plc论文
来源：六年级 发布时间：2020-10-13 点击：
摘 要 论文设计了 PLC 与组态王在四工位组合机床控制系统设计中的应用。利用 PLC 作为主控制器实现了四工位组合机床手动、半自动以及全自动等多种控制方式，并利用组态王组态软件设计了整个系统的监控画面，实现了四工位组合机床的自动化控制。组态软件具有过程监控，数据采集，数据分析，过程控制等强大功能，在自动化系统中占据主力军的位置逐渐成为工业自动化系统中的灵魂。论文设计了 PLC 与组态王在多工步组合机床监控系统设计中的应用。采用西门子 S7-200 可编程控制器进行程序设计，利用组态王软件对多工步组合机床控制系统进行画面组态，实现了多工步组合机床的自动化控制。
关键词：
：PLC；组合机床；组态王
Abstract The application of Programmable Logic Controller(PLC) and the King view This paper was introduced to design the four-station combination machine control system. Manual control and semi-automatic control of the four-station combination machine are brought about by using the PLC controller. The overall picture of the operating machine is provided by the monitor and control system based on King view configuration software. Configuration software has the features of process monitoring, data acquisition, data analysis, process control and so on, and occupies the main position in the automation system, besides, gradually become the soul of industrial automation systems. The paper designed the application of PLC and configuration king in the design of multi-step combination machine tools monitoring system. The adoption of Siemens S7-200 programmable controller in the program design, and the use of software for multi-step combined machine tool control system for configuration screen have reached the multi-step machine automation control.
Keywords
PLC communication combination machine King view
-III- 目 录 摘 要 ...................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................. II
前 言 ..................................................................................................................... 1 第 1 章 绪 论 ....................................................................................................... 2 1.1 课题研究背景 ........................................................................................ 2 1.2 组合机床概况 ........................................................................................ 3 1.3 可编程控制器概况 ................................................................................ 4 第 2 章 系统硬件设计 ......................................................................................... 6 2.1 选择 PLC 机型 ....................................................................................... 6 2.2 I/0 分配表 ................................................................................................ 7 2.3 主电路设计 ............................................................................................ 7 2.3.1 主电路图 ..................................................................................... 8 2.3.2 电器元件明细 ............................................................................. 8 2.3.3 系统 I/0 接线图 ......................................................................... 10 第 3 章 系统软件设计 ....................................................................................... 12 3.1 系统初始化 .......................................................................................... 12 3.2 数据结构的设计 .................................................................................. 12 3.3 程序流程设计 ...................................................................................... 12 3.3.1 工作循环流程图 ....................................................................... 13 3.3.2 梯形图设计 ............................................................................... 14 3.4 语句表 .................................................................................................. 20 第 4 章 组态画面设计 ....................................................................................... 23 4.1 组态王概述 .......................................................................................... 23 4.1.1 工程浏览器 ............................................................................... 23 4.1.2 工程管理器 ............................................................................... 24 4.1.3 画面运行系统 ........................................................................... 24 4.2 建立新工程 .......................................................................................... 25 4.2.1 新工程的建立 ........................................................................... 25 4.2.2 建立画面 ................................................................................... 26 第 5 章 系统调试 ............................................................................................... 28 5.1 PLC 软件调试 ....................................................................................... 28 5.1.1 PLC 程序的模拟调试 ................................................................ 28 5.1.2 PLC 程序下载 ............................................................................ 29
-IV- 5.2 组态调试 .............................................................................................. 30 5.2.1 设备的建立 ............................................................................... 30 5.2.2 定义变量词典 ........................................................................... 32 5.2.3 命令程序语言 ........................................................................... 33 5.2.4 组态监控仿真 ........................................................................... 35 结 论 ................................................................................................................... 38 参考文献 ............................................................................................................. 39 致 谢 ................................................................................................................... 40
-1- 前 言 组合机床是机械制造业中的主要加工工具，因为绝大多数机械零件都是由机床加工而成的。组合机床水平的高低，对提高生产效率，提高产品质量，减轻工人的体力劳动等方面起着重要的作用。传统的控制方式是利用继电器接触器设计的控制系统，由于组合机床要实现多种操作方式，传统的控制系统已经不能满足目前技术发展的需要。本文提出采用 PLC 控制技术，他能对零件进行铣端面、钻孔、检查、扩孔、镗孔、攻丝、转位、钻深孔等工序的教工设备。它具有全自动、半自动、手动三种工作方式、整个过程具有预开、启动、预停、紧急停止、紧急后退和记数等功能，具有各动力头在线离线选择、超节拍保护、短路保护、过载保护、施压保护、液压过大保护、夹紧力不足保护等功能，具有故障报警和故障显示功能，具有工作方式显示、工作状态显示等功能。利用组态王 6.5 对四工位组合机床运行状态进行监控，能够实现看到机床现场的运行状况，不仅节省了人力，更重要的是改善了工人的工作环境，提高了工作效率和经济效益。PLC 控制的专用组合机床和从前的杠杠加工设备相比，大大提高了生产效率，缩短了加工时间，提高了加工质量和精度，提高了设备的可靠性，减轻了劳动强度，降低了生存成本。
-2- 第 1 章 绪 论 1.1 课题研究背景 组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。它是机械制造业中的主要加工工具，传统的控制方式是利用继电器接触器设计的控制系统，由于组合机床要实现多种操作方式，已不能满足目前技术发展的需要。
本设计采用 PLC 控制技术并利用组态王 6.5 对四工位组合机床运行状态进行监控，具有短路保护、过载保护、失压保护、液压过大保护、夹紧力不足保护等功能，具有故障报警和故障显示功能，具有工作方式显示、工作状态显示功能，同时又能够实现观察机床现场的运行状况。PLC 控制的专用组合机床和从前的杠杆加工设备相比，大大提高了生产效率，缩短了加工时间，提高了加工质量和精度，提高了设备的可靠性，减轻了劳动强度，降低了生产成本。随着科学技术的发展，生产工艺不断提出新的要求，机床电气控制装置也不断更新。在控制方法上主要从手动控制到自动控制；在控制功能上，是从简单到复杂；在操作上由笨重到轻松，从控制原理上，由单一的有触点硬接线继电器控制系统转为以微处理器为中心的软件控制系统。
在上世纪的 20 年代到 30 年代，借助继电器、接触器、按钮和行程开关等组成继电器-接触器控制系统，实现对机床的启动、停车、有级调速等控制。继电器-接触器控制的优点是：结构简单、价格低廉、维护方便、抗干扰性能力强。因此广泛应用于各类机床和机械设备。目前，在我国继电器接触器控制仍然是机床和其它机械设备最基本的电气控制形式之一。继电器-接触器控制系统的缺点是：由于固定接线形成，故在进行程序控制时，改变控制程序不方便，灵活性差。故在实际生产中，由于大量存在一些开关量控制的简单程序控制过程，而实际生产工艺和流程，又是经常变化的。因而传统的继电器-接触器控制系统常常不能满足这种需求。电子计算机控制系统的出现提高了电气控制的灵活性和通用性，其控制功能和控制精度都得到很大的提升。然而在其初期，存在着系统复杂、使用不方便、抗干扰能力差、成本较高等
-3- 缺陷，尤其对上述简单的过程控制有“大材小用”和不经济等问题。因而 60年代出现了一种能够根据需要，方便的改变控制系统，而又要比计算机系统结构简单，价格低廉的自动化装置——顺序控制器。它能通过组合逻辑元件插接或变成来实现继电器-接触器控制线路功能的装置，它能满足成组经常改变的控制要求，使控制系统具有较大的灵活性和通用性，但它还是使用硬件手段，装置体积大，功能也受到了一定的限制。
随着大规模集成电路和微处理机技术的发展和应用。上述控制技术也发生了根本变化。在 70 年代出现了用软件手段来实现各种控制功能，以微处理器为核心的新兴工业控制器——可编程程序控制器（PLC）。这种期间完全能够适应恶劣的工业环境，由于它兼备了计算机控制和继电器-接触器控制两方面的优点，故目前世界各国将其作为一种标准化通用设备普遍应用于工业控制。
1.2 组合机床概况 组合机床是针对特定工件，进行特定加工而设计的一种高效率自动化专用加工设备，这类设备大多能多刀同时工作，并且具有自动循环的功能。
组合机床是随着机械工业的不断发展，由通用机床、专用机床发展起来的。通用机床一般用一把刀具进行加工，自动化程度低、辅助时间长、生产效率低，但通用机床能够重新调整，以适应加工对象的变化。专用机床可以实现的多刀切削，自动化程度较高，结构较简单，生产效率也较高。但是，专用机床的设计，制造周期长，造价高，工作可靠性也较差。专用机床是针对某工件的一定工序设计的，当产品进行改进，工件的结构，尺寸稍有变化时，它就不能继续使用。在综合了通用机床、专用机床优点的基础上产生了组合机床。
组合机床通常由标准通用部件和加工专用部件组合构成，动力部件采用电动机驱动或采用液压系统驱动，由电气系统进行工作自动循环的控制，是典型的机电或机电液一体化的自动加工设备。
常见的组合机床，标准通用部件有动力滑台各种加工动力头以及回转工作台等，可用电动机驱动，也可用液压驱动。各标准通用动力部件组合构成一台组合机床时，该机床的控制电路可由各动力部件的控制电路通过一定的
-4- 连接电路组合构成 [1] 。
多动力部件构成的组合机床，其控制通常有三方面的工作要求：第一方面是动力部件的点动和复位控制。第二方面是动力部件的半自动循环控制。第三方面是整批全自动工作循环控制。
组合机床具有生产率高、加工精度稳定的优点。因而，在汽车、柴油机、电机、机床等一些具有一定生产批量的企业中得到了广泛应用。目前，组合机床的研制正向高效、高精度、高自动化和柔和性化方向发展。
本文所用组合机床为四工位组合机床，该机床由四个滑台，各载一个加工动力头，组成四个加工工位，除了四个加工工位外，还有夹具，上下料机械手和进料器，四个辅助装置以及冷却和液压系统共 14 个部分。机床的四个加工动力头同时对一个零件的四个端面以及中心孔进行加工，一次加工完成一个零件，由上料机械手自动上料，下料机械手自动取走加工完成的零件，该机床的俯视示意图如图 1-1 所示。
图 1-1 四工位组合机床十字轴示意图
1.3 可编程控制器概况 可编程控制器（Programmable Controller，简称 PC）与个人计算机的 PC相区别，用 PLC 表示。PLC 是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技下料机械手工作滑台夹具主轴 上料机械手进料装置III工位II工位I工位IV工位
-5- 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、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统.国际电工委员会（IEC，International Electrical Committee）颁布了对 PLC 的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计 [2] 。
相对一般意义上的计算机，可编程控制器并不仅仅具有计算机的内核，实质上是它经过一次开发的工业控制用计算机.从另一个方面来说，它是一种通用机，不经过二次开发，它就不能在任何具体的工业设备上使用。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、编程简单等特点.再加上其体积小，可靠性高，抗干扰能力强，控制功能完善，适应性强，安装接线简单等众多优点，可编程控制器在问世后的短短 30 年中获得了突飞猛进的发展，在工业控制中得到了非常广泛的应用。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。
PLC 程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为 PLC 程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理.用户程序由用户按控制要求自行设置。
-6- 第 2 章 系统硬件设计 2.1 选择 PLC 机型 合理选择 PLC 的型号，对于提高 PLC 控制系统的技术经济指标起着重要作用。选择机型的基本原则是在功能满足要求的前提下，保证可靠，维护使用方便以及最佳功能价格比。S7-200 系列西门子 PLC 家族中的成员之一，在西门子工控领域中占有重要的地位。S7-200 系列 PLC 体积小，价格低廉，软硬件功能强大，系统配置方便，它一推向市场就在各行各业得到了广泛的应用。而 S7-200 系列的产品可以满足设计要求，因此设计以西门子公司的S7-200 系列入手 [3] 。
1. 结构选择 PLC 主要有整体式和模块式。
整体式 PLC：整体式 PLC 的每一个点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对小，一般用于系统工艺过程较为固定，环境条件较好，维修量较小的小型控制系统中。
模块式 PLC：模块式 PLC 功能扩展灵活方便。在点数上，输入点数，输出点数的比例，模块的种类方面选择余地大，且维修方便，一般用于较复杂的控制系统。
对于组合机床，选用整体式 PLC 较好。
2. I/O 点选取原则 PLC 平均的 I/O 点价格比较高，因此应该合理选用 PLC 的 I/O 点数量，在满足控制要求的前提下力争使用的 I/O 点最少，但必须留有一定余量。通常 I/O 点数是根据被控制对象的输入输出信号的实际需要，再加上 10%-20%的余量来确定。
由 PLC 组成的四工位组合机床控制系统有输入信号 42 个，均为开关量。其中检测元件 17 个，按钮开关 24 个，选择开关 1 个。
电控制系统有输出信号 27 个，其中电磁阀 16 个，6 台电动机的接触器。
-7- 2.2 I/0 分配表 根据 PLC 的选用，结合面板设计分配 I/O 端口地址如表 2-1 示。
表 2-1 I/O 分配表 输入信号 输出信号 名称 功能 编号 名称 功能 编号 名称 功能 编号 1SQ 滑台Ⅰ原位 I0.0 5SB 滑台Ⅰ进 I2.6 1YV 夹紧 Q0.0 2SQ 滑台Ⅰ终点 I0.1 6SB 滑台Ⅰ退 I2.7 2YV 松开 Q0.1 3SQ 滑台Ⅱ原位 I0.2 7SB 主轴Ⅰ点动 I3.0 3YV 滑台Ⅰ进 Q0.2 4SQ 滑台Ⅱ终点 I0.3 8SB 滑台Ⅱ进 I3.1 4YV 滑台Ⅰ退 Q03 5SQ 滑台Ⅲ原位 I0.4 9SB 滑台Ⅱ退 I3.2 5YV 滑台Ⅲ进 Q0.4 6SQ 滑台Ⅲ终点 I0.5 10SB 主轴Ⅱ点动 I3.3 6YV 滑台Ⅲ退 Q0.5 7SQ 滑台Ⅳ原位 I0.6 11SB 滑台Ⅲ进 I3.4 7YV 上料进 Q0.6 8SQ 滑台Ⅰ终点 I0.7 12SB 滑台Ⅲ退 I3.5 8YV 上料退 Q0.7 9SQ 上料器原位 I1.0 13SB 主轴Ⅲ点动 I3.6 9YV 下料进 Q1.0 10SQ 上料器终点 I1.1 14SB 滑台Ⅳ进 I3.7 10YV 下料退 Q1.1 11SQ 下料器原位 I1.2 15SB 滑台Ⅳ退 I4.0 11YV 滑台Ⅱ进 Q1.2 12SQ 下料器终点 I1.3 16SB 主轴Ⅳ点动 I4.1 12YV 滑台Ⅱ退 Q1.3 1YA 夹紧 I1.4 17SB 加紧 I4.2 13YV 滑台Ⅳ进 Q1.4 2YA 进料 I1.5 18SB 松开 I4.3 14YV 滑台Ⅳ退 Q1.5 3YA 放料 I1.6 19SB 上料器进 I4.4 15YV 放料 Q1.6 1SB 总停 I2.1 20SB 上料器退 I4.5 16YV 进料 Q1.7 2SB 启动 I2.2 21SB 进料 I4.6 1KM Ⅰ主轴 Q2.1 3SB 预停 I2.3 22SB 放料 I4.7 2KM Ⅱ主轴 Q2.2 1SA 选择开关 I2.5 23SB 冷却开 I5.0 3KM Ⅲ主轴 Q2.3
24SB 冷却停 I5.1 4KM Ⅳ主轴 Q2.4
5KM 冷却点击 Q2.5 2.3 主电路设计 1. 主轴电动机单方向起动，要求有短路及过载保护。
2. 冷却泵电动机单向工作，有短路及过载保护。
-8- 2.3.1 主电路图 主电路设计图,如图 2-1 所示。
L1L2L3QF1QF6 QF5 QF4 QF3 QF2KM1 KM2 KM3 KM5 KM4FR1 FR5FR4 FR3 FR2I主轴冷却电机 IV主轴 III主轴 II主轴M3~M3~M3~M3~M3~ 图 2-1 主电路图 2.3.2 电器元件明细 元件选用 1. 根据上述要求，我们选用五台电动机：
M1-控制主轴Ⅰ的电动机； M2-控制主轴Ⅱ的电动机； M3-控制主轴Ⅲ的电动机；
M4-控制主轴Ⅳ的电动机； M5-控制冷却电机。
2. 再根据电动机的控制要求选元件：
QF-控制总电源的断路器，实现短路与过载保护； FU1-FU5—控制各电动机短路保护； KM1-控制主轴Ⅰ电动机工作；
-9- KM2-控制主轴Ⅱ电动机工作； KM3-控制主轴Ⅲ电动机工作； KM4-控制主轴Ⅳ电动机工作； KM5-控制冷却点击工作； FR1-FR5-用于各电动机的过载保护控制。
我们根据前面定义号的确定可知，需要采用 S7-200 型 PLC 机(CPU223 14I/10Q)的 7 槽框架的模块，其中输人输出模块选用两块直流 24V 模块EM223(8I/8Q)。
1. 电磁阀 根据设计要求，电磁阀需 24V 直流电压，查手册电磁阀选用 MFZ1-07直流电磁阀，吸合力为 7N，吸合距离 4mm，额定直流电压 24V，消耗功率1OW，消耗电流 0.4A。
2. 行程开关 根据控制要求，选用直流 24V，阻抗小 2kΩ，两线制。查手册选用 LXJ-1A,一开一闭触点。
3. 压力继电器 根据控制要求，需要压力继电器.查手册选用 DP-63B 型。
4. 空气开关（断路器）
因电动机额定电流是 5A，考虑到起动时电流较大，所以选用 DZ5 - 20 自动空气开关.主触点额定电流 2OA，能满足起动电动机电流的需要，辅助触点为一常开与一常闭，额定电流 5A ，也能满足控制要求。
5. 接触器 根据控制要求选用 CJX1 - 12，主触点额定电流 12A，线圈使用交流 22OV能接通 12NI (144A) ，分断 10NI (120A）满足控制要求，消耗功率 65VA，消耗电流 0.35A。
6. 主电路熔断器 对于单台电动机，熔体额定电流，选用 1.5–2.5 倍电动机额定电流.根据控制要求，电动机额定电流 5A，所以选用 RL1 - 15 型熔断器，熔管额定电压 380V ，额定电流 15A，熔体额定电流选择 15A。
7. 控制电路（AC22OV ）熔断器
-10- 因为主接触器线圈只需消耗 0.35A 电流，所以选择 RL1 - 15 型熔断器，选择 2A , 即能满足要求 [5] 。
8. 照明电路熔断器 照明电路电压 AC220V ，选用 40W 灯泡，消耗电流 0.18A ，故选用RM10 - 15 型熔断器，熔体电流为 2A 。
9. 中间继电器 控制需要有 4 开 4 闭触点的中间继电器，所以选用 HH54 型中间继电器，线圈额定电压直流 24V ，触点有 4 开 4 闭，额定电流 3A，能满足控制要求。
10. 继电器 根据控制要求，KT 选用 ST3PC，有一对瞬动触点，一对延时触点，即能满足控制要求。
11. 直流 24V 控制电路熔断器 考虑到最多工作时，有两个中间继电器.两个电磁阀线圈得电，电流大约为 2A，故选用 RL1-15 型熔断器，熔体电流选用 4A，出现运行故障时，既能保护，又能满足控制要求。
12. 按钮 根据控制要求，选用 LA2 型，开起式，规格为 500V、5A ，触点数量是一开一闭，具有一个按钮数.其中：起动按钮选绿色调整按钮选黑色停止按钮选红色。
13. 转换开关 考虑到起动循环与切换自动手动使用较频繁，且分断电流且在 1A 以上，5A 以下，而且都具有两对触点座，故选择 LW6 一 2/B，具有两对触点座，手柄交换位置左右各 30。
14. 自动空气开关 因为主电路有三台电动机，故选用 DZ5 - 20 型自动空气开关，具有短路、过载保护.选用自复式、DZS - 20 /330 型，能切断 20A 电流，能满足需要。
2.3.3 系统 I/0 接线图 系统的 I/0 接线图如图 2-2 所示。
-11- CPU226CNS7-200SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6SQ7SQ8SQ9SQ10SQ11SQ12YA1YA2YA3SB1SB2SB3SA1SB5SB6SB7SB8SB9SB10SB11SB12SB13SB14SB15SB16SB17SB18SB19SB20SB21SB22SB23SB24I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I2.1I2.2I2.3I2.5I2.6I2.7I3.0I3.1I3.2I3.3I3.4I3.5I3.6I3.7I4.0I4.1I4.2I4.3I4.4I4.5I4.6I4.7I5.0I5.11M2M-24V+FUAC220V1L2LQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4Q1.5Q1.6Q1.7Q2.1Q2.2Q2.3Q2.4Q2.5YV1YV1YV3YV4YV5YV6YV7YV8YV9YV10YV11YV12YV13YV14YV15YV16KM1KM2KM3KM4KM5
图 2-2 PLC 电路主机单元 I/0 接线图
-12- 第 3 章 系统软件设计 3.1 系统初始化 初始化对于每一套系统程序都是必需的，每一次 PLC 上电或对 PLC 强制复位都要初始化，主要是对在程序中使用到的 PLC 的各种计数器、定时器、寄存器等进行复位和设置，同时保留上次运行需要记忆的各种数据，完成运行前的各项准备工作。
3.2 数据结构的设计 数据结构设计的主要内容有：
1. 按照软件设计要求，将 PLC 的数据空间做进一步的划分，分为若干个子空间，并对每一个子空间进行具体的定义。当然，这要以功能算法、硬件设备要求、预计的程序结构和占有量为依据，综合考虑来决定。
2. 应为每一子空间留出适当的裕量，以备以后使用 [6] 。
该设计中，实验室提供的 CPU 型号为 CPU 226 CN，它有 40 个 I/O 点数，但是我们只需要 8 个输入点和 10 个输出点共 18 个 I/O 点数，剩下的 I/O 点数就可以作为裕量使用。I/O 信号和数据结构的分析与设计为 PLC 编程人员提供了重要的依据。
3.3 程序流程设计 四工位组合机床自动工作状态程序流程图如图 3-1 所示。按下启动按钮和准备按钮，接下来就是半自动、手动和全自动三种方式的选择，选全自动来做说明：当按下全自动按钮时，上料器进，当上料器进到终点的时候，碰到行程开关，即家具加紧和进料，然后就是上料器退，当上料器退回去的时候，就开始放料，接着就是Ⅰ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅳ工作台前进，其中Ⅰ、Ⅲ工作台先于Ⅱ、Ⅳ工作台前进，当四个工作台前进完成之后，就对工件进行加工，当加工完成之后就开始后退，退完之后下料器开始前进，到达终点之后，夹具松开，然后下料器就把工件取回，然后循环加工工件。半自动就是加工完
-13- 一个工件之后就停车，而手动就是一个一个步骤的加工。
3.3.1 工作循环流程图 如图 3-1 根据装置的控制要求和控制方式，可设计出 PLC 控制系统流程图。
M0.4准备条件 准备条件Q0.6 上料器进 上料器进I1.1Q0.0 夹具夹紧 夹具夹紧 Q1.7 进料 进料I1.4I1.5QO.7上料器退 上料器退Q1.7放料I1.0I1.6QO.2 I工位进 工位进M1.0 I加工T39Q0.3 I工位退T37 延时 延时Q1.3 II工位进 工位进I0.3M1.2 II加工 加工T40Q1.4 II工位退 工位退Q1.5 IV工位进 工位进I0.7M1.3 IV加工 加工T40Q1.5 IV工位退 工位退Q0.4 III工位进 工位进I0.5M1.1 IV加工 加工T39Q0.5 IV工位退 工位退M2.0 冷却 冷却各工位原位 各工位原位Q1.0下料器进 下料器进I1.3Q0.1 夹具松开 夹具松开I1.4Q1.1 下料器退 下料器退I1.2M0.2(半自动 半自动) M0.3(全自动 全自动)M0.5M0.6 图 3-1 控制系统流程图
-14- 3.3.2 梯形图设计 根据设计要求，本次设计的梯形图如图 3-2 所示。
(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)I2.5M0.0手动SM0.0M0.1M0.3M0.2I2.5M0.4自动SM0.0M0.5I2.2M0.6I2.1M0.7启动/停止I0.0 I0.6 I0.4 I0.2M10.0各滑台原位I1.0 M10.3 I1.6 I1.4 I1.2M10.2M10.1 M10.2SM0.7原始状态条件SM0.0M0.0S2.0SCRSCRS6.3
-15- (
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)SCREI2.3 I2.2M11.0M11.0(
)SM0.0 SM0.3 SM0.7 S2.0S1SCRS2.0Q0.7Q0.7I1.1SCRTS2.1SCRTS3.1SCRESCRS2.1Q0.1S1Q0.0SCRESCRS2.1Q1.7S1Q2.0Q2.0I1.4 I1.5SCRTS2.2SCRE
-16- (
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)SCRS2.1I1.4I1.6S1Q0.7SCRTS2.3SCRTS3.3SCRTS5.3SCRTS6.3SCRESCRS2.3Q0.3Q0.2S1Q0.2S1Q0.2S1I1.0SCRTS2.4SCRESCRS2.4Q2.0S1Q2.0IN-PTTON+30T39
-17-
(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)T39SCRTSCRTS3.4S4.4SCRESCRS3.4Q1.4Q1.3SS11Q2.2I3.0SCRTS3.5R1T0SCRESCRS3.5Q1.3Q1.4S1SCRESCRS4.4Q1.6Q1.5S11SQ2.4SCRTS4.5S1T0SCREI0.7(
)Q1.5Q1.6SCRT
-18- (
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)Q0.5SCRTSCRSCREQ0.41SQ2.3S1I0.5S5.4S5.4Q0.4Q0.5S1SCRESCRTS6.3SM0.0SQ2.51Q0.3 Q1.4Q0.5 Q2.5 M10.5SCRTS2.5SCRESCRS2.5Q1.2Q1.0S1RRRRQ2.1Q2.2Q2.3Q2.41111(
)(
)
-19- (
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)I1.3SCRTSCRESCRS2.6I1.3Q0.0S1Q.1.7I1.4SCRTS2.7SCRES2.7SCRQ1.0SQ1.21I1.2 M11.0M11.0 I1.2SCRTS2.0SCRTM0.0SCRE图 3-2 PLC 梯形图
-20- 3.4 语句表 程序语句表如下所示。
LD I2.5 = M0.0 LDN SM0.0 = M0.1 = M0.2 = M0.3 LDN I2.5 = M0.4 LDN SM0.0 = M0.5 LD I2.2 = M0.6 LD I2.1 = M0.7 LD I0.0 A I0.2 A I0.4 A I0.6 = M11.0 LD I1.0 AN I1.2 AN I1.4 A I1.6 AN M10.3 = M10.2 LD M10.1 A M10.2 = SM0.7 LD SM0.0 = M0.0 LSCR S2.0 LSCR S6.3 SCRE
LD I2.3 O M11.0 LD SM0.0 A SM0.3 A SM0.7 S S2.0,1 LSCR S2.0 LDN Q0.7 = Q0.6 LD I1.1 SCRT S2.1 SCRT S3.1 SCRE
LSCR S2.1 LDN Q0.1 S Q0.0,1 SCRE
LCSR S3.1 LDN Q1.7 S Q2.0,1 LD Q2.0 A I1.4 A I1.5 SCRT S2.2 LD I1.0 A I1.6 S Q0.7,1
-21- S S2.3,1 S S3.3,1 S S5.7,1 S S6.3,1 SCRE
LSCR S2.3 LDN Q0.3 S Q0.2,1 S Q2.1,1 S Q2.5,1 LD I1.0 SCRT S2.4 SCRE
LSCR S2.4 LDN Q2.0 S Q0.3,1 TON T39+30 LD T39 SCRT S3.4 SCRE
LSCR S3.4 LDN Q1.4 S Q1.3,1 S Q2.2,1 LD I3.0 SCRT S3.5 R T0,1 SCRE
LSCR S3.5 LDN Q1.3 S Q1.4,1 SCRE
LSCR S4.4 LDN Q1.6 S Q1.5,1 S Q2.4,1 LD I0.7 SCRT S4.5 LSCR Q1.5 LDN Q1.5 S Q1.6,1 SCRE
LSCR S4.5 LDN Q1.5 S Q1.6,1 SCRE
LSCR S5.3 LDN Q0.5
S Q0.4,1 S Q2.3,1 LD I0.5 SCRT S5.4 SCRE
LSCR S5.4 LDN Q0.4 S Q0.5,1 SCRE
SCRT S6.4 LD SM0.0 S Q2.5,1 LD Q0.3 A Q0.4 A Q0.5 A Q2.5 A M10.1 SCRT S2.5
-22- SCRE
LSCR S2.5 LDN Q1.2 S Q1.0,1 R Q2.1,1 R Q2.2,1 R Q2.3,1 R Q2.4,1 LD I1.3 SCRT S2.6 SCRE
LSCR S2.6 SCRE
LSCR S2.6 LDN Q0.0 S Q1.7,1 LD I1.4 SCRT S2.7 SCRE
LSCR S2.7 LDN Q1.0 S Q1.2,1 LD I1.2 AN M11.0 SCRT S2.0 LD I1.2 AN M11.0 SCRT M0.0 SCRE
-23- 第 4 章 组态画面设计 4.1 组态王概述 组态王软件是一种通用的工业监控软件，它融合过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。它基于 Microsoft Windows XP/NT2000 操作系统，用户可以在企业网络的所有的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。采用组态王软件开发工业监控工程，可以极大地增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的消耗。它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。组态王软件由工程浏览器、工程管理器和画面运行系统组成。
4.1.1 工程浏览器 在工程浏览器中可以查看工程的各个组成部分，也可以完成数据库的构造、定义外部设备等工作。工程浏览器框图如图 4-1 所示。
图 4-1 工程浏览器
-24- 4.1.2 工程管理器 工程管理器是应用程序的管理系统。PROJMANAGER 具有很强的管理功能，可用于新工程的创建及删除，并能对已有工程进行搜索、备份及有效恢复，实现数据词典的导入和导出。工程管理器框图如图 4-2 所示。
图 4-2 工程管理器 4.1.3 画面运行系统 画面的开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统 TOUCHMAKE 和工程运行系统 TOUCHVIEW 来完成的。TOUCHMAKE 是应用工程的开发环境。在这个环境中可完成画面设计、动画连接等工作。TOUCHMAKE 具有先进完善的图形生成功能；数据库提供多种数据类型，能合理地提取控制对象的特性；对变量报警、趋势曲线、过程记录、安全防范等重要功能都有简洁的操作方法。
TOUCHVIEW 是“组态王 6.0x”软件的实时运行环境，在应用工程的开发环境中建立的图形画面只有在 TOUCHVEW 中才能运行。TOUCHVIEW 从控制设备中采集数据，并存在于实时数据库中。它还负责把数据的变化已动画的方式形象地表示出来，同时可以完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视功能，并按实际需求记录在历史数据库中。
-25- 4.2 建立新工程 在组态王中，建立的每一个应用成为一个工程。每个工程必须在一个独立的目录下，不同的工程不能共用一个目录。在各一个工程的路径下，生成了一些重要的数据文件，这些数据文件不允许直接修改。
4.2.1 新工程的建立
打开工程管理器选择新建建立新工程。
组态王工程管理器的主要作用是为用户集中管理本机上的组态王工程。
工程管理器的主要功能包括：新建、删除工程，对工程重命名，搜索组态王工程，修改工程属性，工程的备份、恢复，数据词典的导入导出，切换到组态王开发或运行环境等。
在工程管理器中组态王提供新建工程向导。利用向导新建工程，使用户操作更简便、简单。单击菜单栏“文件\新建工程”命令或工具条“新建”按钮或快捷菜单“新建工程”命令后，弹出“新建工程向导一”对话框，如图 4-3 所示。
图 4-3 新建工程向导一 新建工程向导三如图 4-4 所示。
-26-
图 4-4 新建工程向导三 4.2.2 建立画面 进入组态王开发系统后，就可以为每个工程建立数目不限的画面，在每个画面上生成互相关联的静态或动态图形对象。这些画面都是由组态王提供的类型丰富的图形对象组成的。系统为用户提供了矩形（圆角矩形）、直线、椭圆（圆）、扇形、点位图、多边形、文本等基本图形对象，及按钮、趋势曲线窗口、报警窗口、报表等复杂的图形对象。提供了对图形对象在窗口内任意移动、缩放、改变形状、复制、删除、对齐等编辑操作，全面支持键盘、鼠标绘图，并可提供对图形对象的颜色、线型、填充属性进行改变的操作工具。
组态王采用面向对象的编程技术，这样可以方便地建立画面的图形界面。构图时，可以像搭积木那样利用系统提供的图形对象完成画面的生成。同时支持画面之间的图形对象复制，可重复使用以前的开发结果。新画面的建立如图 4-5 所示。
-27-
图 4-5 新画面的建立 本次设计的监控系统画面如图 4-6 所示。
图 4-6 组态画面
-28- 第 5 章 系统调试 5.1 PLC 软件调试
S7-200 支持多样的通讯能力，根据使用 S7-200CPU，系统可以支持以下多点协议：点到点（point-to-point）的 PPI 协议、多点借口（multi-point）的MPI 协议及 PROFIBUS 协议等。本系统次啊用西门子 PLC 的 PPI 通讯协议。西门子 PLC 与计算机的串行通信连接有两种方式：一是利用 PLC 的 RS232接口，这时可以直接用电缆与计算机建立连接，这种通信方式 PLC 的地址为2；二另一种利用 PLC 通过一个连接适配器与计算机连接；用适配器时 PLC地址由自己设置。由于 RS232 串口通讯方式一般不超过 50m,而对于通信距离超过 50m 的，需要在上位机与 PLC 之间加一个 RS422 适配器，该适配器将RS232 通讯格式转换为 RS422 通讯格式使得可以远距离通讯，并提高抗干扰能力。
5.1.1 PLC 程序的模拟调试 把设计好的程序写入 PLC 后，首先逐条仔细检查，并改正写入时出现的错误。用户程序一般先在实验室模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模拟，各输出量的通/断状态用 PLC 上有关的发光二极管来显示，一般不用接 PLC 实际的负载(如接触器、电磁阀等)。可以根据功能表图，在适当的时候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点的接通和断开。对于顺序控制程序，调试程序的主要任务是检查程序的运行是否符合功能表图的规定，即在某一转换条件实现时，是否发生步的活动状态的正确变化，即该转换所有的前级步是否变为不活动步，所有的后续步是否变为活动步，以及各步，被驱动的负载是否发生相应的变化。
在调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和 PLC 中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。
-29- 如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。
5.1.2 PLC 程序下载 程序编译完之后，STEP 7－Micro/WIN 32 及 PLC 之间的通信关系也成功建立，此时可向 PLC 下载程序，然后收集状态监控或调试程序。STEP 7－Micro/WIN 32 提供了一套工具来调试和监控程序。
1. 选择工作模式 选择菜单栏中的 PLC
“运行”或者 PLC
“停止”可进入相对的 PLC模式；单击工具栏中的“运行”按钮或“停止”按钮，也可进入相应模式；还可以手工改变位于 PLC 上的开关或在程序内插入停止指令。
当PLC处于停止模式时，可利用图状态或程序状态查看操作数的当前值，也可以利用图状态或程序状态强迫数值(此操作只在梯形图和功能块图程序状态中使用)，还可以利用图状态写入数值或写入和强迫输出，执行有限数目的扫描，通过状态图或程序状态查看影响。在停止模式下，虽然能报告操作数状态，但 PLC 无法执行用户程序，达不到预期的控制效果。如果想观察程序状态的连续更新，需将 PLC 转回运行模式。
2. 打开程序状态 选择“排错”菜单中的“程序状态”，打开输出窗口；或单击调试工具条中的“程序状态”按钮，短暂停顿后，程序编辑器窗口开始显示状态。如果作数值等于 1(位打开)，布尔指令(触点、线圈)将被显示成彩色块，非布尔操作数则以通信速度允许的最快速度显示并更新。
3. 执行有限次扫描 （1）单次扫描 通过指定PLC运行的扫描次数，可以监控程序在改变进程变量时的情况。PLC 不支持对运行模式执行循环次数。任何时候 PLC 从停止模式进入运行模式，该扫描的第一扫描位(SM0.1)将被激活。由于 PLC 执行的速度很快，从程序状态很难监控到此位的变化，因此可以使用“单次扫描”命令，它使 PLC从停止模式转变成运行模式。执行单个扫描，然后再转回停止模式。由于 PLC只执行一次扫描，与第一扫描逻辑相关的状态信息不会消失，因此可以查看
-30- 此信息，进而监控程序。
可在程序编辑器窗口显示要监控的程序部分，确定打开程序状态，将 PLC置于停止模式，使用“单次扫描”命令。
（2）多次扫描 单次扫描并不能完全收集系统连续执行时系统状态信息的变化，需要连续或间断地收集状态信息。可以指定 PLC 执行有限次的程序扫描(从 1 次扫描至 65355 次扫描)。当 PLC 处于停止模式时，可利用多次扫描特征查看一次或多次扫描。确定 PLC 为停止模式后，选择菜单栏中的“排错”“多次扫描”，出现执行扫描对话矿。在执行扫描对话框中输入所要进行的扫描次数，单击“确认”按钮。
（3）程序保存 当然，要想使自己所编写保密，也可以对其进行保密设置。选择“文件”菜单中的“设置密码” ，打开用密码保护本窗口，在“密码”及“验证”框中输入相应的密码和验证码即可。当然，若不想对自己的程序进行保密设置，就在密码及“验证”框中不输入任何数值。选择“文件”菜单中的“保存”选项，之后选择“退出”选项，在出现的项目保存框中选择“是”即可 [7] 。
5.2 组态调试 组态王定义设备时选择：PLC\西门子\S7-200 系列\PPI。I/O 设备地址：由于 S7-200 系列 PLC 的型号不同，设备地址的范围不同，所以对于某一型号设备的地址范围，组态王的设备地址要与 PLC 的 PORT 口设置一致，PLC默认地址为 2.通讯参数设置：PLC 默认的通讯参数，波特率：9600，数据位长度：8，停止位长度：1，奇偶校验位：偶校验。组态王通讯参数设置应与之保持一致。
5.2.1 设备的建立 组态王对设备的管理是通过对逻辑设备名的管理实现的，具体讲就是每一个实际 I/O 设备都必须在组态王中指定一个唯一的逻辑名称，此逻辑设备名就对应着该 I/O 设备的生产厂家、实际设备名称、设备通讯方式、设备地址、与上位 PC 机的通讯方式等信息内容。（逻辑设备名的管理方式就如同对
-31- 城市长途区号的管理，每个城市都有一个唯一的区号相对应，这个区号就可以认为是该城市的逻辑城市名，比如北京市的区号为 010，则查看长途区号时就可以知道 010 代表北京）。在组态王中，具体 I/O 设备与逻辑设备名是一一对应的，有一个 I/O 设备就必须指定一个唯一的逻辑设备名，特别是设备型号完全相同的多台 I/O 设备，也要指定不同的逻辑设备名。
程序在实际运行中是通过 I/O 设备和下位机交换数据的，当程序在调试时，可以使用仿真 I/O 设备模拟下位机向画面程序提供数据，为画面程序的调试提供方便。组态王提供一个仿真 PLC 设备，用来模拟实际设备向程序提供数据，供用户调试。在组态王的工程浏览器中，从左边的工程目录显示区中需按则大纲设备下的成员名 COM1 或 COM2，然后在右边的目录内容显示区中用左键双击“新建”图标，则弹出“设置配置向导”如图 5-1 所示。
图 5-1 设置配置向导 继续单击“下一步”按钮，直至弹出“设备配置向导—信息总结”对话框如图 5-2 所示。
-32-
图 5-2 信息总结 5.2.2 定义变量词典 打开组态王，在 数据库是“组态王”最核心的部分。在 TOUCHVEW 运行时，工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上，操作者在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场，所有这一切都是以实时数据库为中介环节，所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。
数据库中变量的集合形象地称为“数据词典”，数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。
注：在组态王软件中数据库分为：有实时数据库和历史数据库，在工程浏览器中左边的目录树中选择“数据词典”项，右侧的内容显示区会显示当前工程中所定义的变量。双击“新建”图标，弹出“定义变量”属性对话框。组态王的变量属性由基本属性、报警配置、记录配置三个属性页组成。采用这种卡片式管理方式，用户只要用鼠标单击卡片顶部的属性标签，则该属性卡片有效，用户可以定义相应的属性。“变量属性”对话框如图 5-3 所示。
-33-
图 5-3 定义变量 5.2.3 命令程序语言 应用程序命令语言：可以在程序启动时、关闭时或在程序运行期间周期执行。如果希望周期执行，还需要指定时间间隔。热键命令语言：被链接到设计者指定的热键上，软件运行期间，操作者随时按下热键都可以启动这段命令语言程序。事件命令语言：规定在事件发生、存在、消失时分别执行的程序。数据改变命令语言：只链接到变量或变量的域。在变量或变量的域值变化到超出数据字典中所定义的变化灵敏度时，它们就被触发执行一次...
推荐访问:论文 PLC