基于PLC与组态软件的水泥配料系统设计.doc

西华大学毕业设计说明书 目录1 前言32总体方案设计42.1 系统需求分析42.2 方案的提出与选择42.2.1 方案的提出42.2.2 方案的选择62.3 系统的总体设计72.4 系统的工艺流程72.5 系统的I/O信号分析83硬件系统设计103.1 型号选择103.1.1 PLC型号的选择及扩展模块的选型103.1.2 其他硬件设备选型113.2 PLC控制设计133.3 变频器调速控制设计143.4称重检测模块设计153.5电机驱动模块设计164软件设计184.1主程序流程图184.2 系统中间元件分配204.3 系统主程序设计204.4 PID程序设计235上位机监控设计265.1 监控软件的选择265.2 易控的窗口界面设计265.2.1 工程建立265.2.2 画面建立285.3 数据库变量295.4 I/O通信配置305.5 I/O变量-数据库变量316系统调试336.1 PLC系统调试336.2 上位机调试356.3 系统综合调试357结论378设计总结与体会389致谢3910参考文献40附录一：水泥配料系统电器元件清单列表41附录二：相关设计程序：42附录三：外文资料翻译：471 前言自动控制在当今社会发展得越来越迅速,特别是进入21世纪以来PLC可编程控制也发展得愈来愈成熟，它也逐渐的被越来越多的人所重视，到如今已经变成了工业中人们新的追求对象之一，在日常应用中它为我们的工作和学习带来了极大的便利，其中在水泥和建筑行业中，水泥配料系统就是一个很实际应用的例子，不管是水泥中的配料还是其他驱动设备的控制都需要用到可编程控制，同时随着社会科技的进步，人们对自动控制的要求也逐渐增高，所以目前的PLC技术正在朝着智能化，集成化发展和进步。自动配料系统目前已经广泛应用于建材、化工、水泥及食品行业，随着科技的不断进步，智能化的不断提高，PLC正在成为工业控制领域的主流控制设备，可以用于各种规模的工业控制场合，在各个领域发挥着越来越大的作用。除了逻辑处理功能以外，近年来PL，同时让它在这些行业中也占据着越来越重要的地位，近年来随着计算机技术和PLC技术的飞速发展，国内外的组态软件不断完善，自动配料系统控制方案也在不断改进。由于传统的继电器电路控制已经不能满足工业发展需要和人们的日常生活需要，因此大量的PLC控制技术随即产生，并且它的技术也日益成熟，它已经从原来的逻辑控制实现到数字量的控制转变。今天PLC的功能单元也随着时间的流逝而逐渐涌现，PLC已经不再只是传统的逻辑控制的功能，更让它在工业生产过程中有着运动过程控制等能力，并且PLC通信能力也变得越来越强大，这让它在很多的工业控制作业中变得越来越受欢迎。此次设计的水泥配料系统是一种通用性强、智能化高、易维护的自动控制系统，其硬件电路和软件程序设计思路清晰，方案简单可行，利用可编程控制器设计的配料系统执行速度快，抗干扰能力强，性能优越；而且，利用易控组态软件设计上位机界面，便于监控操作，能满足一般生产工作中的监控要求，且成本较低、有良好的性价比。2总体方案设计2.1 系统需求分析随着社会科技的不断进步，PLC控制技术在工业的生产作业中也变得愈来愈普遍，而本次系统所要设计的是在水泥行业起着无可替代作用的水泥配料系统，根据工业的实际生产情况，要实现本次配料系统的配料，则需要三台送料电机、三台皮带驱动电机，并且每台电机配置一台变频器以调节电机速度，分别计量每台皮带秤上的物料重量以计算比值，所以本系统配置了三套配料皮带秤分别对石灰石、铁粉、砂岩进行配比以构成整套配料系统。2.2 方案的提出与选择2.2.1 方案的提出本次毕业设计系统的主要方案有两个：方案一：基于单片机控制的配料系统本方案利用了AT89S52单片机作为本方案控制结构的控制核心元件，再结合其他一些功能电路共同构成皮带秤控制系统。送料电机先将物料送入称重区进行称重，称重传感器将重量信号经过放大器电路放大输出给A/D转换电路，将模拟量信号转换为数字量信号输入给单片机进行处理，同时测速传感器将速度信号经整形电路输送给单片机，待单片机CPU处理信号后输出给D/A转换电路模块，放大后送给可控硅控制电路，其中，报警电路和显示电路也由单片机进行处理。如图2.1所示：图2.1 基于单片机的控制结构图方案二：基于PLC的控制系统该系统下位机通常采用PLC，上位机通常是生料配料控制计算机或者易控等监控软件，而PLC作为整个系统的控制核心，它通过现场总线连接配料装置一系列的驱动信号、指示灯信号以及设备故障信号等，进行输入输出信号处理，上位机和下位机之间采用RS一232串行通讯网络进行通讯，形成完整的配料控制系统。如图2.2所示：图2.2 PLC控制结构图2.2.2 方案的选择方案一采用单片机为核心的控制系统虽然能够通过多种中间电路完成系统的设计但利用的中间电路太繁多。方案二采用以可编程控制器为核心 ，结合变频器 、称重传感器共同完成配料系统的自动控制方案，采用这种控制方式具有以下四个优势：（1）采用这种方式控制更加方便与灵活；（2）PLC与其他通信设备拥有很好的通信接口，能够更加容易地与其他的系统完成数据交换，并且它的通用性很强；（3）随着市场上开发PLC众多产品的商家更加注重PLC的系列化和模块化，从而让使用者可以根据自身要求灵活地组成各种不同规模和要求的控制系统。针对硬件方面的设计上，不需要太多的中间继电器等元件去设计电路，能够最大化地缩减电路和简化电路，只需要设计者确定PLC的一些硬件配置和它的I/O口的外部接线，当遇到控制要求需要去改变的时侯，我们只需要利用计算机来修改存储器中的控制程序，从而大大地方便了工作人员在现场进行调试；（4）随着PLC技术的日益成熟，PLC相较于以前，它能够抗击更强的干扰信号并且在工业应用中变得更加的可靠。综上所述，为了更好地达到本次系统设计的目的，从电路设计的复杂性和系统设计的成本以及考虑到现场实际的生产要求出发，再结合系统功能的易实现性，相比较用单片机来实现本次水泥配料系统的功能，PLC能够简化很多需要用到的中间继电器的电路，从而简化整个系统的电路，因此我选择了第二种方案来完成本次系统设计。2.3 系统的总体设计在本系统中，总共有三条传送带生产线，三台送料电机根据配比分别对1#、2#、3#料斗进行送料，经落料区后进入称重区，由称重传感器对到达上面的物料进行称重后将重量信号传给PLC，当流量信号出现偏差，经PID调节输出给变频器对皮带驱动电机转速进行调节控制，最后实现恒流量控制，三台传送带上的物料经出料区进入搅拌器混合，如图2.3所示为系统总体结构图：图2.3 系统总体结构图2.4 系统的工艺流程系统检测料斗中的料位，并将料位信号送入PLC，当高低料位传感器检测到料位过低时，送料电机开始送料，直到料斗料位达到高料位时，系统停止对它送料，系统中的挡板对料口进行开量控制，当物料下到落料区进入称重区时，称重传感器对物料进行称重得到一个重量信号经变送器放大送入PLC，PLC再将输出信号送给变频器，变频器通过频率的改变来调节皮带驱动电机的速度以达到恒流量的控制。工艺流程图如2.4所示：图2.4 工艺流程图2.5 系统的I/O信号分析了解了整个水泥配料系统的组成、结构和每部分的功能，接下来想要更加明白水泥配料系统的硬件结构和软件设计，就必须进行PLC控制系统的输入/输出点的配置。输入/输出分配主要针对水泥配料系统的输入/输出节点分配工作位地址、确定数据类型和标志位地址分配。在本次系统设计中我采用表格描述水泥配料系统的输入/输出点分配，能够让各个点的分配情况更加清楚，同时更方便我们查找相关的地址分配情况和数据类型。而输入/输出点数则要根据系统的控制要求确定，在本系统中输入信号有开关量信号和模拟量信号，输出信号亦有开关量信号和模拟量信号。系统分为手动和自动控制，每台皮带驱动电机有变频控制运行，再加上对应的故障指示和报警等信号。输入/输出点含义及地址分配如表2.1所示。表2.1 水泥配料系统PLC输入/输出点配置表输入输出停止按钮SB2X01#送料电机M1Y0启动按钮SB1X12#送料电机M3Y1急停按钮SB3X23#送料电机M5Y21#电磁阀YV1Y31#料位传感器（高）X32#电磁阀YV2Y41#料位传感器（低）X43#电磁阀YV3Y52#料位传感器（高）X51#皮带驱动电机M2Y62#料位传感器（低）X62#皮带驱动电机M4Y73#料位传感器（高）X73#皮带驱动电机M6Y103#料位传感器（低）X10电源指示灯HL1Y111#主料加一按钮SB4X11低料位信号灯HL2Y122#辅料加一按钮SB5X12送料电机运行信号灯HL3Y133#辅料加一按钮SB6X13皮带电机运行信号灯HL4Y14配比确定按钮SB7X14变频器故障信号灯HL5Y151#变频器故障信号X15蜂鸣器HAY162#变频器故障信号X163#变频器故障信号X171#称重传感器FX2N-4AD模拟量输入模块2#称重传感器3#称重传感器3硬件系统设计3.1 型号选择3.1.1 PLC型号的选择及扩展模块的选型PLC的选型主要是依据所要设计系统的控制结构的一些特点和系统的应用要求，同时还应综合考虑到本次系统中PLC在本次系统设计中所应该实现的功能和要达到要求的效果和与它匹配的编程软件的使用便利和实用性等诸多方面的因素，基于以上因素，本次系统设计我选择了日本三菱公司研发的FX2N系列PLC。FX2N系列PLC现在是目前市场上应用比较普遍的一款编程软件，最大限度囊括了标准优点、执行速度也变得更快、通信所具备的功能相较于其它类型PLC也变得更齐全，为工业自动化控制应用提供了非常大的便利性和实用性。它能够连接多种拥有特殊功能的电路模块或扩展功能的控制板，如模拟量输入块和模拟量输出模块、脉冲输出模块、位置控制模块等，这就能够让它可以实现多轴定位控制。对于PLC而言，通过通信扩展板或特殊适配器可以实现多种通信和数据链接，例如CC-Link、AS-i等开放式网络通信，RS-232C、RS-422和RS-485通信。在本次水泥配料系统中根据控制系统实际所需要的端子数目，同时考虑到PLC端子数目要有一定的留量，因此选用了FX2N-32MR-UA1/UL。PLC端子图如图3.1所示：图3.1 PLC端子图本次系统设计中测得的重量信号是模拟量，而输出信号又只能是以模拟量信号输出，而PLC的CPU又只能处理数字量，所以本次系统设计PLC需要的扩展模块是一个模拟量输入模块，它需要将模拟量转换成数字量再送入PLC进行处理。同时需要一个模拟量输出模块经过变送器将PID调节的数字输出量转换为标准量程的直流电压信号去控制变频器。因此本系统模拟量输入模块的选型应综合考虑到变频器的因素，我们在选择输入模块信号电路时应注意以下几个事项：（1）控制输入信号模块的分辨率（2）模拟量模块的转换速度（3）模拟量模块的通道数（4）模拟量模块的量程（5）模拟量模块是否有光隔离（6）用于重量检测的模拟量输入模块。由于本次系统设计的PLC选择了FX系列，综合考虑到通信口的适配性以及接线的便利性，因此本扩展模块我同样考虑使用与此对应的FX系列产品。三菱公司FX系列有多种模拟量输入模块和输出模块，综合考虑到本系统模拟量输入信号的数量，我选择了FX2N-4AD模拟量输入模块。它的输入信号有三种量程可供选择：-10+10V、420mA和-2020mA，转换后的数字量的预置值分别为-20002000、01000和-10001000。它的正常转换速度为15ms/通道，当运行到高速模式时转换速度为6 ms/通道。模拟量电路和数字量电路之间则通过光耦合器进行隔离。其配线图如图3.2所示：图3.2 FX2N-4AD配线图而与此相类似的，输出扩展模块选择有相同模拟量输出通道的FX2N-4DA模拟量输出模块，将经PLC处理过后的信号再经PID调节变送器放大后的数字量转换成模拟量控制输出变频器，其配线图如图3.3所示：图3.3 FX2N-4DA配线图3.1.2 其他硬件设备选型（1）热继电器选型热继电器电流应大于或等于电动机的额定电流：，为电动机额定电流。对于电动机回路，热继电器的整定电流应等于电动机的额定电流。由此1#皮带驱动电机热继电器选择JR20-16 2S，2#、3#皮带驱动电机热继电器选择JR20-107R，送料电机热继电器选择JR20-104R。（2）断路器选型断路器为系统电源开关，其主回路控制对象为电感性负载交流电动机，断路器过电流脱扣值按电动机启动电流的1.7倍整定。自动配料系统有2.2kw皮带驱动电动机一台，0.4kw皮带驱动电动机两台，送料电动机为以下，启动电流较小，因此可根据2.2kw电动机选择断路器QF脱扣电流: (3-1) 由于断路器的脱扣电流应大于计算值，因此选用C45AD型断路器，其脱扣电流为10A。（3）按钮选型按钮分启动、停止、紧急停止按钮，启动、停止按钮可以加以颜色区分，因此，选择启动按钮型号为XB2-EA135；停止按钮为XB2-EA142。紧急停止按钮选择施耐德生产的XB2-BS542。（4）电磁阀选型选择电磁阀时，要确定这个阀时控制什么的，根据机械结构所需要的力，再选择需要多少功率的电磁阀。根据本系统要求，选择亚德客生产的4V210-08A型电磁阀。（5）交流接触器选型接触器主触点额定电流： 或 (3-2)K为经验系数，取11.4。因此，交流接触器选择：AC 220V DJX2-0910型。（6）信号灯选型信号灯选型可根据所指示信号表达的系统工作情况选定。因此，电源指示灯、送料电动机运行指示灯、皮带电动机运行指示灯可选用施耐德生产的AC220V绿色，型号为XB2BVM3LC的塑料指示灯；变频器故障指示灯、低料位指示灯可选用施耐德生产的AC220V红色，型号为XB2BVM4LC。（7）报警电铃选型由于本系统PLC的电源输入，要求选择本系统报警器为电源AC220V，型号为AD16-22M/k23蜂鸣器。（8）料位传感器选型本系统中，需对料位高低进行检测，因此在本系统中选用料位开关进行料位检测，料位开关就是一种对容器中物体的高度是否达到某一指定的位置而进行检测的传感器。根据本系统需求和应用范围，选用BS-CFY射频导纳电容式物位开关。3.2 PLC控制设计PLC是可编程控制器的简写，它是一种集数字运算与操作为一体的控制设备。随着科技的发展，PLC替代了传统继电器，它几乎已经应用于当代工业的各个自动控制领域。由于用户可以运用PLC通过软件来改变工业控制过程，并且由于PLC体积小、组装灵活多变、编程也较为简单、抗干扰能力强以及可靠性高等特点，特别能够适应在比较恶劣的环境条件下工作。在本模块设计中，三菱FX2N-32MR-UA1/UL作为系统的核心控制单元，连接A/D、D/A扩展模块，各种开关量按钮以及指示信号灯，具体控制接线图如下图3.4所示：图3.4 PLC接线图3.3 变频器调速控制设计变频调速实际上是通过改变电动机的定子供电频率，以平滑改变电动机转速，当频率f在0HZ到50Hz的范围内变化时，电动机转速调节的范围非常宽，在整个调速过程中，都可以保持有限的转差功率，它具有高效率、宽范围和高精度等特点，是目前应用最广泛且最有发展前途的调速发展方式。本次系统设计采用的变频调速其原理是利用变频器通过改变它的频率来实现对皮带驱动电机转速的控制和调节，进而达到对瞬时流量的改变。对于像本系统这样既要要求精度高又要响应快的生产控制系统，采用矢量控制高性能通用变频器就是一个很好的选择。本系统采用即一台变频器调节控制一台皮带驱动电动机，所以在进行变频器的选型时首先必须充分认识到使用变频器调速的目的，并考虑到变频调速系统应用的场合和产品特性的具体情况，进且要从容量、输出电压、输出频率、保护结构、U/f模式等诸多方面进行综合考虑，从而选出满足系统设计要求的机型。基于以上所述，我选择了FR-E540系列变频器，三菱公司还提供了FR-E540系列变频器与该公司的标准点击相对应的一些参数，由此则得出了1#主料秤变频器型号为FR-E540-2.2K-CH，2#、3#辅料秤变频器型号为FR-E540-0.4K-CH。变频器原理图如下图3.5所示：图3.5 变频器原理图3.4称重检测模块设计本模块的核心检测元件为检测压力的重量信号传感器。当物料到达落料区进入称重区时，物料的重量对电子皮带秤内的称重托辊产生一个向下的压力，进而将压力传给称重传感器。电子皮带秤结构如下图3.6所示：图3.6 电子皮带秤结构图称重传感器是整个重量检测模块的关键元件，它决定着系统检测重量的精度，本模块中称重传感器采用目前应用最广泛之一的电阻应变式传感器。电阻应变式传感器由弹性元件和电阻应变片构成，它具有结构简单、体积小、使用方便、性能稳定、可靠、灵敏度高、动态响应快、适合静态及动态测量、测量精度高等特点。当弹性元件感受到被测物理量时，其表面产生应变，粘贴在弹性元件表面的电阻应变片的电阻发生变化，通过测量电路将这一电阻变化转变为电压信号，再将其送入A/D转换模块输入到PLC进行处理。如下图所示，将四片电阻应变片分别贴在传感器上下平面构成惠思登电桥，图中 为电桥测量应用的电阻应变片； 为初始不平衡补偿电阻； 为零点温度补偿电阻； 为输出灵敏度温度补偿电阻。图3.7 称重传感器原理图当被测物体的重量通过传感器直接作用在粘有电阻应变片的弹性梁时，使其弯曲变形，梁相对变形大小正比于外加载荷。3.5电机驱动模块设计本次系统一共有六台电机：分别为1#送料电机M1、2#送料电机M3、3#送料电机M5以及三台皮带驱动电机分别为M2、M4、M6。根据本次系统的实际要求，送料电机选择小型交流电动机就可以满足需要，因此考虑选用L-100-50-S型，额定功率100w，额定转速1450r/min，额定电压220/380V。（1）当系统检测到料斗料位低的信号时1#送料电机、2#送料电机、3#送料电机启动，并且它们顺序启动运行，向料斗进行送料，当检测到料位高的时候送料电机停止。三台皮带驱动电机按照主料、辅料的顺序启动。电机线路图如图3.8所示：图3.8 送料电机与皮带驱动电机连接图（2）热继电器FR1FR6对M1M6进行过载保护。（3）QF1为电源总开关，对主电路起短路保护作用，也起分断三相交流电源的作用，便于设备的维护与检修。QF2QF4分别实现各负载回路的短路保护。4软件设计本次设计的软件程序部分利用GX Developer Version8.52E集成开发环境进行梯形图编写并进行调试。4.1主程序流程图 系统启动后，电源指示通电系统可以运行，进行系统初始化并预设配比，料位传感器自动检测料位高低，当检测到料位低送料电机自动送料；物料充足时传送带运行，皮带驱动电机启动运行，系统开始实时计量；配料出现偏差进行PID调节直到配料配比正常为止。如图4.1所示为系统流程框图：图4.1 主程序流程图4.2 系统中间元件分配在编程过程中，经常还会用到定时器、辅助继电器、数据寄存器等，如表4.1所示是本次系统设计中用到的系统中间元件表。表4.1 功能元件表M200辅助启动继电器M01#主料配比比值M12#辅料配比比值M23#辅料配比比值M3检测1#料位信号高低，判断是否启动1#皮带驱动电机M4检测2#料位信号高低，判断是否启动2#皮带驱动电机M5检测3#料位信号高低，判断是否启动3#皮带驱动电机M6检测1#料位信号高低，判断是否启动1#送料电机M7检测2#料位信号高低，判断是否启动2#送料电机M8检测3#料位信号高低，判断是否启动3#送料电机M9确定配比M10M45A/D,D/A模块使用M261#PID运算M272#PID运算M283#PID运算D0存储每份重量D11#主料配比设定值D22#辅料配比设定值D33#辅料配比设定值D4A/D模块标识D51#称重传感器测量值D62#称重传感器测量值D73#称重传感器测量值4.3 系统主程序设计（1）系统初始化程序 在系统刚开始工作的时候，进行上电电源指示，M200得电自锁，清空一些数据寄存器，完成整个系统的初始化。如图4.2所示：图4.2 系统初始化程序图（2）预置配比程序 系统完成初始化后，在系统进行送料之前，应给三种原料设定一个比例，以便让系统按照这个配比进行送料。如图4.3所示：图4.3 预设配比图（3）系统送料程序 当主、辅料配比预设完成，由料位传感器检测物料的高低，一旦物料不足，则启动送料电机进行送料。如图4.4所示：图4.4 送料程序图（4）传送带运行程序当所需的物料充足，满足要求时，皮带驱动电机启动，则整个生产线启动，传送带开始运行。如图4.5所示：图4.5 传送带启动程序图（5）报警及信号指示程序 系统在运行时，发生低料位时，信号灯进行指示，电机正常工作时的信号指示以及出现故障时进行报警提示。如图4.6所示：图4.6 信号指示及报警程序图4.4 PID程序设计此部分为控制系统子程序部分，目的是实现对水泥配料系统的恒流量控制，亦即对传感器测得的重量信号进行闭环控制调节，在本系统中，PID主要对出现流量偏差时进行调节控制，在本模块设计中分为三个部分。（1） A/D模拟量输入程序在本程序中，要对流量偏差进行PID调节，则先必须将模拟量信号转变为数字量，同时要在模拟量输入模块中设置一些参数，并将这些参数存放在数据寄存器中。程序如图4.7所示：图4.7 A/D模拟量输入程序（2） PID指令程序在本模块中，系统在执行PID指令时，首先要对PID指令中的一些参数进行设置，并将这些参数存放在数据寄存器D100D106中，接着进行PID运算从而得到其运算输出，尤其注意的是，在PID控制开始之前应使用脉冲执行的MOV指令将PID内部处理寄存器清零。程序如图4.8所示：图4.8 PID指令程序图（3）D/A模拟量输出程序 在本部分程序中，系统首先要将经PID调节后的数字量信号转换成模拟量，再将模拟量信号输出给变频器。具体程序编写如图4.9所示：图4.9 D/A模拟输出程序图5上位机监控设计5.1 监控软件的选择在本次上位机监控系统设计中，我采用易控组态软件作为本次设计的监控显示软件。在本次监控系统设计中，易控通过RS232串口通信与PLC控制系统相连，能读写PLC控制系统内部的信息,通过用图形和动画的形式来直观的将信息呈现出来，以便达到更理想地监视控制流程的目的。同时，经过易控我们能对PLC控制系统的数据进行一些运算处理，并把结果返还给该控制系统，它还能协助控制系统完成一些复杂的控制功能。另外易控还能对从控制系统产生的以及它本身产生的数据进行存储和报表等一系列其它功能，从而能够增加控制系统的能力和最大限度的降低控制系统的不足。控制系统和工厂的企业管理信息系统等各自孤立的控制系统可以通过易控作为中间桥梁联结起来,像这样易控可以将多个控制系统都联结起来，让它们互相之间能交换数据、资源共享，如此在更大的范围内优化了系统控制结构，从而能更大的提高综合自动化效率。易控系统使用情况如图5.1所示：图5.1 易控（INSPEC）典型应用5.2 易控的窗口界面设计5.2.1 工程建立在易控中，工程中所含有的信息能够帮助易控编程人员更易明白易控和PLC等下位机控制系统或设备是怎样实现通信的，具有的各种监视画面，系统包含哪些操作人员以及他们分别有何权限和他们的密码等信息。（1）启动开发环境启动过程：在安装完成易控后，从桌面中选择“易控开发环境InStudio”快捷图标，并将其打开就启动了易控。（2）开发环境界面易控操作人员可以根据自己的日常操作习惯对易控开发环境的界面进行自定义设置。如下图5.2是启动打开后的初始界面。图5.2 易控默认界面（3）新建工程点击工作区文件下方的“新建工程”按钮，弹出如下图5.3所示的提示对话框：图5.3 新建工程提示框可以将新建工程的名称进行自定义修改，所以本次名称修改为“水泥配料系统”。工程路径一般默认在“我的文档”下，可以根据实际自己修改保存路径。 本次易控系统工程位置保存在“D:My DocumentsINSPEC 2008P” 文件夹下。待工程名称以及工程保存路径修改完成之后，点击“确定”，便完成了此次工程的新建，在起始页中便可以看到新建的工程已经存在。此时可以在工程窗口中看到工程树节点名称为“水泥配料系统”，这说明工程已经被打开，可以进行一些其他的编辑配置工作了。如下图5.4所示：图5.4 新建工程界面框5.2.2 画面建立（1）工程画面建立(1)在“工程”中右键点击新建画面，并重命名为“水泥配料系统”。(2)再用鼠标双击打开“水泥配料系统”画面即建立完成。 （2）动画组态图制作(1)选中“水泥配料系统”，双击打开进入动画组态窗口，开始编辑画面。(2)利用“工具箱”内的“图形”、“图库”和“报表”进行图形绘制。（3）待图形绘制完成后，再右键点击每个图标进行属性、动画、事件设置。设置完成后如图5.5所示：图5.5 监控初始画面5.3 数据库变量在易控中，变量是系统的核心驱动力量，比如变量的变化引起画面上图形对象的动画，图形对象的操作事件引起变量的改变等等。数据库变量：易控中的变量是易控实时数据库的基本单位，所以也称为数据库变量。变量建立的具体操作：第一步：选中工程窗口中“变量”节点，点击右键选择“新建变量组”，则建立一个变量组，默认名称为“变量组1”，变量组名称可以自定义，命名原则同其它命名。第二步：双击“变量组1”，在工作区打开变量配置选项卡，进行变量的新建、配置、删除等编辑工作。第三步：点击工作区下方“新建”按钮，则建立一个默认名称为“变量1”的变量，选中“变量1”，修改其名称为“水泥配料系统”，数据类型设置为“开关型”，其他属性不作修改,如图5.6所示：图5.6 数据库变量继续点击“新建按钮”，修改其数据类型为“开关型”。5.4 I/O通信配置本次易控监控系统是通过IO通道与三菱FX2N系列PLC编程口进行通讯，读写被监控的PLC数据；作为通信的易控所在的计算机和PLC，只有各自匹配设置相对应的通信参数，才能够进行通信。而FX系列的编程口（圆形接口）的通信参数则是固定的：波特率9600，数据位是8位，一个停止位，偶校验，有和校验。具体配置操作如下：（1）在水泥配料系统工程窗口下选中“IO通信”节点，右键点击 “IO通信”选择“新建”。（2）在打开的“新建通道”向导页中，选择一个要配置的通道，由于计算机通过串口同PLC实现通信的，因此通道类型现选择“串口”。（3）通道名称可以更改为“串行口”，点击下一步，则进入配置PLC的通讯参数页面。（4）进行通道的属性配置，将通讯电缆连接的计算机的端口号选为COM1，数据位选择8，波特率选择9600，偶校验，协议类型选为RS232（L），通讯参数的配置保持和PlC编程口一侧的通信参数一致。（5）根据设备的类型和制造商建立新的通信对象、对其命名和进行基本配置。在可选设备(S)列表中选择三菱FX编程口，设备名称默认为FX编程口，设备类型则为三菱.FX编程口，接着点击配置按钮，进行FX编程口设备属性配置，将设备类型选为FX2N。（6）点击完成，则完成了对整个通信过程的建立。此时可以看到在易控工程窗口的工程树IO通信节点下自动添加了”名为“FX编程口”的设备，如图5.7所示：图5.7 FX编程口添加图完成了通信过程的建立，接着进行添加寄存器，双击在上步中新建立的“FX编程口”节点，在工作区出现“FX编程口”选项卡，点击该工作页下方的“新建”按钮，新建几个寄存器。如下图5.8所示：图5.8 I/O通信配置图此时，点击工作区下方的“启动”按钮，如果当前值列显示有数值，则表明易控工程已经和PLC建立正常通讯，如果当前值列没有数值显示，则表明工程和PLC不能正常通讯。5.5 I/O变量-数据库变量I/O通信设备和数据库变量都已经建立完成，要使现场PLC设备和易控软件联系起来，下一步便将PLC和仿真设备中的寄存器变量连接到数据库变量。I/O变量和数据库变量关联的过程是在易控工程I/O通信设备中找到需要关联的数据库变量，在其“数据库变量”列中选择连接对应的数据库变量即可。选中Y0寄存器行、数据库变量列对应的单元格，点击按钮，弹出变量浏览器进行设置如图5.9所示：图5.9 I/O变量-数据库变量6系统调试6.1 PLC系统调试待系统配料程序经GX Developer Version 7 PLC编程软件编好后，进行编译，接着点击“梯形图逻辑测试启动/结束”进行逻辑测试，PLC写入，进入运行状态，待程序运行后，点击“菜单启动”进入继电器内存监视，对软元件进行监视，如有问题则对程序进行反复修改调试，直到调试成功为止。程序运行界面成功如下图6.1所示：图6.1 运行标志图当程序开始执行时，系统开始逐一读取指令，当启动按钮按下时，电源指示灯信号为Y11为1，如下图6.2所示：图6.2 系统启动运行图系统初始化成功后，将寄存器D0赋予1，接着连续按下主料加一按钮，寄存器D1置3，运行界面如图6.3所示：图6.3 寄存器运行界面6.2 上位机调试待画面建立好后，点击“编译”，等到画面及参数编译成功后点击“运行”，进入运行状态，运行画面如下图6.4所示：图6.4 系统初始运行界面6.3 系统综合调试系统完成必要的硬件调试、软件调试和上位机调试后就需要进行本系统的综合调试。本次系统调试主要利用了GX Simulator Version6 PLC模拟调试软件及GX Developer Version 7 PLC设计/维护工具联合易控INSPEC进行了调试，待FX编程口变量以及数据库变量设定好后分别运行程序和易控动态画面，经多次编译和运行调试修改后，本系统设计能够达到设计要求。本系统能够实现上位机与PLC的连接调试来控制配料系统的运行。如下图6.5所示是系统综合调试图：图6.5 系统综合调试图7结论随着社会科学的不断进步，PLC控制技术无论在各个控制行业还是在人们的日常生活和学习中都得到了极大的利用和推崇，大到国防工业而小到普通的电子行业应用都离不开PLC的控制运用。特别是近年来随着国家经济的高速发展，PLC在化工、水泥、建筑和食品行业得到了极大的利用，在水泥配料控制系统中，采用传统的继电器电路控制越来越不能满足工业控制的需要，所以开发一款简便实用，且人机交流又好的的基于PLC的配料系统在工业中具有很重要的价值。本次系统设计根据设计任务要求，成功完成了对物料重量检测模块、变频调速模块以及PLC及扩展模块的设计，同时分别写出了整个控制系统的程序和设计了上位机监控画面以及参数的设置，进过系统的反复调试和论证，达到了设计任务的功能要求。在整个系统设计过程中，经过温习以前学过的课程和查阅图书馆的资料，我对FX2N系列PLC和电子皮带秤以及变频器有了更深刻的理解和分析，对于上位机监控模块，它能更直观和实时地显示监控画面，相较于其他方式它的视觉感官也来的更强烈，设计一个好的人机界面也能凸显本设计的一大优点，通过此次深入学习传感器等相关知识，让我能够更好地掌握专业知识，从而也更能体现出测控技术与仪器专业的特性。除此之外，本次系统设计的上位机界面可能比较简单，还可以进行进一步的延伸扩展，从而能够实现更多的功能，在课题外可以对其进行相应的补充。8设计总结与体会通过本次毕业设计，郑萍老师细心的辅导，让我更加深刻的了解了PLC这门课程，不仅从理论学到了以前不太懂的专业知识，在实践方面通过自己认真实践每一个环节，让我也体会到实践是检验真理的唯一标准的正确性。首先，本次毕业设计主要是进行水泥配料系统的硬件设计，软件设计和上位机这一块，在这其中遇到了很多问题，也获得了很多意想不到的收获。再者，特别要感谢指导我做本次毕业设计的郑萍老师和帮助过我的同学，他们在设计过程中屡次对我的无私帮助，在此向他们表示我诚挚的谢意！最后我相信，通过这次毕业设计，这不仅对我们的专业知识有相当大的帮助，而且我相信这对于我们今后走上社会工作时一定会有很大的帮助！在这为期一学期的毕业设计中，我选择了水泥配料系统设计，设计前时我已将自己的思路和整体方案想清楚，但在实际制作过程中我遇到了很多问题，一开始我就努力查资料想办法解决，但有些问题例如怎样实现三种原料的配比一直无法解决，在老师的指导下我终于完成了易控的动画制作，同时我意识到在设计时要把握好基本知识，将其运用熟悉，要熟悉易控里面参数的设置，要触类旁通，不要过于钻，放松一下头脑，借鉴别人的经验与方法。9致谢首先，我要诚挚地感谢郑萍老师在本次毕业设计中对我的悉心指导和严格要求，在这为期一个学期的设计时间里，从我本次系统设计的题目确定到毕业论文的定稿，我遇到一些难以解决的问题，郑萍老师都会细心地为我答疑解惑，并帮我一起想办法解决问题，整个过程都充满郑老师对我无微不至的关心和帮助，在此过程中，让我看到了郑老师的知识渊博、严谨的处事和治学风格，特别是郑老师对待任何事都一丝不苟，认真负责的精神更是让我深受影响，让我懂得了认真踏实地对待生活和学习的重要意义。其次，我要谢谢在本次毕业设计过程中对我提供无私帮助的同学们，在遇到问题时，他们不惜花费自己宝贵的时间来帮我解决问题，和我共同讨论、共同学习，让我获益良多。正是有了同学们的帮助，以及精神上的鼓励，让我坚持不懈地解决各种问题，从而让我一直有信心坚持到完成毕业设计。对此我要再次感谢一直以来对我提供帮助的同学们。再者，我要感谢学校这次为我的系统设计所提供的资助和设计环境，学校为我提供了学习和生活的环境，让我安心地学习知识，生活上有困难学校也会提供资助，不仅传授了大量的学识还教会了我怎样为人处事。还有要谢谢学院的辅导老师和教学老师，正是由于他们在我大学四年里对我的关心和培养，让我学到不少的知识，从而拥有了完成设计的理论基础和专业知识。 最后，我要献上我最真诚的谢意，谢谢他们为我做的一切，让我学到了对我一生有用的知识和道理，我相信经过此次设计后，我会更加自信面对我的未来，同时在这里我衷心地祝愿：学校再创辉煌；老师们身体健康，事业顺利；同学们未来一帆风顺。10参考文献1王美胜.称重传感器的选用J.仪器仪表标准化与计算，2003，24（5）：53-57.2娄国焕.基于现场总线的小型水泥生产配料控制系统J.微计算机信息，2006，22（28）：97-99.3郁汉琪.电气控制与可编程控制器应用技术M.东南大学出版社，2003.6.4王永华.现代电气控制及PLC应用技术M.北京航空航天大学出版社，2008.5孙江，齐向东.基于PLC模糊控制调速系统的研究J.华电技术，2009（31）：22-25.6徐信荣.电子皮带秤的研究D.西北工业大学,2002.7卫洁琼.自动化配料控制系统及其算法研究D.太原理工大学,2008.8宋建成.PLC控制和应用M.科学出版社，2002.9洪镇南，李铁，王旭东.PLC与计算机通信的实现J.电气时代，2003（2）：69-70.10程子华.PLC原理与编程实例分析M.北京：国防工业出版社,2007.11岂兴明.PLC与变频器快速入门与实践M.北京：人民邮电出版社，2011.1.附录一：水泥配料系统电器元件清单列表水泥配料系统元器件目录表序号文字符号名称数量规格型号备注1M1、M3、M5送料电动机3L-100-50-S三相交流异步电动机2M2皮带驱动电动机1Y100L1-4三相交流异步电动机3M4、M6皮带驱动电动机2Y80M1-4三相交流异步电动机4FR1- FR3热继电器3JR20系列参照电动机整定电流5QF1- QF4断路器4C45AD线圈电压：AC220V6SB1启动按钮1XB2-EA135绿色7SB2停止按扭1XB2-EA142红色8SB3急停按钮1XB2-BS542红色9YV1- YV3电磁阀34V210-08AC220V11KM1- KM6交流接触器6DJX2-0910线圈电压：AC220V12HL1HL5信号指示灯5AD17-22DBAC220V13HA报警电铃1AD16-22M/k23AC220V14DC直流电源1DC 24VDC 24V15称重传感器3CXH-128内置变送器16SQ1- SQ6料位传感器3BS-CFY17A/D模拟量输入模块1FX2N-4AD18D/A模拟量输出模块1FX2N-4DA19UF变频器3FR-E54020PLC可编程控制器1FX2N-32MR继电器输出附录二：相关设计程序： 第 55 页附录三：外文资料翻译：译文：PLC自动配料称重系统设计有多种PLC的定义。国际技术委员会（IEC ）定义为PLC可编程控制器是一种数字运算操作的，专为电子系统在工业环境下应用而设计的。它采用可编程齐在其内部存储用于执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算指令，并通过数字式，模拟输入和输出，控制各种类型或生产过程。可编程控制器及其有关设备，应该按易于与工业控制系统作为一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 PLC具有通信联网功能，它使PLC与PLC ， PLC与PC和其他智能设备之间交换信息之间，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS - 232接口，还有一些内置有支持他们的通信协议接口。配料工人得到每天的生产调度，将依次对每个原料。根据多少称重成分，首先计算在各种组件各部件的重量，然后将物料桶取料，电子称包装上称重。随着科学技术，自动配料和称重系统的发展已广泛应用于冶金，煤炭，化工，建材等行业的自动配料和称重系统可以根据输入的比例进行设置和流量物料流的控制，从而实现了产品的质量和目标产量的控制是实现自动化生产工艺，智能，企业的科学管理，安全稳定生产和能源消费的重要技术手段。在生产中使用，不仅配料计算机控制系统，可提高产量和品质的原料，大大降低了工人的劳动强度，并张贴到提高生产效率。自动配料系统永久性的流量控制采用PID调节，流量测量控制措施的偏差与变频调速结合。介绍了一种基于分配的系统制造过程中该系统的流控制模式和控制处理。本文也说明了PLC选型的硬件设置和软件设计，详细变频控制分配制度。配料工人领取日常生产操作中的表，它会变成每个原料称量。根据组分的数目，首先计算各成分的重量，然后在各种在装载输送机组件的鼓和发送的电子邮件 - 所述称重的最终包装。在这个过程中，工人，出错率高，重量没有监控的重量沉重的工作量，生产数据的任何记录不能保证生产过程。纸电脑，编程，可编程逻辑控制器件（PLC），现场总线技术等现代工业控制技术，通过PC机开发的，作为上位机，以PLC为下位机的自动配料系统。通过了生产过程中，一旦生产计划制定出来，该计算机将遵循计划的每个称量原料，省去了人工干预。在这个过程中，工人只是为了获得材料，由该发送的电子数据检查重量，减少工人的工作量，提高工作效率的计算机。自动配料称重系统是一种集成运输，测量，在测量动态在线自动称重设备混合。这个系统包括一种或多种成分皮带秤，可以显示不仅瞬时流量和传送带的总量，也可以根据瞬时流量偏差调整到进料的大小，以流的值，构成一个接近设定控制系统，以及实现目标的不断流动。随着工业生产的快速发展，配料系统电子皮带秤日益增加的需求，被广泛应用于冶金锅，电力，化工，过程控制食品等行业。与此同时，随着计算机技术和自动控制技术的飞速发展，系统应用技术更先进，更广泛，领域可以采取的方案更灵