毕业设计----基于PLC和组态软件的自动配料系统的设计.doc
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毕业设计----基于PLC和组态软件的自动配料系统的设计
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
毕业设计,论文,
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S7-200系列PLC对自动配料系统进行控制。
运用与之相配的STEP7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
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Abstract
ProgrammableLogicController(PLC)iswidelyusedinindustryforitshighreliabilityandperformance/priceratio.Theconfigurationsoftwarealsoenjoysfastdevelopmentduetothepopularizationofpersonalcomputer,andisrecognizedofthevalueoriginatedfromthemeritssuchasreal-timemultitasking,openness,flexibility,versatility,andreliability.
BasedonPLCandconfigurationsoftware,thecontrolsystemandsupervisorysystemofautomaticingredientsystemaredesignedinthispaper.First,theSiemensPLC
S7-200isusedtocontrolautomaticproportionsystem.Theproportioningsystemincludedtherequirementsofautomaticproportioning,weighing,andloading.NexttheZuTaiWangsoftwareisusedtobuildthereal-timesupervisorysystem.Thesystemcanrealizethereal-timedata-logging,aswellasvariousvisual.
Paper’scontentsmainlyincludethattheindustrialcontrolsystemdevelopmentandpresentsituationoutline.Theingredientsystemprincipleofworkandtheingredientcontrolsystem'sdesign,describedwithemphasisincludingthehardwaredesign,theprogrammingenvironmentandsoftwaredesignSIMENSPLCiningredientsystem'sapplicationsomedetails,theconfigurationsoftwareconfigurationkingandinthehostcomputersupervisorysystemsomebasicdesigns,aswellascommunicationbetweenPLCandhostcomputer.
Keywords:
programmablecontroller;proportioning;configurationsoftware
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目录
第1章绪论..................................................................................................................11.1背景........................................................................................................................11.1.1PLC的发展趋势...............................................................................................21.1.2组态软件的发展趋势.......................................................................................31.2毕业设计任务及要求.............................................................................................61.3毕业设计内容及安排.............................................................................................6第2章系统硬件设计..................................................................................................72.1S7-200系统概述.....................................................................................................72.1.1系统功能概述...................................................................................................72.1.2PLC的基本结构...............................................................................................82.1.3S7-200CPU和扩展模块...................................................................................92.2自动配料系统.......................................................................................................102.2.1控制要求........................................................................................................102.2.2自动配料系统控制图.....................................................................................112.2.3I/O地址表.......................................................................................................132.2.4配料过程分析.................................................................................................13第3章自动配料系统和监控系统的设计....................................................................153.1PLC编程软件STEP7及其应用...........................................................................153.1.1PLC的工作原理.............................................................................................153.2自动配料系统的设计...........................................................................................173.2.1启动程序........................................................................................................18
3.2.2正常时停止程序.............................................................................................19
3.2.3有故障时停止程序.........................................................................................203.2.4有重物时停止程序.........................................................................................213.2.5LED数码显示及复位程序.............................................................................213.2.6系统调试........................................................................................................223.3自动配料监控系统的设计...................................................................................233.3.1监控系统的功能介绍.....................................................................................23
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3.3.2监控系统界面的设计....................................................................................23第4章系统通讯的实现...............................................................................................254.1S7-200PLC与组态王之间通讯概述....................................................................254.2S7-200PLC的通信方式与参数设置....................................................................29
4.2.1通信方式........................................................................................................29
4.2.2计算机使用的通信接口参数的设置.............................................................314.3S7-200与组态王通讯的实现................................................................................32结论................................................................................................................................36社会经济效益分析.........................................................................................................37参考文献........................................................................................................................38致谢............................................................................................................................39附录?
PLC程序..........................................................................................................40
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第1章绪论
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I/O数据进行监控,应用越来越广泛。
1.1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
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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S7-200系列PLC,运用与之相配的STEP7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。
1.1.1PLC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,
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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。
1.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S7-200的最小配置为CPU221,主机有6DI/4DO(数字量输入/数字量输出),而CPU224主机可扩展7个模块,最大达94DI/74DO,16AI/16AO(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。
2.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I/O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S7系列PLC与通用微机兼容,可运行DOS/Windows程序,PLC的编程语言STEP7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。
1.1.2组态软件的发展趋势
1.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
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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
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