基于PLC的物料输送分拣系统监控程序设计说明书.docx

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基于PLC的物料输送分拣系统监控程序设计说明书

南京理工大学

毕业设计说明书（论文）

作者:

makha

学号：

0958200102

学院（系）:

专业:

自动化

题目:

基于PLC的物料输送分拣系统

监控程序设计

指导者：

评阅者：

2013年05月

毕业设计说明书（论文）中文摘要

摘要

随着当今社会科学技术的日新月异，各类物料输送的生产线对自动化程度的要求也越来越高，原有的生产送料装置，已远远不能满足当前高度自动化的需要。

保障生产的安全性、可靠性、降低生产成本、减少环境污染、减轻劳动强度、提高产品的质量及经济效益，是企业生存和发展所必须面临和解决的现实问题。

而PLC控制系统和传统的工控系统相比，具有可靠性高、功能强、编程简单、维护方便以及价廉物美的优点，是自动送料装车系统首选的主控制器件。

本文主要介绍一种利用触摸屏实现S7-200系列PLC人机界面的设计方法，并结合某货物分拣系统实现Smartline700IE触摸屏和S7-200系列PLC人机界面接口的设计和编程。

关键词：

PLC人机界面触摸屏

毕业设计说明书（论文）外文摘要

TitleDesigningMonitoringprogramofMaterial

handlingandsortingsystembasedonPLC

Abstract

Withtherapidchangesinscienceandtechnologyinsocietytoday,varioustypesofmaterialhandlingautomationproductionlineoftheincreasinglyhighdemand,theoriginalproductionoffeedingdevice,cannotmeetthecurrentneedsofahighdegreeofautomation.Protecttheproductionofsecurity,reliability,lowerproductioncosts,reduceenvironmentalpollution,reducelaborintensityandimproveproductqualityandeconomicbenefits,istheenterprisesurvivalanddevelopmentmustfaceandsolvereality.ThePLCcontrolsystemandcomparedtothetraditionalindustrialcontrolsystems,highreliability,strongfunction,programmingissimple,easyandcheaptomaintaintheadvantagesofAutomaticLoadingSystemisthemaincontroldeviceofchoice.

ThispapermainlyintroducesakindofusingthetouchscreenwithS7-200seriesPLCHuman-machineinterfacedesignmethod,combineprogrammingandimplementationofSmartline700IEtouchscreenwithS7-200seriesPLCman-machineinterfacewithacargosortingsystem

KeywordsPLCHuman-machineinterfacetouchscreen

第一章绪论

自动分拣系统（AutomatedSortingSystem）是二次大战后在日本，美国的物流中心中广泛采用的一种自动分拣系统，该系统目前已经成为发达国家大中型物流中心不可缺少的一部分。

该系统的工作过程可以简单描述如下：

通过各种运输工具送来的各种物品，在最短的时间内将这些物品运送到指定地点，自动分拣系统在最短的时间内将各种物品按照规定进行筛选分类。

挤貼綬电麥结鈺贖哓类。

随着技术的发展,可编程控制器不仅可以实现一般的逻辑控制,还具备了包括模拟量在内的数值处理和网络通信等功能。

PLC通信能力的加强,使得控制系统的配置可以更加灵活,方便。

将计算机和PLC结合起来,可以充分利用PLC的可靠性高,开发周期短,编程容易等显著特点；充分利用计算机友好的人机界面实现人机对话和监控功能,并可以进行一定的辅助决策,这样就可以组成高性能价格比的控制系统。

对PLC控制程序的状态和运行进行管理和控制，是PLC控制系统的重要组成部分。

采用触摸屏和PC机对PLC控制程序进行监控是目前常用的几种PLC控制系统的监控手段。

本课题采用西门子SmartLine触摸屏，完成对物料输送分拣系统的监控软件的设计。

赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。

本章对PLC，人机界面和触摸屏的介绍，通过分析它们的特点和应用领域我们可以准确的选用和设计。

通过这次设计能深入了解PLCS7-200和HMI设备的工作原理和软件编写。

塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。

1.1可编程控制器PLC

PLC是以自动控制技术、微计算机技术、和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置。

现在随着微处理器技术的发展，PLC得到了迅速的发展，也在社会各领域的生产得到了应用越来越多。

图1.1是现在的一种PLC。

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图1.1S7-200系列PLC

1.1.1PLC的特点

1）重要的特点“可编程”

在我们需要更改控制系统的逻辑电路时我们不需要更改硬件电路，而只要软件程序，所以控制系统硬件能柔性化，其柔性化的结果使控制系统可靠性提高，从而给控制系统带来一系列好处：

系统便于维护，计数机，定时器，节点利用率提高，继电器等器件在PLC中融为一体，使得系统配置灵活方便。

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2）可靠性高，抗干扰能力强

PLC采用了大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

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3）配套集全，功能完善，适用性高

PLC发展到今天，已经形成了大，中，小各种规模的系统产品，可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理工程外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

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4）容易学习，使用简单，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工业等级的工程控制设备。

对它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受，使用。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不太了解电子电路、不太懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

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5）系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造

PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。

这种编程方法很有规律，很容易掌握。

对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

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6）体积小，重量轻，能量消耗低[1]。

1.1.2PLC与别的控制器的比较

1）PLC与继电器控制

在控制逻辑：

PLC采用存储器逻辑，也称为“软连线”逻辑，继电器控制逻辑采用硬连线逻辑。

工作方式：

继电器控制线路属于并行工作方式；PLC属于在串行工作方式。

可靠性和可维护性：

继电器控制线路使用大量的机械触点，连线也很多，可靠性和可维护性差；PLC控制逻辑，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，体积小、寿命长、可靠性高。

控制速度：

继电器控制线路控制速度比较低；PLC控制速度高。

定时控制：

继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制，精度不高；PLC利用数字定时器进行时间控制，精度高，定时范围大[2]。

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2）PLC与工业PC

工业控制计算机（工业PC）是一同用卫星计算机为基础的工业现场自动控制设备，它的特点是具有标准化的总线结构，因此各机型间的兼容性好，与计算机间的通信容易。

而PLC的接口标准目前还没有完全统一，标准化程度较差，其兼容性与通信性能与工业PC相比还有一定的差距。

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3）PLC与DSC

集散控制系统（DSC）生产于20世纪70年代，它与PLC一样都已微型计算机为基础的工业自动控制装备，但DSC发展的基础和方向与PLC有所不同。

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首先，在控制功能方面，DSC是在生产过程仪表控制的基础上发展起来的计算机控制装置，控制功能侧重于模拟量处理，回路调节，状态显示等方面。

而PLC是在“继电器-接触器”控制系统的基础上发展起来的计算机控制装备，控制功能侧重于开关量处理，顺序控制，逻辑运算方面[3]。

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1.2人机界面HMI

人机界面（HumanMachineInterface,HMI），是人与计算机之间专递，交换信息的媒介和对话接口，是人机双向信息交互的支持软件和硬件。

交互式实现信息转达的情境刻画，而界面是实现交互的手段。

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人机界面产品有硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器，显示单元，输入单元，通信接口，数据存储单元等；软件一般分成两部分，即运行于HMI硬件中的系统软件和运行与计算机Windows操作系统下的画面组态软件。

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图1.2一种采用触摸屏的HMI设备

在工业控制领域，人机界面产品包括触摸屏和组态软件，触摸屏又称为图形操作终端（GraphOperationTerminal，GOT），是一种替代鼠标及键盘部分功能，安装在显示屏前端的输入设备。

组态软件又称组态监控系统软件，是指一些数据采集与过程控制的专用软件，是自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的，通用层次的软件工具。

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随着计算机和数字电路技术的发展，人机界面产品的接口能力越来越强。

除了传统的串行（RS232，RS422/485）通信接口外，有些人机界面产品已具有网口，并口，USB等数据接口，可与具有网口，并口，USB等接口的工业控制设备相连接，实现设备的人机交互。

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1.2.1人机界面的特点

一般情况下，不同厂家的HMI硬件使用不同的画面组态软件，在工业控制系统中连接的主要设备种类是PLC。

通用的组态软件支持的种类非常多，如各种PLC，PC板卡，仪表，变频器，模块等设备，而且由于PC的硬件平台性能强大，通用组态软件的功能也很多，适用于大型的监控系统中。

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处理器的性能决定了HMI产品的性能高低，是HMI的核心单元。

根据HMI的产品等级不同，处理器为8位，16位，32位的处理器。

HMI软件一般分成两部分，即运行于HMI硬件中的系统软件和运行与计算机Windows操作系统下的画面组态软件。

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随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。

在开发传统的工业控制软件时，当工业被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长；已开发成功的控制软件又由于每个控制项目不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵；在修改工控软件的源程序时，倘若原来的编程人员因工作变动而离去时，则必须从其他人员或新手进行源程序的修改，因而更是相当困难。

通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好地解决传统工业自动软件存在的种种问题，是用户能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程[4]。

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1.2.2组态软件的功能及特点

1）组态软件的功能

组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，它解决了控制系统通用性问题。

其预设备的各种软件模块可以非常容易的实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机I/O产品，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软硬件的全部接口，进行系统集成。

组态软件常有以下的几方面的功能：

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（1）强大的界面显示组态功能。

（2）良好的开发性。

（3）丰富的功能模块，强大的数据库。

（4）可编程的命令语言。

（5）周密的系统安全防范。

（6）仿真功能。

2）组态软件的特点

作为通用型工具软件，组态软件在自动化系统中始终处于“承上启下”的地位。

在工业信息化的项目中，如果涉及实时数据采集，人们首先会考虑用组态软件。

正因如此，组态软件几乎应用于所有的工业信息化项目当中。

组态软件的特点主要有：

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（1）延续性和可扩充性。

（2）封装性。

（3）通用性。

3）常用的组态软件

国外的组态软件有如下几种：

（1）Wonderware（万维）公司的InTouch软件。

（2）Siemens（西门子）公司的WinCC和WinCCFlexible软件。

（3）三菱电气公司的SoftGOT组态软件。

中国主要开发并使用较多的组态软件有：

（1）世纪星组态软件，由北京世纪长秋科技有限公司开发。

（2）组态王（KingView）软件，由北京亚控科技发展有限公司开发[5]。

1.2.3触摸屏的应用

触摸屏GOT（GraphicOperationTerminal，图形操作终端设备）现在在人们生活中是无处不在的，从手机到电脑都采用了触摸屏，因为它是最简单，方便，自然的一种人机交互。

它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。

主要应用于公共信息的查询、领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。

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触摸屏将从前在操作平台上进行的开关操作，灯显示，数据显示，信息显示等全部用监控画面实现，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编制的程序驱动各种连接装置，用以取代机械式按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。

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1.3本章小结

以上我们也分析到PLC的功能和特点，它的性能是很适合在工业领域中的应用，稳定性高，编程简单，开发周期短，保护和维修方便价格也不高所以在物料分拣系统中我采用了可编程控制器PLC来实现系统控制。

现在PLC的产家比较多但是最流行，受到人们的最多欢迎是西门子公司的产品。

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对比较复查的系统我们都要对系统的控制和运行进行监控，上面也介绍了人机界面和触摸屏，从而如果把人机界面和触摸屏结合起来就起很大的作用，能给用户在运行系统时能方便，简单的操作。

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第2章硬件设备和组态软件介绍

2.1监控系统选型

本题目是物料分拣系统监控的程序设计，用S7-200226CNPLC来控制系统，用SmartLine700IE触摸屏来实现监控系统，通过WinCCFlexible组态软件来编写监控程序。

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2.2西门子S7-200PLC系统概述

SIMATICHS7-200PLC系统采用模块化设计，属紧凑型可编程控制器，控制系统的硬件有CPU模块，各种扩展模块和附加硬件组成。

S7-200PLC既可独立控制简单的系统，又可连成网络控制复杂的系统，其应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动控制有关的工业及民用领域。

S7-200产品具有极高的性价比。

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它的优点是：

1）结构紧凑，安装方便。

SIMATICS7-200PLC结构紧凑，牢固；易于接线，有接线端子排和连接器等接线配件，容易拆，接线；安装方便，器安装孔或标准DIN导轨方便在机柜上垂直或水平安装。

铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。

2）指令丰富，功能强大。

S7-200指令包括位逻辑指令，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，通信指令，以及和模块配合的专用指令等。

出指令丰富外，其功能也强大，包括丰富的内置集成功能，强劲的通信能力，丰富的扩展模块和实时特性等。

因此，它能够监视各种输入状态和输出状态，实现复杂控制。

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3）质量稳定，安全可靠。

S7-200CPU22X系列符合VDE,UL,CSA和FM等国际标准和航级社航用电器认证，并获ISO9001质量保证体系认证，质量稳定可靠。

数据安全性好，在内部EEPROM存储用户原程序和预设值，在一个长时间段（如190h），所有中间数据可以通过一个超级电容器保持，如果选配电池模块可以确保停电后中间数据保存多大200天，同时易于掌握，操作便捷，可靠性高。

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4）编程软件易学好用。

STEP7-Micro/WIN编程软件为用户提供了开发，编辑和监控的良好编程环境。

全中文面，中文的在线帮助信息，Windows的界面风格，以及丰富的编程向导，能使用户快速进入状态，得心应手[1]。

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2.3西门子SmartLine700IE触摸屏使用简介

2.3.1西门子SmartLine700IE触摸屏特点

如今，人机界面已经成为大多数工业机械设备的标准配置，尤其在使用小型机器和简单应用时，成本成了关键因素。

西门子顺应市场需求推出的全新SIMATIC精彩系列面板（SMARTLINE），准确地提供了人机界面的标准功能，经济实用，具备高性价比。

精彩系列面板采用全新的高分辨率16:

9宽屏液晶显示和先进的工业设计理念，使设备操作变得更加轻松快捷，引领人机界面产品进入高分辨率宽屏显示时代。

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1）高分辨率宽屏显示

800×480dpi宽屏显示设计和传统屏幕相比具有更大的可视面积，使单个画面中可以显示更多的信息，让操作员具有更舒适的视觉体验，高分辨率使得画面更清晰，画质更细腻。

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2）LED背光，节能降耗

LED较之CCFL，背光板厚度降低一半左右，使精彩系列面板更轻巧。

同时，操作屏亮度更高，色彩更均匀，表现力更强，可视范围提高到140°。

LED背光可以降低设备能耗，结合屏保功能最大程度地延长操作屏的使用寿命。

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3）强大且丰富的通信能力

PPI通讯协议确保精彩系列面板与S7-200建立高速无缝的连接，和S7-200PLC组成完美的小型自动化解决方案。

集成的RS422/485通讯口使精彩系列面板的通讯更加灵活，可以和市场主流的小型PLC建立稳定可靠的通讯连接。

（三菱FX系列；欧姆龙CP1系列）。

当采用PPI通讯时，通信速率高达187.5kb/s。

SmartLine700IE还支持以太网通信通道：

提供一个以太网接口用于工业以太网连接。

支持ModiconMODBUS串行连接。

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4）高性能处理器，高速外部总线及64MDDR内存

高端的ARM处理器，主频达到400MHz，使数据处理更快，画面显示更流畅。

高速的外部总线充分发挥处理器的强大性能。

增强的64MDDR内存使得画面的切换速度更快。

疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。

5）先进的生产失效故障模式分析

潜在的缺陷及故障分析模型贯穿产品从研发到生产的每个环节，最大程度确保产品可靠性。

成熟的生产流程及完善的质量控制体系确保产品质量 。

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6）先进的工业设计理念

独特的边框倒角设计，让操作屏的外观更具流线型，给人以舒适感。

优雅清新的绿色边框设计，给人以视觉上的开阔感，缓解操作员的视觉疲劳。

使用符合UL标准的PC+ABS合金材料，耐高温、抗腐蚀，特别适用于工业现场的应用环境。

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2.3.2西门子SmartLine700IE触摸屏的连接

1）SmartLine700IE触摸屏的尺寸

图2-1Smart700IE的尺寸设计（mm）

2）进行等电位电路的联结

电位差：

在空间上分开的工厂组件之间可能会产生电位差。

这类电位差可导致数据电缆上出现高均衡电流，从而毁坏接口。

如果两端都采用了电缆屏蔽，并在不同的工厂部件处接地，可能会产生均衡电流。

当系统连接到其它电源时，电位差可能更明显。

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3）链接组态PC

组态PC能够提供下列功能：

传送项目；传送设备映像；将HMI设备恢复至工厂默认设置；备份、恢复项目数据。

链接HMI设备到PC有几种方法：

（1）通过PC/PPI接口将组态PC与SmartPanel连接

操作步骤：

a）关闭HMI设备。

b）将PC/PPI电缆的RS485/422连接器与HMI设备连接。

c）将PC/PPI电缆的RS232接头与组态PC连接。

注：

工业以太网电缆支持热插拔，因此在插拔电缆时无需将HMI设备关闭。

用户也可以使用附件中USB/PPI电缆来代替PC/PPI电缆。

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图2.3PC/PPI电缆连接

（2）通过USC/PPI电缆进行连接

连接步骤：

a）把驱动软件安装到PC上和进行设置。

b）把USB端连接到电脑。

c）把串行端口连接到HMI上。

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图2.4USB/PPI连接

（3）通过以太网接口将组态PC与SmartPanel连接：

用以太网要注意：

以太网通信的数据网络安全性必须确保基于以太网的通信中的数据网络安全性。

例如，如果受到有针对性的攻击而导致过载，则无法保证设备正常工作。

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链接步骤：

a）将工业以太网电缆的一个连接器

与HMI设备连接。

b）将工业以太网电缆的另一个连接

器与组态PC连接。

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图2.4以太网连接

4）将PLC与SmartPanel连接

a）可以通过RS485/422端口或以太网接口将SmartPanel与下列SIMATICPLC互连：

•SIMATICS7-200和S7-200CN

•SIMATICS7-200SMART

•LOGO!

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b）SmartPanel可以与下列第三方PLC连接：

•三菱FX系列

•欧姆龙CP1H、CP1L、CP1E-N

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图3.3PLC与HMI连接

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