提示条文本，包括简单图素和组合图素。任意选择画面中的图素，在画面中使用键盘和鼠标结合可以任意选择多个图素进行组合、排列等操作。1.组态主画面的建立建立新的组态王工程，请首先为工程指定工作目录（或称“工程路径”）。“组态王6.5”用工作目录标识工程，不同的工程应置于不同的目录。工作目录下的文件由“组态王6.5”自动管理我们打开组态王6.5软件，首先要求我们新建组态王工程所在的目录，启动“组态王6.5”工程管理器，选择图3-5 新建工程向导之二菜单“文件新建工程”或单击“新建”按钮，在弹出图框中单击“下一步”继续。弹出“新建工程向导之二对话框”如图3-5我们首先确定文件存放的目录，然后选择工程所在的目录的路径，点“浏览”选择你所要存放工程的目录，然后点下一步，进入工程向导之三，要求我们为新工程命名，在工程名称文本框中输入工程的名称，该工程名称同时将被作为当前工程的路径名称。在工程描述文本框中输入对该工程的描述文字。工程名称长度应小于32个字节，工程描述长度应小于40个字节。完成工程的新建如图3-6，单击“完成”完成工程的新建。系统会弹出对话框，询问用户是否将新建工程设为当前工程，在弹出图框中单击“否”按钮，则新建工程不是工程管理器的当前工程，如果要将该工