基于PLC的自控轧钢机监控系统设计

1、I基于 PLC 的自控轧钢机监控系统设计摘 要文章阐述了可编程控制器 PLC 在自控轧钢机监控系统中的应用，介绍了轧钢机的 PLC 控制系统的总体设计方案及设计过程，列出了具体的主要硬件电路，电梯的控制梯形图，在分析处理随机信号逻辑关系的基础上，指出了 PLC 的编程方法。本次所做的设计课题是基于 PLC 的自控轧钢机监控系统，它在钢铁生产过程中十分重要，主要采用 S7-200 系列机型进行程序设计，利用组态王软件对自动轧钢机进行画面组态，基于 PLC 自控轧钢机监控系统这个课题对现在的工业发展必不可少，不仅提高效率，而且能加快现在工业的快速发展。关关键键词词：轧钢机，PLC，组态DESIGN

2、 OF CONTROLLED ROLLING MILL CONTROL SYSTEM BASED ON PLCIIABSTRACT Recognized as the worlds first PLC is the United States in 1969 Digital Equipment Corporation (DEC) developed. At present, PLC has been widely used in various industries at home and abroad, with the rapid development of modern industr

3、y, PLC in the factory has been very important, not only to improve efficiency and reduce unnecessary investment. The subject is made to the design of the controlled rolling mill based on PLC control system, it is very important in the steel production process, mainly S7-200 series models for program

4、 design, the software automatically with Configuration screen rolling machine group state, based on PLC controlled rolling mill control system the subject of the present industrial development is essential, not only efficiency but also can speed up the current rapid development of industry.Keywords:

5、 Rolling mill，PLC，Configuration目录前言 .1III第 1 章 绪论 .21.1 课题研究的背景及意义 .21.1.1 课题研究的背景 .21.1.2 课题研究来源 .31.1.3 课题研究的意义 .31.2 课题主要研究的内容.3第 2 章 PLC 的基本结构及原理.42.1 PLC 的基本结构 .42.1.1 PLC 的硬件结构.42.1.2 PLC 的软件结构.72.2 工作原理.72.3 西门子 S7-200 系列 PLC .92.3.1 S7-200 PLC 特性.92.3.2 S7-200 主要功能模块介绍.102.3.3 S7-200PLC 工作原理

6、.11第 3 章 系统设计 .123.1 硬件设计.123.1.1 控制系统 I/O 地址分配 .123.1.2 电气控制系统原理图 .123.2 软件设计.14第 4 章 轧钢机监控系统设计 .174.1 画面的开发方法.174.1.1 监控画面的开发方法 .174.1.2 组态软件 .174.2 监控画面的设计.184.2.1 组态工程的建立 .184.2.2 创建组态画面 .214.2.3 定义 IO 设备.234.2.4 构建数据库.274.2.5 建立动画连接 .29IV4.2.6 运行调试 .32第 5 章 软硬件调试 .33谢 辞 .36参考文献 .37外文资料翻译 .381前言

7、监控系统应用比较广泛，它可以是煤矿为防止瓦斯爆炸而建立的瓦斯报警监控系统；也可以是库房、重要建筑物为防止火灾而建立的火灾报警监控系统；也可以是工厂生产过程中的监控系统等等。各种监控系统所用的传感器、传输方式或许不同，但它们的工作原理是相似的：一般都是信息采集，信息传输，信息处理，信息反馈等几大功能。在现代工业领域中 PLC 得到广泛应用，本次所做的设计课题是基于 PLC 的自控轧钢机监控系统，它在钢铁生产过程中十分重要，主要采用 S7-200 系列机型进行程序设计，利用组态王软件对自动轧钢机进行画面组态，课题设计控制要求（按启动开关，电机 M1.M2 运行，Y1 给出向下的轧压量。当传送带上面

8、有钢板时，S1 传感器为 ON。则电机 M3 正转，钢板轧过后，S1 信号消失为 OFF，检测传送带上面钢板到位的传感器 S2 有信号为 ON,表示钢板到位，电磁阀 2 动作，电机 M3反转，将钢板推回，Y1 第二次给出比 Y1 第一次给出更大的轧压量，S2 信号消失，S1 有信号电机 M3 正转。当 S1 的信号消失，仍重复上述动作，完成二次轧压。当第三次轧压完成后，S2 有信号，则停机。可以重新启动） 。组态王开发监控系统软件是新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样

9、的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用 Windows 的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。第 1 章 绪 论21.1 课题研究的背

10、景及意义 1.1.1 课题研究的背景轧钢机的正常运行是安全生产追求的重要目标，所以监控设备的设计调试技术的高低是保证轧钢系统正常运转的主要因素。因此，保证监控系统设备设计调试质量对轧钢系统运转正常减少故障的发生率具有非常重要的意义根据我国现阶段的实际情况对轧钢系统的运行安全又提出了更高的要求。另外，面对信息技术特别是计算机网络技术的飞速发张，我国监控系统正在由站控向线控和面控式的调度集中控制方式转型。因此，如何适应新发展的新形势，利用现代新技术，建立以预防为主的保障轧钢系统设备安全的计算机辅助设计调试及故障诊断系统是研究解决的重大课题。为了保持轧钢系统处于良好的工作状态，我国及外国许多的企事业

11、实施了多种维护制度。主要包括年修、大修、厂修、假修等定期维修，以及不定期维修和日常维修等。这些制度的严格执行，为轧钢系统的安全奠定了基础。但是，总体而言，这些维修制度均具有超前或事后维修的特点，缺乏基于设备状态维修的预测性和设备维修的经济性。因此，面对液压设备对安全要求越来越高的形势，由超前或事后维修向基于状态维修，已经成为维修制度改革的方向。状态修的重要手段是采用先进的设计调试及检测诊断设备和方法，建立安装调试及故障检测计算机支持系统。目前，我国基于 PLC 轧钢机监控系统已经不同程度得到了推广应用，设计调试及故障诊断计算机支持系统还处于研究开发阶段。由于轧钢系统本身结构的复杂性，尤其是控制

12、系统的复杂性，以及受设备使用和环境等因素的影响，实际造成设计调试的出现故障的原因是很复杂的，具有明显的随机性、不确定性、和模糊性。现场分析、判断和现场处理故障，往往需要依赖维修人员对设备安装调试及故障的机理的把握程度和经验。这就难免由于经验不足而导致失误，造成设备调试过程中经常出现各种问题。延误安装调试和维修时间。因此，研究安装调试及故障诊断专家系统具有实际意义的。31.1.2 课题研究来源本课题来自于洛阳理工学院电气工程与自动化 07 级毕业设计，通过设计使我们大学时期所学专业课程得到充分融合，以使我们用所学知识应用到实际工作中去，为步入社会做好最后的准备。1.1.3 课题研究的意义监控系统

13、是整个轧钢设备的动力源，监控系统的设计调试的优劣直接导致系统运行的稳定性，严重的会造成重大事故；为了降低事故率保证生产安全，研究科学的设计调试及故障诊断技术是符合实际生产需要的。对于监控系统由于其自身的复杂程度，需要技术人员不但有良好的关于 PLC 及组态王方面的深厚学习而且要求具有丰富的经验，这样才有解决好故障的条件，然而实际情况并非如此。因此安装调试及故障诊断专家系统从技术角度和经济角度讲具有一定创新性和经济效益。1.2 课题主要研究的内容1以可编程控制器为基础，利用组态王软件对其所应用的程序进行模拟画面显示。2软件实现方法的研究。用 PLC 程序开发实现了设计、调试、等功能。第 2 章

14、PLC 的基本结构及原理4可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更要靠软件的支持，实际上可编程控制器就是一种新型的工业控制计算机。2.1 PLC 的基本结构2.1.1 PLC 的硬件结构微处理器（CPU）控制器的核心存储器(RAM、ROM）输入、输出部件 （I/O 部件）连接现场设备与 CPU 之间的接口电路电源部件为 PLC 内部电路提供能源整体结构的 PLC四部分装在同一机壳内模块式结构的 PLC各部件独立封装，称为模块，通过机架和总线连接而成I/O 的能力可按用户的需要进行扩展和组合（扩展机）另外，还必须有编程

15、器将用户程序写进规定的存储器内编编程程器器其其它它外外设设外外设设接接口口输输入入部部件件系系统统程程序序存存储储器器用用户户程程序序存存储储器器微微处处理理器器CPU电电源源部部件件I/O扩扩展展接接口口输输出出部部件件/O扩扩展展单单元元现现场场接接受受信信号号驱驱动动受受控控单单元元I图 2-1 plc 的硬件结构1.中央控制处理单元(CPU)可编程控制器中常用的 CPU 主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。5通用微处理器有 8080、8086、80286、80386 等；单片机有 8031、8096 等；位片式微处理器的 AM2900、AM2903 等。FX2

16、可编程控制器使用的微处理器是 16位的 8096 单片机。2. 存储器可编程控制器配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。系统存储器：存放系统管理程序，用只读存储器实现。用户存储器：存放用户编制的控制程序，一般用 RAM 实现或固化到只读存储器中。3. 输入输出接口作用：连接用户输入输出设备和 PLC 控制器，将各输入信号转换成 PLC 标准电平供 PLC 处理，再将处理好的输出信号转换成用户设备所要求的信号驱动外部负载。对输入输出接口的要求：良好的抗干扰能力；对各类输入输出信号（开关量、模拟量、直流量、交流量）的匹配能力。PLC 输入输出接口的类型：模拟量输入输出接口、开关量输入输出接口（直

17、流、交流及交直流） 。用户应根据输入输出信号的类型选择合适的输入输出接口。开关量输入接口电路各种输入接口均采取了抗干扰措施。如带有光耦合器隔离使 PLC 与外部输入信号进行隔离；并设有 RC 滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。通常有三种类型：直流(1224)V 输入、交流(100120)V 输入与交流(200240)V 输入和交直流(1224)V 输入。直流输入模块的电源一般由机内24v 电源提供，输入信号接通时输入电流一般小于 10mA；交流输入模块的电源一般由用户提供。如图 2-1 PLC 的硬件结构。如图 2-2 直流输入接口。6内内部部电电路路光光电电耦耦合合器器输输入入指

18、指示示灯灯24V 内内部部电电源源DCCOM输输入入开开关关PLCCR2输输入入端端子子图 2-2 直流输入接口开关量输出接口电路有三种形式，即继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。开关量输出端的负载电源一般由用户提供，输出电流一般不超过 2A。开关量输出端的负载电源一般由用户提供，输出电流一般不超过 2A，如图 2-3 交直流输出接口。内内部部电电路路ACPLCR1输输出出指指示示灯灯继继电电器器输输出出端端子子负负载载用用户户电电源源FUCOMKAV图 2-3 交直流输出接口（继电器输出型）输出端子的两种接法：隔离式7输出各自独立，无公共点：各输出端子各自形成独立回路。汇点式全部输入点（输出

19、点）共用一个公共点。或者将输入点（输出点）分成几组，组内各点共用一个公共点。各组的公共点之间相互隔离。组内的各点必须使用同一电压类型和同一电压等级，各组可使用不同电压类型和等级的负载。4.电源PLC 的供电电源一般是市电，也有用直流 24V 电源供电的。5.外围设备：编程器、打印机、演示板等利用编程器可将用户程序输入 PLC 的存储器，还可以用编程器检查程序、修改程序；利用编程器还可以监视 PLC 的工作状态。6.用户输入输出设备:用户输入器件有控制开关和检测元件，即各种开关、按钮、传感器等；用户输出设备主要有接触器、电磁阀、指示灯等。2.1.22.1.2 PLCPLC 的软件结构在可编程控制

20、器中，PLC 的软件分为两大部分：1. 系统监控程序：用于控制可编程控制器本身的运行。主要由管理程序、用户指令解释程序和标准程序模块，系统调用。2. 用户程序：它是由可编程控制器的使用者编制的，用于控制被控装置的运行。2.2 工作原理1.基本工作模式：PLC 有运行模式和停止模式。运行模式：分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段。停止模式当处于停止工作模式时，PLC 只进行内部处理和通信服务等内容。2. PLC 工作过程：81) 内部处理阶段：在此阶段，PLC 检查 CPU 模块的硬件是否正常，复位监视定时器，以及完成一些其它内部工作。2) 通信服务阶段在此阶段，PLC

21、与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等，当 PLC 处于停状态时，只进行内容处理和通信操作等内容。3)输入处理阶段输入处理也叫输入采样。在此阶段顺序读取所有输入端子的通断状态，并将所读取的信息存到输入映象寄存器中，此时，输入映像寄存器被刷新。4) 程序处理阶段按先上后下，先左后右的步序，对梯形图程序进行逐句扫描并根据采样到输入映像寄存器中的结果进行逻辑运算，运算结果再存入有 关映像寄存器中。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。5) 输出刷新阶段程序处理完毕后，将所有输出映象寄存器中各点的状态，转存到输出锁存器中，再通过输出端驱动外部负载。在

22、运行模式下， PLC 按上述五个阶段进行周而复始的循环工作，称为循环扫描工作方式。3. PLC 工作方式与特点1)扫描周期：PLC 的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。PLC 运行正常时，扫描周期的长短与 CPU 的运算速度有关，与 I/O 点的情况有关，与用户应用程序的长短及编程情况等均有关。通常用 PLC 执行 1K 指令所需时间来说明其扫描速度。2）输出滞后：指从 PLC 的外部输入信号发生变化至它所控制的外部输出信号发生变化的时间间隔。一般为几十100ms.引起输出滞后的因素：输入模块的滤波时间、输出模块的滞后时间、扫描方式引9起的滞

23、后。3）由于 PLC 是集中采样，在程序处理阶段即使输入发生了变化，输入映象寄存器中的内容也不会变化，要到下一周期的输入采样阶段才会改变。4）由于 PLC 是串行工作，所以 PLC 的运行结果与梯形图程序的顺序有关。这与继电器控制系统“并行”工作有质的区别。避免了触点的临界竞争，减少繁琐的联锁电路。2.3 西门子 S7-200 系列 PLC西门子 S7-200 是西门子公司小型可编程序控制器，可以单机运行，由于它具有多种功能模块和人机界面可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易地组成 PLC 网络。同时它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计时更加方便简单，几乎

24、可以完成任何功能的任务，同时具有可靠性高，运行速度快的特点，继承和发挥了它在大型 PLC 领域的技术优势，有丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，其性价比高，所以在大规模不大的领域是较为理想的控制设备。2.3.1 S7-200S7-200 PLCPLC 特性S7-200 系列 PLC 功能强、速度快、扩展灵活，具有模块化、紧凑的结构。使用范围可从替代继电器的简单控制到复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测、自动化控制有关的工业及民用领域，包括电力设施、民用设施、机械、机床等领域。S7-200 系列具有极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、操作方便快捷、内置丰富的集成

25、功能、实时特性，强劲得通讯能力、丰富的扩展模块。S7-200 系列的强大功能使其无论是在独立运行中，或相连成网络都能实现复杂控制功能。所以它具有极高的性价比。S7-200 系列可以根据对象的不同，可以选用不同的型号和不同数量的模块。并可以将这些模块安装在同一机架上。102.3.2 S7-200 主要功能模块介绍1 CPU 模块S7-200 的 CPU 模块包括一个中央处理单元、电源以及数字 I/O 点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU 负责执行程序，输入从现场设备中采集信号，输出部分则输出控制信号，驱动外部负载，从 CPU 模块的功能来看，CPU 模块为 CPU22*.其中 CPU

26、226 有 24 点输入/16 点输出，I/O 共计 40 点，可用于点数较多，要求较高的中、小型系统。2IO 扩展模块当 CPU 的 I/O 点数不够或需要进行特殊功能的控制时，就要进行 I/O 扩展，I/O 扩展包括 I/O 的扩展和功能模块的扩展。典型的数字量 I/O 扩展模块有：输入扩展模块 EM221 有两种：8 点 DC 输入/AC 输入；输出扩展模块 EM222 有三中：8 点 DC 晶体管输出/AC 输出/继电器输出；输入/输出混合扩展模块 EM223 有六种：分别为 4 点（8 点、16 点）DC 输入/4 点（8 点、16 点）DC 输出、4 点（8 点、16 点）DC 输

27、入/4 点(8 点、16 点)DC输出、4 点（8 点、16 点）DC 输入/4 点（8 点、16 点）继电器输出。3功能扩展模块 当需要完成某些特殊功能的控制任务时，CPU 主机可以扩展特殊功能模块。典型的模拟量 I/O 扩展模块有：模拟量输入扩展模块 EM231 有三种：4 路模拟量输入，2 路热电阻输入和 4路热电偶输入。模拟量输入扩展模块 EM232 具有 2 路模拟量输出。模拟量输入/输出扩展模块 EM235 有 4 路模拟量输入/1 路模拟量输出。2.3.3 S7-200PLCS7-200PLC 工作原理各种 PLC 都采用扫描工作方式，具体工作过程大同小异。西门子 S7-200P

28、LC的工作过程：PLC 上电后，首先进行初始化，然后进入循环工作过程。一次循环过程可归纳为公共处理、程序执行、扫描周期计算处理、I/O 刷新和外设端口服务五个工作阶段。一次循环所用的时间称为一个工作周期，其长短与用户程序的11长短以及 PLC 机体本身性能有关，其数量级为 ms 级，典型值为几十 ms。各阶段完成的任务如下：1）公共处理：复位监视定时器，进行硬件检查、用户内存检查等。检查正常后，方可进行下面的操作。如果有异常情况，则根据错误的严重程度发出报警或停止 PLC 运行。2）程序执行：在程序执行阶段 ，CPU 按先左后右，先上后下的顺序对每条指令进行解释、执行，CPU 从输入映像寄存器

29、一个输入映像寄存器，和元件映像寄存器读出各继电器的状态，根据用户程序给出的逻辑关系进行逻辑运算，运算结果再写入元件映像寄存器中。3）扫描周期计算处理：若设定扫描周期为固定值，则进入等待循环，直到该固定值到,再往下进行。若设定扫描周期为不定的（即决定于用户程序的长短等，为不定值） ，则进行扫描周期的计算。4） I/O 刷新：在此阶段，进行 I/O 刷新。输入刷新时，CPU 从输入电路中读出各输入点状态，并将此状态写入输入映像寄存器中；输出刷新时，将输出继电器的元件映像寄存器的状态（I/O）传送到输出锁定电路，再经输出电路隔离和功率放大，驱动外部负载。5）外设端口服务：完成与外设端口连接的外围设备

30、部编辑器或通信适配器的通信处理。CPU 从输入电路的输出端读出个电路状态，并将其写入输入映像寄存器；在程序执行阶段，CPU 从输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出各继电器的状态，并根据此状态执行用户程序，执行结果再写入元件映像寄存器中；在紧接着的下一个 I/O 刷新阶段，将输出映像寄存器的状态写入输出锁存电路，再经输出电路传递到输出端子，从而控制外接器件动作。第 3 章 系统设计123.1 硬件设计3.1.1 控制系统 I/O 地址分配根据控制系统的要求，控制系统应具备的输入/输出点数、名称、代码及地址编号如表 3-1 所示。表 3-1 I/O 地址分配表序号输入点输入地址序号输出点输出地址1

31、I0.0启动开关 SB01Q0.0电机 M1 正转(KM1)2I0.1停止开关 SB12Q0.1电机 M1 反转(KM5)3I0.2检测开关 S13Q0.2电机 M2 正转(KM2)4I0.3检测开关 S24Q0.3电机 M2 反转(KM6)5Q0.4电机 M3 正转(KM3)6Q0.5电机 M3 反转(KM4)7Q1.1A 灯亮8Q1.2B 灯亮9Q1.3C 灯亮3.1.2 电气控制系统原理图这里只给出主电路和外围接线图。1.主电路图如图 3-1 所示电控系统主电路图,共有三台电机,其中主轧电动机两台,传送电动机一台。13M3M333QSFU1FU2FR1FR2FR3KM1KM2KM3KM4

32、KM5KM6M1M2M3FU3图 3-1 主电路图PLC 外围硬件接线图，如图 3-2 所示。S SB B0 0S SB B1 1S S1 1S S2 2I I0 0. .0 0I I0 0. .1 1I I0 0. .2 2I I0 0. .3 3Q Q0 0. . 0 0Q Q0 0. .1 1Q Q0 0. . 2 2Q Q0 0. .3 3Q Q0 0. .4 4Q Q0 0. . 5 5Q Q1 1. .1 1Q Q 1 1. . 2 2Q Q1 1. .3 3L L1 1L L2 21 1 M M2 2 M M- -+ +2 24 4V V2 22 20 0V VF FU UK K

33、M M1 1L L1 1L L2 2L L3 3K KM M5 5K KM M2 2K KM M6 6K KM M3 3K KM M4 4F FR R1 1F FR R1 1F FR R3 3F FR R3 3F FR R2 2F FR R2 2S S7 7- -2 20 00 0 C CU UP P2 22 26 6图 3-2 外围硬件接线图143.2 软件设计在本系统中，PLC 程序设计的主要任务是接受外部开关信号(按钮、继电器)的输入，判断当前的系统状态以及输出信号去控制接触器、继电器等部件，以完成相应的控制任务。轧钢机梯形图如图 3-3。I0.0Q0.1Q1.4I0.1I0.3Q0.1

34、Q0.2M1 反转M2 正转I0.0Q1.1I0.1T 37Q1.1Q1.1T 37INPT+30I0.0I0.1Q0.6Q0.6I0.2Q0 .5I0.3Q0.1Q0.4Q0.4I0.3I0.1C52T38Q1.2Q1 .2Q1.3A 灯亮M3 正转T38TON15Q0.7T38INPT+88I0.3Q0.0Q0.1C52Q0.5Q0.3Q0.0Q0.5I0.3Q0.1Q1.4C52I0.1Q0.5Q1.2I0.1Q0.6Q0.7Q0.7Q1.3Q0.6Q0.7I0.1Q1.0Q1.0I0.2Q0.7C52Q1.4I0.3I0.0C52CDLDCTDPV+3M2 反转M1 正转M3 反转B

35、灯亮C 灯亮TON图 3-3 轧钢机梯形图16语句表为：/ Network CommentLD I0.0O Q0.1O Q1.4AN I0.1AN I0.3= Q0.1= Q0.2Network 2 LD I0.0O Q1.1AN I0.1AN T37= Q1.1Network 3 LD Q1.1TON T37, +30Network 4LD I0.0O Q0.6AN I0.1= Q0.6Network 5LD I0.2O Q0.4AN Q0.5AN I0.3A Q0.1= Q0.4Network 6 LD I0.3O Q1.2AN C52LPSAN T38= Q1.2LPPAN Q1.2A

36、T38= Q1.3Network 7 LD Q0.7TON T38, +88Network 8 LD I0.3O Q0.0AN Q0.1AN C52A Q0.5= Q0.3= Q0.0Network 9 LD I0.3O Q0.5AN Q0.4AN C52AN I0.1AN Q1.4= Q0.5Network 10 LD Q1.2O Q0.7AN I0.1A Q0.6= Q0.7Network 11 LD Q1.3O Q1.0A Q0.6A Q0.7AN I0.1= Q1.0Network 12 LD I0.2A Q0.7AN C52= Q1.4Network 13 LD I0.3LD I0.

37、0CTD C52, 17第 4 章 轧钢机监控系统设计 4.1 画面的开发方法4.1.1 监控画面的开发方法实时监控系统上机应用软件的开发建立在组态软件的基础之上，是工业控制系统软件开发的一个方向。当计算机硬件有了飞速发展之后，各种应用领域对软件提出了更高的要求。所谓组态软件，即一组功能强大的软件包，它有一个友好的界面，开发时操作简易灵活，开发的产品直观生动，显示画面丰富，工业控制中的各种显示仪表盘，回路调节图，历史曲线图，实时曲线都可以通过它来实现。4.1.2 组态软件组态王软件是西门子公司的基于 PLC 硬件,运行在 Windows 平台上的一种组态软件，该组态主要是应用程序的集成开发环境

38、，软件开发者在这个环境中完成界面的设计，变量的定义等工作，它具有先进完善的图形生成功能;同时具有数据报警，趋势曲线,过程记录,安全防范等重要功能，组态显示画面是软件的是实时运行环境，用于显示画面开发系统中建立的图形画面,并负责软件与 PLC 之间的数据交换，实时更新变量的数值，同时完成报警显示，历史记录查询,趋势曲线监视等功能，并可生成历史数据文件，他是工业现场监控和数据采集系统的最终形式。上位机应用软件的开发建立在组态软件基础之上,是工业控制系统软件开发的一个方向，组态王软件功能强，实时性好，人机界面美观，软件稳定性好，应用程序开发周期短，是一种较为理想的实时控制平台软件，基于 PLC 我们

39、可以构件两层结构，方便用户对现场设备的观测和控制，可以查看现场图形显示,历史曲线，报警信息，并能根据权限进行报警应答，变量修改等。组态王软件具有以下的特点：181实验全部用软件来实现，只需利用现有的计算机就可完成自动控制系统课程的实验，从而大大减少购置仪器的经费。2该系统是中文界面，具有人机界面友好、结果可视化的优点。对用户而言，操作简单易学且编程简单，参数输入与修改灵活，具有多次或重复仿真运行的控制能力，可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线，能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线，这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果。在采用组态王开发系统编制应用程序过程中要考虑以

40、下三个方面：1) 图形，就是怎样用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。2) 数据，就是创建一个具体的数据库，并用此数据库中的变量描述工控对象的各种属性，比如水位、流量等。3) 连接，就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行，以及怎样让操作者输入控可编程控制器简称 PC（英文全称：Programmable Controller） ，它经历了可编程序矩阵控制器 PMC、可编程序顺序控制器 PSC、可编程序逻辑控制器 PLC（英文全称：Programmable Logic Controller）和可编程序控制器 PC 几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可

41、编程逻辑控制器这个老名字。4.2 监控画面的设计4.2.1 组态工程的建立图 4-1 组态王窗口图191启动“组态王”工程管理器（ProjManager） ，打开组态王窗口。 弹出如下图 4-1 所示。2在组态王窗口中，选择菜单“文件新建工程”或单击“新建”按钮，弹出如下图 4-2 所示。图 4-2 新建工程一3单击“下一步”继续。弹出“新建工程向导之二对话框” ，如下图 4-3 所示。图 4-3 新建工程二204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” ，如下图 4-4 所示。

42、图 4-4 新建工程三5在工程名称文本框中输入工程的名称（基于 PLC 自控轧钢机监控系统设计） ，该工程名称同时将被作为当前工程的路径名称。在工程描述文本框中输入对该工程的描述文字。工程名称长度应小于 32 个字节，工程描述长度应小于 40个字节。单击“完成”完成工程的新建。系统会弹出对话框，询问用户是否将新建工程设为当前工程，如下图 4-5 所示。图 4-5 新建工程三216单击“否”按钮，则新建工程不是工程管理器的当前工程，如果要将该工程设为新建工程，还要执行“文件设为当前工程”命令；单击“是”按钮，则将新建的工程设为组态王的当前工程。定义的工程信息会出现在工程管理器的信息表格中。双击该

43、信息条或单击“开发”按钮或选择菜单“工具切换到开发系统”，进入组态王的开发系统。如下图 4-6 所示。图 4-6 组态王的开发系统4.2.2 创建组态画面1进入新建的组态王工程，选择工程浏览器左侧大纲项“文件画面” ，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，弹出对话框如下图 4-7 所示。图 4-7 定义新画面222在“画面名称”处输入新的画面名称（基于 PLC 自控轧钢机监控系统） ，其它属性目前不用更改。点击“确定”按钮进入内嵌的组态王画面开发系统。如下图 4-8 所示。 图 4-8 创建新画面3在组态王开发系统中从“工具箱”中分别选择“矩形”和“文本”图标，绘制一个矩形对象和一个文本

44、对象，如下图 4-9 所示。 图 4-9 轧钢机的组态图234.2.3 定义 IO 设备1选择工程浏览器左侧大纲项“设备COM1” ，打开定义 IO 设备的窗口，如下图 4-10 所示。图 4-10 定义 IO 设备窗口2在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，处输入新的画面名称（基于 PLC 自控轧钢机监控系统） ，其它属性目前不用更改。弹出“设备配置向导一” ，如下图 4-11 所示。图 4-11 设备配置向导一243在“设备配置向导一”中，选择 PLC/西门子/SS 系列/S7-200/PPI 选项，如“设备配置向导二” 。如下图 4-12 所示。图 4-12 设备配置向导二4在“设

45、备配置向导三”中，为外部设备取一个名称，如下图 4-13 所示。图 4-13 设备配置向导三255在“设备配置向导四”中，为设备选择连接串口，设为 COM1，如下图4-14 所示。图 4-14 设备配置向导四6在“设备配置向导五”中，填写设备地址，设为 2，如下图 4-15 所示。图 4-15 设备配置向导五267在“设备配置向导六”中，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)，如下图 4-16 所示。图 4-16 设备配置向导六8请检查各项设置是否正确，确认无误后，单击“完成” 。如下图 4-17 所示。图 4-17 设备配置向导六27设备定义完成后，可以在工程浏览器的右侧看到

46、新建的外部设备“PLC” 。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。4.2.4 构建数据库1回到 Explorer 界面，选择“数据库数据词典” ，弹出工程浏览器窗口，如下图 4-18 所示。图 4-18 工程浏览器窗口2在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，弹出“定义内存图 4-19 定义内存变量属性28变量属性”对话框例如，在“变量名”处输入变量名，如 a；在“变量类型”处选择变量类型如：内存整型，其它属性目前不用更改，单击“确定”即可。如下图 4-19 所示。3上面的对话框可以对数据变量完成定义、修改等操作，以及数据库的管理工作。例如，在

47、“变量名”处输入变量名，如 a；在“变量类型”处选择变量类型如：内存整型，其它属性目前不用更改，单击“确定”即可。下面继续定义一个 IO 变量属性，如下图 4-20 所示。图 4-20 定义 IO 变量属性4上面 的对话框可以在“变量名”处输入变量名，如 a；在“变量类型”处选择变量类型如 IO 整数；在“连接设备”中选择先前定义好的 IO 设备新建 IO设备；在“寄存器”中定义为 Q0.6；在“数据类型”中定义为 bit 类型。其它属性目前不用更改，单击“确定”即可。弹出窗口如下图 4-21 所示。29图 4-21 工程浏览器窗口根据以上数据库的构建过程，把组态图中的各个图形进行定义，如a、

48、a1、a2、gd 等等。4.2.5 建立动画连接1继续上面的工程。双击图形对象即矩形，可弹出“动画连接”对话框，如下图 4-22 所示。图 4-22 动画连接窗口302用鼠标单击“填充”按钮，弹出对话框如下图 4-23 所示。图 4-23 动画连接窗口3在“表达式”处输入“a” ， “缺省填充刷”的颜色改为黄色，其余属性目前不用更改，如下图 4-24 所示。图 4-24 表达式窗口4单击“确定” ，再单击“确定”返回组态王开发系统。为了让矩形动起来，需要使变量即 a 能够动态变化，选择“编辑画面属性”菜单命令，弹出对话框如下图 4-25 所示。图 4-25 画面属性窗口315单击“命令语言”按

49、钮，弹出画面命令语言对话框，如下图 4-26 所示。图 4-26 画面命令语言窗口6在编辑框处输入命令语言,可将“每 3000 毫秒”改为“每 500 毫秒” ，此为画面执行命令语言的执行周期。单击“确认” ，及“确定”回到开发系统。双击文本对象“#” ，可弹出“动画连接”对话框，如下图 4-27 所示。图 4-27 动画连接窗口327用鼠标单击“模拟值输出”按钮，弹出对话框如下图 4-28 所示。图 4-28 模拟值输出连接窗口8在“表达式”处输入“b” ，其余属性目前不用更改。单击“确定” ，再单击“确定”返回组态王开发系统选择“文件全部存”菜单命令。4.2.6 运行调试组态王工程已经初步

50、建立起来，进入到运行和调试阶段。在组态王开发系统中选择“文件切换到 View”菜单命令，进入组态王运行系统。在运行系统中选择“画面打开”命令，从“打开画面”窗口选择“Test”画面。显示出组态王运行系统画面，即可看到矩形框和文本在动态变化。33第 5 章 软硬件调试本次所做的设计课题主要采用 S7-200 系列机型进行程序设计，利用组态王软件对自动轧钢机进行画面组态，很好的完成了老师要求的设计任务，课题设计控制要求：按启动开关，电机 M1.M2 运行，Y1 给出向下的轧压量。当传送带上面有钢板时，S1 传感器为 ON。则电机 M3 正转，钢板轧过后，S1 信号消失为 OFF，检测传送带上面钢板

51、到位的传感器 S2 有信号为 ON,表示钢板到位，电磁阀 2 动作，电机 M3 反转，将钢板推回，Y1 第二次给出比 Y1 第一次给出更大的轧压量，S2信号消失，S1 有信号电机 M3 正转。当 S1 的信号消失，仍重复上述动作，完成二次轧压。当第三次轧压完成后，S2 有信号，则停机。可以重新启动。结结 论论341全文总结本文主要为轧钢机设计一套监控系统，实现轧钢机全程正常工作，满足带材类生产的需要。根据此系统的要求，要达到现场的运行状况、运行数据都可以在中央控制室掌握，工程师可以在控制室通过人机界面来设置监控系统、启动和停止电动机，修改或调节控制系统参数，轧钢系统的故障信息或监控系统的故障信

52、息可以在人机界面上反应出来，以用来提示用户。现场操作人员可以在现场实现每台电动机的启动、停止；调节每台电动机的速差，调节张力值、负荷分配值；电机会根据相应的设定值自动、快速的调节。为了实现上述目的，采用西门子 S7-200 的强大功能、可靠性以及基于组态软件所开发出来的良好的人机界面的通信能力，实现在中央控制室对电机的远程控制运行参数调节，下位机采用 PLC 来实现对电机的监控。总结本文的主要工作有以下几点：1） 根据轧钢机的运行特点，基于 PLC 轧钢监控系统采用工业监控系统，该系统主要由上机、下位机等组成。2） PLC 系统采用西门子公司 S7-200，能控制主轧机起、停和传送带的运行方向

53、，同时能检测到各个电机的故障现象，减小了传统的继电一接触控制系统的中间环节，减小了硬件和控制线路，极大提高了系统的稳定性、可靠性，另外利用 PLC 内部的模块实现控制。3） 组态王软件作为用户定制功能的软件平台，利用其良好的人机界面和通信能力，在 PC 机上开发出友好的人机界面，下载后，使工作人员可以可以实现监控系统的参数设置、电机的启动和停止同时可实现系统的故障报警。本文重点解决了基于 PLC 轧钢系统中监控画面、PLC 的程序设计。同时利用西门子公司的组态软件设计良好的人机界面下载，以及实现与 PLC 的通信。虽然本系统使基于 PLC 系统研制的，它可以应用于各个领域的生产线中去。由于时间

54、和条件的关系，系统中还有很多的问题在这里没有一一详细列举出来，希望在以后的学习过程中，能够不断的深入。2展望35本文在基于 PLC 轧钢机监控系统研究中，采用可编程控制器和组态王相结合的方法，由于人力，时间和实验条件限制，本课题所做的研究比较肤浅，所做的工作还比较简单，有待进一步的完善和提高。展望未来工作，重点有以下几个问题:第一是程序的设计。进一步研究怎样能更方便、更快捷的对设计程序进行分析，应更深入的对组态软件进行学习。第二是如何将 PLC 程序和组态结合起来。由于本系统是基于 PLC 程序设计的，以组态模拟画面显示的，所以软件比较复杂，但是提高了工作效率，节约了系统空间。第三是对故障诊断

55、。可以考虑在改善数据采集条件和实验条件等情况下，利用别的方法来进行诊断，以求效果更完善和更加贴近实际。36谢 辞在这两个月的努力中，毕业论文终于有了一个完美的句号，我们之所以能这么顺利地，在规定时间内做好毕业论文，是因为有韩英和段春霞两位老师的精心指导和细致的讲解，我们非常感谢两位老师对我们的帮助和指导。在我们刚开始做毕业论文的时候，老师先给我们说了设计的具体内容，把课程设计的内容和要求给我们，最后给了我们设计任务书，接着给我们讲解了整体的设计框架，然后每周定时讲解，同时给我们每个人分了任务，来督促我们完成每一步设计工作。我们在设计时，遇到问题都能随时找到老师给我们答疑解惑，并且都是认真仔细的

56、给我们讲解，老师认真负责的精神让我们感动。嘱我们有问题一定要去找她们，总之，在老师的带领下，我们的毕业设计工作有条不紊地进行着。我们在做毕业设计时，不仅老师给了我很大的帮助，而且同学们及组员也给了我不小的帮助。由于设计时需要电脑来完成，在没有电脑的情况下，只能借助有电脑的同学，有些软件工具不会用，同学总是热情耐心地指导帮助，演示给我看，使得我们的毕业论文能顺利的进行。还有同组的同学，以前可能都还不认识，通过这次设计能联系到一块，并在完成任务的过程中能互相帮助，互相合作，遇到问题能一块解决，共同完成设计任务，我很感谢给过我帮助这些同学。大学三年来，我们能无忧无虑地学习生活，背后都是有父母的支持和

57、鼓励，所以我们更要感谢我们的父母，为了我们他们操碎了心，无论你在哪里，他们都时刻牵挂着你；无论你做什么，只要是对的，他们都会永远支持你，无私的给你一切，因此，我们永远都不能忘他们的恩情，也感谢我的导师。37参考文献1 常晓玲电气控制系统与可编程控制器北京：机械工业出版社，2006102 田瑞庭可编程序控制器应用技术M北京：机械工业出版社， 19943 王淑英电气控制与 PLC 应用3 版. 北京：机械工业出版社， 2005.14 邓则名，邝穗芳电器与可编程控制器应用技术M.北京：机械工业出版社，19995 赵明工厂电气控制设备M 2 版北京：机械工业出版社，19956 顾战松，陈铁年可编程序控

58、制器原理及应用国防工业出版社， 19967 于庆广可编程控制器原理及系统设计北京清华大学出版社，20048 张万忠可编程控制器应用技术北京化学工业出版社， 2001.129 工厂常用电气设备手册上册 水利电力出版社出版，19841110 工厂常用电气设备手册补充本 水利电力出版社出版，1990711 林小峰可编程控制器原理及应用北京：高等教育出版社，199412 田瑞庭可编程控制器应用技术北京：机械工业出版社，199413 张万忠可编程控制器应用技术北京：化学工业出版社，2001.1214 于晓可编程控制器原理及系统设计北京：清华大学出版社，200415 谢剑英，贾青.微型计算机控制技术 .北

59、京：国防工业出版社，200138外文资料翻译Configuration SoftwareThe level of industrial automation with the rapid increase in the field of computers in a wide range of industrial applications, industrial automation of the increasingly high demand for a wide range of process control equipment and monitoring devices in t

60、he industrial field of application of the traditional industrial control software unable to meet the diverse needs of users. Traditional industries in the development of control software, when the industry changes, once the object, it is necessary to modify its source code control system, resulting