基于PLC及WinCC的自动送料装车控制系统设计(共13页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上分布式控制课程设计 设 计 题 目： 自动送料装车控制系统设计 学 校： 院 系： 设 计 人 员： 指 导 教 师： 一、 自动送料装车控制系统的设计 摘要：该设计通过西门子小型PLC S7-200编程实现自动送料装车系统的控制，通过上位机组态软件WinCC实现其运行过程的监视，两者通讯即实现对自动送料装车控制系统的监控。 关键字：西门子; PLC ;组态软件; WinCC 二、 应用背景基于PLC和组态软件的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系统广泛应用于现代化工农业生产，因此自动化程度越来越高。电器控制

2、技术是随着科学技术的不断发展，生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的。 在现代化工业生产中，为了提高劳动生产率，降低成本，减轻工人的劳动负担要求整个工艺生产过程全盘自动化，这就离不开控制系统。控制系统是整个生产线的灵魂，对整个生产线起着指挥的作用。一旦控制系统出现故障，轻者影响生产线的继续进行，重者甚至发生人生安全事故这样将给企业造成重大损失。 送料小车是基于PLC控制系统来设计的控制系统的每一步动作都直接作用于送料小车的运行，因此，送料小车性能的好坏与控制系统性能的好坏有着直接的关系。送料小车能否正常运行、工作效率的高低都与控制系统密不可分。 所以对送料小车控制系统的设计要予以重视。 可编

3、程序控制器是结合继电接触器控制和计算机技术而不断发展完善起来的一种自动控制装置，具有编程简单、使用方便、通用性强、可靠性高、体积小、易于维护等优点，在自动控制领域应用得十分广泛。 该控制系统，根据实际要求利用PLC的实时控制和顺序处理功能，完成系统控制，在本次论文中给出了控制系统的主电路图及软件设计。西门子S7-200可编程序控制器以其紧凑的设计及强大的功能作为小型PLC的代表有着很高的市场占有率。 组态软件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。组态软件支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提

4、供分布式数据管理和网络功能。西门子的WinCC是西门子HMI的组成部分，也是组态软件中的代表之一。 三、 设计内容与要求 本课题的主要设计内容有:熟悉西门子PLC S7-200编程软件STEP 7-Micro/WIN，根据控制过程分配IO口，应用顺序控制设计法先画出描述系统控制过程的顺序功能图（Sequential Function Chart），继而转换为梯形图在编程软件中下载调试，实现预期功能后进行软件组态，设计出自动送料装车系统的形象化监控界面，最后PLC和WinCC通信，实现过程现场与上位机的良好人机交互（HMI）。 确定送料小车控制系统的总体设计方案,设计送料小车拖动电机的电器控制线

5、路原理图；确定送料小车控制系统PLC的型号规格，确定PLC I/O元件列出PLC I/O元件分配表，设计送料小车控制系统的PLC I/O接线图，PLC程序的总体结构图和梯形图，包括公用程序、控制程序、信号显示和故障报警程序等 设计目的：1) 熟练掌握PLC的指令系统学会定时器、计数器和特殊继电器在实际中的应用。 2) 通过设计牢固掌握用功能表图设计梯形图的方法、步骤及绘制梯形图所遵循的规则和设计技巧。学会时序控制程序的设计和调试方法。 3) 学会PLC输入/输出点的分配、接线。四、 可编程序控制器概述 可编程序控制器(Programmable Controller)通常也可简称为可编程控制器,

6、英文缩写为PC或PLC,是以微处理器为基础,综合了计算机技术，自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便的一系列的优点，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工作环境的能力,更是得到了用户的好评,因而在冶金、能源、化工、交通、电力等领域中的到了越来越广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM） 4.1. 可编程控制器的特点 4.1.1. 可靠性高，抗干扰能力强 现代PLC采用了集成度很高的微电子器件大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成其可靠程度是使用机械触点的继电器所无法比较的。为了保证PLC

7、能在恶劣的工业环璄下可靠工作，在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件主面的抗干扰措施。 硬件主面采取的主要措施有： 1) 隔离-PLC的输入、输出接口电路一般都采用光电耦合器来传递信号这种光电隔措施使外部电路与PLC内部之间完全避免了电的联系，有效的抑制了外部的干扰源对PLC的影响还可防止外部强电窜入内部CPU。 2) 滤波-在PLC电路电源和输入、输出(I/O)电路中设置多种滤波电路可有效抑制高频干扰信号。 3) 在PLC内部对CPU供电电源采取屏蔽、稳压、保护等措施防止干扰信号通过供电电源进入PLC内部另外各个输入、输出I/O接口电路的电源彼此独立以避免电源之间的互相干扰。 4) 内部

8、设置连锁、环璄检测与诊断等电路，一旦发生故障立即报警。 5) 外部采用密封、防尘、抗振的外壳封装结构，以适应恶劣的工作环璄。 在软件方面采取的主要措施有： 1) 设置故障检测与诊断程序每次扫描都对系统状态、用户程序、工作环璄和故障进行检测与诊断发现出错后立即自动做出相应的处理以适应恶劣的工作环璄。 2) 对用户程序及动态数据进行电池后备,以保障停电后有相关状态及信息人不会因此而丢失。 采用以上抗干扰措施后一般PLC的抗电平干扰强度可达峰值1000V脉宽10US其平均无故障时间可高达30-50万小时以上。 4.1.2. 编程简单易学 PLC采用与继电器控制线路图非常接近的梯形图作为编程语言它既有

9、继电器电路清淅直观的特点又充分考虑到电气工人和技术人员的读图习惯对于使用者来说几乎不需要专门的计算机知识因此易学易懂程序改变也容易修改。 4.1.3. 功能完善，适应性强 目前PLC产品已经标准化、系列化和模块化不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能还具有 A/D、D/A转换、算术运算及数据处理、通信联网和生产过程监控等功能。它能根椐实际需要，方便灵活地组装成大小各异、功能不一的控制系统既可控制一台单机、一条生产线、以可以控制一个机群、多条生产线；既可以现场控制，以可以远程控制。 针对不同的工业现场信号如交流或直流、开关量或模拟量、电流或电压、脉冲或电位、强电或弱电等PLC都有相应的I/

10、O接口模块与工业现场控制器件和设备直接连接，用户可以根据需要方便地进行配置，组成实用、紧凑的控制系统。 4.2. 可编程控制器的编程语言 PLC的编程语言有梯形图语言、助记符语言、流程图语言和布尔代数语言等。其中前两种语言用得较多流程图语言也在许多场合被采用。在此介绍梯形图语言和助记符语言的编程及其特点。 4.2.1. 梯形图语言 梯形图结构沿用继电控制原理图的形式，采用了常开触点、常闭触点、线圈和功能快等结构的图形语言。对于同一控制电路，继电控制原理图和梯形图的输入/输出信号基本相同，控制过程等效。二者的区别在于继电控制原理图使用的是硬件继电器和定时器，靠硬件连接组成控制线路而PLC梯形图使

11、用的是内部继电器、定时器和计数器靠软件实现控制。因此，PLC的使用具有很高的灵活性，程序修改过程非常方便。梯形图按行从上到下、每行从左到右的顺序编写。PLC执行顺序与梯形图的编写顺序一致。图左、右两边的垂直线分别称为起始母线和终止母线。每一逻辑行必须从起始母线开始画起终止母线可以省略。 梯形图中的触点有两种，即常开触点和常闭触点。这些触点可以是PLC的输入触点或内部继电器触点，也可以是内部继电器、定时器/计数器的状态。同一标记的触点可以反复使用次数不限。这是因为每一触点的状态存入PLC内的存储单元中，可以反复读/写。传统继电器控制中的每个开关均对应一个物理实体，故使用次数有限。这是PLC优于传

12、统控制的优点之一。 梯形图的最右侧必须连接输出元素。PLC的输出元素用圆圈表示。机型不同输出元素表示有些区别。同一输出变量只能使用一次。 梯形图中的触点可以任意串、并联而输出线圈只能并联不能串联。 程序结束时要有结束符，一般用“END”表示。 利用计算机编程时只要按梯形图的编写顺序把逻辑行输入计算机，按下传给PLC即可。也可以将梯形图转化成助记符语言，经编程器逐句输入PLC。 助记符语言是PLC的命令语句表达式。用梯形图变成虽然直观、简便但要求PLC配置较大的显示器方可输入图形符号这在有些小机型上长难以满足故需借助助记符语言。应该指出的是不同型号的PLC，其助记符语言也不同，但其基本原理是相近

13、的。编写时一般先根据要求编制梯形图，然后再根据梯形图转换成助记符语言。五、 PLC控制送料小车的设计 5 .1自动送料小车概述 自动送料小车系统是用于物料输送的流水线设备，主要是用于煤粉、细砂等材料的运输。自动送料小车系统一般是由给料器、传送带、小车等单体设备组合来完成特定的过程。这类系统的控制需要动作稳定，具备连续可靠工作的能力。 送料小车控制系统采用了PLC控制。从送料小车的工艺流程来看，其控制系统属于自动控制与手动控制相结合的系统，因此，此送料小车电气控制系统设计具有手动和自动两种工作方式。在程序设计上采用了模块化的设计方法，这样就省去了工作方式程序之间复杂的连锁关系，从而在设计和修改任

14、何一种工作方式的程序时，不会对其他工作方式的程序造成任何影响，使得程序的设计，修改和故障查找工作大为简化。 5.2控制程序设计 本程序设计的关键是处理好呼叫按钮和到位开关的位置关系，为此我们采用了将每个位置的行程开关与每个位置的按钮记录到数据寄存器中去。如将送料小车当前位置送到数据寄存器DO中，将呼叫工作台号送数据寄存器Dl中，然后通过比较DO与Dl中的数据，决定送料小车运行方向和达到的目标位置。 六、 自动送料装车控制系统工作过程初始状态：绿灯（L2）(QO.6)亮，红灯（L1）(Q0.5)灭，表示允许汽车开进装料，此时，进料阀门（K1），料斗阀门（K2），电动机（M1，M2，M3）皆为OF

15、F状态。 当汽车到来时，检测开关S3（I0.0）接通（负载板上未设，可从通用器件板选取），红色信号灯L1亮，绿色L2灭（表示其他汽车不能开进），传送带驱动电动机M3(Q0.0)（下层）运行；2s后，电动机M2(Q0.1)（中层）运行；再经过2s，M1(Q0.2)（上层）运行，依次顺序起动送料系统。 电动机M3（下层）运行后，进料阀门K1(Q0.3)打开料斗进料，料斗装满时，检测开关S1=1(I0.2)接通，进料阀门K1关闭（设1料斗物料足够装满1车）；料斗出料阀门K2(Q0.4)在M1（上层）运行及料斗满（S1=1）后，打开放料，物料通过传送带的传送，装入汽车。 当装满汽车后，称重开关S2(I

16、0.1)动作，料斗出料阀门K2关闭，同时电动机M3（下层）断电停止，2s后M2停止，再过2s，M1（上层）停止，绿灯L2亮，红灯L1灭，表示汽车可以开走。 备注：检测汽车到来的开关S3为启动按钮，可现场手动S3或通过上位机（启动按钮S4）开启，检测料斗装满的开关S1和称重开关S2的动作由模拟现场的操作板内部电路控制，无需增设按钮。 6. 自动送料装车组成系统本系统由计算机、装车系统现场控制柜、3台皮带传输送料电机及位置检测装置组成。上位机计算机安装在控制室，用以收发并显示装车现场的信号，记录、 存储、 显示和控制现场的运行状态。装车系统现场控制柜安装在生产线现场， 电机及位置传感器等安装在装车

17、系统现场，受现场控制柜控制。控制系统的框图如图1所示。 图16. 系统的IO口连接图根据系统的控制要求，系统的输入点数为3，输出点数为7，相应的IO分配图如下： 图2PLC软件编程IO端口分配符号表： 图36. 控制系统梯形图 图46. 上位机监控系统设计 为将PLC中的变量提供给组态软件WinCC使用，必须进行PLC和WinCC的通信，利用西门子的S7-200 PC ACCESS软件可以方便的实现两者通信。PC Access 软件是专用于S7-200 PLCs 的OPC Server（服务器）软件，它向OPC 客户端提供数据信息，可以与任何标准的OPC Client（客户端）通讯。 PC A

18、ccess 软件自带OPC 客户测试端，用户可以方便的检测其项目的通讯及配置的正确性。 在PLC编程软件菜单中打开S7-200 PC ACCESS，新建一PLC连接，将PLC中的外部变量导入，之后在WinCC Explorer的“变量管理”右击“新建系统连接”“系统参数”选中之前的外部变量导入即完成了PLC和WinCC的连接，之后组态软件的图形化界面就可以调用这些变量，效果如图6所示： 图5 S7-200 PC ACCESS变量连接 七、 联机测试 运行过程及监控画面如下：1、初始状态：绿灯亮，表示车允许开进装料； 2、车刚进入，红灯亮，表示禁止其他车进入，下层传送电动机M3最先起动，3、下层

19、电动机启动后2s中层电动机M2开始起动， 4、最上层电动机M1起动，同时K1亮，表示料斗开始进料； 5、S1瞬亮一下，表示料斗已装满料，K1进料口灭， K2出料口亮； 6、称重开关S2亮，表示车已装满料，同时出料口K2灭，下层电动机M3最先停转； 7、下层电动机M3停转后2s，中层电动机M2也停转； 8、最上层电动机M1停转，绿灯亮，允许车开走，回到初始状态。 监控画面上的“启动”按钮可远程控制系统的起动，“退出”按钮可随时退出组态监控画面。 八、 总结PLC和WinCC组合使用实现了系统的自动控制，操作者可以在主控室远距离操作现场设备，并可监视现场的运行情况。自己通过这次实验，不仅熟悉了西门

20、子PLC和WinCC的使用环境，还对实际系统的电路连接有了更为清楚的认识。做得比较仓促，监控画面没有进一步加工美化，编写的程序稳定性不高，一旦中间混入错误信号，显示将不准确，只能重新上电复位解决。做出来之后才发现，其实很简单的小系统设计，在最初不懂的情况下总是显得很难，所以在以后的实验过程中，首先要具备迎难而上的信念，认真对待每个实验，只要用心去做，一定可以完成任务。 九、 参考文献1、S7-200 PLC编程与应用 （机械工业出版社 廖常初主编） 2、组态软件WinCC及其应用 （机械工业出版社 刘华波 等著） 3、深入浅出西门子WinCC V6 （北京航空航天大学出版社） 专心-专注-专业