自动化装配设计

毕毕 业业 设设 计计 题 目 名 称 自动化装配设计 学 院 专 业 电气自动化 学 生 姓 名 班 级 2 摘要摘要 通过利用PLC强大的控制功能 实现利用可编程控制器控制装配工序的 功能 可以提高自动化行业的发展 提高劳动效率 本文针对PLC控制的 自动装配系统 对系统的控制要求 设计步骤 控制方案 主要控制元件 编程思路进行深入的剖析 在PLC基础上 系统还增加了组态软件WINCC对 系统运行过程进行监控 本文亦介绍了组态软件WINCC对控制系统的组态 及运行方法 通俗地讲 装配是指将产品的若干个零部件通过紧配 卡扣 螺纹连接 粘合 铆合 焊接等方式组合到一起得到符合预定的尺寸精度及功能的成 品 半成品 由人工处理 接触 整理 抓取 移动 放置 施力等 每一个零部件而实现的装配 严格的讲 只能称为人工装配 不需要由人 工处理零部件而完成的装配 可称为自动装配 介于两者之间的为半自动 装配 当前 PLC因其强大的功能 被广泛应用于工业应用中 而随着管理信息 系统和计算机集成制造系统的普及 生成现场数据的应用已不仅仅局限于 数据采集和监控 在生产制造过程中 需要现场的大量数据进行流程分析 3 和过程控制 以实现对生成流程的调整和优化 这就需要组态软件wincc 来实现 本文针对PLC控制的自动装配系统 对系统的控制要求 设计步 骤 控制方案 主要控制元件 编程思路进行深入的剖析 在PLC基础上 本文亦介绍了组态软件WINCC对控制系统的组态及运行方法 实验证明 通过利用PLC强大的控制功能 实现利用可编程控制器控制装配工序的功 能 可以提高自动化行业的发展 提高劳动效率 关键词关键词 可编程控制器 自动装配 控制系统 目录目录 1 绪论 5 2 论文相关技术介绍 8 2 1 PLC 技术 8 2 1 1 PLC 基本概念 8 2 1 2 PLC 的定义 9 2 1 3 PLC 的分类 9 2 1 4 PLC 的特点 11 2 1 5 PLC 的发展历史 12 2 1 6 PLC 的应用领域 14 2 1 7 PLC 发展趋势 15 2 2 S7 200 系列 PLC 监控的主要方法 16 2 3 组态软件技术 16 2 3 1 博图软件的性能特点 17 2 3 2 博图软件的发展趋势 19 3 自动装配机控制系统分析及方案设计 22 3 1 系统控制要求分析 22 3 2 PLC 控制方案设计 22 3 2 1 流程图 23 4 3 2 2 系统的 I O 分配 23 3 3 监控系统方案设计 24 4 自动装配机系统的实现 26 4 1PLC 控制系统实现 26 4 1 1 控制系统的梯形图 26 4 1 2 梯形图对应的指令语句 31 4 2 监控系统实现 33 结论 35 参考文献 36 致谢 37 1 绪论绪论 1 11 1 论文研究背景及意义论文研究背景及意义 可编程控制器是一种为工业机械控制所设计的专用计算机 在各种自动控制系统中有着广泛的应用 它是在继电器控制和计算机控制基础上开发的产品 逐渐发展成为以微处理器为核心 把自动化技 术 计算机技术 通信技术融为一体的新型工业自动控制装置 早期的可编程控制器在功能上只能 进行逻辑控制 因而称为可编程程序逻辑控制器 Programmable Logic Controller 简称 PLC 1 随着技术的发展 其控制功能不断增强 可编程程序控制器还可以进行算术运算 模拟量控制 顺序控制 定时 计数等 并通过数字 模拟的输入 输出控制各种类型的机械生产过程 长期以来 PLC 及其网络控制系统始终战斗在工业自动化控制行业的主战场 其提供的安全和完善 的解决方案 为各种各样的自动化设备提供了非常可靠的控制应用 在电力 冶金 化工 机械等 行业发挥了重大作用 被公认为现代工业自动化三大支柱之一 近 20 年来计算机和信息技术的飞速发展 不断成倍扩大的功能和成倍降低的价格 使 PLC 通信联网技术 过程控制软件都获得了长足进步 也使 PLC 的广泛应用成为可能 从 1968 年开始 至今 PLC 已经经历了四次更新换代 现阶段的 PLC 产品不但全面使用 16 位 32 位高性能微处理器 高性能片位式微处理器 RISC Reduced Instruction Set Computer 精简指令系统 CPU 等高级 CPU 而且 在一台 PLC 中配置多个微处理器 进行多道处理 同时 生产了大量内含微处理器的 智能模板 使得最新的 PLC 产品成为具有逻辑控制功能 过程控制功能 运动控制功能 数据处理 功能 联网通信功能的名副其实的多功能处理器 随着生产自动化程度的增加 单一的逻辑控制功能显然不能满足现代生产的要求 而 PLC 新增 加的这些功能正好适应了生产发展的需求 相信在未来的自动化生产控制中 PLC 及其网络必将得 到更加广泛的 1 21 2 PLCPLC 控制系统发展及现状控制系统发展及现状 1968 年美国 GM 通用汽车 公司提出取代继电器控制装置的要求 并公开招标提出十项标准 5 1 编程方便 现场可修改程序 2 维修方便 采用模块化结构 3 可靠性高于继电器控制装置 4 体积小于继电器控制装置 5 数据可直接送入管理计算机 6 成本可与继电器控制装置竞争 7 输入可以是交流 115V 8 输出为交流 115V 2A 以上 能直接驱动电磁阀 接触器等 9 在扩展时 原系统只要很小变更 10 用户程序存储器容量至少能扩展到 4K 1969 年 美国数字公司 DEC 研制出了第一台可编程序控制器 满足了 GM 公司装配线的要求 这 种新型的工业控制装置简单易懂 操作方便 可靠性高 通用灵活 体积小 使用寿命长 很快在 美国其它工业领域推广使用 随着集成电路技术和计算机技术的发展 现在已有了第五代 PLC 产品 1 31 3 本论文研究内容本论文研究内容 本文在 PLC 强大的控制功能基础上 设计了一个自动装配机控制系统 该控制系统可以实现流水 式配件叠放 然后检测产品是否合格 合格的产品从合格产品通道传送到下一个工序 不合格产品 从不合格产品通道送出收集起来 本文所研究的主要内容安排如下 第一章绪论 先介绍了本文的研究背景和意义 再介绍了 PLC 的发展及现状 最后说明了本文的研 究内容 第二章论文相关技术介绍 分析了西门子 S7 300 系列 PLC 以及博图组态软件 第三章自动装配机控制系统分析及方案设计 分析了国外几种控制系统的实现 通过比较其优缺点 提出本文描述的控制方案 并分析方案的可行性 第四章自动装配机系统的实现 以 PLC 为对象 详细描述了该系统的实现及监控过程的实现 结论 对论文进行总结 提出了一些尚待研究的问题 并对下一步的工作进行了展望 2 设计相关技术介绍设计相关技术介绍 2 1 PLC 技术技术 可编程序控制器 英文称 Programmable Controller 简称 PC 但由于 PC 容易和个 人计算机 Personal Computer 混淆 故人们仍习惯性地用 PLC 作为可编程序控制器 的缩写 它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置 专为在工业现 场应用而设计 它采用可编程序的存储器 用以在其内部存储执行逻辑运算 顺序控 制 定时 计数和算术运算等操作指令 并通过数字式或模拟式的输入 输出接口 控制各种类型的机械或生产过程 2 1 1 PLC 基本概念基本概念 6 一 逻辑控制一 逻辑控制 1 定义 指在对生产过程运行状态检测的基础上 依据预先编制好的操作规则 对输入状态进行逻辑运算 或计数 或定时 或对某些变化参量进行判断等 然后根 据这些结果作出控制决策 控制执行机构协调动作 完成以开关量控制为主的生产过 程的自动控制 2 逻辑控制的特点逻辑控制的特点 顺次控制 即以前一步动作的完成作为信号 从而启动后一步动作的程序控制方 式 条件控制 以某一个或某几个动作所产生的综合结果作为信号来启动下一步动作 的程序控制方式 时序控制 以时间为基准来决定每一步动作的运行或停止的程序控制方式 控制要素 动作的转换 动作的执行 二 程序二 程序 顺序 控制器顺序 控制器 1 定义 采用继电器 接触器 半导体逻辑元件 甚至加上微处理器等器件组成 能完成逻辑控制 即程序控制 任务的装置 2 分类 按照 存储 控制顺序规则 1 20 世纪 50 年代 继电器及半导体逻辑元件控制器 2 20 世纪 50 年代后期 矩阵式控制器 3 20 世纪 60 年代 可编程控制器 2 1 2 PLC 的定义的定义 国际电工委员会 International Electrical Committee IEC 1987 年的第三版对 PLC 作 了如下的定义 PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置 它采用可以编程序的存储器 用来在其内部存储执行逻辑运算 顺序运算 计时 计 算和算术运算等操作的指令 并能通过数字式或模拟式的输入和输出 控制各种类型 的机械或生产过程 可编程控制器实际上是一种工业控制计算机 它的硬件结构与一般微机控制系统 相似 甚至与之无异 可编程序控制器主要由 CPU 中央处理单元 存储器 RAM 和 EPROM 输入 输出模块 简称为 I O 模块 编程器和电源五大部分组成 近年来发展 7 极为迅速 应用面极广的工业控制装置 它按照成熟而有效的继电器控制概念和设计 思想 利用不断发展的新技术 新电子器件 逐步形成了具有特色的各种系列产品 2 1 3 PLC 的分类的分类 1 按结构形式分类 根据 PLC 的结构形式 可将 PLC 分为整体式和模块式两类 1 整体式 PLC 整体式 PLC 是将电源 CPU I O 接口等部件都集中装在一个 机箱内 具有结构紧凑 体积小 价格低的特点 小型 PLC 一般采用这种整体式结 构 整体式 PLC 由不同 I O 点数的基本单元 又称主机 和扩展单元组成 基本单元 内有 CPU I O 接口 与 I O 扩展单元相连的扩展口 以及与编程器或 EPROM 写入器 相连的接口等 扩展单元内只有 I O 和电源等 没有 CPU 基本单元和扩展单元之间 一般用扁平电缆连接 整体式 PLC 一般还可配备特殊功能单元 如模拟量单元 位置 控制单元等 使其功能得以扩展 2 模块式 PLC 模块式 PLC 是将 PLC 各组成部分 分别作成若干个单独的模块 如 CPU 模块 I O 模块 电源模块 有的含在 CPU 模块中 以及各种功能模块 模块 式 PLC 由框架或基板和各种模块组成 模块装在框架或基板的插座上 这种模块式 PLC 的特点是配置灵活 可根据需要选配不同规模的系统 而且装配方便 便于扩展 和维修 大 中型 PLC 一般采用模块式结构 还有一些 PLC 将整体式和模块式的特点结合起来 构成所谓叠装式 PLC 叠装式 PLC 其 CPU 电源 I O 接口等也是各自独立的模块 但它们之间是靠电缆进行联接 并且各模块可以一层层地叠装 这样 不但系统可以灵活配置 还可做得体积小巧 2 按功能分类 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 高档三类 1 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 还可有少量模拟量输入 输出 算术运算 数据传送和比较 通信等功能 主要用于 逻辑控制 顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统 2 中档 PLC 除具有低档 PLC 的功能外 还具有较强的模拟量输入 输出 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 控制等功能 适用于复杂控制系统 8 3 高档 PLC 除具有中档机的功能外 还增加了带符号算术运算 矩阵运算 位逻辑运算 平方根运算及其它特殊功能函数的运算 制表及表格传送功能等 高档 PLC 机具有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 3 按 I O 点数分类 根据 PLC 的 I O 点数的多少 可将 PLC 分为小型 中型和大型三类 1 小型 PLC I O 点数 2048 点 多 CPU 16 位 32 位处理器 用户存储器 容量 8 16K 如 S7 400 德国西门子公司 GE GE 公司 C 2000 立石公司 K3 三菱公司等 2 1 4 PLC 的特点 9 PLC 之所以越来越受到控制界人士的重视 是和它的优点分不开的 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 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 10 2 1 5 PLC 的发展历史 1 起源 可编程序控制器问世于 1969 年 是美国汽车制造工业激烈竞争的结果 更新汽车 型号必然要求加工生产线改变 正是从汽车制造业开始了对传统继电器控制的挑战 1968 年美国 General Motors 公司 要求制造商为其装配线提供一种新型的通用程序控 制器 并提出 10 项招标指标 这就是著名的 GM 10 条 GM10 条是可编程控制器出现的直接原因 1 编程方便 可现场修改程序 2 维修方便 采用插入式结构 3 可靠性要高于继电器控制装置 4 体积要小于继电器控制装置 5 数据可直接送入管理计算机 6 成本上可与继电器竞争 7 输入可以是交流 115V 8 输出为交流 115V 2A 以上 能直接驱动电磁阀 9 扩展时原系统只需做很小的改动 用户程序存储器容量至少可扩展到 4KB 1969 年 美国数字设备公司研制出了第一台可编程逻辑控制器 PDP 14 在美 国通用汽车公司的生产线上试用成功 首次采用程序化的手段应用于电气控制 这是 第一代可编程逻辑控制器 称 Programmable 是世界上公认的第一台 PLC 1969 年 美国研制出世界第一台 PDP 14 1971 年 日本研制出第一台 DCS 8 1973 年 德国研制出第一台 PLC 1974 年 中国研制出第一台 PLC 2 发展 20 世纪 70 年代初出现了微处理器 人们很快将其引入可编程逻辑控制器 使可编 程逻辑控制器增加了运算 数据传送及处理等功能 完成了真正具有计算机特征的工 业控制装置 此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产 物 个人计算机发展起来后 为了方便和反映可编程控制器的功能特点 可编程逻辑 11 控制器定名为 Programmable Logic Controller PLC 20 世纪 70 年代中末期 可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段 计算机技术已全 面引入可编程控制器中 使其功能发生了飞跃 更高的运算速度 超小型体积 更可 靠的工业抗干扰设计 模拟量运算 PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中 的地位 20 世纪 80 年代初 可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用 世界上 生产可编程控制器的国家日益增多 产量日益上升 这标志着可编程控制器已步入成 熟阶段 20 世纪 80 年代至 90 年代中期 是可编程逻辑控制器发展最快的时期 年增长率 一直保持为 30 40 在这时期 PLC 在处理模拟量能力 数字运算能力 人机接口能 力和网络能力得到大幅度提高 可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域 在某些应 用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统 20 世纪末期 可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要 这个 时期发展了大型机和超小型机 诞生了各种各样的特殊功能单元 生产了各种人机界 面单元 通信单元 使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易 2 1 6 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 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 12 开关量 i o 模块连接位和执行机构 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 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 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 冶金作为大型 PLC 最大的行业分支 占据了四分之一的市场 冶金行业各控制环 节要求精度高 控制点数多 是大中型 PLC 应用的主要行业 汽车行业主要对各生产线的工位进行控制 对 PLC 的应用数量多 但控制点数一 般不高 在 300 点左右 以中型 PLC 为主 汽车行业被认为是 PLC 应用最有潜力的行 业之一 虽然电力行业对单机容量 5 万千瓦以下的常规火电机组的关停在很大程度上影响 了 PLC 在该行业的应用规模 但由于电力行业本身自动化水平很高 对 PLC 的应用规 模基数很大 因此电力行业仍然处于大中型 PLC 应用的第三大行业 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 都具有通信接接口 通信非常方便 13 2 1 7 PLC 发展趋势 21 世纪 PLC 会有更大的发展 从技术上看 计算机技术的新成果会更多地应用 于可编程控制器的设计和制造上 会有运算速度更快 存储容量更大 智能更强的品 种出现 从产品规模上看 会进一步向超小型及超大型方向发展 从产品的配套性上 看 产品的品种会更丰富 规格更齐全 完美的人机界面 完备的通信设备会更好地 适应各种工业控制场合的需求 从市场上看 各国各自生产多品种产品的情况会随着 国际竞争的加剧而打破 会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面 会出现国际通用 的编程语言 从网络的发展情况来看 可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成 大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向 目前的计算机集散控制系统 DCS Distributed Control System 中已有大量的可编程控制器应用 伴随着计算机网 络的发展 可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分 将在 工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用 2 2 S7 300 系列系列 PLC 监控的主要方法监控的主要方法 在大多数控制系统中 仅仅是实现控制是不够的 在许多情况下也需要组态监控 界面对系统进行监控 通过监控可以增加人机交互的能力 使操作人员实时地监控系 统工作情况并使系统操作变得方便 对 S7 300 系列 PLC 组成的控制系统进行监控一般有三种方法 组态软件监控 第 三方软件编制的监控软件监控 触摸屏监控 2 3 组态软件技术组态软件技术 监控组态软件不仅有监控和数据采集 SCADA 功能 而且有组态 开发和开放功能 监控组 态软件是伴随着计算机技术 DCS 和 PLC 等工业控制技术的突飞猛进而发展起来的 随着个人计算 机 PC 的普及和开放系统的推广 基于 PC 的监控组态软件在工业控制领域不断发展壮大 监控 组态软件广泛运用于工业 农业 楼宇和办公等领域的自动化系统 随着计算机硬件和软件技术的发展 自动化产品呈现出小型化 网络化 PC 化 开放式和低 成本的发展趋势 并逐渐形成了各种标准的硬件 软件和网络结构系统 监控组态软件已经成为其 中的桥梁和纽带 是自动化系统集成中不可缺少的关键组成部分 2 3 1 WinCC 软件的性能特点 WinCC 作为一个功能强大的操作监控组态软件 其主要性能特点如下 14 1 应用最新的软件技术 WinCC 是由 SIEMENS 公司与 Microsoft 公司合作开发的用于控制工程的人机界面 组态软件 正是基于 Microsoft 公司技术的先进性与创新性 保证用户能够获得不断创 新的技术 2 包括所有 SCADA 功能在内的客户 服务器系统 WinCC 是世界上 3 个 WinCC iFix inTatch 最成功的 SCADA 系统之一 由 WinCC 系统组件建立的各种编辑器可以生成画面 脚本 报警 趋势和报告 即使是 最基本的 WinCC 系统 也能提供生成复杂可视化任务的组件和函数 3 可灵活裁剪 由简单任务扩展到复杂任务 WinCC 是一个模块化的自动化软件 可以灵活地进行扩展 可应用在办公室和机 械制造系统中 从简单的工程应用到复杂的多用户应用 从直接表示机械到高度复杂 的工业过程图像的可视化监控和操作 4 可由专用工业和专用工艺的选件和附件进行扩展 WinCC 在开放式编程接口的基础上开发了范围广泛的选件和附件 使之能够适应 各个工业领域不同工业分支的不同需求 5 集成 ODBC SQL 数据库 WinCC 集成了 Sybase SQL Anywhere 标准数据库 使得所有面向列表的组态数据 和过程数据均存储在 WinCC 数据库中 可以容易地使用标准查询语言 SQL 或使用 ODBC Open Data Base Connectivity 驱动访问 WinCC 数据库 这些访问选项允许 WinCC 对其他的 Windows 程序和数据库开放其数据 例如 将其自身集成到工厂级或 公司级的应用系统中 6 具有强大的标准接口 WinCC 建立了 DDE Dynamic Data Exchange OLE Object Link and Embed OPC OLE For process Control 等在 Windows 程序间交换数据的标准接口 因此 能够毫无困 难地集成 Active X 控制和 OPC 服务器 客户端功能 7 统一脚本语言 WinCC 的脚本语言由 ANSI C 标准编程语言生成 8 开放 API 编程接口可以访问 WinCC 的模块 15 所有的 WinCC 模块都有一个开放的 C 编程接口 C API 可以在用户程序中集成 WinCC 组态和运行时的功能 9 通过向导进行简易的 在线 组态 组态工程师除了可利用综合库 在一个 WYSIWYG 环境中 进行简单的对话和向 导外 在调试阶段 同样可进行在线修改 10 选择组态软件的语言 Wincc 软件是基于多种语言开发的 可以在德文 法文 意大利文 西班牙文 中文及 其他多种亚洲语言之间进行选择 可以存储用户喜爱的任何一种语言文本 可以 在线进行语言转换 11 提供所有主要 PLC 系统的通信通道 作为标准 WinCC 支持所有连接到 SIMATIC S5 S7 505 控制器的通信通道 还包 括 PROFIBUS DP DDE OPC 等非特定控制器的通信通道 此外 还可以通过选件 或附件提供广泛的非特定控制器的通信通道 12 具有与基于 PC 的控制器的 SIMATIC WinAC 的紧密接口 软 插槽 PLC 和操作 监控系统在一台 PC 机上相结合无疑是一个面向未来的概念 在此前提下 WinCC 和 WinAC 实现了西门子公司基于 PC 的 强大的自动化解决方案 13 是全集成自动化工 TIA 的部件 TIA Total Integrated Automation 集成了包括 WinCC 在内的所有 SIEMENS 产品 WinCC 是所有过程控制的窗口 是 TIA 的中心部件 TIA 意味着在组态 编程 数据存 储和通信等方面的一致性 14 作为 SIMATIC PCS7 过程控制系统申的操作员站 SIMATIC PCS7 是 TIA 中的过程控制系统 PCS7 是结合了基于控制器的制造业自 动化的优点和基于 PC 的过程工业自动化的优点的过程处理系统 PCS 它对过程可视 化使用包括 WinCC 的标准 SIMATIC 部件 15 符合 FDA 21 CFR Part 11 的要求 16 16 可集成到 MES 和 ERP 中 WinCC 的标准接口使 WinCC 成为全公司范围 IT 环境下的一个完整部件 这超越 了自动控制过程 将范围扩展到工厂监控级 以及为公司管理系统提供管理数据 2 3 2 WinCC V6 0 的新增功能 WinCC 为所有领域 从简单的单用户系统到具有冗余服务器的分布式多工作站系 统 以及具有 Web 客户端的跨区域的解决方案 提供了基于 Windows 2000 和 XP 的完 整的操作和监控功能 基本系统中的历史数据归档 以很高的压缩比进行长期数据归档 具备数据导出功能和备份机制 对 IT 功能和上午集成优化 通过 Microsoft SQL Server 2000 实现历史数据归档 增加了客户端的数据评估工具 增加了用于业务集成的开放式接口 可连续扩展 系统中可以有多达 12 台服务器和 32 个 WinCC 客户端 每台服务器都可以有自 己的冗余服务器 新支持的开放性标准 VBA 组态自动化 Visual Basic 脚本 运行系统脚本 OPC HDA OPC A E OLE DB 增强的 Web 功能 可以在 WinCC 客户端上安装 Web Navigator 服务器 用做更具安全性的数据集 中器 Web Navigator 具备 WinCC 客户端的功能 新的选件 WinCC Dat Monitor WebEdition 历史数据归档工具 WinCC Connectivity Pack 通过 OPC HDA OPC A E 和 OLE DB 访问 WinCC 数 据库 17 WinCC IndustralDataB 2 3 3 WinCC 的发展趋势 很多新技术将不断被应用到组态软件当中 促使组态软件向更高层次和更广范围 发展 其发展方向如下 多数组态软件提供多种数据采集驱动程序 driver 用户可以进行配置 在这种 情况下 驱动程序由组态软件开发商提供 或者由用户按照某种组态软件的接口规范 编写 由 OPC 基金组织提出的 OPC 规范基于微软的 OLE DCOM 技术 提供了在分布 式系统下 软件组件交互和共享数据的完整的解决方案 服务器与客户机之间通过 DCOM 接口进行通讯 而无须知道对方内部实现的细节 由于 COM 技术是在二进制 代码级实现的 所以服务器和客户机可以由不同的厂商提供 在实际应用中 作为服 务器的数据采集程序往往由硬件设备制造商随硬件提供 可以发挥硬件的全部效能 而作为客户机的组态软件则可以通过 OPC 与各厂家的驱动程序无缝连接 故从根本上 解决了以前采用专用格式驱动程序总是滞后于硬件更新的问题 同时 组态软件同样 可以作为服务器为其他的应用系统 如 MIS 等 提供数据 随着支持 OPC 的组态软件 和硬件设备的普及 使用 OPC 进行数据采集成为组态中更合理的选择 脚本语言是扩充组态系统功能的重要手段 因此 大多数组态软件提供了脚本语 言的支持 其具体的实现方式分为两种 一是内置的 C Basic 语言 二是采用微软的 VBA 的编程语言 C Basic 语言要求用户使用类似高级语言的语句书写脚本 使用系统 提供的函数调用组合完成各种系统功能 微软的 VBA 是一种相对完备的开发环境 采 用 VBA 的组态软件通常使用微软的 VBA 环境和组态技术 把组态系统中的对象以组 件方式实现 并使用 VBA 的程序对这些对象进行访问 可扩展性为用户提供了在不改变原有系统的情况下 向系统内增加新功能的能力 这种增加的功能可能来自于组态软件开发商 第三方软件提供商或者用户本身 增加 功能最常用的手段是 ActiveX 组件的应用 所以更多厂商会提供完备的 ActiveX 组件引 入功能及实现引入对象在脚本语言中的访问 组态软件的应用具有高度的开放性 随着管理信息系统和计算机集成制造系统的 普及 生成现场数据的应用已不仅仅局限于数据采集和监控 在生产制造过程中 需 要现场的大量数据进行流程分析和过程控制 以实现对生成流程的调整和优化 这就 18 需要组态软件大量采用 标准化技术 如 OPC DDE ODBC OLE DB ActiveX 和 COM DCOM 等 使得组态软件演变成软件平台 在软件功能不能满足用户特殊要求 时 可以根据自己的需要进行二次开发 与 MES Manufacturing Execution Systems 和 ERP Enterprise Resource Planning 系 统紧密集成 经济全球化促使每个公司都需要在核实的软件模型基础上表达复杂的业 务流程 以达到最佳的生产率和质量 这就要求不受限制的信息流在公司范围内的各 个层次朝水平方向和垂直方向不停地自由传输 ERP 解决方案正日益扩展到 MES 领域 并且正在寻求到达自动化层的链路 自动化层的解决方案 尤其是 SCADA 系统 正 日益扩展到 MES 领域 并未 ERP 系统提供通讯接口 SCADA 系统是用于构造全厂信 息平台的一种理想的框架 由于它们管理过程画面 因而能直接访问所有的底层数据 此外 SCADA 系统还能从外部数据库和其他应用中获得数据 同时 处理和存储这些 数据 所以 对 MES 和 ERP 系统来说 SCADA 系统是理想的数据源 在这种情况下 组态软件成为中间件 是构造全厂信息平台承上启下的重要组成部分 现代企业的生产已经趋向国际化 分布式的生产方式 Internet 将是实现分布式生 产的基础 组态软件将从原有的局域网运行方式跨越到支持 Internet 使用这种瘦客户 方案 用户可以在企业的任何地方通过简单的浏览器 输入用户名和口令 就可以方 便地得到现场的过程数据信息 这种 B S Browser Server 结构可以大幅降低系统安 装和维护费用 3 自动装配机控制系统分析及方案设计自动装配机控制系统分析及方案设计 3 1系统控制要求分析系统控制要求分析 系统的结构示意图如下 19 控制目的 在电子器件的工件基底上叠放三个不同的配件 用转盘流水操作的方 式进行配件叠放 然后检测产品是否合格 合格的产品从合格产品通道传送到下一个 工序 不合格产品从不合格产品通道送出收集起来 需要考虑的问题 1 启动初期 转盘上没有配件 需先放上配件一 二 三 再开始装配元件 2 按下停止按钮时 转盘上剩下的工件需依次装配完成再停下 3 遇到紧急情况需要急停 可以断电处理 3 2 PLC 控制方案设计控制方案设计 首先 工件基底从 号工位推出 基底随转盘先后转到 位时 各工位分别 推出配件一 二 三 装配好的器件到达 号工位进行检测 检测合格的 器件从 号位推出 否则作为不合格器件运转到 号位推出 PLC 软件系统由系统程序和用户程序两部分组成 系统程序包括监控程 编译程 序 诊断程序等 主要用于管理安全机构 将程序语言翻译成机器语言 诊断机器故 障 系统软件由 PLC 厂家提供并已固化 EPROM 中 不能直接存取和干预 用户程序 转盘 工件基底 配件一 配件二 配件三 合格 不合格 20 是用户根据现场控制要求 用 PLC 的程序语言编制的应用程序 也就是逻辑控制 用 来实现各种控制 STEP7 是用于 SIMATIC 可编程逻辑控制组态喝编程的标准软件包 也就是用户程序 我们就是用 STEP7 来进行硬件组态和逻辑程序编制 以及逻辑程序 执行结果在线监视 总体设计方案分为硬件设计和软件设计两大部分 是以 S7 300 系列 PLC 来进行控 制和数据的处理与传输 同时配以响应硬件电路来控制转盘动作 来实现装配机的全 自动运行 3 2 1 流程图 根据自动装配机系统控制要求 装配机的动作流程如下图 开始 1推出工件基底 转盘旋转 工件基底到达2 2安装配件一 3安装配件二 4安装配件三 是否合格 从合格出口推出从不合格出口推出 结束 Y N 转盘转动 转盘转动 到达工位3 到达工位4 3 2 2 系统的 I O 分配 I0 0 开始按钮 I0 1 停止按钮 I0 2 合格与不合格检测 1 为合格 0 为不合格 Q0 0 工件基底 21 Q0 1 配件一 Q0 2 配件二 Q0 3 配件三 Q0 4 合格输出 Q0 5 不合格输出 Q0 6 转盘 Q1 0 合格与不合格 1 为合格 0 为不合格 3 3 监控系统方案设计监控系统方案设计 本自动装配机组态软件系统采用 WinCC 组态软件开发实现 其设计画面简单 方 便易懂 首先用一个圆盘来代替转盘 转盘上有 6 个出口 从最底下那个开始逆时针 方向 分别代表工件基底 配件一 配件二 配件三 合格出口 不合格出口 当系 统开始运行时 我们可以从画面上看到工件在转盘上的传输过程 另外 在转盘旁边 还有一个指示灯 用于显示产品合格与否的判断结果 4 自动装配机系统的实现自动装配机系统的实现 4 1PLC 控制系统实现控制系统实现 1 按下启动按钮后 开始往转盘上装配件一 二 三 Q0 1 Q0 3 顺序亮 2 待配件装上后 整个装配流水线开始工作 推出工件基底 顺序装上配件一 二 三 并判断是否合格 整个过程是并行运行的 即当工件基底在装配件一的同时 Q0 0 推出下一基底 4 1 1 控制系统的梯形图控制系统的梯形图 1 按