盐城工学院工控机论文Word格式.docx
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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
Abstract
ProgrammableLogicController（PLC）iswidelyusedinindustryforitshighreliabilityandperformance/priceratio.Theconfigurationsoftwarealsoenjoysfastdevelopmentduetothepopularizationofpersonalcomputer,andisrecognizedofthevalueoriginatedfromthemeritssuchasreal-timemultitasking,openness,flexibility,versatility,andreliability.
BasedonPLCandconfigurationsoftware,thecontrolsystemandsupervisorysystemofautomaticingredientsystemaredesignedinthispaper.First,theSiemensPLCS7-200isusedtocontrolautomaticproportionsystem.Theproportioningsystemincludedtherequirementsofautomaticproportioning,weighing,andloading.NexttheZuTaiWangsoftwareisusedtobuildthereal-timesupervisorysystem.Thesystemcanrealizethereal-timedata-logging,aswellasvariousvisual.
Paper’scontentsmainlyincludethattheindustrialcontrolsystemdevelopmentandpresentsituationoutline.Theingredientsystemprincipleofworkandtheingredientcontrolsystem'
sdesign,describedwithemphasisincludingthehardwaredesign,theprogrammingenvironmentandsoftwaredesignSIMENSPLCiningredientsystem'
sapplicationsomedetails,theconfigurationsoftwareconfigurationkingandinthehostcomputersupervisorysystemsomebasicdesigns,aswellascommunicationbetweenPLCandhostcomputer.
Keywords:
programmablecontroller;
proportioning;
configurationsoftware
目录
第1章绪论1
1.1背景1
1.1.1PLC的发展趋势2
1.1.2组态软件的发展趋势4
1.2设计任务及要求7
1.3设计内容及安排8
第2章系统硬件设计10
2.1S7-200系统概述11
2.1.1系统功能概述11
2.1.2PLC的基本结构12
2.1.3S7-200CPU和扩展模块12
2.2自动配料系统14
2.2.1控制要求14
2.2.2自动配料系统控制图14
2.2.3I/O地址表17
2.2.4配料过程分析18
第3章自动配料系统和监控系统的设计20
3.1PLC编程软件STEP7及其应用20
3.1.1PLC的工作原理20
3.2自动配料系统的设计22
3.2.1启动程序24
3.2.2正常时停止程序25
3.2.3有故障时停止程序25
3.2.4有重物时停止程序26
3.2.5LED数码显示及复位程序27
3.2.6系统调试27
3.3自动配料监控系统的设计28
3.3.1监控系统的功能介绍28
3.3.2监控系统界面的设计29
第4章系统通讯的实现30
4.1S7-200PLC与组态王之间通讯概述30
4.2S7-200PLC的通信方式与参数设置34
4.2.1通信方式34
4.2.2计算机使用的通信接口参数的设置36
4.3S7-200与组态王通讯的实现37
社会经济效益分析41
参考文献42
附录ⅠPLC程序43
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，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。
自动配料
自动配料是将已经称好的原料按一定的顺序投放到搅拌锅中，同时开启搅拌和加热。
这一控制过程由温控仪表与PLC共同完成。
温控仪表控制温度上限，加热由PLC控制完成。
自动配料有固定顺序和可编程序两种控制方式。
在固定顺序方式下，各种原料的放料顺序是固定的，不可改变。
在可编程序方式下，各种原料的放料顺序可根据配方在人机界面上人为没定。
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。
PLC系统的辅助设备
1.编程设备：
编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。
小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。
2.机界面：
最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。
3.输入输出设备：
用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。
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，升级和增加功能都受到严重的限制。
组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，用户可以利用组态软件的功能，构建一套适合自己的应用系统。
随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会被不断赋予新的内容。
需求是推动组态软件发展的第一动力。
组态软件市场的崛起一方面为最终拥护节省了系统投资，另外也为拥护解决了实际问题。
现在用户购买组态软件虽然也需要一定的投资，但是和以前相比，投资额得到了大大降低。
使用组态软件，用户可以做到“花了少量的钱，办成了大事情”。
社会信息化的加速是组态软件市场增长的强大推动力。
随着经济发展水平的提升，信息化社会将为组态软件带来更多的市场机会。
专用系统对组态软件的需求所站比例日益提高。
组态软件的灵活程度和使用效率是一队矛盾，虽然组态软件提供了很多灵活的技术手段，但是在大多数情况下，用户只使用其中的一小部分，在有些应用领域，自动监控的目标及其特性比较单一（或可枚举，或可通过某种模板自主定义、添加、删除、编辑）且数量较多，用户希望自动生成大部分自动监控系统，例如在电梯自动监控、动力设备监控、铁路信号监控等应用系统。
这种应用系统具有一些“傻瓜”型软件的特征，用户只需要用组态软件做一些系统硬件及其参数的配置，就可以自动生成某种特定模式的自动监控系统，如果用户对自动生成的监控系统图形界面不满仪，还可以进行任意修改和编辑，这样既满足了用户对简便性的要求，同时又配备了比较完整的编辑工具。
2.组态王概述
1）Internet时代的杰作
随着Internet科技日益渗透到生产、生活的各个领域，自动化软件的e趋势已发展成为整合IT与工厂自动化的关键。
组态王6.51的Internet版本立足于门户概念，采用最新的JAVA2核心技术，功能更丰富，操作更简单。
整个自动化监控将以一个门户网站的形式呈现给使用者，并且不同工作职责的使用者使用各自的授权口令完成各自的操作，这包括现场的操作者可以完成设备的起停、中控室的工程师可以完成工艺参数的整定、办公室的决策者可以实时掌握生产成本、设备利用率及产量等数据。
组态王6.51的Internet功能逼真现场画面，使您在任何时间任何地点均可实时对企业每一个生产细节、现场的流程画面、过程数据、趋势曲线、生产报表（支持报表打印和数据下载）、操作记录和报警等均轻松浏览。
当然您必须要有授权口令才能完成这些。
用户还可以自己编辑发布的网站首页信息和图标，成为真正企业信息化的Internet门户。
2）性能卓越的分布式高速历史库
过程数据的存储功能对于任何一个工业自动化系统来说都是至关重要的，随着自动化程度的进一步普及和提高，用户对重要数据的存储和使用的要求也越来越高。
面对大批量实时数据的存储，必须解决同步存储速度响应慢、数据易丢失、存储时间短、存储占用空间大、数据读取访问速度慢等用户最关心的问题。
因为用户需要一个实时的、记录准确地、高效的、可节约用户硬件成本的工业过程数据存储方案。
组态王6.51顺应这种用户的期望，提供支持毫秒级高速历史数据的存储和查询功能的工业过程数据库。
真正的企业级生产过程数据仓库。
采用最新数据压缩和搜索引擎技术，数据压缩比优于20%，节约用户硬件成本；
一个月内数据（单点，记录间隔10秒）按照每小时间隔，在百毫秒内即可完成查询。
真正实现历史数据的数据追记、数据合并。
可以将特殊设备中存储的历史数据片段通过组态王驱动程序完整的合并到历史数据服务器中；
也可以将远程站点上的组态王历史数据片段合并到历史数据服务器上。
1.2设计任务及要求
本次设计的自动配料系统主要是完成给小车的自动配料，系统启动后，配料装置能自动识别货车到位情况及对货车进行自动配料，当车装满时，配料系统自动关闭。
本设计的突出点是故障检测部分的设计，首先，当某一节传送带发生故障时，该节传送带和其前面的传送带会立即停止，该节之后的传送带会在一定的延时后停止。
其次，当某节传送带上的物体过重时，该节传送带和其前面的传送带会立即停止，并且数码显示电路会显示发生故障的电机的号码，该节之后的传送带会在一定的延时后停止。
整个系统是以PLC为核心设计的，利用组态王进行监控，可实现静态观测和动态模拟。
并且通过PLC控制可以实现人为停车和故障时自动停车。
主电路图
1.3设计内容及安排
本文对自动配料系统的设计进行了详细的介绍，共分四章。
第1章简要介绍了整个设计的研究背景、目的、意义及整个任务的要求安排；
第2章是主要介绍了PLC的发展及系统硬件的设计过程；
第3章具体介绍系统软件的设计过程，包括PLC程序的编制和组态王的设计过程，并针对硬件调试、软件调试和整机连调的结果进行了具体的分析和说明。
第4章主要阐述了西门子S7-200与组态王通讯的实现过程。
I/O接线图
220v
M
3~
KM1
KM2
Q
SB1
SB3
FR1
Fu4
Fu1
Fu2
Fu3
L2
L3
L1
SB2
C
A
B
图1.3主电路图
第2章系统硬件设计
本自动配料系统的硬件采用的西门子S7-200，运用与之相配的STEP7编程软件，采用LAD编制了下位机的控制程序。
以下将对硬件设计的过程进行详细的介绍。
2.1S7-200系统概述
西门子公司的SIMATICS7-200系列属于小型可编程序控制器，可用于代替继电器的简单控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。
S7-200系列PLC共有5种基本型号的CPU模块，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM，控制点数可以从10点扩展到248点。
其中，CPU221无扩展功能，适于用做小点数的微型控制器，CPU222有扩展功能，CPU224是具有较强控制功能的控制器，CPU226和CPU226XM适用于复杂的中小型控制系统。
所有型号的CPU在内部都集成了1个（CPU221、CPU222、CPU224）或2个（CPU226、CPU226XM）通讯口，该通讯口为标准的RS485口，可在三种方式下工作，即PPI方式、MPI方式和自由通讯口方式。
另外，S7-200可通过增加EM277模块接入Profibus-DP网络，通过CP243-1通讯模块连入工业以太网，通过CP243-2模块使其成为AS-i主站。
2.1.1系统功能概述
S7-200PLC系统是紧凑型可编程控制器。
系统的硬件构架由组成系统的CPU模块和丰富的扩展模块组成。
它能够满足各种设备的自动化控制需求。
S7-200除具有PLC基本的控制功能外，更在如下方面有独到之处。
1.功能强大的指令集
指令内容包括位逻辑指令、计数器、定时器、复杂数学运算指令、PID指令、字符串指令、时钟指令、通讯指令以及和智能模块配合的指令等。
2.丰富强大的通讯功能
S7-200提供了近10种通讯方式以满足不同的应用需求，从简单的S7-200之间的通讯到S7-200通过Pro
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