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自动配料系统论文.doc

自动配料系统论文

jiasheng1st
2013-05-16 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《自动配料系统论文doc》,可适用于工程科技领域

基于PLC和组态软件的自动配料系统的设计院系自动化学院专业自动化班级学号姓名指导教师负责教师沈阳航空工业学院年月摘要可编程程序控制器(PLC,ProgrammableLogicController)因其高可靠性和较高的性价比而在工业控制中被广泛应用。组态软件由于计算机的普及和其本身价值(实时多任务、开放性、灵活性、通用性和可靠性)的被认知也在快速的发展中。本文基于可编程序控制器PLC和组态软件设计自动配料系统的控制系统和监控系统。首先利用德国Siemens公司的S系列PLC对自动配料系统进行控制。运用与之相配的STEP编程通过LAD编程语言编制了下位机的控制程序从而使该配料系统可以按要求完成自动配料装料全过程。其次自动配料系统的监控系统则采用了组态王组态软件对上位机监控软件组态实现现场数据的实时监控。本文的主要内容包括对生产过程控制系统发展和现状的概述、配料系统工作原理和配料控制系统的总体设计重点描述了包括硬件设计、编程环境及软件设计在内的西门子PLC在配料系统中应用的一些细节、组态王组态软件及其在上位机监控系统中一些基本设计以及PLC与上位机之间的通讯。关键词:可编程序控制器配料组态软件AbstractProgrammableLogicController(PLC)iswidelyusedinindustryforitshighreliabilityandperformancepriceratioTheconfigurationsoftwarealsoenjoysfastdevelopmentduetothepopularizationofpersonalcomputer,andisrecognizedofthevalueoriginatedfromthemeritssuchasrealtimemultitasking,openness,flexibility,versatility,andreliabilityBasedonPLCandconfigurationsoftware,thecontrolsystemandsupervisorysystemofautomaticingredientsystemaredesignedinthispaperFirst,theSiemensPLCSisusedtocontrolautomaticproportionsystemTheproportioningsystemincludedtherequirementsofautomaticproportioning,weighing,andloadingNexttheZuTaiWangsoftwareisusedtobuildtherealtimesupervisorysystemThesystemcanrealizetherealtimedatalogging,aswellasvariousvisualPaper’scontentsmainlyincludethattheindustrialcontrolsystemdevelopmentandpresentsituationoutlineTheingredientsystemprincipleofworkandtheingredientcontrolsystem'sdesign,describedwithemphasisincludingthehardwaredesign,theprogrammingenvironmentandsoftwaredesignSIMENSPLCiningredientsystem'sapplicationsomedetails,theconfigurationsoftwareconfigurationkingandinthehostcomputersupervisorysystemsomebasicdesigns,aswellascommunicationbetweenPLCandhostcomputerKeywords:programmablecontrollerproportioningconfigurationsoftware目录第章绪论背景PLC的发展趋势组态软件的发展趋势毕业设计任务及要求毕业设计内容及安排第章系统硬件设计S系统概述系统功能概述PLC的基本结构SCPU和扩展模块自动配料系统控制要求自动配料系统控制图IO地址表配料过程分析第章自动配料系统和监控系统的设计PLC编程软件STEP及其应用PLC的工作原理自动配料系统的设计启动程序正常时停止程序有故障时停止程序有重物时停止程序LED数码显示及复位程序系统调试自动配料监控系统的设计监控系统的功能介绍监控系统界面的设计第章系统通讯的实现SPLC与组态王之间通讯概述SPLC的通信方式与参数设置通信方式计算机使用的通信接口参数的设置S与组态王通讯的实现结论社会经济效益分析参考文献致谢附录ⅠPLC程序绪论可编程序控制器是用微电脑技术制造的通用自动控制设备它具有指令存储和数字量或模拟量输入输出接口能够进行位运算并完成逻辑顺序、定时、计数和算术运算功能实现复杂的逻辑控制。一般分为主模板、扩展模板、编程器等每个模板的体积都比较小相互连接方便。有的还有模数和数模转换数据处理和通讯网络等功能。它的最大特点是将控制过程以程序方式存放在存储器中修改程序也就修改了控制过程这就给控制过程的设计、调试、修改扩展带来了极大的方便和灵活性它的另一特点是能够适应工业环境在电源波动大、温差大、冲击震动较大的恶劣条件下仍能长时间不间断运行抗干扰能力强、稳定性好、具有很好的可靠性。由于它的种种优点它己经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器占据了电气控制系统中应用最为广泛的核心位置。监控组态软件是伴随着计算机技术、网络技术的突飞猛进发展起来的监控组态软件是面向生产过程的监视、控制与数据采集的软件平台工具具有实时多任务操作设置项目丰富使用方便、灵活、功能强大监控组态软件通用性强解决了人机图形界面的问题通过监控组态软件对控制系统进行组态可以把生产工艺上的参数在流程图上显示出来、处理数据报警和系统报警、存储历史趋势曲线、各种报表的生成和打印输出在PC机的屏幕上进行整个生产过程的操作接口开放方便数据共享支持多种硬件设备。因此监控组态软件得到了广泛的应用。PLC与监控组态软件的完美结合通过监控组态软件对PLC及其它智能设备的IO数据进行监控应用越来越广泛。背景自动配料系统在冶金、建材、化工及食品等行业应用非常广泛近几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PLC的迅猛发展实现了工业控制领域的飞跃其功能从弱到强实现了逻辑控制到数字控制的进步其应用领域从小到大实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的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PLC的功能单元大量涌现使PLC从逻辑控制渗透到了生产过程控制、运动控制等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强使用PLC组成各种控制系统变的非常容易。本毕业设计是西门子可编程序控制器和组态王组态软件在配料控制系统中的应用和研究采用的是德国Siemens公司的S系列PLC运用与之相配的STEP编程软件通过LAD编程语言编制了下位机的控制程序从而使配料系统可以按要求自动完成配料和装料全过程并且在发生故障时可以自动停机。采用了组态王组态软件对上位机监控软件组态实现了现场的实时监控实时模拟等具有Windows风格的动态操作画面。通过PLC和组态软件的有效结合使配料系统大幅度提高其方便性、可靠性。PLC的发展趋势可编程序控制器英文称ProgrammableLogicController简称PC。但由于PC容易和个人计算机(PersonalComputer)混淆故人们习惯地用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。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。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强及编程简单等特点。可以预料在工业控制领域中PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。现代可编程序控制器有两个方面的发展趋势。微小型PLC发展微小型PLC使其体积更小、速度更快、功能更强、价格更低、配置更加灵活。由于自动控制系统规模的不同小型化、低成本的PLC将广泛应用于各行各业其组成由整体结构向小型模块化结构发展增加了配置的灵活性例如SIEMENS公司的S的最小配置为CPU主机有DIDO(数字量输入数字量输出)而CPU主机可扩展个模块最大达DIDOAIAO(模拟量输入模拟量输出)可满足比较复杂的控制系统的要求。大型PLC发展大型PLC使其具有大型网络化、高可靠性、多性能、良好的兼容性等特点。网络化和强化通信能力是PLC发展的一个重要方面向上与以太网、MAP网等相连向下通过现场总线(如PROFIBUS)将多个PLC与远程IO等相连构成整个工厂的自动化控制系统。近年来各公司陆续推出各种智能模块大大增强了PLC的控制功能。智能模块是以微处理器为基础的功能部件其CPU与PLC的CPU并行工作能够独立完成某些控制功能如通信控制、高速计数、模拟量输入输出等使系统设计和调试时间减少控制精度提高。好的兼容性是PLC深层次应用的重要保证SIEMENS公司的S系列PLC与通用微机兼容可运行DOSWindows程序PLC的编程语言STEP可运行在Windows环境下提供了很强的梯形图、语句表的编程、调试和诊断等功能体现了现代PLC的特点。组态软件的发展趋势组态王概述在使用工控软件中人们经常提到组态一词组态的英文是“Configuration”简单地讲组态就是用应用软件中提供的工具、方法完成工程中某一具体任务的过程。与硬件生产相对照组态与组装相似。如要组装一台电脑事先提供了各种型号的主板、机箱、电源、CPU、显示器、硬盘及光驱等我们的工作就是用这些部件拼成自己需要的电脑。当然软件中的组态要比硬件的组装有更大的发挥空间因为它一般要比硬件中的“部件”更多而且每个“部件”都很灵活因为软件都有内部属性通过改变属性可以改变其规格(如大小、形状、颜色等)。“组态”的概念是伴随着集散型控制系统(DistributedControlSystem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。在工业控制技术的不断发展和应用过程中PC(包括工控机)相比以前的专用系统具有的优势日趋明显。这些优势主要体现在:PC技术保持了较快的发展速度各种相关技术成熟由PC构建的工业控制系统具有相对较低的成本PC的软件资源和硬件资源丰富软件之间的额互操作性强基于PC的控制系统易于学习和使用可以容易地得到技术方面的支持。在PC技术向工业控制领域的渗透中组态软件占据着非常特殊而且重要的地位。对应于原有的HMI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用户可以利用组态软件的功能构建一套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、通信及联网、开放数据接口、对IO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被不断赋予新的内容。需求是推动组态软件发展的第一动力。组态软件市场的崛起一方面为最终拥护节省了系统投资另外也为拥护解决了实际问题。现在用户购买组态软件虽然也需要一定的投资但是和以前相比投资额得到了大大降低。使用组态软件用户可以做到“花了少量的钱办成了大事情”。社会信息化的加速是组态软件市场增长的强大推动力。随着经济发展水平的提升信息化社会将为组态软件带来更多的市场机会。专用系统对组态软件的需求所站比例日益提高。组态软件的灵活程度和使用效率是一队矛盾虽然组态软件提供了很多灵活的技术手段但是在大多数情况下用户只使用其中的一小部分在有些应用领域自动监控的目标及其特性比较单一(或可枚举或可通过某种模板自主定义、添加、删除、编辑)且数量较多用户希望自动生成大部分自动监控系统例如在电梯自动监控、动力设备监控、铁路信号监控等应用系统。这种应用系统具有一些“傻瓜”型软件的特征用户只需要用组态软件做一些系统硬件及其参数的配置就可以自动生成某种特定模式的自动监控系统如果用户对自动生成的监控系统图形界面不满仪还可以进行任意修改和编辑这样既满足了用户对简便性的要求同时又配备了比较完整的编辑工具。组态王概述)Internet时代的杰作随着Internet科技日益渗透到生产、生活的各个领域自动化软件的e趋势已发展成为整合IT与工厂自动化的关键。组态王的Internet版本立足于门户概念采用最新的JAVA核心技术功能更丰富操作更简单。整个自动化监控将以一个门户网站的形式呈现给使用者并且不同工作职责的使用者使用各自的授权口令完成各自的操作这包括现场的操作者可以完成设备的起停、中控室的工程师可以完成工艺参数的整定、办公室的决策者可以实时掌握生产成本、设备利用率及产量等数据。组态王的Internet功能逼真现场画面使您在任何时间任何地点均可实时对企业每一个生产细节、现场的流程画面、过程数据、趋势曲线、生产报表(支持报表打印和数据下载)、操作记录和报警等均轻松浏览。当然您必须要有授权口令才能完成这些。用户还可以自己编辑发布的网站首页信息和图标成为真正企业信息化的Internet门户。)性能卓越的分布式高速历史库过程数据的存储功能对于任何一个工业自动化系统来说都是至关重要的随着自动化程度的进一步普及和提高用户对重要数据的存储和使用的要求也越来越高。面对大批量实时数据的存储必须解决同步存储速度响应慢、数据易丢失、存储时间短、存储占用空间大、数据读取访问速度慢等用户最关心的问题。因为用户需要一个实时的、记录准确地、高效的、可节约用户硬件成本的工业过程数据存储方案。组态王顺应这种用户的期望提供支持毫秒级高速历史数据的存储和查询功能的工业过程数据库。真正的企业级生产过程数据仓库。采用最新数据压缩和搜索引擎技术数据压缩比优于节约用户硬件成本一个月内数据(单点记录间隔秒)按照每小时间隔在百毫秒内即可完成查询。真正实现历史数据的数据追记、数据合并。可以将特殊设备中存储的历史数据片段通过组态王驱动程序完整的合并到历史数据服务器中也可以将远程站点上的组态王历史数据片段合并到历史数据服务器上。毕业设计任务及要求本次设计的自动配料系统主要是完成给小车的自动配料系统启动后配料装置能自动识别货车到位情况及对货车进行自动配料当车装满时配料系统自动关闭。本设计的突出点是故障检测部分的设计首先当某一节传送带发生故障时该节传送带和其前面的传送带会立即停止该节之后的传送带会在一定的延时后停止。其次当某节传送带上的物体过重时该节传送带和其前面的传送带会立即停止并且数码显示电路会显示发生故障的电机的号码该节之后的传送带会在一定的延时后停止。整个系统是以PLC为核心设计的利用组态王进行监控可实现静态观测和动态模拟。并且通过PLC控制可以实现人为停车和故障时自动停车。毕业设计内容及安排本文对自动配料系统的设计进行了详细的介绍共分四章。第章简要介绍了整个设计的研究背景、目的、意义及整个任务的要求安排第章是主要介绍了PLC的发展及系统硬件的设计过程第章具体介绍系统软件的设计过程包括PLC程序的编制和组态王的设计过程并针对硬件调试、软件调试和整机连调的结果进行了具体的分析和说明。第章主要阐述了西门子S与组态王通讯的实现过程。系统硬件设计本自动配料系统的硬件采用的西门子S运用与之相配的STEP编程软件采用LAD编制了下位机的控制程序。以下将对硬件设计的过程进行详细的介绍。S系统概述西门子公司的SIMATICS系列属于小型可编程序控制器可用于代替继电器的简单控制场合也可以用于复杂的自动化控制系统。S系列PLC共有种基本型号的CPU模块即CPU、CPU、CPU、CPU、CPUXM控制点数可以从点扩展到点。其中CPU无扩展功能适于用做小点数的微型控制器CPU有扩展功能CPU是具有较强控制功能的控制器CPU和CPUXM适用于复杂的中小型控制系统。所有型号的CPU在内部都集成了个(CPU、CPU、CPU)或个(CPU、CPUXM)通讯口该通讯口为标准的RS口可在三种方式下工作即PPI方式、MPI方式和自由通讯口方式。另外S可通过增加EM模块接入ProfibusDP网络通过CP通讯模块连入工业以太网通过CP模块使其成为ASi主站。系统功能概述SPLC系统是紧凑型可编程控制器。系统的硬件构架由组成系统的CPU模块和丰富的扩展模块组成。它能够满足各种设备的自动化控制需求。S除具有PLC基本的控制功能外更在如下方面有独到之处。功能强大的指令集指令内容包括位逻辑指令、计数器、定时器、复杂数学运算指令、PID指令、字符串指令、时钟指令、通讯指令以及和智能模块配合的指令等。丰富强大的通讯功能S提供了近种通讯方式以满足不同的应用需求从简单的S之间的通讯到S通过ProfibusDP网络通讯甚至到S通过以太网通讯。在互联网需求已日益成为必需的今天。强大的通讯无疑会使S为更多的用户服务。可以说S的通讯功能已经远远超出了小型PLC的整体通讯水平。编程软件的易用性STEPMicroWIN编程软件为用户提供了开发、编辑和监控的良好编程环境。全中文的界面、中文的在线帮助信息、Windows的界面风格以及丰富的编程向导能使用户快速进入状态得心应手。PLC的基本结构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、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。CPU模块CPU模块主要由微处理器和存储器组成。在PLC控制系统中CPU模块相当于人的大脑和心脏它不断地采集输入信号执行用户程序刷新系统的输出存储器用来储存程序和数据。IO模块输入模块和输出模块简称为IO模块它们是系统的眼、耳、脚是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。()输入模块输入电路中设有RC滤波电路以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起错误的输入信号。S的滤波电路延迟时间可以用编程软件中的系统块设置。()输出模块S的CPU模块的数字量输出电路的功率元件有驱动直流负载的场效应晶体管和小型继电器后者既可以驱动交流负载又可以驱动直流负载负载电源由外部提供。输出电流的额定值与负载的性质有关例如S的继电器输出电路可以驱动A的电阻性负载但是只能驱动W的白炽灯。输出电路一般分为若干组对每一组的总电流也有限制。SCPU和扩展模块SCPUSCPU将一个微处理器、一个集成的电源和若干数字量IO点集成在一个紧凑的封装中组成一个功能强大的PLC。西门子提供多种类型的CPU以适应各种应用的需求。不同类型的CPU具有不同的数字量IO点数和内存容量等规格参数。目前提供的SCPU有:CPU、CPU、CPU、CPU和CPUXM。SCPU提供了一个可选卡插槽可根据需要插入三种插卡中的一种。()MC:存储器卡MC可提供EEPROM存储单元。在CPU上插入存储器卡后可使用编程软件STEPMicroWIN将CPU中的存储内容(系统块、程序块和数据块等)复制到卡中把存储卡插到其他CPU上通电时存储卡的内容会自动复制到CPU中。存储器卡用于传递程序被写入的CPU必须和提供内容来源的CPU相同或更新切型号更高。()CC:日期时钟电池卡CC可用于CPU和CPU两种不具备内部时钟的CPU以提供日期时钟功能同时提供内存后备电池。()BC:电池卡BC可为所有类型的CPU提供数据保持的后备电池。电池在超级电容放电完毕后起作用。扩展模块SCPU为了扩展IO点和执行特殊的功能可以连接扩展模块(CPU除外)。扩展模块主要有如下几类:数字量IO模块。模拟量IO模块。通讯模块。特殊功能模块。电源所有的SCPU都有内部电源可为CPU自身、扩展模块和其他用电设备提供V、V直流电源。扩展模块通过与CPU连接的总线连接电缆取得V直流电源。CPU还向外提供一个V直流电源从电源输出点(LM)引出。此电源可为CPU和扩展模块上的IO点供电也为一些特殊或智能模块提供电源。此电源还从SCPU上的通讯口输出提供给PCPPI编程电缆或TD文本显示操作界面等设备。每个扩展模块都需要V直流电源应当检查所有扩展模块的V直流电源需求是否超过CPU的供电能力如果超出就必须减少或改变模块配置。最大IO配置S按照IO的类型为其分配不同的地址共类。DI:数字量输入。DO:数字量输出。AI:模拟量输入。AO:模拟量输出。SCPU虽然具有相同的IO映像区但不同CPU的最大IO实际上取决于它们所能带的扩展模块数目。CPU:个扩展模块。CPU:个扩展模块。CPU:个扩展模块。CPUCPUXM:个扩展模块。自动配料系统控制要求系统启动后配料装置能自动识别货车到位情况及对货车进行自动配料当车装满时配料系统自动关闭。本设计的突出点是故障检测部分的设计首先当某一节传送带发生故障时该节传送带和其前面的传送带会立即停止该节之后的传送带会在一定的延时后停止。其次当某节传送带上的物体过重时该节传送带和其前面的传送带会立即停止并且数码显示电路会显示发生故障的电机的号码该节之后的传送带会在一定的延时后停止。自动配料系统控制图自动配料系统图自动配料的模拟面板如图所示从图中可以看出四节传送带是本次设计的核心电路PLC编程也是围绕此面板进行的图自动配料系统图自动配料系统的功能是利用四节传送带为小车自动配料重物通过传送带进行传输发生故障时系统自动停机。自动配料实验面板与PLC接线控制对应关系如表所示。表输入输出接线列表面板SBSBSSQSQDPLCIIIIIQ面板DDDLLMPLCQQQQQQ面板MMMABCPLCQQQIII面板DIIIIPLCIIIII数码显示电路LED数码显示电路如图所示。此电路在整个电路中起辅助性作用即当四节传送带中的某一节发生故障时LED显示有故障一节的编号用户可以清楚的看到。图LED数码显示电路LED数码显示面板与PLC控制端口对应关系如表所示。表LED数码显示电路面板ABCDEFGPLCQQQQQQQIO地址表输入地址表(如表所示)表输入地址表编号地址说明功能I按钮SB启动I按钮SB停止I信号S接入S料斗满信号I信号SQ接入SQ车未到位信号I信号SQ接入SQ车装满信号输出地址表(如表所示)表输出地址表编号地址说明功能编号地址说明功能Q接指示灯D车装满D亮Q接指示灯L车到位L亮Q接指示灯D料斗下口下料D亮Q接指示灯M控制电动机M转Q接指示灯D料斗满D亮Q接指示灯M控制电动机M转Q接指示灯D料斗上口下料D亮Q接指示灯M控制电动机M转Q接指示灯L车未到位L亮Q接指示灯M控制电动机M转配料过程分析初始状态系统启动后红灯L(Q)灭绿灯L(Q)亮车未到位表明允许汽车开进装料。料斗出料口D关闭若料位传感器S(I)置为“”(料斗中的物料不满)进料阀开启进料D(Q)亮。当S置为“”(料斗中的物料已满)则停止进料(D灭)。电动机M、M、M和M均为“”。装车过程装车过程中当汽车开进装车位置时限位开SQ(I)置为“”红灯信号灯L(Q)亮绿灯L(Q)灭车到位同时启动电动机M(Q)经过s后再启动M(Q)再经s后启动M(Q)再经过s最后启动M(Q)再经过s后才打开出料阀D(Q)亮物料经料斗出料。当车装满时限位开关SQ(I)为“”D(Q)亮料斗关闭(Q复位)s后M停止M在M停止s后停止M在M停止s后停止M在M停止s后停止同时红灯L灭绿灯L亮表明汽车可以开走。故障控制当某一节传送带发生故障时该节传送带和其前面的传送带会立即停止该节之后的传送带会在一定的延时后停止。例如当M发生故障时M、M会立即停止M会在M和M停止后s后停止M在M停止s后停止。其次当某节传送带上的物体过重时该节传送带和其前面的传送带会立即停止该节之后的传送带会在一定的延时后停止。例如当M上有重物时M会立即停止同时数码显示电路会显示“”M在M停止s后停止M在M停止s后停止M在M停止s后停止。停机控制按下停止按钮SB自动配料装车的整个系统终止运行。第章自动配料系统和监控系统的设计PLC编程软件STEP及其应用PLC的工作原理PLC通电后需要对硬件和软件作一些初始化的工作。为了使PLC的输出及时地响应各种输入信号初始化后反复不停地分阶段处理各种不同的任务如图所示。这种周而复始的循环工作模式称为扫描工作模式。图扫描过程读取输入在PLC的存储器中设置了一片区域来存放输入信号和输出信号的状态它们分别称为输入过程映像寄存器和输出过程映像寄存器。CPU以字节为单位来读取输入输出过程映像寄存器。在读取输入阶段PLC把所有外部数字量输入电路的状态读入输入过程映像寄存器。外接的输入电路闭合时对应的输入过程映像寄存器为状态梯形图中对应的输入点的常开触点接通常闭触点断开。外接的输入电路断开时对应的输入过程映像寄存器为状态梯形图中对应的输入点的常开触点断开常闭触点接通。执行用户程序PLC的用户程序由若干条指令组成指令在存储器中按顺序排列。在RUN工作模式的程序执行阶段在没有跳转指令时CPU从第一条指令开始逐条顺序地执行用户程序。在执行指令时从IO映像寄存器或别的位元件的映像寄存器读出其状态并根据指令的要求执行相应的逻辑运算运算的结果写入到相应的映像寄存器中因此各映像寄存器的内容随着程序的执行而变化。在程序执行阶段即使外部输入信号的状态发生了变化输入过程映像寄存器的状态也不会随之而变输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的读取输入阶段被读入。执行程序时对输入输出的存取通常是通过映像寄存器而不是实际的IO点这样做有以下好处:()程序执行阶段的输入值是固定的程序执行完后再用输出过程映像寄存器的值更新输出点使系统的运行稳定。()用户程序读写IO映像寄存器比读写IO点快得多这样可以提高程序的执行速度。通信处理在通信请求处理阶段CPU处理从通信接口和智能块接收到的信息例如读取智能模块的信息并存放在缓冲区中在适当的时候信息传送给通信请求方。CPU自诊断测试自诊断测试包括定期检查CPU模块的操作和扩展模块的状态是否正常将监控定时器复位以及完成一些别的内部工作。改写输出CPU执行完用户程序后将输出过程映像寄存器的状态传送到输出模块并锁存起来。梯形图中某一输出位的线圈“通电”时对应的输出过程映像寄存器为状态。信号经输出模块隔离和功率放大后继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电其常开触点闭合使外部负载通电工作。若梯形图中输出点的线圈“断电”对应的输出过程映像寄存器中存放的二进制数为将它送到继电器型输出模块对应的硬件继电器的线圈断电其常开触点断开外部负载断电停止工作。当CPU的工作模式从RUN变为STOP时数字量输出被置为系统块中的输出表定义的状态或保持当时的状态。定时器定时器相当于继电器系统中的时间继电器。S有三种定时器它们的时基增量分别为ms、ms、ms。定时器的当前值寄存器是位有符号整数用于存储定时器累计的时基增量值(~)自动配料系统的设计自动配料系统的控制是采用PLC实现的本小节主要介绍的是PLC部分程序的实现过程。自动配料的流程图如图所示。SHAPE*MERGEFORMAT图自动配料流程图启动程序启动时首先按下启动开关SB进入初使状态表明允许汽车开进装料。料斗出料口D关闭若料位传感器S置为OFF(料斗中的物料不满)进料阀开启进料(D)。当S置为ON(料斗中的物料已满)则停止进料(D灭)。料斗装满后开始启动传送带首先启动最末一条皮带机(D)经秒延时再依次启动其它皮带机,即D→C→B→A最后D亮表示开始装车。程序如表所示:表启动程序步序指令器件号说明步序指令器件号说明LDISB自保持LRDOMATANISQM启动=MTONT延时秒LDMLRD读栈LPS入栈ATANISQM启动=QD亮TONT延时秒LRD读栈LRD读栈AIAT=QD亮SQM启动LRD读栈TONT延时秒ANILRD读栈=QL亮ATLRD读栈=QAILPP出栈=QL亮AILRD读栈RQAI=QSQM启动=MTONT延时秒正常时停止程序停止时先停止最前一条皮带机(A)待料运送完毕后再依次停止其它皮带机即A→B→C→D。程序如表所示:表正常时停止程序步序指令器件号说明步序指令器件号说明LDI按下停止按钮LDTOMRQM停机ANITONT延时秒=MLDTLDMRQM停止OMTONT延时秒TONT延时秒停机LDTLDTRQM停止RQM停止RQTONT延时秒=M有故障时停止程序某条传送带发生故障时该皮带机及其前面的传送带立即停止而传送带以后的传送带待运完后才停止。例如M有故障时M立即停止经过秒后M停再过秒M停再过秒M停。部分程序如表所示:表有故障停止程序步序指令器件号说明步序指令器件号说明LDIM有故障TONT定时秒RQM停止LDT=MRQM停止LDM启动定时LDT启动定时TONT定时秒TONT定时秒LDTLDTRQM停止RQM停止LDT启动定时有重物时停止程序当某条皮带机上有重物时该皮带机前面的皮带机停止该皮带机运行秒以后的皮带机待料运完后才停止。例如M上有重物M、M立即停经过秒M停再过秒M停。部分程序如表所示:表有重物时停止程序步序指令器件号说明步序指令器件号说明LDIM有重物RQM停止LDNIT定时秒ANILDTLDTRQM停止AT启动定时TONT定时秒OLDLDTALDRQM停止RQM停止如果存在几个皮带机上都有重物时则存在优先级问题即前面的优先级高于后面的。例如M与M上同时有重物在停机时应按M上有重物进行处理。LED数码显示及复位程序当四节传送带出现故障时数码电路会显示出现故障皮带机的编号故障排除后显示消失。例如当M出现故障时数码电路会显示故障排除后数码消失。部分程序如表、和所示:表LED数码显示主程序步序指令器件号说明步序指令器件号说明LDIM有故障ANI复位按钮ANI互锁ANI复位按钮CALLSBR调用ANI复位按钮续表LED数码显示主程序步序指令器件号说明步序指令器件号说明LDNI复位按钮CALLSBR调用表显示数字子程序步序指令器件号说明步序指令器件号说明LNDMSQ置SQ置SQ置SQ置RQ置RQ置SQ置表复位子程序步序指令器件号说明步序指令器件号说明LDNMRQ置RQ置RQ置RQ置RQ置RQ置RQ置系统调试输入程序编译无误后运行程序。依次按表中的顺序按下各按钮记录观察到的现象。表系统测试结果输入输出现象按下启动按钮SBD亮L亮表示系统启动按下开关SD灭D亮表示料仓装满可以开始装车按下开关SQL、M同时亮M、M、M依次启动最后D亮开始装车按下M有故障按钮(A)M灯立即灭LED显示之后M、M、M间隔秒灭按下M有故障按钮(B)M、M立即灭LED显示之后M、M间隔秒灭续表系统测试结果输入输出现象按下M有故障按钮(C)M、M、M立即灭LED显示然后间隔秒M灭按下M有故障按钮(D)M、M、M、M立即灭LED显示按下M有重物按钮(I)M、M、M、M每间隔秒灭一个按下M有故障按钮(I)M立即灭之后M、M、M每间隔秒灭一个按下M有故障按钮(I)M、M立即灭之后M、M每间隔秒灭一个按下M有故障按钮(I)M、M、M立即灭秒后M灭按下停止按钮(SB)M、M、M、M每隔秒灭一个灯重复上步骤观察经过多次观察测试结果同上自动配料监控系统的设计监控系统的功能介绍运行方式:手动操作。用户界面:界面美观易于操作。实时监控:界面动态跟随硬件的运行过程每一步都可以完整的显示在组态王的界面上并可以实现手动控制。报警功能:系统有自动报警功能当系统发生故障时监控画面会跟随PLC自动实现停机操作。组态王可读取PLC监测到的设备运行状态、模拟量采样数据等信息根据这些实时数据在屏幕上动态显示整个配料装置的运行情况。一旦发现故障报警信息系统即显示报警画面PLC发出相应动作指令实现自动停机操作。监控系统界面的设计监控系统的界面如图所示。图监控系统的界面上图即为自动配料系统的监控画面该图是自动配料面板的模拟图中的指示灯与自动配料面板上的灯一一对应报警灯在动配料系统发生故障停机时会自动亮起。第章系统通讯的实现SPLC与组态王之间通讯概述随着工业自动化技术的发展人们对自动化监控系统的要求越来越高。而在设计开发实时监控系统时现场设备与上位机软件的通讯是关键技术下面介绍了工控软件“组态王”与西门子S的通信方式。组态王与S的通信方式()组态王通讯机制组态王把每一台与之通讯的设备看作是外部设备为实现和外部设备的通讯组态王内置有大量的设备驱动作为外部设备的通讯接口。在开发过程中只需根据工程浏览器提供的“设备配置向导”一步步完成连接过程即可实现组态王和相应外部设备驱动的连接。在运行期间组态王可以通过驱动接口和外部设备交换数据包括采集数据和发送数据或指令。组态王的驱动程序采用ActiveX技术每一驱动都是一个COM对象这种方式使驱动和组态王构成一个完整的系统从而保证运行系统的高效率。因此组态王可以与一些常用IO设备直接进行通讯如可编程控制器(PLC)、智能模块、板卡、智能仪表等。组态王与IO设备之间的数据交换采用五种方式:串行通讯方式、DDE方式、板卡方式、网络节点方式、人机接口卡方式。()组态王与S的PPI通讯方式PPI(PointtoPoint)是西门子专为S系列开发的一个通讯协议为主从协议PC机为主站S为从站。该方式下有两种硬件连接方法一种是使用PPI电缆将PC机串口和S的通讯口相连采用串行通讯方式。另一种是PC机通过CP通讯卡与S相连。在第一种方式下使用PLC编程软件STEPMicroWIN安装通讯硬件在“SETPGPCInterface”对话框中配置PCPPIcable选择InterfaceParameterAssignment为PPI并设置PPI参数默认值双击通讯框中得刷新图标后建立与S的通信连接。在第二种方式将CP卡安装在PC机的插槽中用连接电缆将CP卡与S的PORT口相连安装STEPMicroWIN和STEPVServicePack(或STEPVServicPack)运行PGPCinterfaceparameterization将用户界面配置为CP(PPI)方式。这两种方式的上位机组态王的设置基本相同首先使用“设备配置向导”定义外部设备分别选择西门子S系列PPI通信和西门子S系列通讯卡通信并设定如下通信参数:波特率bps数据位位停止位位偶校验。在设定PLC地址时两种方式有所不同前者将PLC地址设为默认地址。后者采用“PLC地址”地址格式小数点前的数字为有效地址PLC的地址(即站号)小数点后为数字所设定的地址范围为~其中PLC的地址可通过编程软件STEPMicroWIN设置来实现。在组态王的“数据字典”中定义相关变量选择变量类型为IO型并选择连接设备指定所访问的寄存器名及寄存器类型。注意组态王只支持V寄存器如果要监控Q、I、M寄存器可

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