物联网控制实验室实验指导书DOC 64页.docx
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物联网控制实验室实验指导书DOC64页
物联网控制实验室实验指导书（DOC64页）
新疆工程学院
9310905118可14,15
《物联网控制实验室》
实验指导书
主编：
徐磊
毛昀
李文楷
审核：
何颖
电气与信息工程系
二0一一年十二月
前言
实验是自动化相关专业学科学习的一个重要学习环节，合理的安排实验内容能够巩固学生在课堂上所学习的理论知识，提高学生的应用能力和动手操作能力，为其从事实践技术工作奠定基础具有重要作用。
为适应科学技术发展和提高学生的能力水平的需要，在教学实践的基础上，编写了相应的实验教材，适合我校自动化相关专业的学生。
本实验室总共开设十个实验，实验内容的安排遵循由浅入深，由易到难的规律。
使学生通过本实验课程能够充分掌握可编程控制器相关领域的应用知识。
本书在编写过程中得到系部、学校各级领导的大力支持与指导，在此表示深深的感谢。
由于编者水平所限，时间仓促，书中错误及欠缺之处难免，真诚希望读者批评指正。
编者
2011年12月
新疆工业高等专科学校
AGV物料运输系统:
CPU采用DSPTMS320LF2407A，软件开发支持流程图、汇编语言、C语言、DSP汇编语言编程，开放式电子扩展架构+开放式机械组合架构，铝合金+高强度ABS，开饭硬件接口、软件设计接口。
AGV采用无线通信网络、带工件平台。
MES调度系统：
上位机管理系统通过串口无线发射台完成与AGV的通信和调度，完成工件在各功能模块之间的加工，分拣等工艺流程。
物联网控制系统工作流程：
当接收到MES调度系统传送过来的生产订单信息和工件属性后，大立体仓库向系统输出所需的工件，放入环形传送带，工件随传送带到达各功能模块进行加工、组装、CCD非接触图像检测、装配分拣等工作。
而当立体仓库没有原料可以提供时，由补料单元组通过AGV物料运输系统向系统继续供料。
1.3物联网控制系统整体网络架构
该物联网控制系统每一站都有一套独立的控制系统，因此，该系统可拆分开来学习，而将各站连在一起集成为系统后，又能为学生提供一个学习复杂和大型控制系统的学习平台。
1.控制系统及架构
图1-2物联网控制系统的组成系统
2.控制网络结构
下图是物联网控制系统的控制网络架构图，该系统结合应用了多种工业通信技术。
图1-3物联网控制系统控制网络架构图
第二篇发展篇
第一章物联网控制系统中S7-200间的PPI通信
1.1PPI概述
PPI协议是专门为S7-200开发的通信协议。
S7-200CPU的通信口（Port0、
Port1）支持PPI通信协议，S7-200的一些通信模块也支持PPI协议。
Micro/WIN与CPU进行编程通信也通过PPI协议。
S7-200CPU的PPI网络通信是建立在RS-485网络的硬件基础上，因此其连接属性和需要的网络硬件设备是与其他RS-485网络一致的。
S7-200CPU之间的PPI网络通信只需要两条简单的指令，它们是网络读（NetR）和网络写（NetW）指令。
在网络读写通信中，只有主站需要调用NetR/NetW指令，从站只需编程处理数据缓冲区（取用或准备数据）。
PPI网络上的所有站点都应当有各自不同的网络地址。
否则通信不会正常进行。
可以用两种方法编程实现PPI网络读写通信：
1．使用NetR/NetW指令，编程实现。
2．使用Micro/WIN中的InstructionWizard（指令向导）中的NETR/NETW向导。
1.2物联网控制系统PPI连线
1．网络的硬件组成
在S7-200系统中，无论是组成PPI、MPI还是RPOFIBUS-DP网络，用到的主要部件都是一样的：
PROFIBUS电缆：
电缆型号有多种，其中最基本的是PROFIBUSFC（FastConnect快速连接）Standard电缆。
PROFIBUS网络连接器：
网络连接器也有多种形式，如出线角度不同等等。
2．连接网络连接器
A.电缆和剥线器。
使用FC技术不用剥出裸露的铜线。
图2-1剥好一端的PROFIBUS电缆与快速剥线器
B.打开PROFIBUS网络连接器。
首先打开电缆张力释放压块，然后掀开芯线锁。
图2-2打开的PROFIBUS连接器
C.去除PROFIBUS电缆芯线外的保护层，将芯线按照相应的颜色标记插入芯线锁，再把锁块用力压下，使内部导体接触。
应注意使电缆剥出的屏蔽层与屏蔽连接压片接触。
图2-3插入电缆
由于通信频率比较高，因此通信电缆采用双端接地。
电缆两头都要连接屏蔽层。
D.复位电缆压块，拧紧螺丝，消除外部拉力对内部连接的影响。
3．网络连接器
网络连接器主要分为两种类型：
带和不带编程口的。
不带编程口的插头用于一般联网，带编程口的插头可以在联网的同时仍然提供一个编程连接端口，用于编程或者连接HMI等。
图2-4左侧:
不带编程口的网络连接器右侧:
带编程口的网络连接器
4．线型网络结构
通过PROFIBUS电缆连接网络插头，构成总线型网络结构。
图2-5总线型网络连接
在上图中，网络连接器A、B、C分别插到三个通信站点的通信口上；电缆a把插头A和B连接起来，电缆b连接插头B和C。
线型结构可以照此扩展。
注意圆圈内的“终端电阻”开关设置。
网络终端的插头，其终端电阻开关必须放在“ON”的位置；中间站点的插头其终端电阻开关应放在“OFF”位置。
5．终端电阻和偏置电阻
一个正规的总线网络使用终端电阻和偏置电阻。
在网络连接线非常短、临时或实验室测试时也可以不使用终端和偏置电阻。
终端电阻：
在线型网络两端（相距最远的两个通信端口上），并联在一对通信线上的电阻。
根据传输线理论，终端电阻可以吸收网络上的反射波，有效地增强信号强度。
两个终端电阻并联后的值应当基本等于传输线在通信频率上的特性阻抗
偏置电阻：
偏置电阻用于在电气情况复杂时确保A、B信号的相对关系，保证“0”、“1”信号的可靠性
西门子的PROFIBUS网络连接器已经内置了终端和偏置电阻，通过一个开关方便地接通或断开。
终端和偏置电阻的值完全符合西门子通信端口和PROFIBUS电缆的要求。
合上网络中网络插头的终端电阻开关，可以非常方便地切断插头后面的部分网络的信号传输。
西门子网络插头中的终端电阻、偏置电阻的大小与西门子PROFIBUS电缆的特性阻抗相匹配，强烈建议用户配套使用西门子的PROFIBUS电缆和网络插头。
可以避免许多麻烦。
6．PPI网络联结示意图
Profibus电缆
第二章物联网控制系统中S7-300与S7-200DP通信
2.1PROFIBUS-DP通信和EM277模块概述
S7-200CPU可以通过EM277PROFIBUS-DP从站模块连入PROFIBUS-DP网，主站可以通过EM277对S7-200CPU进行读/写数据。
作为S7-200的扩展模块，EM277像其它I/O扩展模块一样，通过出厂时就带有的I/O总线与CPU相连。
因M277只能作为从站，所以两个EM277之间不能通信，但可以由一台PC机作为主站，访问几个连网的EM277。
S7-200与S7-300/400或其他系统通信时，通过EM277模块进行的PROFIBUS-DP通信，是最可靠的通信方式。
EM277是智能模块，其通信速率为自适应。
在S7-200CPU中不用做任何关于PROFIBUS-DP的配置和编程工作，只需对数据进行处理。
PROFIBUS-DP的所有配置工作由主站完成，在主站中需配置从站地址及I/O配置。
在主站中完成的与EM277通信的I/O配置共有三种数据一致性类型，即字节、字、缓冲区。
所谓数据的一致性，就是在PROFIBUS-DP传输数据时，数据的各个部分不会割裂开来传输，是保证同时更新的。
即：
字节一致性保证字节作为整个单元传送。
字一致性保证组成字的两个字节总是一起传送
缓冲区一致性保证数据的整个缓冲区作为一个独立单元一起传送。
如果数据值是双字或浮点数以及当一组值都与一种计算或项目有关时，也需要采用缓冲区一致性
EM277作为一个特殊的PROFIBUS-DP从站模块，其相关参数（包括上述的数据一致性）是以GSD（或GSE）文件的形式保存的。
在主站中配置EM277，需要安装相关的GSD文件。
2.2DP主站点和从站点的设置
PROFIBUS-DP通信是一主多从的通讯方式,S7-31X-2DP自然成为主站。
首先组态S7-31X的硬件，同时新建一个PROFIBUS通讯网络；配置EM277组态；然后配置主、从站的站点号和接口通讯区，设置主、从站数据通讯区域；最后将组态下载到31X中。
注意：
EM277在组态的站点号一定要与EM277硬件上设置一致。
两个网络连接器上的终端电阻必须拨至ON。
2.3物联网控制系统DP连接
1．系统组成
物联网控制系统现场总线（Profibus-DP）系统由S7-300PLC和S7-200PLC组成，S7-300作主站，S7-200为从站。
如图所示。
2．硬件的连接
在此物联网控制系统中，S7-300PLC通过Profibus-DP来读写S7-200中的数据，而实现S7-300、S7-200PLC的通讯，其中S7-300CPU是2个通讯口，（一个默认MPI口，一个默认DP口）。
由于S7-200PLC自己不带DP口，必须通过外挂DP模块EM277来转接。
3．DP电缆的制作
DP电缆是两芯的屏蔽电缆，一红一绿，如图所示：
制作好的DP电缆
制作过程：
DP线的第一个连接器接“出”一端，将DP电缆按颜色接到连接器上，螺丝要拧紧（屏蔽线要接好），DP线的另一端接第二个连接器的“进”端，按颜色接好，依次类推，根据需要接n个连接器（n<128）（如图所示）。
如果DP线的长度过长，需要在最后一连器上接一个终端电阻。
DP电缆的连接
4．EM277的连接设置
在不通电情况下，将EM277的插头，插到S7-200PLC的扩展口插座中，并将电源线接好，通过EM277上的地址旋钮来设置本站的地址，从1到125，地址不可重复。
用DP线将S7-300与EM277进行连接。
第三章物联网控制系统中上位机与组态王之间的通信
新建一个组态王程序：
双击桌面上的组态王图标
，单击菜单栏-文件-新建工程：
单击“是”按钮，双击工程名称为“示例”对应的行，进入组态王界面。
在左侧找到系统-数据库-数据词典，双击右侧界面内的新建…
在左侧找到系统-画面，并单击它，然后双击右侧界面内的新建
单击工具箱内的文本T，然后在画面内想要放置的位置，输入内存离散，然后再同样的方法在它的右侧写一个value文本，双击value如下图：
在值输出组内，单击“离散值输出”按钮，弹出离散值输出连接对话框，单击条件表达式右侧的？
按钮，弹出选择变量名按钮，选择上面新建的变量名称“接收或发送内存离散变量”单击确定按钮，这是用于接收上位机发送的值的。
然后我们再添加一个发送指令，同样在动画连接对话框内，找到值输入组，单击离散值输入
单击确定按钮。
同样方法建立内存整数，内存实数及内存字符串，注意对应值输入输出类型，建立完的画面如下：
单击菜单栏-文件-全部存按钮，然后单击工具栏运行：
单击“主画面”后确定。
至此组态王程序完成。
新建一个C#程序：
双击桌面上的MicrosoftVisualStudio2005图标，新建一个c#windows应用程序：
设计对话框：
序号
控件的类型
ID号
响应函数
1
Button控件
button_connectkingvew
button_connectkingvew_Click
2
GroupBox控件
groupBox1
无
3
Lable控件
label1
无
4
TextBox控件
textBox_memorybool
无
5
按钮控件
button_sendbool
button_sendbool_Click
6
Lable控件
label2
无
7
TextBox控件
textBox_memoryint
无
8
按钮控件
button_sendint
button_sendint_Click
9
Lable控件
label3
无
10
TextBox控件
textBox_memorysingle
无
11
按钮控件
button_sendsingle
button_sendsingle_Click
12
Lable控件
label4
无
13
TextBox控件
textBox_memorystring
无
14
按钮控件
button_sendstring
button_sendstring_Click
15
GroupBox控件
groupBox2
无
16
Lable控件
label5
无
17
TextBox控件
textBox_recvbool
无
18
按钮控件
button_recvbool
button_recvbool_Click
19
Lable控件
label6
无
20
TextBox控件
textBox_recvint
无
21
按钮控件
button_recvint
button_recvint_Click
22
Lable控件
label7
无
23
TextBox控件
textBox_recvsingle
无
24
按钮控件
button_recvsingle
button_recvsingle_Click
25
Lable控件
label8
无
26
TextBox控件
textBox_recvstring
无
27
按钮控件
button_recvstring
button_recvstring_Click
第三篇实验篇
实验一、安装搬运单元控制实验
一、实验目的
1.熟悉西门子S7-200PLC
2.学会设置路径、新建程序
3初步学习用指令表、梯形图方式编制PLC程序
4.理解指令表和梯形图的对应关系
5.熟悉安装搬运站工作原理，完成PLC程序编写
6.掌握调试程序的方法
二、实验仪器与设备
线槽、电磁阀组、信号板模块、S7-200PLC、调压阀组件、复合运动模块、工件平台、电磁传感器。
三、实验内容
安装搬运单元可以模拟提取工件、按照要求将工件分流的过程，同时能提供一个安装工位，实现大、小工件的组装。
安装搬运站的作用有两个：
一是将工件从上一站搬运至本站的工件平台上，二是将工件再从本站工件平台中搬运至下一站。
这样做的目的是将工件搬运至本站后再安装一个小工件即增加了一个安装过程，当然本站也可以像操作手或是搬运站一样起到搬运工件的功能。
1气动控制回路
该工作单元的执行机构是气动控制系统，其方向控制阀的控制方式为电磁控制或手动控制。
各执行机构的逻辑控制功能是通过PLC控制实现的。
在安装搬运单元的气动控制原理图中，1A为1号双作用直线气缸；1B1和1B2为磁感应式接近开关；2A为2号双作用直线气缸；2B1、2B2为磁感应式接近开关；3A为气动夹爪；3B1为磁感应式接近开关；4A为控制手臂上下的直线气缸；4B1、4B2为磁感应式接近开关；1Y1、1Y2为1号双作用气缸的电磁阀的两个控制信号；2Y1、2Y2为控制2号双作用气缸的电磁阀的两个电磁控制信号；3Y1、3Y2为控制气动夹爪开与闭的电磁阀的两个电磁控制信号；4Y1为上下摆动气缸的电磁阀的电磁控制信号。
2电气控制原理
电气接口地址：
FMS中的每个部件上的输入、输出信号与PLC之间的通讯电路联接是通过I/O接线端口实现的。
各接口地址已经固定。
各单元中的需要与PLC进行通讯联接的线路（包括各个传感器的线路、各个电磁阀的控制线路及电源线路）都已事先联接到了各自的I/O接线端口上，在与PLC联接时，只需使用一根专用电缆即可实现快速连接。
序号
设备
符号
I/Q
设备名称
设备用途
信号特征
1
1B1
I0.0
磁感应式接近开关
判断长直线气缸的位置
信号为1：
长气缸缩回到位
2
1B2
I0.1
磁感应式接近开关
判断长直线气缸的位置
信号为1：
长气缸伸出到位
3
2B1
I0.2
磁感应式接近开关
判断短直线气缸的位置
信号为1：
短气缸缩回到位
4
2B2
I0.3
磁感应式接近开关
判断短直线气缸的位置
信号为1：
短气缸伸出到位
5
3B1
I0.4
磁感应式接近开关
判断夹爪开闭情况
信号为1：
夹爪已打开
信号为0：
夹爪夹紧
6
4B1
I0.5
磁感应式接近开关
判断夹爪上下的位置
信号为1：
夹爪下降到位
7
4B2
I0.6
磁感应式接近开关
判断夹爪上下的位置
信号为1：
夹爪上升到位
8
1Y1
Q0.0
电磁阀
控制长直线气缸动作
信号为1：
长直线气缸缩回
9
1Y2
Q0.1
电磁阀
控制长直线气缸动作
信号为1：
长直线气缸伸出
10
2Y1
Q0.2
电磁阀
控制短直线气缸动作
信号为1：
短直线气缸缩回
11
2Y2
Q0.3
电磁阀
控制短直线气缸动作
信号为1：
短直线气缸伸出
12
3Y1
Q0.4
电磁阀
控制夹爪开闭的动作
信号为1：
夹爪打开
13
3Y2
Q0.5
电磁阀
控制夹爪开闭的动作
信号为1：
夹爪闭合
14
4Y1
Q0.6
电磁阀
控制升降气缸的动作
信号为1：
夹爪下降
信号为0：
夹爪上升
I2.0……….I2.6：
开始、复位、特殊、手/自、单/联、停止、上电。
Q1.6：
开始指示灯Q1.7：
复位指示灯。
3．程序控制
3.1控制任务
当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，夹爪打开、摆臂上抬到位，两个直线气缸驱动摆臂左转到最左端。
进入工作运行模式，按启动按钮，摆臂下降夹取工件，抬起后转安装工位，摆臂下降后释放大工件，然后上抬等待小工件的安装（用计时器模拟安装好的信号），有信号后摆臂再次下降夹取工件，上抬后转输出工位；等待输出信号，按下启动按钮，摆臂下，放开工件，上抬后摆臂转左工位，再次等待下一个工作信号。
3.2程序编写
下面有安装搬运单元的手动控制程序框图，按此框图编写PLC程序。
将编辑好的程序下载到PLC中运行，调试通过，完成控制任务。
四、实验思考题
当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，夹爪打开、摆臂上抬到位，两个直线气缸驱动摆臂左转到最左端。
进入工作运行模式，按启动按钮，摆臂下降夹取工件，抬起后根据工件信息决定该工件放在哪个位置，到达指定位置后，摆臂下，放开工件，上抬后摆臂转左工位，再次等待下一个工作信号。
用“手/自”、“单/联”模拟工件的材质及颜色：
按钮
材质及颜色
金属、银白色
尼龙、白色
尼龙、黑色
手/自
1
1
0
单/联
1
0
0
当输入的工件为白色尼龙工件，放到左上工位（安装工位）；
当输入的工件为黑色尼龙工件，放到右上工位；
当输入的工件为银色金属工件，放到右工位（输出工位
实验二、安装单元控制实验
一、实验目的
1.熟悉西门子S7-200PLC
2.学会设置路径、新建程序
3初步学习用指令表、梯形图方式编制PLC程序
4.理解指令表和梯形图的对应关系
5.熟悉安装站工作原理，完成PLC程序编写
6.掌握调试程序的方法
二、实验仪器与设备
线槽、电磁阀组、信号板模块、S7-200PLC、调压阀组件、料仓座、摆臂吸嘴、真空发生器、电磁传感器。
三、实验内容
安装单元在整个系统中，起着向系统中的其它单元提供装配用的小工件。
它的具体功能是：
按照需要将放置在料仓中的待安装的小工件（黑、白双色）自动地取出，并将其传送到下个工作单元上的大工件空腔中。
安装单元主要由I/O接线端口、料仓模块、转运模块、小工件平台、气源处理组件、阀组等部件组成。
1气动控制回路
该工作单元的执行机构是气动控制系统，其方向控制阀的控制方式为电磁控制或手动控制。
各执行机构的逻辑控制功能是通过PLC控制实现的。
在安装单元的气动控制原理图中，1A为旋转缸；1B1和1B2为磁感应式接近开关；2A为双作用换向气缸；2B1、2B2为磁感应式接近开关；3A为真空发生器；4A为双作用推料气缸；4B1、4B2为磁感应式接近开关；1Y1、1Y2为控制旋转气缸的电磁阀的两个控制信号；2Y1、2Y2为控制换向气缸的电磁阀的两个控制信号；3Y1、3Y2为控制真空发生器的电磁阀的两个电磁控制信号；4Y1为控制推料缸的电磁阀的电磁控制信号。
2电气控制原理
电气接口地址：
FMS中的每个部件上的输入、输出信号与PLC之间的通讯电路联接是通过I/O接线端口实现的。
各接口地址已经固定。
各单元中的需要与PLC进行通讯联接的线路（包括各个传感器的线路、各个电磁阀的控制线路及电源线路）都已事先联接到了各自的I/O接线端口上，在与PLC联接时，只需使用一根专用电缆即可实现快速连接。
序号
设备符号
I/Q
设备名称
设备用途
信号特征
1
1B1
I0.0
磁感应式接近开关
判断摆臂的左右位置
信号为1：
摆臂摆回到位
2
1B2
I0.1
磁感应式接近开关
判断摆臂的左右位置
信号为1：
摆臂摆出到位
3
2B1
I0.2
磁感应式接近开关
判断料仓位置情况
信号为1：
当前为黑色料仓
4
2B2
I0.3
磁感应式接近开关
判断料仓位置情况
信号为1：
当前为白色料仓
5
4B1
I0.5
磁感应式接近开关
判断推料块的位置
信号为1：
推料缸返回到位
6
4B2
I0.6
磁感应式接近开关
判断推料块的位置
信号为1：
推料缸推出到位
7
1Y1
Q0.0
电磁阀
控制旋转气缸左右动作
信号为1：
旋转缸摆回
8
1Y2
Q0.1
电磁阀
控制旋转气缸左右动作
信号为1：
旋转抽摆出
9
2Y1
Q0.2
电磁阀
控制料仓换位
信号为1：
调整为黑色料仓
10
2Y2
Q0.3
电磁阀
控制料仓换位
信号为1：
调整为白色料仓
11
3Y1
Q0.4
电磁阀
控制真空发生器的动作
信号为1：
真空发生器复位
12
3Y2
Q0.5
电磁阀
控制真空发生器的动作
信号为1：
真空发生器工作
13
4Y1
Q0.6
电磁阀
控制推料缸的动作
信号为1：
推料缸推出工件
信号为0：
推料缸返回
I2.0……….I2.6：
开始、复位、特殊、手/自、单/联、停止、上电。
Q1.6：
开始指示灯Q1.7：
复位指示灯。
3．程序控制
3.1控制任务
当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，旋转气缸驱动的摆臂左转到最左端，摆臂缩回到位，换向气缸伸出，推料气缸缩回到位。
然后进入工作运行模式，按启动按钮，摆臂向外摆出，推料气缸推出小工件，摆臂摆回吸取小工件后，向外摆出，至极限位置后，释放小工件，然后摆臂摆回，同时料仓在换向气缸的驱动下换向，为下次另一种小工件的输出作好准备。
每按一次启动
升级会员 