西门子PLCS7-200自动化电镀生产线控制设计

I 学 科 门 类 ： 单位代码 ： 毕业设计说明书（论文） 基于西门子 PLC S7-200 自动化电镀生产线控制系统设计 学生姓名 所学专业 班 级 学 号 指导教师 XXXXXXXXX 系 二 *年 XX 月 II 摘 要 文章探讨了如何利用德国西门子 PLC S7-200 进行自动化电镀生产线控制， 在本次设计中，我们从自动控制技术器件在国内的应用前景及电镀生产线生产现场的环境来考虑，以使该生产线真正具备自动生产运行为目的，制定了采用在当前及以后都应用广泛且能适应多种环境的可编程控制器来控制整个整个工作流程的方案。 重点分析了系统软硬件设计部分，并给出了系统硬件接线图、 PLC 控制 I/O端口分配表以及整体程序流程图等，实现了电镀生产自动化，提高了生产效率，降低了劳动强度。 为适应现代传统的工业控制系统，我们还采用了 基于组态王软件的系统作为上位机，配合下位机 PLC 完成了该系统的实时监控系统功能，更好的使该自动生产系统融入到现代工业控制领域中 关键词 ： PLC,电镀 , 组态王 III ABSTRACT How did the article discuss has carried on the automated galvanization production line control using German Simens PLC S7-200, in this design, we produced the scene from the automatic control technology component in the domestic application prospect and the galvanization production line the environment to consider, take caused this production line truly to have the automatic production movement as the goal, will formulate has used in current and later all applies widespread also can adapt the many kinds of environment programmable controller to control the entire entire work flow the plan.Has analyzed the system software and hardware design part with emphasis, and gave the system hardware wiring diagram, PLC has controlled the I/O port distribution list as well as the overall program flow diagram and so on, has realized the galvanization production automation, enhanced the production efficiency, reduced the labor intensity.In order to adapt the modern tradition industry control system, we also used based on the configuration king software system had taken on the position machine, coordinate lower position machine PLC has completed this system real-time monitoring system function, better caused this automatic production system to integrate to the modern industry control domain in KEY WORDS: PLC,Galvanization, Configuration King IV 目 录 前言 . 1 第 1 章 绪论 . 2 1.1PLC 的发展和历史趋势 . 2 1.2PLC 的分类 . 3 1.2.1 按 I/O 点数分类 . 3 1.2.2 按功能分类 . 3 1.3 PLC 系统组成及各部分的功能 . 4 1.4 PLC 的基本工作原理 . 5 1.5 电镀生产线的控制系统概述与选题背景意义 . 5 1.5.1 基于 PLC 电镀生产线的控制系统的概述 . 5 1.5.2 课题的选题背景及意义 . 6 1.6 控制对象的设计要求详述 . 7 第 2 章 系统的硬件设计 . 9 2.1PLC 机型选择 . 9 2.2 I/O 分配表及其端子接线图 . 9 2.3 主电路的设计 .12 2.4 电镀生产线的工作流程图 .13 第 3 章 系统的软件设计 .15 3.1 软件的组成及作用 .15 V 3.1.1 PLC 内部资源 .15 3.1.2 PLC 编程语言 .16 3.1.3 组态软件 .17 3.2PLC 梯形图设计 .19 第 4 章软硬件调试实现 .32 结 论 .35 谢 辞 .36 参考文献 .37 外文资料译文 .38 PLC question .38 译文： PLC 在应用中应注意的问题 .44 1 前言 我们设计的工作过程是这样的：在电镀生产线左侧，工人将零件装入行车的吊篮并发出自动启动信号，行车提升吊篮并自动前进。按工艺要求在需要停留的槽位停止，并自动下降。在停留一段时间后自动上升，如此完成工艺规定的每一道工序直至生产线末端，行车便自动返回原始位置，并由工人装卸零件。 电镀生产线按照其工艺要求和规模一般设计有两台行车、三台行车和四台行车工作，每台行车都根据已编制好的各自的程序运行；对于行车的自动控制，早期是采用继电器逻辑电路和顺序控制器，发展至今其控制方式已采 用可编程控制器 PLC 作为核心控制部件，其控制更为安全、可靠、方便、灵活，自动化程度更高。 一件电镀产品的质量除了要有好的成熟的电镀工艺和品质好的镀液添加剂外，如何保证电镀产品严格按照电镀工艺流程运行和保证产品的电镀时间则是决定电镀产品质量和品质的重要因素。在电镀生产线上采用自动化控制不但可以使电镀产品的质量和品质得到严格的保证，有效的减少废品率，而且还可以提高生产效率和减轻工人的劳动强度，有着非常好的经济效益和社会效益，电镀生产线上对行车的自动控制则是电镀生产线自动化控制的关键。 用 PLC 辅以变频器对电镀自 动生产线行车进行自动控制，具有结构简单、编程方便、操作灵活、使用安全、工作稳定、性能可靠和抗干扰能力强的特点，是一种很有效的自动控制方式，是电镀生产实现高效、低成本、高质量自动化生产的发展的主流方向。 为此，我选定了该题目，简单的实现了电镀生产线的自动工作流程，并进行了简单的软件设计，从画面上达到了该系统的监控目的。 2 第 1 章 绪论 1.1PLC 的发展和历史趋势 二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（ Programmable Logic Controller， PLC）取代传统继电器控制装置以来， PLC 得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时， PLC 的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高， PLC 在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的 PLC 不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。 作为离散控的制的首选产品， PLC 在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的 PLC 年增长率保持为 20% 30%。随着工厂自动化程度的不断提高和 PLC 市场容量基数的不断扩大，近年来 PLC 在工业发达国家 的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家 PLC 的增长十分迅速。综合相关资料， 2004 年全球 PLC 的销售收入为 100 亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。 PLC 是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的 PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入 PLC 的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺 流程要求的操作。 PLC 的 CPU 内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为 END 指令），然后再返回起始步循环运算。 PLC 每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的 PLC，循环扫描周期在 1 微秒到几十微秒之间。PLC 用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算 1K 逻辑程序不到 1 毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理， 16位（也有 32 位的）为一个模拟量。大型 PLC 使用另外一个 CPU 来完成模拟 3 量的运算。把计算结果送给 PLC 的控制器。 相同 I/O 点数的系统，用 PLC 比用 DCS，其成本要低一些（大约能省40%左右）。 PLC 没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比 DCS 要低很多。一个 PLC 的控制器，可以接收几千个 I/O 点（最多可达 8000 多个 I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC 较为合适。 PLC 由于采用通用软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。 近 10 年来，随着 PLC 价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用 PLC 进行控制， PLC 在 我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC 在我国仍将保持高速增长势头。 1.2PLC 的分类 PLC 产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对 PLC 的分类可以根据结构、功能的差异等进行大致分类。 1.2.1 按 I/O 点数分类 PLC 按其 I/O 点数多少一般可分为以下 4 类。 1、 微型 PLC： I/O 点数小于 64 点的 PLC 为超小型或微型 PLC。 2、 小型 PLC： I/O 点数为 256 点以下，用户程序存储容量小于 8KB 的为小型 PLC。 3、 中型 PLC： I/O 点数在 512 2048 点之间的为中型 PLC。 4、 大型 PLC： I/O 点数为 2048 点以上的为大型 PLC。它具有极强的软件和硬件功能、自诊断功能、通信联网功能，它可以构成三级通信网，实现工厂生产管理自动化。 1.2.2 按功能分类 根据 PLC 所具有的功能不同 可将 PLC 分为低档、中档、高档 3 类。 1、 高档 PLC： 除具有中档 PLC 的功能外，还增加了带符号算术运算、 4 矩阵运算、函数、表格、 CRT 可编程控制器原理与应用显示、打印和更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统 ,实现工厂自动化。 2、 中档 PLC： 除具有低档 PLC 的功能外，还具有较强的模拟量 I/O、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程 I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、 PID(比例、积分、微分控制 )控制等功能，以适用于复杂控制系统。 3、 低档 PLC： 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量的模拟量 I/O、算术运算、数据传送和比较、通信等功能 1.3 PLC 系统组成及各部分的功能 1、 CPU 运算和控制中心 它在整个系统中起“心脏”作用。 2、 存储器 具有记忆功能的半导体电路 ，分为系统程序存储器和用户存储器。 系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、 ROM 组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。 用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（ RAM）组成。 3、 输入 /输出接口 (1) 输入接口： 输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通 过输入接口电路把外部的开关信号转化成 PLC 内部所能接受的数字信号。 (2) 输出接口 输出接口工作过程：当内部电路输出数字信号 1，有电流流过，继电 5 器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号 0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。 1.4 PLC 的基本工作原理 PLC 采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式 1、 每次扫描过程。集中对输入信号进 行采样。集中对输出信号进行刷新。2、 输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。 3、 一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。 4、 元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。 5、 扫描周期的长短由三条决定。（ 1） CPU 执行指令的速度（ 2）指令本身占有的时间（ 3）指令条数 6、 由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入 /输出滞后的现象，即输入 /输出响应延迟。 1.5 电镀生产线的控制系统概述与选题背景 意义 1.5.1 基于 PLC 电镀生产线的控制系统的概述 电镀行车生产线自动化的程度在德国、意大利、美国等国家的发展水平已经较高，而在我国尚处在发展阶段。中国经济的高速发展，工业化进程的不断深化，为自动化行业的迅猛发展提供了广阔的空间。电镀行业是我国重要的加工行业，据粗略估计，全国现有 15000 家电镀生产厂，行业职工总数超过 50 万人，现有 5000 多条生产线和 2.5 3 亿平方米电镀面积生产能力。电镀行业年产值约为 100 亿元人民币。近十年来，乡镇企业发展迅速电镀行业企业规模普遍较小，年电镀能力超过 10000 平方米的企业 6 不 足 500 家。少数合资企业或正规专业化企业拥有国际先进水平的设备和设施，但是大多数中小企业仍在使用许多过时的技术和设备，大量的生产线为半机械化和半自动化控制，一些甚至为手工操作。 工业电镀生产线工位多、生产复杂，同时在电镀中，其氧化、酸洗、碱洗、电镀等许多工艺具有严重的化学污染和腐蚀，对人的身心健康十分不利，而且人工操作随机性大，影响产品质量。传统的方法是使用顺序控制器，由于其电路复杂，接口多，受外界干扰大，工作可靠性差，维护也困难。采用 PLC 有较完善的诊断和自保护能力，可以增强系统的抗干扰能力，提高系统的可 靠性。 1.5.2 课题的选题背景及意义 电镀就是利用电解的方式使金属或合金沉积在工件表面，以形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程。简单的理解，是物理和化学的变化和结合。 随着工业化生产的不断细分，新工艺新材料的不断涌现，在实际产品得到应用的设计效果也日新月异，电镀是我们在设计中经常要涉及到的一种工艺，而电镀效果是我们使用时间较长，工艺也较为成熟的一种效果。对于这种工艺的应用在我们的产品上已经非常多，而通过这种的处理我们通常可以得到一些金属色泽的效果，如高光、亚光等，搭配不同的效果构成产品效果的差异性，通过这样的 处理为产品的设计增加一个亮点。电镀工艺的应用我们一般作以下用途： a:防腐蚀 b:防护装饰 c:抗磨损 d:电性能（根据零件工作要求，提供导电或绝缘性能的镀层） e:工艺要求。 一件电镀产品的质量除了要有好的成熟的电镀工艺和品质好的镀液添加剂外，如何保证电镀产品严格按照电镀工艺流程运行和保证产品的电镀时间则是决定电镀产品质量和品质的重要因素。在电镀生产线上采用自动化控制不但可以使电镀产品的质量和品质得到严格的保证，有效的减少废品率，而且还可以提高生产效率和减轻工人的劳动强度，有着非常好的经济效益和社会效益，电镀生产线 上对行车的自动控制则是电镀生产线自动化控制的关键。 7 电镀生产线按照其工艺要求和规模一般设计有两台行车、三台行车和四台行车工作，每台行车都根据已编制好的各自的程序运行；对于行车的自动控制，早期是采用继电器逻辑电路和顺序控制器，发展至今其控制方式已采用可编程控制器 PLC 作为核心控制部件，其控制更为安全、可靠、方便、灵活，自动化程度更高。 用 PLC 辅以变频器对电镀自动生产线行车进行自动控制，具有结构简单、编程方便、操作灵活、使用安全、工作稳定、性能可靠和抗干扰能力强的特点，是一种很有效的自动控制方式，是电镀生产实 现高效、低成本、高质量自动化生产的发展方向。 1.6 控制对象的设计要求详述 如摘要中所述，电镀的工作流程如图 1.1：启动 吊钩上升 上限行程开关闭合 右行至 1 号槽上方 XK1 行程开关闭合 吊钩下降进入 1 号槽 下限行程开关闭合 电镀延时 吊钩上升，由3号槽内吊钩上升，然后左行至左限位，吊钩下降至原位，即原位。 按 照要求，我们要实现以下 工作方式： 1、 原位：表示设备处于初始状态，吊钩在下限位置，行车在左限位置。 2、 连续工作：当吊钩回到原点后，延时一段时间（装卸零件），自动上升右行，按照 工作流程要求不停的循环。 3、 单周期工作：设备始于原点，按下启动按钮，设备工作一个周期，然后停于原点，要重复第二个工作周期，必须再按一下启动按钮。 8 槽 3槽 2槽 1原 点上 限下 限左 限X K 1 X K 2 X K 3右 限图 1.1 电镀的工作流程 9 第 2 章 系统的硬件设计 2.1PLC 机型选择 根据自动化电镀生产线的控制要求，我们采用了德国西门子 PLC S7-200 CPU226 型号，此类型 PLC 无论独立运行，还是联接网络都能完成各种控制任务。它的使用范围可以覆盖从替代继电器的简单控制到复杂的自动控制。其应用领域包括 各种机床、纺织机械、塑料机械、电梯等行业。S7-200 CPU226 通讯功能完善，具有极高的性能价格比是很突出的特点，也是我们采用它的主要原因。 PLC 为此系统的控制核心，此系统的输入信号有两部分，一部分是原点、单周期、连续等面板控制按钮，另一部分是多种行程开关，这些面板按钮信号和传感器信号作为 PLC 的输入变量，经过 PLC 的输入接口输入到内部数据寄存器， 然后在 PLC 内部进行逻辑运算或数据处理后，以输出变量的形式送到输出接口，从而驱动电机来控制行车的运行和吊钩的升降 2.2 I/O 分配表及其端子接线图 在本次系统设计中，我们定义的 I/O 分配表如表 2-1 所示。将 13个输入信号和 5 个输入信号按各自的功能类型分好，并与 PLC 的 I/O 点一一对应，编排地址如下表。数字量扩展模块的地址分配是从最靠近 CPU 模块的数字量模块开始，在本机数字量地址的基础上从左到右按字节连续递增，本模块高位实际位数未满 8 位的，未用位不能分配给 I/O 链的后续模块，模拟量扩展模块的地址是从最靠近 CPU 模块的模拟量模块开始，在本机模拟量地址的基础上从左到右按字递增。 我们定义的 I/O 端子接线图 如图 2-1 所示。由图表可以看出 ,PLC 控制系统 的输入信号有 13 个，均为开关量。其中单操作按钮开关 2 个，行程开关 3 个，限位开关 5 个，选择工作方式开关 3 个。 PLC 控制系统的输出信号有 5 个，其中 2 个用于驱动吊钩电机正反转接触器 KM1、 KM2,2 个用于驱动行车电机正反转接触器 KM3、 KM4， 1 个用于原位指示。 10 表 2.1 I/O 分配表 序号 输 入 序号 输 出 1 I0.0 上限位 14 Q0.0 上升 2 I0.1 下限位 15 Q0.1 下降 3 I0.2 左限位 16 Q0.2 右行 4 I0.3 XK1 行程开关 17 Q0.3 左行 5 I0.4 XK2 行程开关 18 Q0.4 原位 6 I0.5 XK3 行程开关 19 Q0.5 定时 7 I0.6 原点开关 8 I0.7 连续工作开关 9 I1.0 启动按钮 10 I1.1 停止按钮 12 I1.3 单周期按钮 13 I1.4 右限位 11 上 限下 限左 限行 程 开 关1行 程 开 关2行 程 开 关3连 续启 动停 止单 周 期右 限I 0 . 0I 0 . 1I 0 . 2I 0 . 3I 0 . 4I 0 . 5I 0 . 7I 1 . 0I 1 . 1I 1 . 3I 1 . 41 M2M1 L2 LA C2 2 0 VQ 0 . 0Q 0 . 1Q 0 . 2Q 0 . 3Q 0 . 4Q 0 . 5K M 1K M 2K M 3K M 4H L 1H L 2+-F US7-200CPU2262 4 V图 2.1 I/O 端子接线图 12 2.3 主电路的设计 L 1L 2L 3M 133M 2F U 1 F U 2K M 1K M 2 K M 3K M 4F R 1F R 2Q S图 2.2 电镀生产线主电路图 电气原理图是根据电气控制系统的工作原理，采用电器元件展 开的形式，利用图形符号和项目符号表示电路各电器元件中导电部件和接线端子连接关系的电路图。电气原理图并不按电器元件实际布置来绘制，而是根据它在电路中所起的作用画在不同的部位上。电气原理图具有结构简单、层次分明的特点，适合研究和分析电路工作原理，在设计研发和生产现场等方面得到广泛应用。 13 电气原理图一般分为主电路和辅助电路两部分，在本次设计中我们着重分析了主电路图。在本设计中，根据电镀生产线的工艺要求，只需用两台电机分别控制吊钩的上升、下降和行车的左行、右行。主电路如图 2-2。 图 2-2 中，接触器 KM1， KM2 控 制电动机 M1 的正、反转，实现吊钩的上升和下降，接触器 KM3， KM4 控制电动机 M2 的正、反转，实现行车的前进和后退 。 2.4 电镀生产线的工作流程图 我们根据设计要求绘制了整个系统的工作流程图，以便可以更清楚的认识该生产线的生产全过程，整个系统的工作流程图，如图 2-3 所示。 行车动作无非就是上下左右受控移动，按照指定的顺序 (即动作表 )完成一系列的动作。要求有几套动作表可以选择，动作可以静态修改，也可以在运行时由上位机动态修改。在这里，我们把行车的一个动作定义为：“到几号工位上升，再到几号工位下降”，或者是 “延时几秒”，每个动作表由若干个动作字组成，放在 PLC 的数据寄存器里，动作表由 PLC 程序初始化，也可以在运行时通过串行通讯由上位机读取和修改， PLC 程序在运行时只是不断地解释和执行动作表 。 14 开 始初 始 化连 续单 周 期运 行 否槽 1槽 2槽 3YNYNYN返 回图 2.3 电镀生产线工作流程图 15 第 3 章 系统的软件设计 3.1 软件的组成及作用 3.1.1 PLC 内部资源 内部根据软元件的功能不同，分成了许多区域，如输入 /输出继电器区、定时器区、计数器区、特殊继电器区等。下面分别介绍下。 1、 定时器 ： 电气自动控制的大 部分领域都需要用定时器进行时间控制，灵活地使用定时器可以编制出复杂动作的控制程序。它是 PLC 中重要的编程元件，是累计时间增量的内部器件。 定时器的工作过程与继电 -接触器控制系统的时间继电器基本相同，但它没有瞬动触点。使用时要提前输入时间预设值。当定时器的输入条件满足时开始计时，当前值从 0 开始按一定的时间单位增加；当定时器的当前值达到预设值时，定时器触点动作。利用定时器的触点就可以得到控制所需的延时时间。 2、 计数器 ： 计数器可用来累计输入脉冲的个数，经常用于对产品进行计数或者进行特定功能的编程。使用时要提前输 入它的特定植。当输入触发条件满足时，计数器开始累计它的输入端脉冲电位上升延的次数，当计数器计数达到预定的设定值时，其常开触点闭合，常闭触点断开。 3、 输入继电器 ： 输入继电器一般都有一个 PLC 的输入端子与之对应，它用于接受外部的开关信号。当外部的开关信号为闭合时，输入继电器的线圈得电，在程序中常开触点闭合，常闭触点断开。 4、 输出继电器 ： 输出继电器一般都有一个 PLC 上的输出端子与之对应。当通过程序使得输出继电器线圈得电时， PLC 上的输出端开关闭合，它可以作为控制外部负载的开关信号。同时在程序中其常开触点闭合， 常闭触点断开。 5、 内部位存储器 ： 内部位存储器的作用和继电 -接触器控制系统中的中间继电器相同，它在 PLC 中没有输入 /输出端与之对应，因此它的触点不能驱动外部负载，这是与输出继电器的主要区别。它主要起逻辑控制作用。 16 以上几个是我们在本次系统设计的过程中可能需要用到的 PLC 软元件，另外 PLC 还有很多其它的软元件。 3.1.2 PLC 编程语言 PLC 是通过运行编写的用户程序实现控制任务的。 PLC 中的程序由系统程序和用户程序两部分组成，系统程序由 PLC 生产厂家提供，它支持用户程序的运行；用户程序是用户为完成特定 的控制任务而编写的应用程序。S7-200 系列 PLC 的编程语言非常丰富，有梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图等，用户可以选择一种编程语言，如果需要，也可混合使用几种语言编程。这些编程语言都是面向用户的，它使控制程序的开发、输入、调试和修改工作大大简化。我们在本次设计中选择梯形图编程。以下我们详细介绍下梯形图的概念。 梯形图左边有一条垂直的线称作左母线，右边一条虚线称为右母线。母线之间是触点的逻辑连接和线圈的输出。 PLC 梯形图具有以下一些特点： 1、 PLC 的梯形图是“从上到下”按行绘制的，两侧的竖线类似电气 控制图的电源线，通常称做母线（ Bus Bar），大部分梯形图只保留左母线；梯形图的每一行是“从左到右”绘制，左侧总是输入接点，最右侧为输出元素，触点代表逻辑“输入”条件，如开关、按纽、内部条件等；线圈通常代表逻辑“输出”结果，如指示灯、接触器、中间继电器、电磁阀等。对 S7-200 系列的 PLC 来说，还有一种输出“盒”（功能框），它代表附加的指令，如定时器、计数器或数学运算等功能指令。 2、 电气控制电路左右母线为电源线，中间各支路都加有电压，当支路接通时，有电流流过支路上的触点与线圈。梯形图中的假想电流在图中只能作单方向的流动，即只能从左向右流动。层次改变（接通的顺序）也只能先上后下，与程序编写时的步序号是一致的。 3、 梯形图中的输入接点如 I1.0、 I0.1 等，输出线圈 Q0.0、 Q0.1 等不是物理接点和线圈，而是输入、输出存储器中输入、输出点的状态，并不是接线时现场开关的实际状态；输出线圈只对应输出映像区的相应位，该位的状态必须通过 I/O 模块上对应的输出单元才能驱动现场执行机构。 17 4、 梯形图中使用的各种 PLC 内部器件，如辅助继电器、定时器、计数器等，也不是真的电器元件，但具有相应的功能，因此通常按电气控制系统中相 应器件的名称称呼它们。梯形图中每个继电器和触点均为 PLC 存储器中的一位，相应位为“ 1”，表示继电器线圈通电、常开接点闭合或常闭接点断开；相应位为“ 0”，表示继电器线圈断电、常开接点断开或常闭接点闭合。 5、 梯形图中的继电器触点既可常开，又可常闭，其常开、常闭触点的数目理论上是无穷多个（受存储容量限制），也不会磨损，因此，梯形图设计中，可不考虑触点数量，这给设计者带来很大方便。对于外部输入信号，只要接入一个信号到 PLC 即可。 6、 电气控制电路中各支路是同时加上电压并行工作的，而 PLC 是采用循环扫描方式工作，梯 形图中各元件是按扫描顺序依次执行的，是一种串行处理方式。由于扫描时间很短（一般不过几十毫秒），所以控制效果同电气控制电路是基本相同的。但在设计梯形图时，对这种并行处理与串行处理的差别有时候应予注意，特别是那些在程序执行阶段还要随时对输入、输出状态存储器进行刷新操作的 PLC，不要因为对串行处理这一特点考虑不够而引起偶然的误操作。 3.1.3 组态软件 计算机技术和网络技术的飞速发展，为工业自动化开辟了广阔的发展空间，我们可以方便快捷地组建优质高效的监控系统，并且通过采用远程监控及诊断、双机热备等先进技术，使 系统更加安全可靠。 组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的 HMI（人机接口软件， Human Machine Interface）的概念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的 HMI的软件工具，或开发环境。在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写 HMI 应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购 18 买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对 I/O 设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。 组态软件：对应全称为 Human and Machine Interface/Man and Machine Interface /Supervisory Control and Data Acquisition，中文翻译为：人机界面 /监视控 制和数 据采集 软件 ，一般 英文简 称有三 种分别 为HMI/MMI/SCADA。目前组态软件的发展迅猛，已经扩展到企业信息管理系统，管理和控制一体化，远程诊断和维护以及在互联网上的一系列的数据整合。 组态软件的功能和特点可归纳如下：概念简单，易于理解和使用；功能齐全，便于方案设计；实时性与并行处理；建立实时数据库，便于用户分步组态，保证体统安全可靠运 行；利用丰富的“动画组态 ”功能，快速构造各种复杂生动的动态画面；引入“运行策略”的概念 它具有以下几个方面的特点： 1、 可视化操作界面，真彩显示图形、支持渐进色、丰富的图库、动画连接。 2、 无与伦比的动力和灵活性，拥有全面的脚本与图形动画功能可以对画面中的一部分进行保存，以便以后进行分析或打印。 3、 变量导入导出功能，变量可以导出到 Excel 表格中，方便的对变量名称等属性进行修改，然后再导入新工程中，实现了变量的二次利用，节省了开发时间。 4、 强大的分布式报警、事件处理，支持实时、历 史数据的分布式保存。强大的脚本语言处理，能够帮助你实现复杂的逻辑操作和与决策处理。 5、 全新的 Web Server 架构，全面支持画面发布、实时数据发布、历史数据发布以及数据库数据的发布。 6、 方便的配方处理功能。丰富的设备支持库，支持常见的 PLC设备、智能仪表、智能模块。提供硬加密及软授权两种授权方式。 19 3.2PLC 梯形图设计 I 1 . 1 I 1 . 0M 0 . 3I 1 . 3I 0 . 7M 0 . 1I 1 . 3I 0 . 7MM 0 . 0M 0 . 1I 1 . 0Q 0 . 0M 0 . 2M 0 . 0 I 0 . 2I 1 . 0C 4 8C U C T URP VM 0 . 2M 0 3I 0 . 0Q 0 . 2 Q 0 . 1I 1 . 4Q 0 .0Q 0 . 0T 3 7 C 4 81 M 0 . 2 0 . 0M 0 . 1 M 0 . 3 20 I 0 . 0 I 0 . 3 I 0 . 4I 0 . 5I 1 . 4Q 0 . 3Q 0 . 2Q 0 . 2I 0 . 2 I 1 . 3 I 0 . 7 Q 0 . 2 Q 0 . 4Q 0 . 4I 0 . 2 I 0 . 1 Q 0 . 0Q 0 . 1I 0 . 3I 0 . 4I 0 . 5Q 0 . 1I 0 . 1T 3 7I NT O NP T1 0 0 m sT 3 7 I 0 . 0I 1 . 4I 0 . 3 I 0 . 2Q 0 . 2Q 0 . 3Q 0 . 35 0 Q 0 . 5图 3.1 梯形图 21 3.3 组态王软件设计 1、 建立新建工程 启动组态王软件的工程管理器，在菜单中点击“新建”弹出如 图 3.2对话框如下： 图 3.2 工程向导之一 单击“下一步”继续。弹出如 图 3.3“新建工程向导之二对话框”， 图 3.3 工程向导之二 在工程路径文本框中输入一个有效的工程路径，或单击“浏览 ”按钮，在弹出的路径选择对话框中选择一个有效的路径。单击“下一步”继续。弹出“新建工程向导之三对话框”，如新建工程向导三 所示： 22 图 3.4工程向导之三 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。 点击“完 成”，则完成了一个新的工程的建立。 2、 创建组态画面 进入组态王开发系统后，就可以为每个工程建立数目不限的画面，在每个画面上生成互相关联的静态或动态图形对象。这些画面都是由“组态王”提供的类型丰富的图形对象组成的。系统为用户提供了矩形（圆角矩形）、直线、椭圆（圆）、扇形（圆弧）、点位图、多边形（多边线）、文本等基本图形对象，及按钮、趋势曲线窗口、报警窗口、报表等复杂的图形对象。提供了对图形对象在窗口内任意移动、缩放、改变形状、复制、删除、对齐等编辑操作，全面支持键盘、鼠标绘图，并可提供对图形对象的颜色、线 型、填充属性进行改变的操作工具。 “组态王”采用面向对象的编程技术，使用户可以方便地建立画面的图形界面。用户构图时可以像搭积木那样利用系统提供的图形对象完成画面的生成。同时支持画面之间的图形对象拷贝，可重复使用以前的开发结果。 进入新建的组态王工程，选中工程浏览器左侧的画面，在右侧双击新建按钮，则弹出如图 3.5 所示对话框 ; 23 图 3.5 新画面 在“画面名称”处输入新的画面名称，点击“确定”按钮进入内嵌的组态王画面开发系统。 图 3.6 开发系统 24 在工具箱中可以选定各种现有图形，并且可以用绘图工具绘制 各种图形、添加文本、调剂颜色等操作。 3、 定义 IO 设备 选择工程浏览器左侧大纲项“设备 COM1”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，运行“设备配置向导”。 由于该设计是在实验室中完成的，用的是简单的 PLC 与组态软件，而与设备要链接的是 PLC 上的 COM1 口，通讯协议是 PPI 协议。 在面板上，还有只能仪表、只能模块、板卡和变频器，至于它们怎样用，我想在以后的工作中会用到的，在此不再详述。 图 3.7 设备配置向导之一 选中 PLC,由于在本次设计中用的是西门子 S7-200 系列的模块，所以双击“西门子 ”，选中 S7-200，弹出如图 3.8 所示对话框： 25 图 3.8 设备配置向导之二 为外部设备取一个名称，输入 PLC，单击“下一步”，弹出“设备配置向导” 图 3.9 设备配置向导之三 为设备选择连接串口，假设为 COM1，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”， 26 图 3.10设备配置向导之四 填写设备地址，假设为 2，单击“下一步”，弹出如图 3.11对话框 : 图 3.11 通信参数 设置通信故障恢复参数 (一般情况下使用系统默认设置即可 )，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”。 27 图 3.12 信息总结 检查各项设置是否正确，确认无误后，单击“完成”。 设备定义完成后，可以在工程浏览器的右侧看到新建的外部设备“ PLC”，如图 3.13所示。需要检测外部输入量是否与 PLC相连时，只用双击该设备，在弹出的对话框中选择测试 PLC即可，详细步骤在这里不再一一介绍。至于新建的设备相当于一个中间装置，它将实物 PLC与自己建造的变量 联系起来，相当于把程序与界面联系了起来，为以后的控制做好了准备 图 3.13 新设备 28 在定义数据库变量时，只要把 IO变量连结到这台设备上，它就可 以和组态王交换数据了。 4、 构造数据库 选择工程浏览器左侧大纲项“数据库 数据词典”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，弹出“定义变量”对话框如图 3.14所示。在变量名中填入所需设置的变量名，如“运行 1”。 图 3.14 定义变量 在变量类型中选取变量类型，一般的变量类型有“内存”和“ IO”两种类型，在这两种类型中又分“离散、整数、实数、字符串形”。一般的开关量都属于 IO离散型，而需要与内部物件动画连接的则 可以定义为内存形。 在小的工程中，一般的变量都是这样定义的，它不需要大规模的应用。而在实际工程应用中，一般都需要定义许多变量，而这些变量都是彼此相关联的，这样在这样按着图 3