基于可编程控制器控制流水线并用组态软件监控

1、摘 要随着社会的不断发展，科技的不断进步，人们已经对越来越多的事物不是进行手动操作，而是进行人工智能控制。特别是近年来可编程控制器在工业生产中的运用，使工业生产的效率和产品质量得到大幅度的提高。plc针对工业顺序控制，在工业现场有很高的可靠性。本次课程设计正是基于此种情况，其目的为了实现工业智能控制领域常见的流水线智能控制系统。使用移位寄存器指令，在移位脉冲的作用下实现工业流水线的智能控制。根据课程设计具体要求进行i/o地址分配，然后应用plc软件选址进行编程，通过串口通讯编译下载，在实验仪器上通过开关控制程序进行调试模拟，最后通过组态王软件将可编程控制器与组态软件结合进行仿真，已实现要求的流

2、水线智能控制。关键词：流水线；智能控制；plc；移位寄存器；组态；目 录1、绪论12、系统总体设计方案论证13、系统的硬件、软件配置功能简述33.1、可编程控制器概述33.1.1、plc的结构及各部分的作用43.1.2、plc的工作原理63.2、所使用软件概述94.硬件部分方案具体实施与实践104.1流水线的结构及其工作原理104.2具体方案设计114.3硬件系统具体设计124.3.1 可编程控制器控制系统设计124.3.2流水线模拟控制系统实现的功能124.3.3硬件系统接线及i/o地址分配1243.4.硬件接线145.软件部分的设计155.1 编程软件介绍155.2可编程控制器程序的设计1

3、66组态软件仿真模拟与上位机监控设计部分236.1组态画面与程序的设计236.2组态程序与plc程序结合及调试运行266.2.1组态与plc程序关联部分266.2.2组态程序实际监控画面既实际运行状况267、实验体会32参考文献32附录:plc梯形图程序331、绪论在市场经济领域新的推动下，人们要求产品品种齐全且物美价廉。为适应市场的需求，工业产品的品种就要不断更新换代，从而要求产品的生产线及附属的控制系统不断地修改甚至更换。在以前生产线的控制主要采用继电器控制。修改一条生产线，要更换许多硬件设备，进行复杂的接线，既浪费了许多硬件又大大拖延了施工周期，增加了产品的成本。而可编程控制器是一种数字

4、运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械动作过程。可编程控制器及其相关设备。当今社会plc应用广泛，特别在控制方面，plc已成为工业控制领域中最常见、最重要的控制领域，它代表一个国家的工业水平。由于plc具有编程容易，控制系统简单，更改容易，施工周期短，系统维护容易等优点。随着社会的不断发展，科学技术的不断进步，人们已经对越来越多的事物不是进行手动操作，而是进行人工智能控制。例如全自动智能生产线生等等，改变了纯手动生产线的，时间长、精度低、

5、效率差等缺点。本次课程设计的前提正是基于此来解决工业生产过程系统中生产线的常见问题。运用所学的可编程控制器的相关知识在实验装置上实现模拟流水线的plc控制。改变以往手动流水线可靠性差、安全系数低、效率不高的缺点。提高了工作效率，系统安全性和生产精度和质量，同时节省了人工体力。2、系统总体设计方案论证由于系统具体要求如下：传动带有十六个工位，工件从1号位装入，分别在a（操作1）、b（操作2）、c（操作3）三个工位完成三种装配操作，经最后一个工位后送入仓库；其它工位均用于传送工件，控制按钮可以控制流水线速度。由此可总结归纳出，系统要求的流水线除具有基本的顺序传送功能外，还应在三个位置做停顿，用以完

6、成对工件做各种各样的加工，必须经过三个加工过程完成后，最后再入仓库。其生产过程比较类似于步进电机。按照其流水线控制系统大体要求也可以将步进电动与工业控制用计算机结合，或将电机与单片机结合来实现系统的要求，而且基本也完全可以实现。由于工业用计算机控制在要求快速、实时性强、模型复杂的工业控制中占有优势，但是使用工业计算机的人员技术水平要求较高，特别对于较复杂的系统模型，编程极其困难，一般应具有很高的计算机专业知识。另外，工业计算机控制在整机结构上尚不能适应恶劣的工作环境，抗干扰能力及适应性差，这是工业计算机控制在工业现场控制的致命弱点。工业生产现场的电磁辐射干扰、机械振动、温度及湿度的变化以及超标

7、的粉尘，以及种种干扰都可以使工业用计算机不能正常工作。而plc针对工业顺序控制，在工业现场有很高的可靠性。plc在电路的布局、机械结构及软件设计各个方面决定了plc的高抗干扰能力。电路布局方面的主要模块都采用大规模与超大规模的集成电路，在输入输出系统中采用完善隔离等的通道保护功能；在电路结构上对耐热、防潮、防尘及防震等各方面都做了周密的考虑；在电路硬件方面采用了隔离、屏蔽、滤波及接地等抗干扰技术；在软件上采用了数字滤波及循环扫描、成批输入，成批输出处理技术。所有的这些都使plc具有非常高的抗干扰能力，从而使plc绝不会出现死机的现象。而其随着plc功能的不断争强，越来越多地采用了工业计算机技术

8、，同时工业控制计算机为了适应客户需要，向提高可靠性，耐用性与便于维修的方向发展，两者间相互渗透，差异越来越小，plc与工业控制计算机技术将继续共存，在一个控制系统中，使plc集中在功能控制上，工业控制计算机集中在信息处理上。但是根据本系统实际要求，决定最终采用可编程控制器，而不是工业控制计算机或单片机是由于本系统较为简单，只需控制状态开关量。而开关量的顺序控制是plc最早，最原始的控制功能，可以取代传统的继电器逻辑电路中的顺序控制系统，也是plc最容易完成的领域，最擅长的方面就是工厂装配流水线的控制。而且plc编程与工业控制计算机与单片机相比编程容易很多，plc可以采用梯形图来编程，这种编程方

9、法形象直观，无需专业的计算机知识和语言，熟悉电气控制的技术人员易于掌握。 为了运用plc实现此设计系统的任务要求，再综合了plc相关知识，各指令相关功能后，决定采用以plc的移位寄存器功能为中心开展编程，因为根据本系统设计的要求使用移位寄存器指令，可以大大简化程序设计。移位寄存器指令所描述的操作过程如下：若在输入端输入一串脉冲信号，在移位脉冲作用下，脉冲信号依次移到移位寄存器的各个继电器中，并将这些继电器的状态输出，每个继电器可在不同的时间内得到由输入端输入的一串脉冲信号。目前看到的所有组态软件都能完成类似的功能，比如，wincc,intouch,fix,citech，及组态王几乎所有运行于3

10、2位windows平台的组态软件都能采用类似资源浏览器的窗口结构，并且对工业控制系统中的各种资源（设备、标签量、画面等）进行配置和编辑；都提供多种数据驱动程序；都使用脚本语言提供二次开发的功能等等。但是从技术上说，各种组态软件提供实现这些功能的方法却各不相同。而仿真方面，之所以采用组态软件是因为，组态王仿真组要是由于组态王仿真控制直观方便,功能齐全（支持双机热备，双网热备，系统可靠性高，能够实时显示数据，保存历史数据，历史数据查询，显示趋势曲线，声光报警功能，可以添加email报警、短信报警等功能。，支持各个主要厂家的plc，支持多种通讯方式，选择灵活，多级用户管理，具有多种事件记录功能，比如

11、登陆记录、操作记录等，打印报表功能）非常符合系统要求可以仿真监视，可以仿真控制的要求，及上位机监控画面的开发。3、系统的硬件、软件配置功能简述3.1、可编程控制器概述随着微处理器，计算机的和数字通讯技术的飞速发展，计算机控制技术已经渗透到所有工业领域。当前用于工业控制的计算机可分为:可编程控制器,基于pc总线的工业控制计算机,基与单片机的测控装置,用于模拟量闭环控制的可编程调节器,集散控制系统(dcs)和现场总线控制系统(fcs)等。可编程控制器是应用广泛,功能强大,使用方便的通用工业控制装置,已成为当代工业自动化的重要支柱.近几年来，在国内已得到迅速推广普及。正改变着工厂自动控制的面貌，对传

12、统的技术改造、发展新型工业具有重大的实际意义。可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。其基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容写入控制器的用户程序内，控制器和被控对象连接也很方便。可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用

13、户的要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。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。plc是微机技术与传统的继电接触控制技术相

14、结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是plc的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的plc后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将plc应用于生产实践。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

15、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。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来完成模拟量的运算。把计算结果送给plc的控制器。3.1.1、plc的结构及各部分的作用plc的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和

16、外部设备接口等几个主要部分组成。plc的硬件系统结构如下图3-1所示：图3-1可编程控制器系统结构1、主机主机部分包括中央处理器（cpu）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。cpu是plc的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。plc的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种

17、暂存数据和中间结果。2、输入/输出（i/o）接口i/o接口是plc与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。i/o接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。i/o点数即输入/输出端子数是plc的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。3、电源 图中电源是指为cpu、存储器、i/o接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。4、编程 编程是plc利用外部设备，用户可用以

18、输入、检查、修改、调试程序或监示plc的工作情况。通过专用的pc/ppi电缆线将plc与电脑联接，并利用专用的编程软件进行电脑编程和监控。5、输入/输出扩展单元i/o扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。6、外部设备接口此接口可将打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。实验装置提供的主机型号是西门子s7-200系列的cpu224(ac/dc/relay)。输入点数为14，输出点数为10。3.1.2、plc的工作原理plc是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在plc运行时，cpu根据用户按控制要求编制好并存于用户存储

19、器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。plc的扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。plc在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。plc在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中

20、，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。3.1.3、plc的程序编制1、 编程元件 plc是采用软件编制程序来实现控制要求的。编程时要使用到各种编程元件，它们可提供无数个动合和动断触点。编程元件是指输入映像寄存器、输出映像寄存器、位存储器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能存储器等。 plc内部这些存储器的作用和继电接触控制系统中使用的继电器十分相似，也有“线圈”与“触点”，但它们不是“硬”继电器，而是plc存储

21、器的存储单元。当写入该单元的逻辑状态为“1”时，则表示相应继电器线圈得电，其动合触点闭合，动断触点断开。所以，内部的这些继电器称之为“软”继电器。s7-200cpu224、cpu226部分编程元件的编号范围与功能说明如下表所示元件名称代表字母编号范围功 能 说 明输入寄存器ii0.0i1.5共14点接受外部输入设备的信号输出寄存器qq0.0q1.1共10点输出程序执行结果并驱动外部设备位存储器mm0.0m31.7在程序内部使用，不能提供外部输出 定时器 256(t0t255)t0,t64保持型通电延时1mst1t4,t65t68保持型通电延时10mst5t31,t69t95保持型通电延时100

22、mst32,t96on/off延时,1mst33t36,t97t100on/off延时,10mst37t63,t101t255on/off延时,100ms计数器cc0c255加法计数器，触点在程序内部使用高速计数器hchc0hc5用来累计比cpu扫描速率更快的事件顺序控制继电器ss0.0s31.7提供控制程序的逻辑分段变量存储器yvb0.0vb5119.7数据处理用的数值存储元件局部存储器llb0.0lb63.7使用临时的寄存器，作为暂时存储器特殊存储器smsm0.0sm549.7cpu与用户之间交换信息特殊存储器sm(只读)sm0.0sm29.7接受外部信号累加寄存器acac0ac3用来存放

23、计算的中间值2、编程语言 所谓程序编制，就是用户根据控制对象的要求，利用plc厂家提供的程序编制语言，将一个控制要求描述出来的过程。plc最常用的编程语言是梯形图语言和指令语句表语言，且两者常常联合使用。1） 梯形图（语言）梯形图是一种从继电接触控制电路图演变而来的图形语言。它是借助类似于继电器的动合、动断触点、线圈以及串、并联等术语和符号，根据控制要求联接而成的表示plc输入和输出之间逻辑关系的图形，直观易懂。梯形图中常用 图形符号分别表示plc编程元件的动断和动合接点；用（ ）表示它们的线圈。梯形图中编程元件的种类用图形符号及标注的字母或数加以区别。触点和线圈等组成的独立电路称为网络，用编

24、程软件生成的梯形图和语句表程序中有网络编号，允许以网络为单位给梯形图加注释。 梯形图的设计应注意到以下三点： 梯形图按从左到右、自上而下的顺序排列。每一逻辑行（或称梯级）起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈。与能流的方向一致。 梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是用来形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。 输入寄存器用于接收外部输入信号，而不能由plc内部其它继电器的触点来驱动。因此，梯形图中只出现输入寄存器的触点，而不出现其线圈。输出寄存器则输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出寄存器线圈得电时，

25、就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出寄存器的触点也可供内部编程使用。2）指令语句表 指令语句表是一种用指令助记符来编制plc程序的语言，它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言易懂易学，若干条指令组成的程序就是指令语句表。一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。下例为plc实现三相鼠笼电动机起/停控制的两种编程语言的表示方法： km 步序 指令语 器件号 ss st i0.0 i0.1 q0.0 0 ld i0.0 km 1 o q0.0q0.0 2 an i0.13 = q0.0(1)继电接触控制线路图 (2)梯形图 4 e

26、nd3.2、所使用软件概述 组态的概念是伴随着集散型控制系统（distributed control system,简称dcs）的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。在工业控制技术不断发展和应有过程中，pc（包括工业控制计算机）相比以前专用系统具有的优势日益明显。组态王软件是北京亚控科技发展有限公司研发的一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。它基于microsoft windows xp/nt/2000操作系统，用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的

27、实时信息。采用组态王软件开发工业监控过程，可以极大地增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的消耗。它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它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化控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成。它作为一个开放型的通用工业监控软件，支持与国内外常见的plc、智能模块、智能仪表、变频器、数据采集板卡等（如：西门子plc、莫迪康

28、plc、欧姆龙plc、三菱plc、研华模块等等）通过常规通讯接口（如串口方式、usb接口方式、以太网、总线、gprs等）进行数据通讯。组态王软件与io设备进行通讯一般是通过调用*.dll动态库来实现的，不同的设备、协议对应不同的动态库。工程开发人员无需关心复杂的动态库代码及设备通讯协议，只须使用组态王提供的设备定义向导，即可定义工程中使用的i/o设备，并通过变量的定义实现与i/o设备的关联，对用户来说既简单又方便。组态王支持通过opc、dde等标准传输机制和其他监控软件（如：intouch、ifix、wincc等）或其他应用程序（如：vb、vc等）进行本机或者网络上的数据交互。通常情况下，建立

29、一个应用工程大致可分为以下几个步骤：1、创建新工程；2、定义硬件设备并添加工程变量；3、制作图形画面并定义动画连接；4、编写命令语言；5、进行运行系统的配置；6、保存工程并运行。4.硬件部分方案具体实施与实践 4.1流水线的结构及其工作原理装配流水线的具体外部结构如下图4-1所示图4-1装配流水线外部结构图中左框中的ah表示动作输出（用led发光二极管模拟），右侧框中的ag表示各个不同的操作工位。装配流水线是一个应用plc控制的循环系统。主要功能是通过西门子s7-200系列plc来控制开关量状态。模拟流水线控制系统实际主要由西门子s7-200系列plc，16各绿色led灯分为四个部分模拟流水线

30、的输出状态，三个红色led等模拟加工位的工作状态。其原理主要通西门子s7-200系列plc来控制开关量顺序控制，控制传送位的状态及加工工件位的状态，模拟实际中传送带的位置状态及加工位置的工作状态。通过组态王的仿真和plc通讯，来实现监控和上位机控制，通过上位机和下位机的通讯把流水线的工作情况放映给上位机，便于工作人员的维护和故障的排除中心思想是使用移位寄存器指令，移位寄存器指令所描述的操作过程如下：若在输入端输入一串脉冲信号，在移位脉冲作用下，脉冲信号依次移到移位寄存器的各个继电器中，并将这些继电器的状态输出，每个继电器可在不同的时间内得到由输入端输入的一串脉冲信号。4.2具体方案设计本系统所

31、要求的智能生产线的运行是一个复杂的过程。为了安全、方便、高效率地运行，除了需要良好的硬件支持外还必须有一套完善可靠的控制系统。生产线控制系统一般可由：（1）微机（pc）控制系统；（2）可编程控制器（plc）控制系统；（3）单片机控制系统等前面已经分析过了采用可编程控制器控制智能生产流水线相比工业控制计算机与单片机相比的优点，而且基于实际考虑，可编程控制器可靠性高，成本低廉，程序设计方便灵活、使用维护简单、等优点。所以我在实验的时候选择了plc作为控制方式进行模拟。为了设计出的实际效果能达到题目所有要求的功能，列出设计方案流程图如下图4-2所示图4-1具体方案流程图由于已经确定了系统的控制方式，

32、所以接下来只有完成余下的设计4.3硬件系统具体设计4.3.1 可编程控制器控制系统设计智能流水线plc的控制系统和其他类型的彩灯控制系统一样主要由信号控制系统组成。主要硬件包括plc主机及扩展、流水线模拟系统、操纵盘等。系统控制核心为plc主机，流水线模拟系统，控制数据通过plc输入接口送入plc，存储在存储器并由plc软件运算处理，然后经输出接口分别传向流水线的各个状态接收位，使流水线的工位状态发生改变。4.3.2流水线模拟控制系统实现的功能 1） 系统工作受开关控制，搬动开关启动按钮则系统工作；并按所规定的一档速度自动运行，按系统所规定的速度工件在流水线上自动传送，经三个加工位置的停顿后最

33、后进入仓库，此后状态自动进行循环，当按钮关闭时，传送带停止自动运行。2）能调为其余的传送速度。当搬动二档按钮后，传送带以该档位规定的速度进行运作，此速度为自行在程序中设定的值，既不同于一档的自动速度，同自动挡的运作过程一样，也是经三个加工位置的停顿后进入仓库，之后状态自动进行循环，当按钮关闭时，流水线停止以该速度传送3)复位按钮：既流水线控制系统可在手动的状态下运行，当启动复位按钮时，流水线的传送带不再自动的运作，既从自动状态变为手动状态。此时传送带的位移运作指令只受移位指令影响。4）移位按钮：既在手动控制的状态下，该指令才能对系统产生影响，流水线的传送带的移位状态只受该指令影响，只有在移位按

34、钮启动时，流水线才会发生移位，移位的多少取决于移位按钮按下的次数，由于本系统共八个状态位，从第一状态位开始，当移位按钮按下8次时，系统初始化，重新循环运行。5）能实现上位机监控，监控系统运行的工作状态，便于对系统进行控制。4.3.3硬件系统接线及i/o地址分配首先确定plc所需的cpu224，它由14个输入点和10个输出点，根据本系统的具体要求和要实现的功能，选用了8个输出点和4个输入点。由于此系统有四个状态输入点，既启动状态，第二档位状态，手动状态，移位状态。和八个工位输出状态，既位移d，操作a，位移e，操作b，位移f，操作c，位移g，入库h了，所以共计有八个状态输出状态。由分析得i/o地址

35、分配表，见表4-3面板启动复位移位二档abplci0.0i0.2i0.1i0.3q0.0q0.1面板cdefghplcq0.2q0.3q0.4q0.5q0.6q0.7i/o地址分配表，表4-3由分析得到可编程控制器内部继电器分配表。如表4-4m0.0总时间开关量m0.1间隔时间控制量m10.0寄存器1状态量m10.1寄存器2状态量m10.2寄存器3状态量m10.3寄存器4状态量m10.4寄存器5状态量m10.5寄存器6状态量m10.6寄存器7状态量m10.7寄存器7状态量m20.0自动转手动切换量表4-4内部继电器分配表43.4.硬件接线硬件接线实例图如下图4-5与4-6所示图4-5硬件接线实

36、例图图4-6硬件接线实例图plc外部接线图如下图4-7所示，图 4-7 plc外部接线图5.软件部分的设计5.1 编程软件介绍step7-micro/win 4.0是西门子公司专为simatic s7-200系列可编程序控制器研制开发的编程软件，它是基于windows的应用软件，功能强大，既可用于开发用户程序，又可实时监控用户程序的执行状态。step7-micro/win32编程软件的基本功能是协助用户完成应用软件的开发，其主要实现以下功能：1）在脱机（离线）方式下创建用户程序，修改和编辑原有的用户程序。在脱机方式时，计算机与plc断开连接，此时能完成大部分的基本功能，如编程、编译、调试和系统

37、组态等，但所有的程序和参数都只能存放在计算机的磁盘上。2）在联机（在线）方式下可以对与计算机建立通信关系的plc直接进行各种操作，如上载、下载用户程序和组态数据等。3）在编辑程序的过程中进行语法检查，可以避免一些语法错误和数据类型方面的错误。经语法检查后，梯形图中错误处的下方自动加红色波浪线，语句表的错误行前自动画上红色叉，且在错误处加上红色波浪线。4）对用户程序进行文档管理，加密处理等。5）设置plc的工作方式、参数和运行监控等5.2可编程控制器程序的设计plc控制系统的程序设计就是根据被控对象的控制要求及系统功能设计的要求，为应用程序的编程提出明确的目的、依据、要求和指标，编制出程序规格说

38、明书，然后再程序规格说明书基础上，使用相应的编程语言，指令进行程序设计。对于一个可以在工程上应用的plc控制系统，程序设计一般包括：plc程序功能分析和设计、程序的结构分析、编制程序规格说明书、程序设计等内容。plc程序功能分析和设计实际上师plc系统功能分析设计者的一个组成部分。系统的整体功能要求，就软件而言，对工程设计人员就是编制应用程序。再编写程序之前，首先要确定应用程序的功能，大体上可以从控制功能、操作功能、自诊功能分析和设计三个方面来考虑。控制功能是plc的基本功能，主要依据受控对象和生产工艺要求来设计。根据受控设备的动作时序、精度、控制条件等规定，分析这些规定是否合理、能否实现。必

39、要时可修改与之配合的硬件系统，直至所有的控制功能都被证明是可行的为止。模块化的程序设计方法，是plc程序设计最有效，最基本的方法。程序结构分析和设计的基本任务就是以模块化程序为前提，以系统功能要求为依据，按照相对独立的原则，将全部程序划分为若干个程序模块，并对每一个模块提供程序要求，规格说明。由于本实验选择的是西门子公司的s7-200的plc，所以其编程软件也是相对应的。由于编程时采用了模块化的方法，根据系统所要求的功能，分析出此程序在设计时应包含有最基本的以下模块：1）移位寄存器部分 2）自动状态下总时间及间隔时间限定部分 3）自动转手动部分 4）手动累加循环部分 5）手动转自动部分 6）总

40、时间循环初始化部分 7）二档时间设定部分 8）总系统循环初始化部分 9）寄存器依次状态输出部分通过以下的梯形图程序，可以详细的看出，总结并归纳出在本设计要求的情况下，根据以上模块化的思想，本流水线智能控制系统的设计思路，软件编写的方法和实践，及创新性的简化设计都能有所体现。图5-1网络1网络一为自动状态下，总循环时间及间隔时间限定部分，它的中心是由两个计时器所组成，虽然两个计时器结构相同，但它们在整个程序系统中却起的是两个完全不一样的作用，但都是非常重要的作用。由前面i/o分配可知，i0.0是自动挡启动的意思，这里t51起从一状态变为另一状态需要的间隔时间，可读出是0.3秒，这个时间不完全固定

41、，是由编写者根据系统设计要求自行选定的。而t52表达的含义，为系统完成一次循环所需要的时间，既走完8状态，8个工位状态都走一遍所需要的总时间，既2.4秒，同t51一样这个时间也不是完全固定的，而是根据系统实际需要，可自行调整的。之后的t51接到了网络四，详细分析网络4的意义图5-2网络4计时器t51与继电器m20.0的状态直接对继电器状态m0.1造成影响，之后的继电器状态m0.1接向了网络6，之后再分析网络6.图5-3网络6此模块为移位寄存器部分，可以看出继电器状态m0.1，移位档，二号速度档都接向了移位寄存器，而移位寄存器正是本次流水线智能传送带设计任务的关键所在，移位寄存器是本设计完成的中

42、心，其余一切的程序设计都是围绕它进行的。可分析出t51的每隔0.3秒改变一次状态，通过m0.1对移位寄存器造成影响。移位寄存器直接影响从m10.0m10.7的继电器的输出状态。之后再分析t52，t52与网络3相连，所以接下来分析网络3图5-4网络3网络三实际为总时间循环初始化部分，因为由网络3可以看出计时器t52，手动挡i0.1，累加器c6（后面分析），自动挡i0.0直接对m0.0的状态造成影响。而m0.0又反过来影响网络一中的t52，既网络3的作用为当系统完成一次大的循环后，或状态发生临时性变动时，总的计时器要清零，既重新开始计时。接下来看二档的时间如何限定，由于二档的控制端为i0.3。图5

43、-5网络5网络5即为二档速度限定模块，其实现方法为，二档的控制端与计时器t37相结合，而t37的计时时间可以认为设定，只要与自动挡自动运行的间隔时间不一样即可，这里的6是根据系统的实际要求任意设定的，因为设定这个时间，系统的状态转换速度不至于太快，便于操作，同时时间上也要快于自动情况下的一档。接下来分析手动情况下，状态的完成与实现。图5-6网络2网络二实际为自动转换手动运行的模块，因为输入端i0.1为手动挡启动，即为复位按钮，当复位按钮启动时，m20.0被置为1，而此程序中，m20.0是限定自动状态是否运行的开关量，当手动启动时，自动状态即可被切断。由网络3，可知手动挡启动按钮直接与自动挡总时

44、间限定开关m0.0相接，当在手动状态运行下，既总时间限定无效。而由网络6又可知，手动挡状态下的移位状态端输入指令i0.2直接与，移位寄存器相接，即可改变移位寄存器的状态量。图5-7网络7网络七实际为手动状态下，累加循环部分，其部分的关键核心为计数器c6，由于i0.2为移位指令，当移位指令从初始开始到转换8次时，系统一共累加了8次，之后重新初始化完成循环。手动状态想恢复自动状态，要通过如下模块。图5-8网络8网络8即为从手动状态恢复为自动状态运行的模块，其原理很简单，只要把限定控制自动状态的寄存器开关m20.0恢复为0即可，既所有限定自动状态运行的开关都被打开。当系统各个状态都完成后，既完成一个

45、大循环后，系统状态都应恢复，既应总初始化，可通过如下模块。以上为图5-9网络9网络9即为系统完成总循环后的各个状态初始化限定模块，主要是通过控制寄存器状态量m10.0来完成的，因为m10.0可影响总时间，也可以影响本程序的核心，移位寄存器等，所以通过它来完成总的初始化。而状态的执行部分，由于移位寄存器改变各个寄存器的状态量，而状态量的输出是由以下模块完成的，既寄存器依次状态输出模块，从网络10到网络17，一共8个部分，对应流水线系统的8个操作工位。 图5-10寄存器状态输出图5-11寄存器状态输出图5-12寄存器状态输出寄存器状态输出模块很简单，只要将相应的寄存器状态传给相应的输出状态即可，由

46、此可看出，寄存器状态m10.0m10.7依次对应状态输出q0.0q0.7，共计八个输出状态。以上plc程序的设计既全部完成了，完成了模拟流水线系统所要求的所有功能，而且程序简单明了，易懂，不复杂，执行起来可靠性高。因此基于程序设计的模块化原理，此程序的设计非常的符合要求。6组态软件仿真模拟与上位机监控设计部分6.1组态画面与程序的设计由于本次课程设计要求实现上位机的监控和对流水线运行状态的实时状态监视与控制，说以我选择了组态王6.51软件来实现。组态王6.51软件应用比较直观方便，编写组态程序时应注意仿真变量的定义和关联。建立新组态王工程的一般过程是：1） 设计图形界面（定义画面）；2） 定义

47、设备；3） 构造数据库（定义变量）；4） 构建动画连接5） 运行和调试所以实际操作中只要依照以上原则进行组态的建立即可完成任务的要求，以下为组态的建立画面。组态软件变量定义部分如下图6-1图6-1变量的定义详细的变量定义解释如下：开始按钮：为自动挡启动按钮，它负责自动挡程序的按照自动挡设定的时间运行，运行速度为1号的速度2号速度按钮：它也是自动挡运行的按钮，只不过速度较自动挡速度1的运行不同，比自动速度1快，也可以比自动速度1慢。复位按钮：为启动手动状态，既将自动运行状况启动为手动运行状况，只要启动这个按钮后，移位按钮才能起作用。移位按钮：移位按钮启动后，寄存器的状态依次发生改变，状态输出依次

48、变化，流水线通过寄存器状态的手动变化，进行运作。而接下来的d,a,e,b,f,c,g,h，按钮对应实际中流水线的8个操作工位，依次为位移工位d，工件操作加工工位a，位移工位e，操作加工工位b，位移工位f，操作加工工位c，位移工位g，入库工位h，主要通过工位状态的依次转换，完成流水线工位的运行，完成在每个操作工位的加工。定义好变量就可以编写组态画面，编写画面时应注意组态画面要详细，而且要尽量符合实际的状况，尽量能高度仿真出实际运行时的画面。组态王编写出的大体初步画面如下图6-2所示。图6-2组态王根据系统要求编制出的初步画面根据系统设计的具体要求，运用灯的亮灭，来表示工件工位的状态比较直观，而且

49、易于观察监控，非常的符合仿真模拟的情况，而且易于操作，a,b,c,h四个灯的状态代表三个工件的加工工位，及工件入库的状态。d,e,f，g四个灯的状态则代表传送带上四个位移工位的运作状态。以下的四个开关量，启动开关，2号档位，复位按钮（既手动挡启动），移位按钮，则符合了系统流水线智能操控的总体要求而且程序执行每次操作后，可循环运行，通过8个灯，既8个状态的循环改变，更能代表处流水线的实际运行状况。接下来只有对编制出的组态仿真画面做与plc程序相结合，做进一步的调试即可。6.2组态程序与plc程序结合及调试运行6.2.1组态与plc程序关联部分在实际操作和生产过程中，如果想通过组态程序完成上位机的监控，最总要也是最困难的部分，就是将组态程序与实际的以plc为主的硬件系统进行关联，结合与调试，这个步骤的成功与否直接关系到上位机实时监控是否能成功完成。这个步骤中要特别注意，组态程序中i/o口的定义地址，设