PLC在物料传送带装置模拟控制系统设计.docx
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PLC在物料传送带装置模拟控制系统设计
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PLC在物料传送带装置模拟控制系统设计
内容摘要
随着计算机、网络通讯、自动化技术的发展,工厂及生产线的建设和改造正朝着自动化、网络化、信息化的方向发展。
传送带是生产系统中的重要物料输送工具,但现在仍有不少传送带采用功能单一的按钮式电气控制柜控制,已不能满足现代生产线物料输送管理的需要。
本课题以传送带为主要控制对象,采用基于PLC的控制系统以及Wincc监控系统来构建新一代的传送带输送控制平台。
借助可编程控制器S7-200系列PLC强大的编程功能和Wincc组态软件完善的人机界面设计功能，本系统可以大幅度减轻了一线工人劳动强度和现场管理难度，加强了安全系数，体现了以人为本的原则，使生产和管理更趋规范化、科学化。
本系统采用四节传送带电路，以PLC为控制核心，以Wincc软件组态的人机界面为监控中心，具备顺序起动和顺序停止功能；当某条传送带发载料超重时，前面的皮带机立即停止，该传送带及其后面传送带延时停止的自动控制功能；当某条传送带发生故障时，该传送带及其前面的传送带立即停止的自动控制等功能。
关键词：
可编程控制器；Wincc组态软件
Abstract
Withthedevelopmentofcomputer,networkcommunicationandautomationtechnology,theconstructingandrebuildingofmanufactoryandproductionlinearedevelopinginautomation,networkandinformationfashion.Conveyorbeltisoneoftheimportantmeansofconveyance.However,someconveyorbeltsarestillcontrolledbyoldconsoleswhichonlyhavebasicfunctions,whichcannotmeettheneedofmodernmanagementofwarehouse.Focusingonthecontrolofconveyorbelt,thispaperwillconstructinganewconsoleplatformbasedontheWinccmonitoringsystemandthePLCcontrolsystem.Withtheprogrammablecontrollers7-200seriesofthePLCprogrammableandtheWinccconfigurationsoftwareperfectman-machineinterfacedesignfunctionality,thesystemcanlightentheworkingstrengthoftheworkers,reducethedifficultyofthespotmanagementgreatlyandcanenhancethesafetyfactor.Soitreflectstheprincipleofthepeopleorientedandmakeproductionandmanagementbecomemorestandardizationandscientific.
usingplcforcontrolcenter，theman-machinetheWinccsoftwareconfiguredforsurveillancecenter,theconveyorpossesssequencestartingandsequencestoppingfunction;Whenaconveyorbeltinmaterialoverweight,Infrontofthebeltconveyorstopimmediately,Theconveyorbeltandfollowingconveyorsdelaystopofautomaticcontrolfunction;Whenoneoftheconveyorbeltisatfault,Theconveyorbeltandforwardconveyorstoimmediatelystopofautomaticcontrolfunction.
Keywords：
Programmablecontroller;Winccconfigurationsoftware
一、绪论1
1.1四级传送带的概述1
1.2PLC发展状况及应用领域1
1.2.1近年来PLC发展情况1
1.2.2我国PLC发展情况2
1.2.3PLC的应用领域3
1.3Wincc发展状况及应用领域3
1.3.1面市后的效果4
1.3.2突出的优点4
1.3.3多语言支持，全球通用5
1.3.4可集成到任何公司内的任何自动化解决方案中5
1.4研究本论文的意义5
二、四级传送带整体方案设计6
2.1设计任务6
2.2四级传送带设计6
2.2.1四节传送带外形图6
2.2.2控制要求分析7
2.2.3四级传送带主电路图7
三、系统软件设计8
3.1设计程序流程图8
3.2PLC控制程序设计8
3.2.1I\O地址分配表8
3.2.2PLC外围接线图9
3.2.3梯形图9
3.3上位机监控画面设计11
3.3.1组态软件安装11
3.3.2监控画面设计13
四、系统调试16
4.1调试准备16
4.1.1通讯连接16
4.1.2操作说明16
4.2调试17
4.3注意事项19
五、总结21
致谢23
附录24
一、绪论
1.1四级传送带的概述
随着科技技术的发展，现在设备都有全自动生产功能。
工人只要按下开始按钮就可以让传送带自己运转，在下班时按下停止按钮就可以停止了。
为了能使传送带的起动和停止，不使货物产生堆积和破坏，我们在设计中采用了顺序起动和顺序停止的操作。
在工作过程中为了防止工作部件的故障或传送带超载使系统受损，电路有传感设备经PLC处理后发出停止信号。
电路有自己判断故障的的能力，为我们的生产带来了方便。
1.2PLC发展状况及应用领域
1.2.1近年来PLC发展情况
PLC集三电（电控、电仪、电传）为一体、性能价格比高、高可靠性的特点，已成为自动化工程的核心设备。
PLC成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置，其使用量高居首位。
PLC成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。
就全世界自动化市场的过去、现在和可以预见的未来而言，PLC仍然处于一种核心地位。
在最近出现在美国、欧洲和国内有关探讨PLC发展的论文中，这个结论是众口一词的，尽管对PLC的未来发展有着许多不同的意见。
在全球经济不景气的时候，PLC的市场销售仍然坚挺；PC控制有了引人注目的进展，但毕竟只能对高端的PLC产品形成竞争；小型、超小型PLC的发展势头令人刮目相看；PLC和PC控制在今后可能相互融合。
1.2.2我国PLC发展情况
在70年代末和80年代初，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外
PLC。
我国不少科研单位和工厂在研制和生产PLC，如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦门A-B公司等。
在传统设备改造和新设备设计中，PLC的应用逐年增多，取得良好效果。
PLC在我国的应用越来越广泛。
中国PLC市场（2009年度）使用情况统计见图1-1。
图1-1中国PLC市场使用情况（2009年度）
PLC品牌分布情况的原因：
产品分布范围：
排在最前的三个品牌有最丰富的产品系列，而且没有偏重，用户很容易得到恰当的产品；其他品牌如Fuji，LG则以小型和微型产品为主，GE和Schneider以中大型产品为主。
虽然A－B拥有出色的技术和全面的产品系列，但是高价格使用户却步。
中国市场上的历史：
Siemens，Mitsubishi和Omron都是在中国市场上传统的供应商，在很多领域占了先机，相对应的是GE，Schneider（其实Modicon进入中国也比较早，但没有完整的销售和服务体系）和LG这些后来者虽然市场快速增长，但距先行者仍有一定的差距。
行业分布：
某些品牌会侧重于一些行业，如Schneider更加注重电力行业，Rockwell在冶金行业表现出众。
预测：
中国PLC市场在2010年有望翻番
在最近的经济发展中，中国以其制造业发展的迅猛及范围的广泛为人瞩目，使PLC在某些自动化领域增长超过了20%。
中国的PLC市场在未来的5年内，将以14.1%的综合年增长率增长。
1.2.3PLC的应用领域
目前，PLC在国内外已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。
从PLC应用类型看，大致可归纳为以下几个方面：
开关量逻辑控制
运动控制
过程控制（PID闭环控制）
数据处理
通信联网（构成DCS、FCS系统）
PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到以下应用领域：
中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活相关的机器、与环境相关的机器，而且有急速的上升趋势。
值得注意的是，随着PLC、DCS相互渗透，二者的界线日趋模糊的时候，PLC从传统的应用于离散的制造业向应用到连续的流程工业扩展。
1.3Wincc发展状况及应用领域
SIMATICWincc是第一个使用最新的32位技术的过程监视系统，具有良好的开放性和灵活性。
1.3.1面市后的效果
从面市伊始，用户就对SIMATICWincc印象深刻。
一方面，是其高水平的创新，它使用户在早期就认识到即将到来的发展趋势并予以实现；另一方面，
是其基于标准的长期产品策略，可确保用户的投资利益。
凭籍这种战略思想，Wincc，这一运行于MicrosoftWindows2000和XP下的Windows控制中心，已发展成为欧洲市场中的领导者，乃至业界遵循的标准。
如果你想使设备和机器最优化运行，如果你想最大程度地提高工厂的可用性和生产效率，Wincc当是上乘之选。
1.3.2突出的优点
多功能
通用的应用程序，适合所有工业领域的解决方案；多语言支持，全球通用；可以集成到所有自动化解决方案内；内置所有操作和管理功能，可简单、有效地进行组态；可基于Web持续延展，采用开放性标准，集成简便；集成的Historian系统作为IT和商务集成的平台；可用选件和附加件进行扩展；“全集成自动化”的组成部分，适用于所有工业和技术领域的解决方案。
实例证明
Wincc集生产自动化和过程自动化于一体，实现了相互之间的整合，这在大量应用和各种工业领域的应用实例中业已证明，包括：
汽车工业、化工和制药行业、印刷行业、能源供应和分配、贸易和服务行业、塑料和橡胶行业、机械和设备成套工程、金属加工业、食品、饮料和烟草行业、造纸和纸品加工、钢铁行业、运输行业、水处理和污水净化。
其他作用
Wincc是SIMATICPCS7过程控制系统及其它西门子控制系统中的人机界面组件。
通过利用“FDA选件”，并在工程与组态时采取适当的措施—这在白皮书中已阐明—SIMATICWincc符合制药和食品行业FDA21CFRPart11的要求（FDA=美国食品和药物管理局）。
众多的任选件，将使工厂认证更为容易，而这种认证为这些工业领域的各种要求更是提供了非常有说服力的全面响应。
1.3.3多语言支持，全球通用
Wincc的组态界面完全是为国际化部署而设计的：
你只需点一下按键就可在德文、英文、法文、西班牙文和意大利文之间进行切换。
亚洲版还支持中文、韩文和日文。
自然，你可以在项目中设计多种运行时目标语言，即同时可使用几种欧洲和亚洲语言。
这意味着，你可在几个目标市场使用相同的可视化解决方案。
如果要翻译文本，只需一种标准的ASCII文本编辑器即可。
1.3.4可集成到任何公司内的任何自动化解决方案中
Wincc提供了所有最重要的通讯通道，用于连接到SIMATICS5/S7/505控制器（例如通过S7协议集）的通讯，以及如PROFIBUS-DP/FMS、DDE（动态数据交换）和OPC（用于过程控制的OLE），等非专用通道；你亦能以附加件的形式获得其它通讯通道。
由于所有的控制器制造商都为其硬件提供了相应的OPC服务器，因而事实上可以不受限制地将各种硬件连接到Wincc。
1.4研究本论文的意义
本论文搭建的一个小型平台在一定程度上可以通过熟练使用西门子S7-200编程软件编写控制程序，使用Wincc组态软件设计人机监控界面，以达到可以独立设计小型自动化控制系统。
以本设计为契机，加深对PLC学科以及起相关学科更深的了解，为就业后更多专业知识的学习铺垫一定基础，快速适应所从事的自动化控制相关工作
二、四级传送带整体方案设计
2.1设计任务
本论文完成从硬件电路的选型和设计，传送带程序的编写和调试，上位机的监控界面设计，上位机与PLC的通信连接和现场调试，最终达到上位机可以控制传送带的运行并对传送带发生的故障和超载做出正确的处理，过程图2-1。
图2-1传送带控制系统设计基本步骤
2.2四级传送带设计
2.2.1四节传送带外形图
见下图2-2，传送带系统中传送带主体部分外形图。
图2-2四节传送带外形图
2.2.2控制要求分析
⑴启动时先起动最末一条皮带机，各极经过2秒延时，再依次起动其它传送带。
即D→C→B→A
⑵停止时应先停止最前一条皮带机，待料运送完毕后，各极经过2秒延时再依次停止其它传送。
即A→B→C→D
⑶当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止，而该皮带机以后的皮带机待运完后才停止。
例如B故障，A、B立即停，经过2秒延时后，C停，再过2秒，D停。
⑷当某条皮带机上有重物时，该皮带机前面的皮带机停止，该皮带机运行2秒，C停，再过2秒，D停。
2.2.3四级传送带主电路图
图中QS为电源开关；FU1~FU5以及FR为熔断器，保护电路；KM1~KM4为相应传送带电机线圈；A~D为相应传送带电机，见图2-3。
图2-3四节传送带主电路图
三、系统软件设计
3.1设计程序流程图
根据第二章的传送带控制要求设计出程序流程如图3-1所示。
图3-1程序设计顺序流程图
3.2PLC控制程序设计
输入信号的类型：
开关量信号；电压等级：
根据传输距离选择12V
CPU型号：
考虑到输入/输出点数以及经济因素选择CPU224
PLC编程软件：
STEP7-MicroWINV4.0
开关量输出模块选择继电器输出方式
3.2.1I\O地址分配表
根据传送带系统设计确定所需变量，I/O地址分配见表3-1。
表3-1I/O地址分配
输入
输出
设备
输入点
设备
输出点
启动按钮
SB1
M20.0
A皮带机
A
Q0.1
停止按钮
SB2
M20.1
B皮带机
B
Q0.2
A皮带重物
SQ1
I0.1
C皮带机
C
Q0.3
B皮带重物
SQ2
I0.2
D皮带机
D
Q0.4
C皮带重物
SQ3
I0.3
D皮带重物
SQ4
I0.4
A故障
SQ5
I0.5
B故障
SQ6
I0.6
C故障
SQ7
I0.7
D故障
SQ8
I1.0
3.2.2PLC外围接线图
为保证PLC电源工作稳定，加强抗干扰性能，CPU224使用开关式24V稳压电源；输出电路使用24V交流电源；输出电路各电机之间设置线圈互锁以减少发生不必要的故障，PLC外部接线见图3-2。
图3-2PLC外部接线图
3.2.3梯形图
此梯形图程序为传送带启动程序以及解析，此启动程序中，将启动按钮KM20.0接通，可以启动传送带电机D，然后电机C、B、A依次延时2秒启动，传送带开始正常运转。
传送带停止，故障和重物程序梯形图见附录1，传送带程序语句表见附录2。
3.2.4程序仿真
利用S7-200simulatorV2仿真软件对已经编好的传送带控制程序进行仿真。
首先，打开S7-200simulatorV2仿真软件，输入密码6596，选择好CPU型号（CPU224），将由编程软件导出的.awl文件导入到仿真软件中，切到运行状态，并打开监控，进行仿真，仿真画面如图3-3。
图3-3程序仿真过程
通过程序仿真可以检查出程序设计的不足之处，然后进行修改，然后再进行仿真，直到程序完全达到设计要求为止，到此为止，程序设计告一段路，可以进行上位机的设计了。
3.3上位机监控画面设计
3.3.1组态软件安装
要完成监控画面的设计，首先要安装相关的设计软件及其数据库软件，包括MicrosoftSQLServer2000软件，Wincc6.0组态软件，PCAccessV1.0软件。
下面为组态软件安装过程：
字节）。
⑵关闭WindowsXPSP2下的Windows防火墙。
要关闭“Windows防火墙”，请依次单击“开始”、“控制面板”、“网络和Internet连接”。
在“常规”选项卡上，单击“关闭”
⑶安装消息队列
打开操作系统“开始”菜单并选择“设置”>“控制面板”>“添加或删除程序”。
单击左边菜单栏中的“添加或删除Windows组件”按钮。
“Windows组件向导”打开。
选择组件“消息队列”，“详细资料”按钮激活。
单击“详细资料”按钮。
对话框“消息队列”打开。
激活“公共”子部件。
注意取消激活其它所有的子组件，并“确定”进行确认。
⑷安装MicrosoftSQLServer2000SP3a
加载SQLSERVER2K_SP3A_WINCC.ISO到虚拟光驱安装或虚拟磁盘，
如果已经安装SQLServer2000,需要卸载
磁盘文件夹映射成虚拟盘符
SUBST[drive1:
[drive2:
]path]
SUBSTdrive1:
/D
drive1:
指定要指派路径的虚拟驱动器。
[drive2:
]path指定物理驱动器和要指派给虚拟驱动器的
路径。
/D删除被替换的（虚拟）驱动器。
D:
\>substx:
D:
\MyResources\WinCC6.0\软件\SQL_Serv_2k_SP3_wincc
D:
\>substx:
/d
启动“WinccV6.0的SQLServer2000ServicePack3a”光盘。
选择条目“安装SQLServer2000”。
如果需要中文版SQLServer2000+SP4，可以在安装完成后，在重新安装，这样SQLServer2000将会有两个实例名：
localhost,localhost/Wincc,互相不影响，也可单独卸载某个实例。
⑸安装Wincc
启动Wincc产品光盘。
选择“安装SIMATICWincc”。
⑹授权
WinCC6.0\授权\siemens-aut\SIEMENS-Chinese.exe
安装单个授权SIK/SIMATICWINCC-V6RC64KPTg512ATg
⑺按照安装向导安装PCAccess软件，安装完成后，可以进行设计了。
3.3.2监控画面设计
以下为监控画面设计过程：
⑴在桌面上双击Wincc6.0组态软件图标，在打开的界面上单击“文件”，选择“建”，在Wincc资源管理器窗口中选择单用户项目图标，单击“确定”，在下一个窗口中输入项目名称，选择保存路径，单击‘创建’，完成项目的建立。
⑵在新建项目“传送带”目录下右击图形编辑器图标，在出现的下拉列表里新建画面，然后对新建画面重命名为“控制主画面”。
⑶打开“控制主画面”，使用软件提供的工具箱，各种元件库，设计监控画面，如图3-4。
图3-4监控画面设计
⑷建立画面变量。
根据I/O域分配表在PCAccess软件中首先建立新的连“NewPLC”，然后建立连接监控画面所需变量，并分配地址，如图3-5所示。
图3-5PCAccess中建立变量
⑸将所建变量导入Wincc6.0组态软件中。
在Wincc6.0界面中右击“变量管理”
图标，添加新的通讯驱动程序OPC.chn，打开通讯程序“OPC”，在“OPCGroup”中建立连接“S7200-OPCSSever”，然后右击“OPCGroup”，选择“系统参数”，再选择“S7200-OPCSSever”，单击“浏览服务器”，单击“下一步”，然后打开“S7200-OPCSSever”，如下图3-6，
图3-6Wincc中变量导入
然后选择所建变量，单击“添加条目”，在弹出的对话框中选择“S7200-OPCSSever”，单击“完成”，此时，变量已经导入到Wincc6.0中。
⑹将变量与监控画面中各操作项连接，并设置动态效果。
首先设计按钮的动态连接，以“开始”为例，右键单击“属性”，点击“事件选项卡”，先设置“按下左键”，右击白色闪电符号，在下拉菜单中选择“直接连接”，将出现窗口中项按图3-7所示进行设置，
图3-7按钮连接变量
然后单击“确定”，按钮设置完毕。
下面设置报警显示，以电机B超重为例，右键单击“属性”，选择“控件属性”，在“BlinkMode”设置中选择“Solid-3”，然后右击后面的闪电符号，选择“动态对话框”，按图3-8所示设计。
图3-8报警颜色设置
然后点击“应用”就完成了。
其他变量的连接类同，然后在库中选择一个“SIEMENSWincc”图标放置在编辑画面的左上角，画面就连好了，保存之后可以点击“运行”，查看运行时画面。
现在设计工作告一段落，可以去实验室调试了。
四、系统调试
4.1调试准备
4.1.1通讯连接
在实验室中用专用通信线缆将PLC与计算机USB接口相连，接好故障和载重的外部输入信号，给PLC电源通电，将PLC设为停止模式，打开S7-200编程软件编程界面，选择“通讯”如图4-1界面。
图4-1编程软件通讯连接
双击尝试与PLC连接，连接成功后，就可以将传送带程序下载到PLC中，下载完成后就可以准备调试程序和监控系统了。
4.1.2操作说明
“启动按钮”，“停止按钮”在监控界面中
SQ1：
A电动机有重物时经过转换后的数字信号
SQ2：
B电动机有重物时经过转换后的数字信号
SQ3：
C电动机有重物时经过转换后的数字信号
SQ4：
D电动机有重物时经过转换后的数字信号
SQ5：
A皮带故障时经过转换后的数字信号
SQ6：
B皮带故障时经过转换
升级会员 