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1、-基于PLC的全自动包装机系统设计毕业设计论文-第 23 页吉林化工学院毕业设计说明书基于PLC的全自动包装机系统设计The Design of Automatic Packaging Machine Control SystemBased on PLC吉 林 化 工 学 院Jilin Institute of Chemical Technology独 创 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究
2、做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 二一年九月二十日毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定）作者签名: 二一年九月二十日摘 要全自动包装机系统生产工艺及主要设备，建立在机械电气特性的基础上，对在控制系统设计
3、中如何充分利用现代控制技术、网络技术、现场总线技术、计算机技术等。全自动包装机控制系统达到国际先进水平进行了较深入的研究。论文充分考虑了成本、维护可靠性和先进性等诸多因素，提出了基于全自动包装机控制系统的实现方案，设计出全自动包装机控制系统的构成。自动控制系统设置3个现场PLC 监控站和1个中心操作站。下位机系统采用PLC，上位机系统采用PC 或IPC（工业PC 机）。考虑到全自动包装机控制对系统安全性、可靠性、可维护性和灵活性的要求，本系统现场控制站选择西门子公司S7-300 系列的模块结构PLC，上位机选择工控机IPC。下位机编程采用STEP-7 V5.0 软件包进行PLC 软件设计。建立
4、高度全自动包装机控制系统，不仅可以加强整个系统的可靠性、准确性，还可以减少劳动强度，降低处理成本和节约能源。全自动包装机控制系统的建设将降低生产和维护成本，减轻生产及维护工人的劳动强度，并为生产工艺的进一步改进提供方便，具有很好的经济效益和社会效益。关键词：全自动包装机，可编程控制器，硬件组态 AbstractWith the rapid development of the automatic control theory, industrial control networks, computer networks and communication networks technology
5、, in modern industrial occasion for the realization of people-oriented work ethic, reducing the intensity of work, i increasing work efficiency, production line of automatic control system which must have high reliability and flexibility has become an important part of the study in the development o
6、f the control industry.The system uses Siemens S7-300 PLC programming software STEP7 to conduct the reasonable control procedures design, in order to be able to vividly reflect the actual operating and controlling process, making control scheme flexible and operating simply achieving the whole contr
7、ol process of alcohol distillation section. Combined with the process of alcohol distillation section and based on the function analysis towards PLC, in the case that taking full account of the cost, maintaining reliability and many other factors ,this design accomplishes many important functions su
8、ch as analog input range conversion, analog volume output range conversion, the edit of digital manual program and main program, and so on, thus it improves the systems real-time, anti-interference and maneuverability, meets the actual needs in industrial process, achieves flexible control scheme, o
9、perates simply and achieves control of the whole process of alcohol distillation.The system can conduct online- monitoring towards the operating parameters, loop control, PID tuning, operating conditions of equipments and system fault of the ethanol distillation system. It can effectively reduce lab
10、or intensity, save productive cost, and improve the anti-jamming capability, the level of the automation control and the reliability of the system.Keywords: water treatment, programmable controller, hardware configuration摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 选题的目的及意义11.1.1 选题的目的11.1.2 选题的意义11.2 全自动包装机系统国内外形势21.3
11、 可编控制器的发展31.3.1 可编程控制介绍31.3.2 可编程控制器功能31.3.3 可编程控制器特点41.3.4 可编程逻辑控制器发展史5第2章 全自动包装机控制系统总体设计72.1 本课题研究的主要内容72.2 基于PLC的包装机生产工艺概述82.3 系统运行方式82.4 系统控制总框图9第3章 STEP7编程软件103.1 SIMATIC S7-300基本构成103.2 SIMATIC S7-300基本功能113.3 STEP7软件概述123.3.1 STEP7的硬件接口123.3.2 STEP7的授权123.3.3 STEP7的硬件组态133.3.4 STEP7中的块133.4 S
12、7 PLCSIM仿真软件15第4章 包装机控制系统设计174.1 I/O点的确立及硬件配置174.1.1 确定I/O表174.1.2 硬件配置184.2 硬件组态184.2.1 建立项目184.2.2 硬件组态204.3 STEP 7编程224.31 编辑子程序234.3.2 主程序OB1编制294.4上位机设置294.4.1连接测试与通讯诊断314.5 在线调试及仿真32参考文献34结 论35致 谢36附录C：元器件清单37第1章 绪论本论文陈述了全自动包装机控制系统对我国生产机械化的重要性，介绍了关于PLC控制系统特点，并且与其他的控制系统做了简单的比较，说明了PLC控制系统的优越性以及不
13、足。1.1 选题的目的及意义1.1.1 选题的目的1、通过本次毕业设计，使得对全自动包装机控制系统现状及发展有进一步了解。2、掌握STEP7系统软件的状况，了解它们的工程应用。3、熟悉全自动包装机控制系统配置、工艺流程及控制方案。4、掌握如何进行现场调试及投运。1.1.2 选题的意义自动化是现代科技进步的一特征，现代生产和科学技术的发展，对自动化技术提出越来越高的要求，同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。基于PLC的全自动包装机系统改变着了包装过程的动作方式。实现自动控制的包装系统能够极大地提高生产效率和产品质量，显著消除包装工序及印刷贴标等造成的误差，有效减轻职工的劳动强度并降低能源和资
14、源的消耗。要想在规定的时间内，为自己创造出最大的利益，就要确保自己的食品包装生产线运行良好，在生产过程中不会出现错误，这样在尽量避免错误出现和故障的影响，才会为企业获得最大的利益。自动化水平在制造工业中不断提高，应用范围正在拓展。包装机械行业中自动化操作正在改变着包装过程的动作方式和包装容器及材料的加工方法。实现自动控制的包装系统能够极大地提高生产效率和产品质量，显著消除包装工序及印刷贴标等造成的误差，有效减轻职工的劳动强度并降低能源和资源的消耗。具有革命意义的自动化改变着包装机械行业的制造方法及其产品的传输方式。设计、安装的自动控制包装系统，无论从提高包装机械行业的产品质量和生产效率方面，还
15、是从消除加工误差和减轻劳动强度方面，都表现出十分明显的作用。尤其是对食品、饮料、药品、电子等行业而言，都是至关重要的。自动装置和系统工程方面的技术正在进一步深化，并得到更广泛的应用。全自动包装机是以塑料或塑料铝箔薄膜为包装材料，对液体、固体、粉状糊状的食品、粮食、果品、酱菜、果脯、化学药品、药材、电子元件、精密仪器、稀有金属等进行包装。特别适用于茶叶、食品、医药、商店、研究机构等行业，具有外型美观、结构紧凑、效率高、操作简便等优点。随着自动化程度的提高，包装机的操作、维护和日常保养更加方便简单，降低了对操作人员的专业技能要求。产品包装质量的好坏，直接与温度系统、主机转速精度、追踪系统的稳定性能
16、等息息相关。中国的全自动包装技术是在上世纪80年代初期发展起来的，全自动包装技术在上世纪90年代初期开始少量使用，随着小包装的推广及超市的发展，其适用范围越来越广泛，有些将逐步替代硬包装，前景非常看好。1.2 全自动包装机系统国内外形势国内全自动包装机系统虽还较落后，基本仍是手工操作，但有些城市全自动包装机系统引进全部或局部计算机控制，取得了一定的经验。全自动包装机工业从诞生到现在大体经历了两个发展期：从20世纪50年代开始到80年代中期是第一个发展期，这一时期是从制造简单的抽气机开始的。当时全国生产真空设备的企业不足20家，产品以中低档真空获得设备为主，如制镜镀膜机、香烟包装机等。从20世纪
17、80年代后期到整个90年代是中国全自动包装机工业发展的第二个时期。这期间，生产企业增加到近3000家，从业人员达到3.5万人。整个全自动包装机行业经过“七五”、“八五”的技术改造后整体水平有了大幅提升，从加工条件上讲，加工中心、数控机床、树脂砂铸件等先进生产设备开始装备企业。到1996年，由于炼镁行业的拉动，使全自动包装机行业得到飞速发展。我国包装机械发展较晚，目前正处于起步应用阶段，虽然从九十年代后，我国的制袋充填机有了较快发展，通过参考国内外产品进行消化吸收，自主开发研制，技术上有了很大的提高，但与国外相比，国内大多数产品技术含量低，产品差异程度低，成熟产品技术易模仿和抄袭，造成低水平重复
18、，阻碍了对包装机的技术创新和发展。在产品技术方面，国内包装机的主要特点如下：1速度低，品种少国外大多数制袋充填包装机根据包装物料的不同和产量的大小，一般在20-100袋/分之间，大多为单列式包装，封合形式一般是三边封，四边封和背封式。2精度低采用螺杆充填的计量充填系统，当充填量为100g1000g时，国外机器的计量精度一般1%，而国内一般在62%63%之间。3可靠性低国内一些企业为了能在产品初期快速赚钱，低价格倾销，采用无质量保证的电子元件、控件或低级的原材料，再加上无规范的加工和装配工艺，没有针对具体情况进行改造，导致产品不稳定或不适合用户使用要求。4自动化和智能化水平低近年来，我国的包装机
19、械虽采取了一些PLC和具有智能控制功能的仪表，但总体来说，大多数还是低水平的机电控制，还没有带有数据储存、采集、修正功能的机器。1.3 可编控制器的发展1.3.1 可编程控制介绍可编程控制器最初用于逻辑控制，称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogic Controller）简称PLC。随着计算机技术的发展及微处理器的应用，可编程控制器的功能不断扩展和完善，早已远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，具备了模拟量控制、过程控制以及远程通信等强大功能。由于可编程控制器在不断发展，对它下一个确切定义比较困难。目前公认的是1980年美国电气制造商协会NEMA对它下的定义：可编程控制器是一种数字
20、式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算，顺序运算、计数、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。将其正式命名为可编程控制器（Programmable Controller），简称PC。但为了与个人计算机 （PersonalComputer）的专称PC相区别，常常把可编程控制器仍简称为PLC。PLC 是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置。目的是用来取代继电器、执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。 在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是以继电器占主导地位的。这种由
21、继电器构成的控制系统有着明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高，尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，一旦生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件结构，造成了时间和资金的严重浪费。1.3.2 可编程控制器功能1逻辑运算和定时计数功能开关量控制功能PLC设置有与、或、非等逻辑运算指令，能够描述继电器触点的串联、并联、复合串并联等各种连接关系，还为用户提供了若干个定时器和计数器，并设置了定时和计数指令。定时值和计数值可由用户编程时设定，并可在运行中被读出或修改。因此可以取代继电器进行逻辑组合与顺序控制。2数据处理和数字量与模拟量的转换功能模拟量控制功能PLC设置有数据
22、传送、比较、运算、移位、位操作、数制转换等数据处理指令和打印输出指令，并可对存储器间接寻址。PLC可配有模数转换A/D和数模转换D/A模块，能实现对模拟量的测量和控制。3数据发送和接收功能通信功能PLC设置有数据发送和接收指令，可与计算机、其它PLC和外设之间建立链接，具有通信联网功能。4中断处理功能PLC设置有中断指令，通过中断响应，及时得到所输入状态的变化信息，能够进行故障检测和提高运行速度。5监控和自诊断功能PLC设置有报警和运行信息的显示，它在系统发生异常时自动停止运行并发出报警信号，能够保护和恢复现场，还能通过软件进行故障检测和程序校验。6扩展功能PLC 主机上设有输入输出扩展接口，
23、通过专用模块配置可扩大信息处理范围和实现功能扩展。例如，配置扩展I/O模块，可增加输入输出点数，配置智能I/O模块可使PLC增加伺服电机控制、闭环过程控制、温度控制、远程通信等专项特殊功能。1.3.3 可编程控制器特点1可靠性高设备的高可靠性指的是平均无故障工作时间（MTBF）长和故障平均修复时间（MTTR）短。可编程控制器在恶劣工作环境中应用的高可靠性，由以下设计得到保证：硬件接线元件少，且采用精选、冗余、集成化、模块化等措施，使元件寿命长、故障少、故障易于查找；采用多层次的抗干扰措施，如对CPU模块的电磁屏蔽，在电源电路和I/O模块中设置滤波电路和在输入输出电路中采用信号光电耦合，使 PL
24、C 可与强电设备在同一环境下可靠工作；因编程简单、操作方便而使失误减少；设置了掉电保护、监控、报警、故障检测等电路和程序，能够及时发现和排除故障。采取以上措施后，一般可编程控制器的抗干扰能力可达1000V 1s 的窄脉冲的冲击，平均无故障工作时间可高达 510 万小时。可见PLC具有极高的可靠性，这也是PLC得到用户认可的首要因素。2柔性好设备的柔性是指其在使用过程中的适应性和灵活性。可编程控制器的柔性表现为：由于采用程序控制方式，所以在因产品改型而改变工艺流程或更换生产设备时，只需通过程序的编制和更改即可适应生产要求，而不必改变控制装置。这一柔性特点使PLC成为柔性制造系统FMS中必不可少的
25、控制装备。模块式结构具有扩展的灵活性，用户可根据实际控制要求选用和组合模块，方便地进行系统设计、修改和安装。3功能强大可编程控制器不但具有开关量控制、模拟量控制、数据通信、中断控制等完善的功能，还能根据需要实现容量和功能的扩展，形成各种专门的智能控制功能。这是PLC得到各行各业广泛应用的重要原因。4使用方便可编程控制器的使用方便表现在以下两方面：编程方便。PLC提供了多种面向用户的编程语言：梯形图、指令语句表、功能图等，其中梯形图语言的表达方式与继电器控制系统的电气线路图类似，极易被工厂电气技术人员接受和掌握。这样，即使不懂计算机原理和语言的用户，也能使用PLC。操作方便。对PLC的操作是指程
26、序的输入和程序的更改，通常采用手持式编程器和个人计算机进行。编程器直接或由电缆插入 PLC 的相应插座，程序由键盘输入并有液晶显示，可工作在编程、运行和监控的不同状态下，用于现场调试和在线修改是非常方便的。通过PLC厂商提供的编程软件及通信接口，用户还可以使用个人计算机对PLC编程，并对系统进行仿真、测试、监视和控制。5体积小、功耗低集成电路模块使可编程控制器达到小型化或超小型化，使其易于装入机械电子设备内部，这是产品实现机电一体化的关键。1.3.4 可编程逻辑控制器发展史上述的定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，是以微处理器为基础，结合计算机技术、自动控制技术和通信技术
27、，用面向控制过程、面向用户的“自然语言”编程的一种简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。 1第一阶段：初级阶段（1969至70年代中期）主要是逻辑运算、定时和计数功能，没有形成系列。与继电器控制相比，可靠性有一定提高。CPU由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器。2第二阶段：扩展阶段（70年代中期至末期）PLC产品的控制功能得到很大扩展，包括数据的传送、数据的比较和运算、模拟量的运算等功能。增加了数字运算功能，能完成模拟量的控制。开始具备自诊断功能，存储器采用EPROM。3第三阶段：通信阶段（70年代中末期至80年代中期）PLC随着计算机通信的发展，形成了分布式通信网络。P
28、LC就已经从汽车行业迅速扩展到其它行业，作为继电器的替代品进入了食品、饮料、金属加工、制造和造纸等多个行业。4第四阶段：开放阶段（80年代中期至今）通信系统开放，使各制造厂商的产品可以通信，通信协议开始标准化，使用户得益。PLC开始采用标准化软件系统，并完成了编程语言标准化工作。随着PLC技术的推广应用，PLC将向两个方面发展：一方面向着大型化的方向发展，另一方面则向着小型化的方向发展。PLC向大型化方向发展，主要表现在大中型PLC高功能、大容量、智能化、网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合的自动控制。第2章 全自动包装机控制系统总体设计第一章介绍了可编程控制
29、技术的一些概要情况，下面就具体结合包装机控制系统的实际来看一下它的应用。这里需要说明的是，正如前面所提到的那样，可编程控制技术并非单纯是指PLC本身，而是包括其在内的一系列自动化控制产品和技术的应用。在电气控制部分设计时，充分考虑到用户的功能需求和与本系统机械部分的配合需求，在具体实现的过程中，又以系统的可靠性与易用性为准则，尽量把本系统设计成为一个功能齐全、可靠性高且易于使用的包装设备。2.1 本课题研究的主要内容现代社会对物品的包装要求越来越高，为使包装出的物品整齐、美观并且具有良好的包装质量，要求包装机具有精确的动作、定位精度及较高的生产率，因此对包装机的控制要求是越来越高。传统的继电器
30、已经不能满足现代生产的要求了，所以研制高效、经济的新型包装机械是市场的迫切需要。供膜日期打印纵封运动装料横封运动切断袋膜成品图2-1 包装机工作控制包装机工作控制如图2-1所示。全自动小袋包装机是具有日期打印、纵封运动、装料、横封运动、切断袋膜等功能的包装设备。其工作原理是将卷膜按照规定的供膜要求安装好后，卷膜由走袋电动机通过同步带轮带动两组同步带将薄膜带动行进。当薄膜通过打印器时，可自动打印上需要的日期。薄膜经翻领成型器，通过纵封器的纵封将薄膜制成袋筒，袋筒经过横封器进行下横封（此时上、下横封同时进行，袋膜经过刀片从上、下横封中间切断，刀片上的为上袋下横封，刀片下的为下袋上横封）。物料通过漏
31、斗的料位检测，电控系统自动控制上料机得启停使漏斗内的物料保持一定的高度，形成稳定的料压，以保证计量的精度的稳定性。物料充填量杯后，超出杯口的物料由刮板刮平，当物料视比重变化时，可通过旋转计量调整机构手轮改变量杯容积，达到计量精度要求。物料通过下料筒流入袋膜中进行上横封，上、下横封工序完成后，装有物料的袋膜通过自重落入溜板输出机外。自动包装机工艺过程由袋成型、充填、封口，冷却等几部分组成，包装机控制系统输入信号有：膜检测、横封和纵封的最高温和最低温检测、动盘到位检测、色标、料满检测，横封、纵封日期打印情况、过载保护等。输出信号有：走袋电动机、打印电磁阀、刮板电磁阀、切刀电磁阀、动盘电磁阀、供料电
32、动机、冷却电动机、横封加热管、纵封加热管、空气压缩机和声光报警等。2.2 基于PLC的包装机生产工艺概述通过分析控制系统，控制系统分为纵封运动、供料系统、横封运动和封切运动等。纵封运动和横封运动中要牵涉温度的控制。横封结束后要运用切刀的动作将包装好的成品和膜切断。在高速运动中，传统方式中各部分的动作精确度不够，而采用PLC控制的电机完成此项工作是比较容易的。它既灵活方便，又精确可靠。所以我们选择PLC控制的方案是：在控制系统确定后，利用传感器收集的信号通过PLC去控制其他执行机构。根据膜上的色标来确定横封的位置。PLC除完成以上对执行机构的控制外，还要同时检测其他过载信号，同时声光报警，提醒工
33、作人员检修。以此减少控制系统因为故障而产生不必要的浪费。此全自动包装机控制系统中最主要的就是PLC。其次系统中需要采用有膜信号、动盘到位、日期标号等信号，所以要采用光电传感器去检查以上信号。要判别横封和纵封的最低温度和最高温度，所以要采用温度传感器去检测。要检测色标的位置，所以要采用颜色传感器。要使传感器工作，要用一个24V的电源模块给电路中的电磁阀和A/D模块供电。防止电路中各电机等过载，所以要用到热继电器。由于横封和纵封的存在，所以还要有加热管。其他还要电机、交流接触器和电磁阀等。2.3 系统运行方式系统运行方式分为手动和自动。1手动：按下启动按钮，手动开关闭合，程序才能够运行，完成相应的
34、动作。2自动：按下启动按钮，程序完成一个周期的动作后又接着从第一步开始运动，自动循环。在自动方式下，中途若按下复位按钮，则系统要继续运行到第一步开始位置才停止。根据包装机的实际运行情况，本设计采用自动运行和手动运行两种方式，还必须考虑停止运行方式的设计，可编程控制器的停运方式有正常停运，暂时停运和紧急停运三种。根据控制系统要求，又要包装机运行期间采用循环工作方式，只有在工作结束或接收到操作人员的停止运行指令或设备出现故障或异常情况时才停止，因此本系统采用硬件切断电源，使系统立即停车。2.4 系统控制总框图系统硬件配置机构框图如图2-2所示，包括中央处理单元及I/O扩展单元、检测元件（光电开关和
35、接近开关等）、控制元件（交流接触器和电磁阀）以及执行元件（电动机）等几部分。操作人员给出操作指令并指示设备的运行状态，机器启停、功能切换、工况检测、运行状态、故障报警等，检测元件检测料位位置、投料结束信号，以及各部分的动作完成情况；PLC自动循环扫描各个输入输出点的当前状态，并根据梯形图程序所确定的逻辑关系跟新输出点的状态，通过通断交流接触器和电磁阀来控制电动机的启停，从而完成从卷膜输送到物料排出全过程的自动控制。中央处理单元CPU检测元件控制元件执行元件输 入 输 出（I/O）单 元图2-2 系统结构框图第3章 STEP7编程软件3.1 SIMATIC S7-300基本构成西门子PLC采用超
36、大规模集成电路和先进的生产工艺进行生产。其产品与传统的逻辑电路相比具有编程方法简单易学，功能强，性能价格比高，维修工作量小，维修方便，体积小，能耗低。可靠性高，抗干扰能力强，系统的设计安装调试量少等特点，硬件配套齐全，用户使用方便。图3-1 S7-300 系统结构1CPU模块CPU模块主要由微处理器和存储器组成，它的主要任务是不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出，存储器用来储存用户程序和数据。2电源模块电源模块用于将交流220V转变成直流24V。给背板总线提供5V的直流，通过背板提供网线5V直流电。3数字量和模拟量输入输出模块输入模块用来采集输入信号。分为数字量和模拟量输入，分别采集
37、开关、按钮、压力继电器、电位器、测速发电机、各种变送器等的输入。数字量输出模块用来控制接触器、阀体、报警装置等，而模拟量输出模块用来控制变频器、电动调节阀等。4接口模块接口模块主要用来扩大PLC的容量，也给扩展模块提供电源。5通信模块通信模块用于PLC之间，PLC与远程I0之间，PLC与计算机和智能设备之间的通信，可以将PLC接人MPI，PROFIBUS。ASI和工业以太网。6编程设备西门子PLC采用安装了编程软件STEP7的计算机作为编程设备，在显示器屏幕上编辑文本程序和图形程序，也可从CPU将程序上载到编程设备或下载程序到CPU，通过网络可对PLC实现远距离编程。3.2 SIMATIC S
38、7-300基本功能1开关量逻辑控制。开关量逻辑控制可取代传统的继电器逻辑控制电路，实现数字量控制、顺序控制；既可用于单台设备的控制，也可用于多机的自动控制，其应用领域已遍布各行各业。2闭环过程控制。闭环过程控制是指对存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量(即模拟量)。PLC采用模拟置I，O模块，实现MD和DA转换(A：模拟量，D：数字量)，CPU通过各种各样的控制算法程序来处理模拟量，对模拟量完成闭环PID(比例、积分、微分)控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。3运动控制。PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机
39、或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4数据处理。PLC具有矩阵运算、函数运算、逻辑运算、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能。可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。5通信联网。西门子PLC通信包含PLC间的通信，PLC与其他智能设备(变频器、计算机、数控装置)间的通信。随着工厂自动化网络的发展。现代PLC也可以通过Intemet实现远程通信，实现远程监控和维修，也可实现远程的数据传输。3.3 STEP7软件概述STEP7是目前世界上使用最为广泛的自动化软件之一，STEP7编程软件用于SIM
40、ATIC S7、M7、C7和基于PC的WinCC，是用于编程、监控和参数设置的标准工具。STEP7具有以下功能：硬件配置和参数设置、通信组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和故障诊断功能等。STEP7用SIMATIC管理器对项目进行集中管理，它可以方便地浏览SIMATIC S7、M7、C7和WinCC的数据，实现STEP7各种功能所需的SIMATIC软件工具都集成在STEP7中。秉承为中国企业降低工程成本、助力技术创新的宗旨，西门子研发技术团队将SIMATIC技术与中国用户使用习惯完美融合，历经两年多不懈完善，精心打造全新工程利器。3.3.1 STEP7的硬件接口PC/MPI适配器用于
41、连接安装了STEP7的计算机RS-232C接口和PLC的MPI接口。计算机一侧的通信速率为19.2kb/s或38.4kb/s，PLC一侧的通信速率为192.kb/s1.5Mb/s。除了PC适配器，还需要一根标准的RS-232C通信电缆。计算机的通信卡CP5611（PCI卡）、CP5511或CP5512（PCMCIA卡），可以将计算机连接到MPI或PROFIBUS网络，通过网络实现计算机与PLC的通信。计算机的工业以太网通信卡CP1512（PCMCIA卡）或CP1612（PCI卡），通过工业以太网实现计算机与PLC的通信。配置计算机硬件接口步骤如下：1在计算机上安装好STEP7后，在管理器中执行
42、菜单命令“Option” “Setting the PG/PC Interface”，打开“Setting PG/PC Interface ”对话框。2在中间的选择框中，选择实际使用的硬件接口。点击【Select】按钮，打开“Install/Remove Interfaces”对话框，可以安装选择框中没有列出的硬件接口的驱动程序。3点击【Properties】按钮，可以设置计算机与PLC通信的参数。3.3.2 STEP7的授权使用STEP7编程软件时需要产品的特别授权，STEP7与可选的软件包需要不同的授权。STEP7的授权存放在一张只读的授权软盘中。STEP7的光盘上的程序AuthorsW用
43、于显示、安装和取出授权。每安装一个授权，授权磁盘上的授权计数器减1，当计数值为0时，不能用这张磁盘再安装授权。使用AuthorsW程序可以把授权传回授权磁盘，以后可以用这张磁盘再次安装授权，也可以在硬盘的不同分区之间移动授权。没有授权也可以使用STEP7，以便熟悉用户接口和功能，但是在使用时每隔一段时间将会搜索授权，提醒使用者安装授权，只有安装了授权才能有效地使STEP7工作。如果因为硬盘出现故障而丢失授权，可以使用授权盘上的紧急授权，它允许STEP7继续运行一段有限的时间。在此期间应与当地西门子代表处联系，以获得丢失授权的替换授权。3.3.3 STEP7的硬件组态在PLC控制系统设计的初期，
44、首先应根据系统的输入、输出信号的性质和点数，以及对控制系统的功能要求，确定系统的硬件配置。例如CPU模块与电源模块的型号，输入/输出模块（即信号模块SM）、功能模块（FM）和通信处理模块（CP），各种模块的型号和每种型号的数量等。S7-300的SM、FM和CP的数量总和超过8块时，除了中央机架外还需要配置扩展机架和接口模块（IM）。确定了系统的硬件组成后，需要在STEP7中完成硬件配置工作。硬件组态的任务就是在STEP7中生成一个与实际的硬件系统完全相同的系统，例如要生成网络、网络中各个站的机架和模块，以及设置各硬件组成部分的参数，即给参数赋值。硬件组态确定了PLC输入/输出变量的地址，为设计
45、用户程序打下了基础。组态时设置的CPU参数保存在系统数据块SDB中，其他模块的参数保存在CPU中。在PLC启动时CPU自动地向其他模块传送设置的参数，因此在更换CPU之外的模块后不需要重新对它赋值。PLC在启动时，将STEP7中生成的硬件组态与实际的硬件配置进行比较，如果二者不符，将立即产生错误报告。模块在出厂时带有预置的参数，或称为默认的参数，一般可以采用这些预置的参数。对于网络系统，需要对以太网、PROFIBUS-DP和MPI等网络的结构和通信参数进行组态，将分布式I/O连接到主站。3.3.4 STEP7中的块在S7用户程序内可使用多种类型的块如表3-1所示。表3-1 STEP7中块的类型
46、块功能简介参见组织块(OB)OB确定用户程序的结构。组织块和程序结构系统功能块(SFB)和系统功能(SFC)SFB和SFC集成在S7 CPU中，可以用来访问一些重要的系统功能。系统功能块 (SFB) 和系统功能(SFC)功能块(FB)FB是带有用户可自行编程的“存储器”的块。功能块 (FB)功能(FC)FC包含频繁使用功能的例行程序。功能(FC)实例数据块(实例DB)调用FB/SFB时，实例DB与块关联。它们在编译期间自动创建。实例数据块数据块 (DB)DB是用于存储用户数据的数据区。除分配给功能块的数据外，共享数据块也可由任何一个块来定义和使用。共享数据块 (DB)OB、FB、SFB、FC和
47、SFC包含程序段，因此也称为逻辑块。每种块类型许可的块数目和块长度由CPU决定。STEP7中常用BLOCK主要有几种：OB组织块、FC功能块、FB功能块、DB数据块。OB：功能块，相当于主程序，常用的有OB1和OB100；FC、FB：功能块，相当于子程序；在编完子程序后，必须在主程序中调用子程序。OB100是PLC上电后先执行，只执行一次；OB 1是PLC CPU循环执行的程序。上电后首先执行OB100，再执行OBl。 FB1是系统里用OPI总线连接PCU和MCP，对控制面板进行定义：控制面板的输入地址的起始地址；控制面板的数量；控制面板的输出地址的起始地址；控制面板的MPI地址：MCPIBUSADR=6。组织块(OB)在CPU中，用户程序由启动程序、主程序和各种中断响应程序等不同的程序模块构成。这些模块在STEP中的实现形式就是OB。OB是直接被操作系统调用的用户程序块，OB与不同的CPU类型是相关的，某一型号的CPU支持哪些OB是确定的。OB1是对应于循环执行的主程序的程序块，它是STEP程序的主干，其他大多数OB