基于PLC与组态王的货物自动识别控制系统设计.doc

装装 订订 线 山东农业大学 毕 业 论 文 基于基于 PLCPLC 与组态王的货物自动识别控制系统设计与组态王的货物自动识别控制系统设计 院 部 专业班级 届 次 学生姓名 学 号 指导教师 二 O 一 年 六 月十 日 目录 摘要 I ABSTRACT II 引言 1 1 系统设计 2 1 1 货物识别系统简介 2 1 1 1 系统简介 2 1 1 2 系统技术要求 2 1 2 系统的组成与要求 2 1 3 系统运行的选择 4 1 3 1 运行方式 4 1 3 2 故障报警 4 2 识别技术的选择与设计 5 2 1 识别技术的选择 5 2 1 1 条形码识别技术概述 5 2 2 识别系统的设计 5 2 2 1 条形码的选择及应用 5 2 2 2 条形码阅读器的选择及应用 8 2 3 通信设计 9 3 PLC 的选型与设计 12 3 1 PLC 系统设计 12 3 1 1 PLC 系统设计原则 12 3 1 2 PLC 控制系统的硬件设计 13 3 1 2 1 PLC 的选型 13 3 1 2 2 输入 输出模块的选择 14 3 1 2 3 开关量 I O 点的节省和模拟量 I O 模块的代用 14 3 1 2 4 抗干扰措施 15 3 2 本项目的选型设计 15 3 2 1 PLC 本项目的选型 15 3 2 2 本项目的硬件连接 17 3 3 软件设计 18 3 3 1 整体设计 18 3 3 2 其他处理子程序 20 4 上位机软件实现 22 4 1 监控系统的整体规划 22 4 1 1 监控系统开发的目的 22 4 1 2 监控系统开发手段 22 4 1 3 组态王介绍 23 4 2 监控系统的功能模块 24 4 2 1 参数设置模块 24 4 2 2 数据词典设置模块 25 4 2 3 页面设置模块 26 4 2 3 1 首页 26 4 2 3 2 数据页面 27 4 2 3 3 数据页面实时曲线图 28 4 2 3 4 报警页面 28 4 2 4 权限设置模块 30 5 结论 31 参考文献 33 致谢 34 附录 35 附录 1 系统硬件连接图 35 附 录 2 PLC 控制程序 36 附 录 3 组态王脚本程序 42 Contents Abstract Abstract Introduction 1 1 System design 2 1 1 Goods identification system introduction 2 1 1 1 System Introduction 2 1 1 2 System technical requirements 2 1 2The composition and the requirement of system 2 1 3The choose of system operating modes 4 1 3 1 Ooperation mode 4 1 3 2Fault alarm 4 2 Selection and design of recognition technology 5 2 1The recognition technology 5 2 1 1 Overview of barcode identification technology 5 2 2 The design of recognition system 5 2 2 1The selection and application of ammeters code 5 2 2 2 The selection and application of Bar code reader 8 2 3 Communication design 9 3 The selection and design of PLC 12 3 1 PLC system design 12 3 1 1 PLC system design principles 12 3 1 2The hardware s design of PLC control system 13 3 1 2 1 PLC selection 13 3 1 2 2 Input output module choice 14 3 1 2 3 Switch I O point s save and analog I O modules alternative 14 3 1 2 4 Anti interference measures 15 3 2 Onstrate type design 15 3 2 1 PLC onstrate selection 15 3 2 2 Onstrate the hardware connection 17 3 3 Software design 18 3 3 1 Overall design of 18 3 3 2 Other processing procedure 19 4 PC software realization 22 4 1The overall planning of monitoring system 22 4 1 1 Monitoring system development purposes 22 4 1 2 Monitoring systems development methods 22 4 1 3 Configuration WangJieShao 23 4 2 Monitoring system function module 24 4 2 1The parameters set module 24 4 2 2 Data dictionary Settings module 25 4 2 3Page Settings module 26 4 2 3 1 Page 26 4 2 3 2 Data page 27 4 2 3 3The real time graph of data page 28 4 2 3 4 Alarm pages 28 4 2 4 Permission Module 30 5 Conclusion 31 References 33 Acknowledgement 34 Appendix 35 Appendix 1 system hardware connection diagram 35 Appendix 2 attach recorded PLC control program 36 Appendix 3 Attach recorded three kingview scripts 38 基于基于 PLCPLC 与组态王货物自动识别控制系统设计与组态王货物自动识别控制系统设计 作者 宋文静 指导教师 李天华 山东农业大学机电学院 讲师 摘要摘要 货物识别技术经过多年的发展已经日趋成熟 现已渗透到了商业 仓储 邮 电通信 交通运输 工业生产过程控制以及军事装备 工程项目等国民经济各行各业 和人民日常生活之中 目前 条码技术是最成熟 应用领域最广泛的一种自动识别技 术 组态软件是伴随着计算机技术的突飞猛进发展起来的 组态软件在自动化系统的 水平 和 垂直 集成中起着桥梁和纽带的作用 已成为自动化系统中的重要组成 部分 本系统采用了基于组态王软件与 PLC 结合一般条码阅读器的货物自动识别系统 给出了系统的结构 软件设计和组态过程 采用 PLC 作为下位机提高了采集信号及控 制信号的精度 并且可以现场修改程序 维修方便 使用组态软件 用户可以方便的 构造适应自己需要的 数据采集系统 实现实时数据监控管理 保证信息在全范围 内的畅通 以适应现代化生产的需要 关键词 关键词 可编程控制器 条形码阅读器 组态软件 Based On PLC Control System Designing Automatic Identification Of Goods Author Song Wenjing Supervisor Li Tianhua Shandong Agricultural University Mechanical institute lecturer Abstract Goods identification technology after years of development have become more mature has been infiltrated into the commercial storage post and telecommunications transportation industrial production process control and military equipment the project such as the national economy and people of all walks of life day to day life At present the bar code technology is the most mature most applications of a wide range of automatic identification technology Configuration software is accompanied by the rapid advances in computer technology developed Configuration software in the automation system of horizontal and vertical integration plays a role of bridge and tie has become an important automation system components The system based software and PLC Kingview general combination of bar code reader system of automatic identification of goods given the structure of the system software design and configuration process The use of PLC as the next bit machine to improve the signal and control signal acquisition accuracy and can modify the program site to facilitate maintenance The use of configuration software users can easily adapt to their needs the structure of the Data Acquisition System to achieve real time data monitoring and management to ensure that information flow within the scope of the whole in order to adapt to the needs of modern production Keywords PLC Bar Code Reader Configuration Software 引言引言 随着计算机 信息及通信技术的发展 信息的处理能力 储存能力 传输通信能力日益强大 全面 有效的信息采集和输入几乎成为所有信息 系统的关键 条码自动识别技术就是在这样的环境下应运而生 它是在计 算机 光电技术和通信技术的基础上发展起来的一门综合性科学技术 是 信息采集 输入的重要方法和手段 自动识别技术是 20 世纪 70 年代发展 起来的集光 机 电 计算机等技术为一体的高新技术 是数据自动采集 自动输入的基础 是计算机 实时 处理的重要技术保障 条码是由一组按特定规则排列的条 空及对应字符组成的表示一定信 息的符号 不同的码制 条码符号的组成规则不同 条码技术是集编码 符号表示 印刷 识别 数据采集和处理于一身的新兴技术 其核心内容 是利用光电扫描设备识读条码符号 从而实现机器的自动识别 并快速准 确地将信息录入到计算机进行数据处理 以达到自动化管理的目的 目前 较常使用的码制有 EAN UPC 条码 EAN UCC 系统 128 条码 ITF 14 条码 交叉二五条码 三九条码 库德巴条码等 硬件选型 PLC 硬件的选型 各控制模块的选择 条形码阅读器的选择 本系统采用 PLC 为中心控制器 通过扩展的数据采集模块采集现场条形码 数据信息 并通过 PLC 对信息的处理控制系统的其他操作 完成系统功能 的整体实现 系统的操作控制 数据采集和动作过程监视 各种参数的显 示设定 由挂接在 PLC 的上位组态软件来实现 程序设计主要分两部分 PLC 程序的设计以及上位机监控程序的设计 其中核心是 PLC 程序设计 PLC 程序设计部分主要包括实现对条形码数据的阅读 识别 解释及处理等 任务 货物识别流程进程的实时监测 数据处理通过可编程控制器软件和 组态软件来实现 1 系统系统设计设计 1 1 货物识别系统简货物识别系统简介 1 1 11 1 1 系统简介系统简介 建立一个可靠的货物识别系统 首先要对货物管理改进的重要性充分 理解 即手段的改进会在提高效率的同时给企业的经济发展带来很好的辅助 作用 此外 作为对货物的管理 系统必须能够稳定可靠地运行 为了应 用上的方便 必须使系统能够实用 便捷 能够适用于高速度的信息流通网 络 近几年条形码技术在生活中的普遍应用给了我们很好的提示 条形码 在商品消费 图书管理方面的应用等已经走入我们的生活 种种应用的成 功给我们带来了鼓舞 当然我们也可以以条形码为媒介来对仓储货物管理 进行一次转变 取代传统的现场手工登记 将其转入后台进行处理 这样 就大大节省了货物出库入库时间 对货物的流通速度的加快起到很好的促 进作用 1 1 21 1 2 系统技术要求系统技术要求 本系统设计的关键在于读取货物条形码这个步骤 本设计选用了当前 比较流行的一维码来实现对信息的存储 因此给货物读取标签就转化成如 何对一维码进行读取的问题 故系统设计主要解决的问题是如何用特定的 机具对一维条形码进行读取 由于 PLC 的功能强大 容易使用 高可靠性 常常被用来作为现场数 据的采集和设备的控制 组态软件作为用户可订制功能的软件平台工具 在 PC 机上可开发出友好的人机界面 通过 PLC 对自动化设备进行 智能 控制 所以拟采用 PLC 技术 组态软件技术 条形码识别技术来实现本设 计 1 2 系统的组成与要求系统的组成与要求 该系统的设计主要包含两大部分 硬件部分选型 软件部分设计 其 中软件部分包括 PLC 软件部分设计 组态软件设计两部分 而 PLC 部分的 设计是核心内容 一般来说 PLC 控制系统有以下三种类型 1 PLC 构成的单机系统 这种系统的被控对象是单一的机器生产或生产流水线 其控制器是由 单台 PLC 构成 一般不需要与其他 PLC 或计算机进行通信 但是 设计者 还要考虑将来是否有联网的需要 如果有的话 应当选用具有通信功能的 PLC 2 PLC 构成的集中控制系统 这种系统的被控对象通常是由数台机器或数台流水线构成 该系统的 控制单元由单台 PLC 构成 每个被控对象与 PLC 指定的 I O 相连 由于采 用一台 PLC 控制 因此 各被控对象之间的数据 状态不需要另外的通信 线路 3 PLC 构成的分布式控制系统 这类系统的被控对象通常比较多 分布在一个较大的区域内 相互之 间比较远 而且 被控对象之间经常的交换数据和信息 这种系统的控制 器采用若干个相互之间具有通信能力的 PLC 构成 条形码阅读器 上位机 交流电机 PLC传感器 监控室 控制现场 组态王软件 图图 1 11 1 系统控制结构图系统控制结构图 由于本系统现场有 1 台被控条形码阅读器以及数量不是很多的其他被 控对象 可以使用单台 PLC 进行多个对象的控制 只要选用高性能的 PLC 完全能够胜任 另外 为了用户直观方便的使用 需要给予人机界面 采 用如图 1 1 所示的控制结构 在整个控制系统中 总共有四大部分组成 分别是 PLC 控制器 上位机 条形码阅读器 电机控制模块 下面分别介 绍各个组件的功能 1 PLC 控制器 系统的控制核心 采集电机 条形码阅读器 货物位置 等有关的各类对象信息 PLC 经过对输入信号的处理 综合所获得的信息 反馈控制监控对象 将信息送入上一级监控器 同时接受上位机的控制指 令 输出控制信号 完成对监控对象的实际控制 2 上位机 在整个系统中 监控主要完成三个作用 一是通过串口下 载参数进 PLC 这些参数作为 PLC 控制的依据 二是从串口读出 PLC 中相应 的参数 并在显示器上显示 三是将 PLC 传上来的参数作一定的处理 并 将最终得到的信息存入数据库中 以备以后可以查询 3 信息采集模块 该部件主要是利用条形码阅读器采集货物上的条形 码信息 并通过串口将数据发往 PLC 由 PLC 后续操作 4 其他控制模块 实现对载货电机的运动控制 1 3 系统运行的选择系统运行的选择 1 3 11 3 1 运行方式运行方式 该系统有手动和自动两种运行方式 手动为步进运行 即操作一按钮 一部分动作执行 操作另外一个按钮 另外一个动作执行 主要用于分步 控制流水线 自动为全部一次性执行 即在自动模式下 自动的完成整个 货物识别的所有动作 用于长时间生产 1 3 21 3 2 故障报警故障报警 系统设有安全保护 在自动运行模式下 当上次运行没有到位的情况 下 第二轮循环不进行 并且报警 在手动模式下 当操作人员没有按照 操作规程违规操作时 系统会拒绝执行 同时报警 2 识别技术的选择与设计识别技术的选择与设计 2 1 识别技术的选择识别技术的选择 2 1 12 1 1 条形码识别技术概述条形码识别技术概述 要将按照一定规则编译出来的条形码转换成有意义的信息 需要经历 扫描和译码两个过程 物体的颜色是由其反射光的类型决定的 白色物体 能反射各种波长的可见光 黑色物体则吸收各种波长的可见光 所以当条 形码扫描器光源发出的光在条形码上反射后 反射光照射到条码扫描器内 部的光电转换器上 光电转换器根据强弱不同的反射光信号 转换成相应 的电信号 根据原理的差异 扫描器可以分为光笔 CCD 激光三种 电信 号输出到条码扫描器的放大电路增强信号之后 再送到整形电路将模拟信 号转换成数字信号 白条 黑条的宽度不同 相应的电信号持续时间长短 也不同 然后译码器通过测量脉冲数字电信号 0 或 1 的数目来判别条和空 的数目 通过测量 0 或 1 信号持续的时间来判别条和空的宽度 此时所得 到的数据仍然是杂乱无章的 要知道条形码所包含的信息 则需根据对应 的编码规则 将条形符号换成相应的数字 字符信息 最后 由计算机系 统进行数据处理与管理 物品的详细信息便被识别了 2 2 识别系统的设计识别系统的设计 2 2 12 2 1 条形码的选择及应用条形码的选择及应用 条码分为一维条码和二维条码 一维条码只是在一个方向 一般是水 平方向 表达信息 而在垂直方向上则不表达任何信息 一个完整的一维 条码是由两侧空白区 起始字符 数据字符 校验字符 可选 和终止字符 及供人识读字符组成 如图 2 1 所示 一维条码包括 EAU 码 UPC 码 EAN138 码 ITF 码 39 码 库德巴条码 交叉 25 码等 交叉 25 码是一种 条 和 空 都表示信息的条码 有两种单元宽度 每一个条码字符由 五个单元组成 其中 2 个宽单元 3 个窄单元 在 1 个交叉 25 码符号中 组成条码符号的字符个数为偶数 当字符是奇数个时 应在左侧补 0 变为 偶数 条码字符从左到右 奇数位置字符用条表示 偶数位字符用空表示 交插 25 码的字符集包括数字 0 9 图图 2 12 1 一维码一维码 一维条码的优点是信息录人速度快 差错率低 但是也存在一些如信 息容量小 条码尺寸相对较大 空间利用率低 条码遭到损坏后不能阅读 等不足之处 不同类型的条码 有不同的码制和编码方法 条码编码方法 有以下两种 1 宽度调节法 条码的条 空 宽的宽窄设置不同 宽单元表示二进制 1 窄单元表示二进制 0 39 码 库德巴条码和交叉 25 码属于宽 度调节法编码 2 模块组配法 条码符号中每个条码字符的条与空分别由若干模块组 配而成 一个模块宽的条表示二进制 1 一个模块宽的空表示二进制的 0 通用商品条码 EAU 码和 UPC 码 93 码 EAN128 码属于模块组配法 编码 不同类型的条码有不同的编码容量和字符集 有些条码仅能表示 10 个 字符 0 9 如交叉 25 码 EAU 码和 UPC 码 有些条码可表示特殊字符 如 库德巴条码 39 条码可表示数字字符 0 9 26 个英文字母 A Z 以及一些特 殊字符 在条形码阅读器设置前 应先要确定条形码的形式 位数等 如码型 是选用 39 码 还是 128 码或其他形式 同时根据产品的各种型号 规格 参数设计定义条形码的位数及每位数值的代表意义 本设计中选用的条形 码为 128 码 条形码由 17 位数字组成 每位数字 0 9 分别代表了不同含义 128 码开始于 1981 年推出 是一种长度可变 连续性的字母数字条码 与其他一维条码比较起来 128 码是较为复杂的条码系统 而其所能支持的 字符也相对地比其他一维条码来得多 又有不同的编码方式可供交互运用 因此其使用弹性也较大 128 码的內容大致也分为起始码 数据码 终止码 校验码等四部分 其中校验码是可有可无的 Code 128 码可表示从 ASCII 0 到 ASCII 127 共 128 个字符 故称 128 码 图 2 2 是 128 码的范例与结 果 128 码具有下列特性 图图 2 22 2 128128 码码 1 具有 A B C 三种不同的编码类型 可提供标准 ASCII 中 128 个字 符的编码使用 2 允许双向的扫描处理 3 可自行决定是否要加上检查码 4 条码长度可自由调整 但包括起码和终止码在內 不可超过 232 个 字元 5 同一个 128 码 可以采用不同的方式进行编码 即由 A B C 三种 不同编码规则的互换可扩大字符选择的范围 也可缩短编码的长度 128 码的编码方式 128 码有三种不同类型的编码方式 见表 2 1 对于选择何种编码方式 则决定于起始码的內容 表表 2 12 1 128128 码编码类型码编码类型 起始码 编码类别逻辑型态相对值 CODEA 11010000100103 CODE B11010010000104 CODE C 11010011100105 终止码无论是采用 A B C 何种编码方式 128 码的终止码均为固定的 一种性能 其逻辑型态皆为 1100011101011 目前所推行的 128 码是 EAN 128 码 EAN 128 码是根据 EAN UCC 128 码 作为标准将资料转变成条码符号 并采用 128 码逻辑 具有完整性 紧密 性 连接性和高可靠度的特性 信息包括如生产日期 批号 计量等 可 运用于货运标签 携带式资料库 连续性资料段 流通配送标签等 EAN 128 的编码说明如表 2 2 所示 表表 2 22 2 EAN 128EAN 128 的编码说明的编码说明 代号码別长度说明 A 应用识別码 18 00 代表其后资料內容为运送容器序号 为固定 18 位数字 B 包装性能指示码 1 3 代表无定义的包装指示码 C 前置码与公司码 7 9 代表 EAN 前置码与公司码 D 自行编定序号 1 由公司指定序号 E 检查码 4 检查码 F 应用识別码20 代表其后资料內容为配送邮政码应用于仅有一邮政当局 G 配送邮政码代表配送邮政码 2 2 22 2 2 条形码阅读器的选择及应用条形码阅读器的选择及应用 现在使用的一般条形码阅读器大多是为与电脑连接而设计的 其通讯 方式与接口形式多种多样 由于串行通讯已在 PLC 中成为一种最常用 最 经济的通讯方式 因此在条形码阅读器与 PLC 构成的数据采集系统中多选 用串行通讯为接口的条形码阅读器 本文选用了一种普通手持式条形码阅读器和 OMRON C200H 系列 PLC 为例进行设计研究 比较 OMRON 为其配备的专用条形码阅读器 虽然采用 专用条形码阅读器具有配备简单的优点 但缺乏系统灵活性和通用性 性 价比较差 本文介绍的方法提高了 PLC 在进行条形码数据采集与识别方面 的配置灵活性 而不必局限于专用条形码阅读器 适用于所有支持串口通 讯的 PLC 条形码阅读器与 PLC 构成的数据采集系统中条形码阅读器用来读取条 形码信息 并通过通讯接口将数据上传至 PLC PLC 负责条形码数据的接收 校验 识别 解释 构成了系统中基础信息采集的一个单元 2 3 通信设计通信设计 串行通讯也称为点对点 point to point 通讯 串行通讯的接口形式 通常有三种 1 RS232C V 24 接口 最大通信距离 15m 只能连接单个设备 2 RS422 485 V 27 接口 最大通信距离 1200m RS422 串行口只能接 一个设备 RS485 串行口可连接多个设备 3 20mA TTY 接口 TTY 接口在目前已很少应用 基于实际应用系统中 RS232C 接口最常用 本系统中选用 RS232C 作为 串行通讯接口 系统的硬件结构示意图 如图 2 3 所示 图图 2 32 3 系统硬件连接示意图系统硬件连接示意图 PLC 串行通讯处理模块支持的串行通讯协议有多种 常见的有支持 ASCII 驱动 3964 R RK512 协议 特殊的还支持第三方串行通讯协议 如 MODBUS RTU Date Highway DFl 协议 在绝大多数的应用中使用 ASCII 驱动 而 3964 R RK512 协议在较早的一些 PLC 系统中有使用 现在则较 少使用 ASCII 驱动包含物理层 ISO 参考模型第一层 条形码阅读器都支持 ASCII 码驱动方式 通常 PLC 要连接的串行口设备需要知道该设备的报文格 式 数据请求报文和数据报文 串行口设备在接收到数据请求报文后返回 数据报文 但这样的设计应用在 PLC 条形码数据采集系统中不能做到灵活 的条形码数据采集 因为需要等待 PLC 的数据请求报文 在 PLC 的串行通讯中通讯处理单元支持一种称为 无协议通信模式 或 自由端口模式 的通讯方式 所谓 无协议通信模式 或 自由端口 模式 是指 CPU 串行通讯口可由用户程序控制 用户可利用发送 接收中断 发送 接收指令来控制通讯的操作 实现与打印机 条形码阅读器等设备的 通讯 该方式下 PLC 数据接收缓存区处于激活状态 随时接收条形码阅读 器产生的数据报文 并在接收到新数据时寄存器接收标记位产生一个 PLC 扫描周期长度的接收完成脉冲信号 利用该脉冲调用编写的数据采集与识 别程序即可实现条形码数据的采集与识别 按照 无协议通信模式 将两者 RS232C 接口相连 并分别进行通讯协 议的设置 PLC 的串行通讯口通常分为 CPU 模块自带串行通讯端口和专用串行通讯 模块 其功能上没有区别 使用 CPU 自带的串行通讯模块最经济 各种系 列 PLC 在串行通讯接口的定义上有一些区别 因此设计通讯接线时要首先 了解选用 PLC 串行通讯接口的定义 条形码阅读器的 RS232C 接口形式为标 准的 DB25 或 DB9 定义 本系统中根据 OMRON PLC 对其 S232C 端口 9 芯的定 义 其与条形码阅读器的接线形式如图 2 4 所示 图中 PLC 串行通讯接口 为 D9 Female 型 条形码阅读器的串行通讯接口为 D25 Male 型 信号源 序号 RXD 2 TXD 3 GND 7 屏蔽保护 序号 信号名 2 TXD 3 RXD 4 RS 5 CS 9 GND 屏蔽保护 条形码阅读器C200Ha 图图 2 42 4 条形码阅读器与条形码阅读器与 PLCPLC 串行通信口接线示意图串行通信口接线示意图 条形码阅读器中的通讯设置和帧结构与 PLC 的设置相一致才能保证正 常通讯 条形码阅读器的通讯设置通常是使用用户手册中的参数设置条形 码来完成 即通过阅读其中的参数设置条形码来设定各种通讯协议 常用 的参数设置条形码有条形码类型 前置符 Preamble 后置符 Postamble RS232C 通讯 包括 数据位 停止位 校验方式 波特率 终端符 其中的前置符 Preamble 对应 PLC 通讯协议中定义的起始代码 后置 符 Postamble 对应结束代码 比照上述 PLC 中定义的通讯协议 可设置条 形码阅读器中通讯协议为 条形码类型 128 码 前置符 S 后置符 EN 8 位数据位 1 个 停止位 偶校验 波特率 9600b s 无终端符 3 PLC 的选型与设计的选型与设计 3 1 PLC 系统设计系统设计 3 1 13 1 1 PLCPLC 系统设计原则系统设计原则 任何一种电器控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求 以提高生 产效率和产品质量 因此 在设计 PLC 控制系统时 应遵循以下基本原则 1 最大限度地满足被控对象的控制要求 设计前 应深入现场进行调 查研究 搜集资料 并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合 共同拟定电器控制方案 协同解决设计中出现的各种问题 2 在满足控制要求的前提下 力求使控制系统简单 经济 使用及维 修方便 3 保证控制系统的安全 可靠 4 考虑到生产的发展和工艺的改进 在选择 PLC 容量时 应适当留有 余量 PLC 控制系统设计的基本内容 PLC 控制系统是由 PLC 与用户输入 输出设备连接而成的 因此 PLC 控制系统设计的基本内容应包括 1 选择用户输入设备 按钮 操作开关 限位开关 传感器等 输出 设备 继电器 接触器 信号灯等执行元件 以及由输出设备驱动的控制对 象 电动机 电磁阀等 这些设备属于一般的电器元件 其选择的方法在 其他有关书籍中已有介绍 2 PLC 的选择 PLC 是 PLC 控制系统的核心部件 正确选择 PLC 对于 保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要的作用 选择 PLC 应包括 机型的选择 容量的选择 I O 模块的选择 电源模块的选择等 3 分配 I O 点 绘制 I O 连接图 4 设计控制程序 包括设计梯形图 语句表 即程序清单 或控制系统 流程图 控制程序是控制整个系统工作的条件 是保证系统工作正常 安 全 可靠的关键 控制系统的设计必须经过反复调试 修改 直到满足要 求为止 5 编制控制系统技术文件 包括说明书 电气图及电器元件明细表等 传统的电气图 一般包括电气原理图 电气布置图及电气安装图 在 PLC 控制系统中 这一部分图可以统称为 硬件图 它在传统电器图的基础 上增加了 PLC 部分 因此在电气原理图中应增加 PLC 的 I O 连接图 此外 在 PLC 控制系统的电气图中还应包括程序图 梯形图 向用户 提供梯形图 可便于用户生产发展或工艺改进时修改程序 并有利于用户 在维修时分折和排除故障 3 1 23 1 2 PLCPLC 控制系统的硬件设计控制系统的硬件设计 PLC 控制系统的硬件设计是至关重要的一个环节 这关系着 PLC 控制系 统运行的可靠性 安全性 稳定性 3 1 2 13 1 2 1 PLCPLC 的选型的选型 在工程中主要根据工艺要求 控制对象 用户需要等方面选择合适的 PLC 以获得最佳的性能价格比 就一个控制系统而言 PLC 的选型原则和 考虑因素如下 1 PLC 一般用于开关量控制为主兼有模拟量控制的系统 尤其适合于 动作频繁 逻辑关系复杂 程序多变的系统 应用于这样的系统 将会最 大限度发挥技术经济效果 2 是否与计算机连接 是否要求构成网络信息系统 以及对远程站的 设置要求 是否需要中断输入 双机设备 位置控制 高速计数器等特殊 模块和智能模块 3 开关量 I O 点数 模拟量 I O 路数 电压等级及输出功率 内存容 量 I O 点数直接关系到 PLC 输入 输出模块的选择 I O 点数一般要考虑 余量 特别是开关量输入更应考虑多些余量 合适的电压等级可提高 PLC 的抗干扰能力 4 其他考虑因素选择 PLC 还要对其外型 结构 系统组成 设置条件 价格 技术服务 应用业绩等多项指标综合分析比较 然后才能确定理想 的 PLC 产品 3 1 2 23 1 2 2 输入输入 输出模块的选择输出模块的选择 模块电源 在选择交流 I O 模块时 宜采用隔离变压器为其供电 这样可防止外 部电路故障冲击模块 电源线采用双绞线 绞距 1 2CM 隔离变压器的容量 按 PLC 电源组件容量的 1 5 2 倍选择 直流模块的外接电源 其波纹值应 满足模块要求 若是模拟量直流模块 尚需用稳压电源 电压等级 在选择电源模块时 电压等级是一个比较重要的参数 它要根据现场 设备与模块之间的距离来选 当外部线路较长时 可选用 AC220V 模块 当 外线短且控制相对集中时可选择 DC24V 模块 输出电路 PLC 的模块输出方式一般有 3 种 晶体管输出 继电器输出 双向可控 硅输出 确定负载类型根据 PLC 输出端所带的负载是直流型还是交流型 是大电流还是小电流 以及 PLC 输出点动作的频率等 从而确定输出端采 用继电器输出 还是晶体管输出 或晶闸管输出 不同的负载选用不同的 输出方式 对系统的稳定运行很重要 输入电路 PLC 输入电路电源一般应采用 DC24V 这对系统供电安全和 PLC 安全至 关重要 同时其带负载 接近开关等 时要注意容量 同时作好防短路措施 因为该电源的过载或短路都将影响 PLC 的运行 建议该电源的容量为输 入电路功率的两倍 PLC 输入电路电源支路加装适当熔丝 防止短路 3 1 2 33 1 2 3 开关量开关量 I OI O 点的节省点的节省 相同控制作用且每个接点在编程中仅使用一次的若干个输入接点 可 在外部电路进行串 并联后作为一个输入点处理 编程时用常开编程接点 如某个设备的多个故障信号接点可在外部电路串联后接在一个输入点上 而不必占用多个输入点 相同控制逻辑的输出 如集中联锁控制系统发往 各现场的启动预告信号 可只用一个输出点 再用接线端子扩展至各现场 设备 3 1 2 43 1 2 4 抗干扰措施抗干扰措施 由于产生干扰的因素是复杂而多样的 因此采取的抗干扰措施要根据 情况而定 PLC 供电电源一般为 AC85 240V 适应电源范围较宽 但为了抗 干扰 应加装电源净化元件 如电源滤波器 1 l 隔离变压器等 隔离变 压器也可以采用双隔离技术 即变压器的初 次级线圈屏蔽层与初级电气 中性点接大地 次级线圈屏蔽层接 PLC 输入电路的地 以减小高低频脉冲 干扰 设置一个 PLC 信号专用接地装置 该装置不能和防雷接地装置 电 器设备接地装置有金属连接 接地电阻可参见使用说明书 一般小于 100 即可 接地线进入 PLC 控制柜中的信号接地端子排 当出现干扰时将 PLC 的接线端子与信号接地端子排相连 3 2 系统的选型设计系统的选型设计 3 2 13 2 1 系统的系统的设计要求设计要求 系统的要求有以下几点 1 经济实用 能够适应现场 提高设备的可靠性 2 方便现场数据的修改 具有一定的柔性 3 保证数据采集的准确 提高生产率 4 提高设备自动化率 根据设计提出的要求 我们优先考虑安全稳定性好 有质量保证的 PLC 品牌 综合以上的考虑 决定采用 OMRON C200H 系列 C200H 是中型机 C200H C200HS 的后续机型 的模块有电源单元 CPU 单元 基本 I O 单元 特殊功能单元和通信单元 所有模块通过其底部 的总线插头安装在 CPU 底板或 I O 扩展底板上 CPU 单元上有内存卡 存储器盒 的插槽 可插接多种存储器盒 外设端 口接外围设备如编程器等 有些 机的 CPU 单元有 RS232C 口 在 CPU 上 有一个通信板的插槽 插上通信板后 极大地增强了 机的通信联网功能 CPU 上的 DIP 开关设定 PC 的工作方式 机有存储介质为 EPROM 电可编程只读存储器 和 EEPROM 电可擦可编 程只读存储器 两种形式的内存卡 存储器盒 CPU 可以直接读写 EEPROM 内 存卡 CPU 改写 EEPROM 的次数几乎不受限制 但对于 EPROM 内存卡 CPU 只能读出 不能写入 内存卡能长期保存数据 不需要任何后备电源 内存卡安装在 CPU 的 专用插槽上 用户程序 PC 设置 I O 注释 DM 区域和其它数据区域的数 据可以作为一个整体保存到内存卡中 以防误操作而修改 当 CPU 的 DIP 开关位于 ON 时 内存卡中的内容会在上电时自动地传送至 CPU 中 在改变 控制功能时 可方使的用替换内存卡来改变设定的程序 C200H 的 CPU 机架可连接 2 或 3 个 I O 扩展机架 这取决于 CPU 的型 号 CPU 机架由 CPU 底板 CPU 单元 电源单元和 I O 单元组成 I O 扩展 机架由 I O 扩展底扳 电源单元和 I O 单元组成 C200H 基本 I O 单元的 I O 地址分配规则是 C200H 的 I O 点为 5 位数 前 3 位为通道号 第 1 位为机架号 CPU 主机架为 0 最靠近主机架 的 I O 扩展机架为 1 最后一个为 3 接着确定单元的槽位号 从机架的最 左边开始依次为 00 01 09 3 槽机架槽位号 00 02 5 槽机架 00 04 8 槽机架 00 07 10 槽机架 00 09 最后 2 位是 I O 点在单元上的编 号 C200H 的特殊功能单元和通信联网有以下特点 1 特殊功能单元丰富 C200H 全兼容 C200HS C200H 的特殊功能单元 2 通信板与通信协议宏功能 有 C200HS C200H 所不具备的通信板和 通信协议宏功能 机除 C200HE CPU11 E 外 其它机型都可以便用通信板 通信板安装 在 CPU 的插槽上 通信板有的带总线连接器 有的带 RS232C RS422 RS485 串行口 有的两者兼而有之 其中 01 04 通信板上的总线连接器是与 SYSMACLink SYSMAC NET Link ControllerLink PC 卡等通信单元连接的 端口 04 05 06 通信板具有通信协议宏功能 3 通信联网 C200H 的通信联网功能要强于 C200HS C200H 例如 C200H 可以接入 OMRON 的高层信息网 Ethernet 和中层控制网 Controller 而 C200HS C200H 则不能 即使入同样的网如 SYSMAC Link SYSMAC NET 网 C200H 的通信功能也扩大了 它不仅支持 C 模式 还支持 CV 模式 FINS 通信指令 机在入上述四种网时 要在 CPU 上插入 通信扳 C200HW COM01 04 并通过总线连接器把通信板与通信单元连接起来 机兼容 C200H 的通信单元 即可以使用 C200H 的通信单元接入 HOST Link 网 PC Link 网 也可以在 机上配置 Remote I O 主单元形成远程 网 机也有 B7A 接口单元进行远程扩展 使用和 CQM1 同样型号的链接终 端 机 CPU 自带的 RS232C 口支持上位链接 无协议链接 1 1PC 链接 NT 链接等 3 2 23 2 2 系统的硬件连接系统的硬件连接 根据系统功能确定 PLC 使用到的端子如表 3 1 3 2 所列 硬件原理图 见附录 1 表表 3 13 1 输入端子分配表输入端子分配表 端子名称功能 000 00 启动停止按钮系统启动 001 01 条形码阅读器传感器检测控制条形码阅读器工作 001 03 传感器 11 通道到位检测 001 04 传感器 22 通道到位检测 001 05 传感器 33 通道到位检测 001 06 通道 1 传感器1 通道货物到位检测 001 07 通道 2 传感器2 通道货物到位检测 001 08 通道 3 传感器3 通道货物到位检测 001 02 传送带传感器检测货物抵达 001 09 手动开关 1传送带手动控制 001 10 手动开关 2电磁阀 1 手动控制 001 11 手动开关 3电磁阀 2 手动控制 001 12 手动开关 4电磁阀 3 手动控制 001 13 手动开关 5电动机 B 1 手动控制 001 14 手动开关 6电动机 B 2 手动控制 001 15 手动开关 7电动机 B 3 手动控制 001 00 手动控制开关手动控制开关 RS232C 与条形码阅读器及 PC 上位机通信 表表 3 23 2 输出端子分配表输出端子分配表 3 3 软件设计软件设计 PLC 软件设计主要分主程序 校验程序 数据转换程序 机械控制子程 序程序等 3 3 13 3 1 整体设计整体设计 在完成相关的通讯协议设置后 PLC 在 无协议通讯模式下 通过编写 数据采集程序对从条形码阅读器中获取的数据进行解释和识别 OMRON PLC 中使用 RXD 指令进行数据读取 RXD 指令格式 RXD D C N 其中 D 为接收 数据的地址 C 为控制字决定采用什么顺序把数据写入存储器 N 指定存储 器字节数 4 位 BCD 码 其他系列的 PLC 也有类似的接收指令或模块 在端 口接收到新数据后 接收完成标记位 SR26406 输出一个脉冲程序中利用该 标记位调用 RXD 指令将数据读入存储器中 并随后对条形码数据进行检验 如检验通过 则进行数据转换 并根据定义的条形码数值含义进行解释和 识别 供系统调用 3 3 2 其他处理子程序其他处理子程序 1 机械控制子程序 此部分主要根据上位机处理相应货物信息 根据条形码提供的基本资 料按照相应规制将货物进行不同处理 本设计主要体现在不同的货物经过 传送带送往不同通道 以便交由下一单元进行其他操作 由于本设计主要 分成三个货物通道 所以相应的处理子程序也由三个 分别控制不同的货 物分拣到不同的通道 2 报警处理子程序 此部分主要完成系统故障以及通信异常和货物识别失败时的故障报警 端子名称功能 002 00 电机 A驱动货物到达阅读区 002 01 电机 B 1驱动货物运行在 1 通道 002 02 电机 B 2驱动货物运行在 2 通道 002 03 电机 B 3驱动货物运行在 3 通道 002 04 推杆电磁阀 1驱动货物推进 1 通道 002 05 推杆电磁阀 2驱动货物推进 2 通道 002 06 推杆电磁阀 3驱动货物推进 3 通道 002 07 报警声光电报警输出 3 手动控制子程序 根据设计功能要求 当系统出现故障 无法在自动控制模