自動配料生產(chǎn)線,自動,配料,生產(chǎn)線 江蘇城市職業(yè)學(xué)院 畢 業(yè) 論 文 課題名稱自動配料生產(chǎn)線的設(shè)計 姓 名 左同波 學(xué) 號 110503350606 專 業(yè) 機電一體化 班 級 11機電 指導(dǎo)老師 何振俊 目 錄 摘要------------------------------------------------------------3 第一章 緒論---------------------------------------------------4 1.1課題的來源及現(xiàn)實意義-------------------------------------4 1.2 設(shè)計任務(wù)與總體方案的確定---------------------------------4 第二章 PLC與自動化軟件----------------------------------------5 2.1 PLC的發(fā)展歷史-------------------------------------------5 2.2 PLC的硬件和軟件-----------------------------------------5 2.2.1 PLC的硬件構(gòu)成----------------------------------------5 2.2.2 PLC的軟件構(gòu)成----------------------------------------6 2.3 PLC系統(tǒng)的輔助設(shè)備----------------------------------------7 2.4 PLC的通信聯(lián)網(wǎng)--------------------------------------------7 2.5 PLC的注意事由--------------------------------------------7 2.6自動化軟件發(fā)展歷史及定義----------------------------------8 2.7發(fā)展趨勢--------------------------------------------------9 2.8 STEP7 Micro/WIN32編程軟件簡介---------------------------10 第三章 自動配料系統(tǒng)簡介---------------------------------------13 3.1自動配料系統(tǒng)的特點---------------------------------------13 3.2自動配料系統(tǒng)組成-----------------------------------------13 第四章 控制系統(tǒng)設(shè)計-------------------------------------------14 4.1控制系統(tǒng)硬件設(shè)計-----------------------------------------14 4.1.1 PLC的選配-------------------------------------------14 4.2配料生產(chǎn)線的電氣控制要求---------------------------------14 4.2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計-----------------------------------------15 4.2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計-----------------------------------------16 第五章 程序以及工作過程簡介-----------------------------------19 全文總結(jié)-------------------------------------------------------24 參考文獻-------------------------------------------------------25 致謝-----------------------------------------------------------26 摘 要 隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機控制已經(jīng)擴展到了幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。例如可編程序控制器、基于PC 總線的工業(yè)控制計算機、集散控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）等?，F(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求作出迅速反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種，多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性，可編程序控制器（ProgrammableLogic Controller,PLC）正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置，以計算機技術(shù)為核心的通用工業(yè)自動化裝置。將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計算機技術(shù)結(jié)合在一起，具有高可靠性、靈活通用、易于編程和使用方便等特點．近年來在工業(yè)自動控制、機電一體化以及改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到了廣泛的應(yīng)用，被譽為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大支柱之首。國際電工委員會（IEC）對PLC 作了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械和生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計?！睆倪@一定義可以看出，PLC 是一種用程序來改變控制功能的工業(yè)控制計算機，由于它具有功能強，可靠性高，環(huán)境適應(yīng)能力和抗干擾能力強，以及接線簡單，編程靈活、方便等特點而得到了廣泛應(yīng)用。 自動配料控制是一個多輸入、多輸出系統(tǒng)，各條配料輸送生產(chǎn)線嚴格地協(xié)調(diào)控制，對料位、流量及時準確地進行監(jiān)測和調(diào)節(jié)的過程。系統(tǒng)由可編程控制器與電子皮帶秤組成一個兩級計算機控制網(wǎng)絡(luò),通過現(xiàn)場總線連接現(xiàn)場儀器儀表、控制計算機、PLC、變頻器等智能程度較高、處理速度快的設(shè)備。在自動配料生產(chǎn)工藝過程中，將主料與輔料按一定比例配合，由電子皮帶秤完成對皮帶輸送機輸送的物料進行計量。PLC主要承擔(dān)對輸送設(shè)備、秤量過程進行實時控制，并完成對系統(tǒng)故障檢測、顯示及報警，同時向變頻器輸出信號調(diào)節(jié)皮帶機轉(zhuǎn)速的作用。 關(guān)鍵詞：可編程序控制器（PLC） 配料生產(chǎn)線 自動配料控制 第一章 緒 論 1.1 課題的來源及現(xiàn)實意義 自動配料是一個針對各種不同類型的物料（固體或液體）進行輸送、配比、加熱、混合以及成品包裝等全生產(chǎn)過程的自動化生產(chǎn)線。廣泛應(yīng)用于化工、冶金、建材、食品、飼料加工等行業(yè)。 在氧化鋁生產(chǎn)及其它工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常會遇到多種物料配比控制的情況。在手動控制狀態(tài)下，需要根據(jù)生產(chǎn)情況，計算出各物料的配比，再根據(jù)配比，分別計算出各物料的理想下料量，對各臺設(shè)備分別設(shè)定，來滿足配比的要求。當(dāng)生產(chǎn)情況發(fā)生變化，需要改變下料量時，則需要再次分別計算各物料的設(shè)定值，再次分別設(shè)定。這種人工操作方式計算,操作時間長，且容易出錯，給生產(chǎn)帶來不良因素。 而采用PLC控制方式以及新穎的變頻調(diào)速喂料機構(gòu)，配合配料控制軟件包，實現(xiàn)物料傳送、配料控制、配方設(shè)計、生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理等功能。并可以通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)多個配料系統(tǒng)的集合控制。 1.2 設(shè)計任務(wù)與總體方案的確定 使用siemens公司的可編程序控制器 。設(shè)計滿足控制要求的自動配料控制系統(tǒng)。并完成： 1．分配I/O地址，列出分配表。 2. 設(shè)計系統(tǒng)控制的程序框圖。 3. 根據(jù)程序框圖設(shè)計該系統(tǒng)的控制梯形圖。 第二章 PLC與自動化軟件 2.1 PLC的發(fā)展歷史 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。 PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。 上世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。 　PLC具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。 2.2 PLC的硬件和軟件 2.2.1 PLC的硬件構(gòu)成 從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 CPU的構(gòu)成：CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。 CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。 在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 I/O模塊：PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。 開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。 電源模塊：PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。 2.2.2 PLC的軟件構(gòu)成 一、系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件包含三個部分： 1.系統(tǒng)管理程序。其作用一是運行時間管理，控制可編程控制器何時輸入，何時輸出，何時計算，何時自檢，何時通信。二是存儲空間管理，規(guī)定個中參數(shù)，程序的存放位置，以生成用戶環(huán)境。三是系統(tǒng)自檢程序，包括各種系統(tǒng)出錯檢驗，用戶程序語法檢驗，句法檢驗，警戒時鐘運行。 2.用戶指令解釋程序。用戶指令解釋程序是聯(lián)系高級語言程序和機器碼的橋梁。 3.標(biāo)準程序模塊及其調(diào)用程序。這是許多獨立的程序塊，各程序塊具有不同的功能。 二、用戶程序 用戶程序即是應(yīng)用程序，使PLC的使用者針對具體控制要求編制的程序。根據(jù)不同的控制要求編制不同的程序，這相當(dāng)于改變PLC的用途，相當(dāng)于繼電器控制設(shè)備的硬接線線路，也正是所謂“可編程”一詞的基本含義。 2.3 PLC系統(tǒng)的輔助設(shè)備 1.編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當(dāng)編程器。 2.機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機界面非常普及。 3.輸入輸出設(shè)備：用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。 2.4 PLC的通信聯(lián)網(wǎng) 依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò)就是控制器"的觀點說法。 PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。 2.5 PLC的注意事由 保證PLC的正常運行，因此在使用中應(yīng)注意以下問題。 1. 工作環(huán)境 ①溫度 PLC要求環(huán)境溫度在0~55℃，安裝時不能放在發(fā)熱量大的元件下面，四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足夠大，基本單元和擴展單元之間要有30mm以上間隔；開關(guān)柜上、下部應(yīng)有通風(fēng)的百葉窗，防止太陽光直接照射；如果周圍環(huán)境超過55℃，要安裝電風(fēng)扇強迫通風(fēng)。 ② 濕度 為了保證PLC的絕緣性能，空氣的相對濕度應(yīng)小于85%（無凝露）。 ③ 震動 應(yīng)使PLC遠離強烈的震動源，防止振動頻率為10~55Hz的頻繁或連續(xù)振動。當(dāng)使用環(huán)境不可避免震動時，必須采取減震措施。 ③ 空氣 避免有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。對于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境，可將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中，并安裝空氣凈化裝置。 ④ 電源 ?PLC供電電源為50Hz、220（110%）V的交流電，對于電源線來的干擾，PLC本身具有足夠的抵制能力。對于可靠性要求很高的場合或電源干擾特別嚴重的環(huán)境，可以安裝一臺帶屏蔽層的變比為1：1的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾。還可以在電源輸入端串接LC濾波電路。 2.6 自動化軟件發(fā)展歷史及定義 自20世紀80年代初期誕生至今，自動化軟件（組態(tài)軟件）已有20年的發(fā)展歷史。應(yīng)該說組態(tài)軟件作為一種應(yīng)用軟件，是隨著PC機的興起而不斷發(fā)展的。80年代的組態(tài)軟件，像Onspec、Paragon?500、早期的FIX等都運行在DOS環(huán)境下，圖形界面的功能不是很強，軟件中包含著大量的控制算法，這是因為DOS具有很好的實時性。90年代，隨著微軟的Windows?3.0風(fēng)靡全球，以Wonderware公司的Intouch為代表的人機界面軟件開創(chuàng)了Windows下運行工控軟件的先河，由于Windows?3.0不具備實時性，所以當(dāng)時，80年代已成名的自動化軟件公司在對于操作系統(tǒng)的支持上，或按兵不動，或?qū)⒔M態(tài)軟件從DOS向OS/2移植，人們這樣做的原因，是大家都認為工控軟件必須具有很強的實時性和控制能力，必須運行在一個具備實時性的操作系統(tǒng)下，像DOS、OS/2、Win?NT（1993年才推出）等。歷史證明，在當(dāng)時的硬件條件下，上位機做人機界面切中了用戶的需求，Wonderware因而在不長的時間內(nèi)成為全球最大的獨立自動化軟件廠商，而在80年代靠DOS版組態(tài)軟件起家，后來向OS/2移植的公司后來基本上都沒落了。那么，本文中提到的自動化軟件指什么？到底什么是自動化軟件？它應(yīng)該具備哪些功能和特征呢？首先，自動化軟件主要包括人機界面軟件（HMI），像Intouch、iFix、組態(tài)王等；基于PC的控制軟件，統(tǒng)稱軟PLC或軟邏輯，像亞控的KingAct以及即將推出的組態(tài)王嵌入版、西門子的WinAC等；還包括生產(chǎn)執(zhí)行管理軟件，許多專家也將這一類軟件歸為MES（Manufacturing?Execution?System），像Intellution公司的iBatch、Wonderware公司的InTrack等，另外，與通用辦公自動化軟件相比，自動化軟件還應(yīng)包括相應(yīng)的服務(wù)。其次，自動化軟件主要具備如下功能及特征：工業(yè)過程動態(tài)可視化；數(shù)據(jù)采集和管理；過程監(jiān)控報警；報表功能；為其他企業(yè)級程序提供數(shù)據(jù)；簡單的回路調(diào)節(jié)；批次處理；SPC過程質(zhì)量控制；符合IEC1131-3標(biāo)準。 2.7 發(fā)展趨勢 在自動化軟件賴以普及發(fā)展的諸多因素中，有技術(shù)層面的，也有商業(yè)層面的，但制造業(yè)的需求是決定性的。制造業(yè)的發(fā)展，帶來了對自動化軟件需求的提升；也決定了自動化軟件將由過去單純的組態(tài)監(jiān)控功能，向著更高和更廣的層面發(fā)展。 ?（1）開放性技術(shù) ?? 自動化軟件正逐漸成為協(xié)作生產(chǎn)制造過程中不同階段的核心系統(tǒng)，無論是用戶還是硬件供應(yīng)商都將自動化軟件作為全廠范圍內(nèi)信息收集和集成的工具，這就要求自動化軟件大量采用“標(biāo)準化技術(shù)”，如OPC、DDE、ActiveX控件、COM/DCOM等，這樣使得自動化軟件演變成軟件平臺，在軟件功能不能滿足用戶特殊需要時，用戶可以根據(jù)自己的需要進行二次開發(fā)。比如組態(tài)王6.0中提供了4個開發(fā)工具包，就是使用戶可以進行二次開發(fā)。自動化軟件采用標(biāo)準化技術(shù)還便于將局部的功能進行互連。???? （2）構(gòu)造全廠信息平臺 ? ?ERP是國內(nèi)炙手可熱的話題，但目前的ERP主要應(yīng)用在商業(yè)企業(yè)的財務(wù)、銷售、物流等方面。在國內(nèi)外的企業(yè)生產(chǎn)中，還沒有多少企業(yè)能夠?qū)⑸a(chǎn)信息和ERP系統(tǒng)整合到一起，使生產(chǎn)效率和市場效益最大化，也就是說在工業(yè)現(xiàn)場和ERP之間存在著鴻溝，如何使實時歷史數(shù)據(jù)能夠進入企業(yè)信息管理系統(tǒng)，是現(xiàn)代信息工廠迫在眉睫的需求。隨著大型數(shù)據(jù)庫技術(shù)的日益成熟，全球主要的自動化廠商已發(fā)展了相關(guān)平臺，使自動化軟件向著生產(chǎn)制造和管理的信息系統(tǒng)的方向發(fā)展。自動化軟件已經(jīng)成為構(gòu)造全廠信息平臺的承上啟下的重要組成部分。在未來企業(yè)的信息化進程中，自動化軟件將成為中間件，因為自動化軟件廠商在既了解企業(yè)工藝、控制、生產(chǎn)制造需求，又能完成現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)的記錄、存儲及為ERP提供生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)方面有著得天獨厚的優(yōu)勢。 （3）無線的人機界面解決方案 數(shù)字終端已具備越來越強的功能和智能化，像現(xiàn)在可以看到的預(yù)裝了Win?CE的PDA，具備非常好的圖形能力。藍牙技術(shù)發(fā)展迅速，據(jù)專家預(yù)測，其未來的傳輸距離可達100m，另外，以XML為基礎(chǔ)的WML語言標(biāo)準已經(jīng)建立。這些技術(shù)的發(fā)展為無線的人機界面解決方案提供了先決條件。和其他技術(shù)相比，無線的人機界面能夠以更低的費用，更快的連接、更容易地獲取重要的生產(chǎn)信息，像緊急報警、重要事件、生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)等等。 ?（4）以客戶為導(dǎo)向的軟件設(shè)計 ?? 如何站在客戶的角度來設(shè)計軟件是所有自動化軟件廠商都應(yīng)面對的挑戰(zhàn)，自動化軟件涉及從控制、人機界面到生產(chǎn)管理的多個層次，相應(yīng)存在著多個模塊，比如亞控目前有組態(tài)王和軟邏輯兩大產(chǎn)品模塊，保持不同模塊的一致性，能有效地減少用戶學(xué)習(xí)的時間。相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也便于產(chǎn)品在企業(yè)內(nèi)集成。這種一致性不僅表現(xiàn)在外觀和感受上，還表現(xiàn)在兼容性、平臺、編程工具、數(shù)據(jù)訪問、控制引擎、E-Business等諸多方面。例如西門子的WinCC和編程軟件STEP7使用了相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這使得用戶只需將系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)點定義一次。 2.8 STEP7 Micro/WIN32編程軟件簡介 （1）S7-200系列PLC的編程系統(tǒng)簡介 S7-200系列的PLC利用編程軟件STEP7 Micro/WIN32所提供的梯形圖語言（LAD）、語句表語言（STL）及功能塊圖（FBD）共三種編程語言對實際系統(tǒng)完成軟件編程、運行及監(jiān)控。 ①梯形圖（LAD）。梯形圖是在接觸器繼電器控制系統(tǒng)中的控制電路圖的基礎(chǔ)上演變而來的，是應(yīng)用最多的一種編程語言，梯形圖與繼電器控制電路圖的基本思想是一致的，只是在使用符號和表達方式上有一定的區(qū)別。只要有繼電器控制電路的基礎(chǔ)就能在很短的時間內(nèi)掌握梯形圖的使用和編程方法。 有的PLC的梯形圖有兩根母線，但大部分PLC現(xiàn)在只保留左母線了。在梯形圖中，觸電代表邏輯“輸入”條件，如開關(guān)、按鈕、內(nèi)部條件等；線圈通常代表邏輯“輸出”結(jié)果，如燈、電動機接觸器、中間繼電器等。對于S7-200系列的PLC來說，還有一種輸出——“方塊圖”，它代表附加的指令，如定時器、計數(shù)器和功能指令等。 梯形圖語言簡單明了，易于理解，是所有編程語言的首選之一。 ②語句表（STL）。語句表（STL）類似于計算機的匯編語言，是PLC的最基礎(chǔ)的編程語言。其特點如下： ?特別適合熟悉計算機原理，熟悉PLC的結(jié)構(gòu)原理和工作過程的程序員。 ?可以編寫出用梯形圖或功能塊圖無法實現(xiàn)的程序。 ?是PLC的各種語言中，輸入程序及執(zhí)行程序速度最快的編程語言。 ③功能塊圖（FBD）。功能塊圖（FBD）類似于數(shù)字電子電路，它是將具有各種與、或、非、異或等邏輯關(guān)系的功能塊按一定的控制邏輯組合起來。這種編程語言適合那些熟悉數(shù)字電路的人員。 （2）STEP7 Micro/WIN32編程的基本概念及使用規(guī)則 ①STEP7 Micro/WIN32編程的基本概念。 STEP7 Micro/WIN32是基于Windows平臺的應(yīng)用軟件，是西門子公司專為SIMATIC系列S7-200研制開發(fā)的編程軟件，他可以使用通用的個人計算機作為圖形編輯器，用于在線（聯(lián)機）或者離線（脫機）開發(fā)用戶程序，并可以在線實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。 ②STEP7 Micro/WIN32編程使用規(guī)則。 ?安裝編程軟件。編程軟件存儲在一張光盤上，可將其安裝在通用的個人計算機上。 操作系統(tǒng)要求：Windows95/98/Me/2000/XP。 硬件設(shè)置要求：IBM486以上兼容機，內(nèi)存8MB以上，VGA顯示器，至少50MB以上硬盤空間，光驅(qū)，鼠標(biāo)。 通信電纜：PC/PPI電纜（或使用一個通信處理器卡），用于PLC和編程器（個人計算機）的連接。 ?硬件連接。單臺PLC與個人計算機的連接或通信，只需要一根PC/PPI電纜，如圖2-1所示 圖2-1為PLC與計算機連接示意圖 ?軟件功能：STEP7 Micro/WIN32編程軟件的基本功能是在Windows平臺編輯用戶應(yīng)用程序，它主要完成下列任務(wù)： ①離線（脫機）方式下創(chuàng)建、編輯和修改用戶程序。 ②在線（聯(lián)機）方式下通過；聯(lián)機通信的方式上傳和下載用戶程序及系統(tǒng)組態(tài)數(shù)據(jù)，編輯和修改用戶程序。可以直接對PLC做各種操作。 ③在編輯程序過程中進行語法檢查。使用梯形圖編輯時，在出現(xiàn)錯誤的地方自動加紅色波浪線;使用語句表編輯時，在出現(xiàn)錯誤的語句行前自動畫上紅色叉，且在錯誤處加上紅色波浪線。 ④提供對用戶程序進行文檔管理、加密處理等工具功能。 ⑤設(shè)置PLC的工作方式和運行參數(shù)，進行運行監(jiān)控和強制操作等。 第三章 自動配料系統(tǒng)簡介 全自動配料控制系統(tǒng)在各行業(yè)的應(yīng)用已屢見不鮮，如：冶金，有色金屬，化工，建材，食品等行業(yè)。它是成品生產(chǎn)的首要環(huán)節(jié)，特別是有連續(xù)供料要求的行業(yè)，其配比的過程控制直接影響了成品的質(zhì)量，它是企業(yè)取得最佳經(jīng)濟效益的先決條件。雖然行業(yè)各自不同的工藝特點對配料控制要求也不同，但其高可靠性，先進性，開方性，免維護性，可擴展性是工廠自動化FA所追求的一致目標(biāo)。 3.1 自動配料系統(tǒng)的特點 (1) 配料現(xiàn)場粉塵大, 環(huán)境惡劣; (2) 各組份在配方中所占比例不同, 有時甚至差異懸殊; (3) 配料速度和精度要求高; (4) 配方可能經(jīng)常變換、調(diào)整; (5) 物料可能受環(huán)境溫度、濕度影響。 3.2 自動配料系統(tǒng)組成 自動配料系統(tǒng)是對粉粒或液體物料進行單秤稱重并按所選配方混合這一工業(yè)過程進行實時監(jiān)控管理的自動化系統(tǒng),已廣泛應(yīng)用于冶金、建材、化工、醫(yī)藥、糧食及飼料等行業(yè)。一般的工業(yè)自動配料系統(tǒng)由以下幾部分組成。 (1) 給料部分:給料部分是從料倉(或儲罐)向稱重設(shè)備中加料的執(zhí)行機構(gòu)。根據(jù)物料的不同特性,可以選用不同的給料設(shè)備,如電磁振動給料機、螺旋給料機、單(雙) 速電磁閥等。 (2) 稱量部分:稱量部分由傳感器、標(biāo)準連接件、接線盒和稱量斗組成,與稱量儀表一起進行物料的稱量以及誤差的檢測。 (3) 排料設(shè)備:排料可以是稱重設(shè)備(減量法) 或排放設(shè)備(增量法、零位法) 。通常由排空閥門、電磁振動給料機、螺旋給料機、電(氣) 動閥門等組成。所有設(shè)備均應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的工藝條件和物料的性質(zhì)等進行設(shè)計和選擇。 (4) 配料控制系統(tǒng):配料控制系統(tǒng)由稱量儀表、可編程控制器、上位工控機及其它控制器件等組成。 (5) 校秤系統(tǒng):配料系統(tǒng)傳感器應(yīng)進行定期調(diào)校,以保證系統(tǒng)配料精度。 第四章 控制系統(tǒng)設(shè)計 4.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 4.1.1 PLC的選配 采用西門子公司的S7-200型PLC,其優(yōu)越的性能表現(xiàn)為極高的可靠性極豐富的指令集，易于掌握，便捷的操作，豐富的內(nèi)置集成功能，實時特性，強勁的通訊能力，豐富的擴展模塊。 1.S7-200的特征 (1).體積小, 尺寸: 160×80×62mm由于其緊湊的設(shè)計,S7- 200可以適合于任何機器控制環(huán)境。 (2).易于使用: 通過STEP7- Micro/Dos軟件可以非常方便地為S7- 200編程,而且該軟件能夠在任何一臺IBM兼容個人計算機上使用,哪怕是一臺286 的微機,要求MS-DOS5.0以上。 (3).靈活多用: S7- 200的輸入/輸出點可以支持各個領(lǐng)域的設(shè)備,如: 光電傳感器,驅(qū)動馬達按鈕開關(guān),燈,泵,攪拌器等。 2.S7- 200的主要組成部件 (1).中央處理器(CPU):是控制系統(tǒng)的大腦,它根據(jù)用戶程序進行控制。 (2).輸入和輸出(I/O):是系統(tǒng)的控制點,輸入用于監(jiān)視現(xiàn)場裝置，輸出用于控制執(zhí)行機構(gòu)。 (3).編程口:用于連接編程設(shè)備,例如,一臺計算機或一個手持編程器。圖4-1為示意圖 圖4 S7-200簡易組成連接圖 44 圖4-1 一臺計算機或一個手持編程器示意圖 4.2配料生產(chǎn)線的電氣控制要求 配料生產(chǎn)線廣泛應(yīng)用于建筑、化工等生產(chǎn)領(lǐng)域，主要由料倉、倉壁振動器、喂料振動器、稱料倉、排料振動器、傳送帶、中間倉、混合倉、攪拌機組成;各振動器、傳送帶、攪拌機均由電機拖動;中間倉門和混合倉卸料門則由電磁閥控制;當(dāng)某臺電機過載時電鈴報警并禁止所有輸出，故障排除后才能繼續(xù)工作。其工作過程如下： 1 下啟動按鈕后兩個倉壁振動器和兩個喂料振動器同時啟動，料倉一和料倉二同時開始下料，將配料喂入稱料倉。 2 當(dāng)稱料傳感器SQ1和SQ2接通時，對應(yīng)的倉壁振動器和喂料振動器停止工作，停止喂料。 3 啟動1號送料傳送帶。 4 延時10秒后啟動兩個排料振動器進行排料，將稱料倉中的配料通過1號傳送帶送入中間倉。 5 延時300秒后啟動攪拌機，1號送料傳送帶停止工作。 6 延時3秒后，打開中間倉門，將中間倉中的配料放入混合倉通過攪拌機混合均勻。 7 延時300秒后，開啟混合倉卸料門，啟動2號傳送帶將混合均勻的配料送走。 8 延時300秒后全部停止工作，一個周期結(jié)束后回到初始狀態(tài)或繼續(xù)下一個周期。該配料生產(chǎn)線要求有自動、單周期和手動三種工作方式;在自動工作方式下，按下啟動按鈕后能連續(xù)不斷地循環(huán)工作，直到按下停止按鈕，當(dāng)前工作周期結(jié)束后才停止工作;在單周期工作方式下，按下啟動按鈕后工作一個周期自動停止工作;在手動工作方式下，可手動調(diào)整1號傳送帶、2號傳送帶和攪拌機。 4.2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計 根據(jù)該配料生產(chǎn)線的電氣控制要求，該系統(tǒng)有9臺電機、2個電磁閥和1個過載報警電鈴需要控制;在手動工作方式下，手動調(diào)整1號傳送帶、2號傳送帶和攪拌機，需要3個點動按鈕;在自動工作方式下的啟動和停止按鈕;稱料傳感器SQ1和SQ2有兩對4個輸入點，工作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)有3個輸入點，9臺電機的熱繼電器串聯(lián)共用一個輸入點，因此該配料生產(chǎn)線的電氣控制系統(tǒng)采用PLC控制需要有13個輸入點，12個輸出點，在設(shè)計過程中我們選用西門子S7-200系列PLC，基本單元選用CPU224模塊DC14輸入/繼電器10輸出，擴展單元選用EM223DC8輸入/繼電器8輸出能滿足控制要求。具體的I/O地址分配見表如圖4-2 圖4-2為具體的I/O地址分配表 4.2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計 　　在系統(tǒng)軟件設(shè)計過程中，首先根據(jù)系統(tǒng)控制要求和工藝流程設(shè)計出系統(tǒng)順序功能圖，然后根據(jù)順序功能圖設(shè)計出梯形圖。 　　?順序功能圖的設(shè)計 　　順序功能圖設(shè)計最基本的思想就是將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的步（Step）,并用編程元件來代表各步;步是根據(jù)輸出量的狀態(tài)變化來劃分的,在任何一步之內(nèi),各輸出量的ON/OFF狀態(tài)不變,但相鄰兩步輸出量總 的狀態(tài)是不同的,這樣使得代表各步的編程元件的狀態(tài)與各輸出量的狀態(tài)之間有著直接的邏輯關(guān)系。在順序功能圖的各步之間只有一步是活動步，步與步之間的轉(zhuǎn)換是通過轉(zhuǎn)換條件來實現(xiàn)的，只有在前級步為活動步，并且滿足轉(zhuǎn)換條件的情況下才能由前級步轉(zhuǎn)到后續(xù)步，前級步變?yōu)椴换顒硬蕉罄m(xù)步變?yōu)榛顒硬?。在配料生產(chǎn)線順序功能圖的設(shè)計中，我們根據(jù)控制要求將一個工作周期劃分為10個步，并用位存貯存器M來代表各步，其中M0.0為初始步,M0.1～M1.1代表各工作步,完整的順序功能圖如圖4-3所示。 圖4-3 順序功能圖 　　?梯形圖的設(shè)計 　　在根據(jù)順序功能圖設(shè)計梯形圖時可以有多種設(shè)計方法，即使用起保停電路的設(shè)計方法，以轉(zhuǎn)換為中心的設(shè)計方法，使用順序控制繼電器的設(shè)計方法和使用移位寄存器指令的設(shè)計方法。我們在程序設(shè)計過程中采用了起保停電路的設(shè)計方法。 起保停電路僅使用與觸點和線圈有關(guān)的基本指令，可以用于任意型號的PLC，這是一種通用的編程方法;在程序中用初始化脈沖SM0.1將初始步對應(yīng)的編程元件M0.0置位，為轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)作好準備，按下啟動按鈕后，按順序功能圖設(shè)計的順序?qū)崿F(xiàn)自動轉(zhuǎn)換，前級步編程元件的常開觸點作為由前級步轉(zhuǎn)到后續(xù)步的先決條件與轉(zhuǎn)換條件串聯(lián)，只有當(dāng)前級步為活動步且轉(zhuǎn)換條件滿足時，才能由前級步轉(zhuǎn)到后續(xù)步;而后續(xù)步編程元件的常閉觸點則串聯(lián)在前級步編程元件的線圈回路中，當(dāng)前級步轉(zhuǎn)到后續(xù)步后，后續(xù)步變?yōu)榛顒硬蕉凹壊絼t變?yōu)椴换顒硬?，利用后續(xù)步編程元件的常開觸點實現(xiàn)自保功能，這樣一步一步轉(zhuǎn)換實現(xiàn)控制要求。 為了實現(xiàn)各工作方式的轉(zhuǎn)換，在自動工作方式下能連續(xù)不斷的循環(huán)運行;而在單周期工作方式下，按下啟動按鈕后只工作一個周期就停止工作。在程序中使用了位寄存器M2.0，在自動方式時，按下啟動按鈕后M2.0得電并能自保，而在單周期方式時，按下啟動按鈕后M2.0得電但不能自保，在手動方式時按下啟動按鈕后M2.0不能得電。在由初始步M0.0轉(zhuǎn)換到第一步M0.1時，不是將啟動按鈕I0.4串在M0.1的線圈回路中，而是將M2.0的常開觸點串在M0.1的線圈回路中，這樣就可以實現(xiàn)自動和單周期工作方式的轉(zhuǎn)換控制。在手動方式下通過I1.5使代表各步的編程元件處于復(fù)位狀態(tài)，按下點動按鈕I0.1、I0.2、I0.3時對應(yīng)的輸出Q0.7、Q1.0、Q1.1得電，實現(xiàn)對攪拌機、1號傳送帶和2號傳送帶的點動控制。 第五章 程序以及工作過程 1.工作過程如下： （1）下啟動按鈕后兩個倉壁振動器和兩個喂料振動器同時啟動，料倉一和料倉二同時開始下料，將配料喂入稱料倉。 （2）當(dāng)稱料傳感器SQ1和SQ2接通時，對應(yīng)的倉壁振動器和喂料振動器停止工作，停止喂料。 （3）啟動1號送料傳送帶。 （4）延時10秒后啟動兩個排料振動器進行排料，將稱料倉中的配料通過1號傳送帶送入中間倉。 （5）延時300秒后啟動攪拌機，1號送料傳送帶停止工作。 （6）延時3秒后，打開中間倉門，將中間倉中的配料放入混合倉通過攪拌機混合均勻。 （7）延時300秒后，開啟混合倉卸料門，啟動2號傳送帶將混合均勻的配料送走。 （8 ）延時300秒后全部停止工作，一個周期結(jié)束后回到初始狀態(tài)或繼續(xù)下一個周期。該配料生產(chǎn)線要求有自動、單周期和手動三種工作方式;在自動工作方式下，按下啟動按鈕后能連續(xù)不斷地循環(huán)工作，直到按下停止按鈕，當(dāng)前工作周期結(jié)束后才停止工作;在單周期工作方式下，按下啟動按鈕后工作一個周期自動停止工作;在手動工作方式下，可手動調(diào)整1號傳送帶、2號傳送帶和攪拌機。 2.梯形圖 圖5-1為其梯形圖的示意圖 圖5-1 梯形圖 結(jié) 論 配料控制系統(tǒng)應(yīng)用比較廣泛，采用了可編程控制技術(shù)，使整個控制系統(tǒng)的可靠性和精度大大提高，實現(xiàn)了自動控制。同時由于PLC擴展容易，可以對它進行擴展，如只需增加I/O接口模塊就可擴展原料系統(tǒng)的輸送控制；也可以與電爐控制系統(tǒng)連接，只需增加通信模塊就可實現(xiàn)與上位機的通信，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的計算機管理。 本設(shè)計將機械、控制作為一個整體考慮，使各部分密切配合，協(xié)調(diào)動作，共同完成配料任務(wù)。設(shè)計中的一些參數(shù)是假定參數(shù)，在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整。此系統(tǒng)應(yīng)用與生產(chǎn)中，能使操作變得十分簡單，減少人力的負荷，有效地提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。 經(jīng)過此次的思考和設(shè)計，我的認識領(lǐng)域得到了進一步的拓展，專業(yè)技能得到了進一步的提高，同時增強了分析和解決工程實際的綜合能力。另外，也培養(yǎng)了自己嚴肅認真的科學(xué)態(tài)度和嚴謹求實的工作作風(fēng)。 PLC編程技術(shù)與現(xiàn)代信息化時代的發(fā)展是分不開的，PLC與計算機的結(jié)合應(yīng)用會使各領(lǐng)域加快發(fā)展，降低人力的需求，提高產(chǎn)品質(zhì)量，盡顯PLC編程技術(shù)的魅力！ 參考文獻 [1]陳麗. 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