PLC可编程控制器仿真模拟毕业论文.docx
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PLC可编程控制器仿真模拟毕业论文
PLC可编程控制器仿真模拟毕业论文
目录
1绪论1
1.1可编程控制器定义1
1.2可编程控制器的产生1
1.3可编程控制器的基本特点1
1.4可编程控制器的发展2
1.4.1发展趋势2
1.4.2PLC现状与发展浅论2
1.4.3典型的PLC产品3
1.4.4PLC在我国的应用3
1.4.5PLC发展的重点4
2.西门子系列PLC简介6
2.1S7-2006
2.2S7-3006
2.3S7-200与S7-300的区别6
2.3.1硬件区别6
2.3.2软件区别7
2.4S7-300的系统组成8
2.4.1系统组成8
2.4.2S7－300的通讯概况8
2.4.3S7-300的两种类型：
11
2.4.4功能12
2.4.5结论12
2.5STEP7编程软件12
2.5.2安装与运行环境14
2.5.3Step7v5.4Professional安装步骤14
2.5.4STEP7的安装中问题15
2.6PLCSIM模拟器15
2.6.1引言16
2.6.2S7-PLCSIM概述16
2.6.3S7-PLCSIM应用实例17
2.6.4对错误组织块的仿真19
3基于S7-300PLC控制带式输送机21
3.1带式输送机的现状与发展21
3.1.1国外带式输送机技术的现状：
21
3.1.2 国内带式输送机技术的现状21
3.2 煤矿带式输送机技术的发展趋势22
3.2.1设备大型化、提高运输能力22
3.2.2提高元部件性能和可靠性22
3.2.3扩大功能，一机多用化22
3.3煤矸石烧结生产线22
3.3.1工艺流程22
3.3.2煤矸石烧结生产线电气控制系统设计要求24
4PLC编程设计25
4.1硬件组态25
4.2I/O点配置26
4.3工艺流程图28
5基于WINCC下的组态30
5.1组态系统WiNCC30
5.2.组态图形31
6总结34
7参考文献36
附录137
实验指导书37
附录240
梯形图程序40
1绪论
1.1可编程控制器定义
根据1987年国际电工委员会定义可编程序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。
它采用了可编程序的存储器，用来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。
1.2可编程控制器的产生
1.1968年，美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司（GM公司）提出设想。
2.1969年，美国数字设备公司研制出了世界上第一台PC，型号为PDP-14。
3.第一代：
从第一台可编程控制器诞生到70年代初期。
其特点是：
CPU由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器；
4.第二代：
70年代初期到70年代末期。
其特点是：
CPU采用微处理器，存储器采用EPROM；
5.第三代：
70年代末期到80年代中期。
其特点是：
CPU采用8位和16位微处理器，有些还采用多微处理器结构，存储器采用EPROM、EAROM、CMOSRAM等；
6.第四代：
80年代中期到90年代中期。
PC全面使用8位、16位微处理芯片的位片式芯片，处理速度也达到1us/步；
7.第五代：
90年代中期至今。
PC使用16位和32位的微处理器芯片，有的已使用RISC芯片
1.3可编程控制器的基本特点
1、灵活、实用
2、可靠性高、抗干扰能力强
3、编程简单、使用方便
4、接线简单
5、功能强
6、体积小、重量轻、易于实现自动化
1.4可编程控制器的发展
1.4.1发展趋势
1．向高速度、大存储容量方向发展CPU处理速度进一步加快，存储容量进一步扩
2．控制系统将分散化分散控制、集中管理的原则.
3．可靠性进一步提高随着PC进入过程控制领域，对可靠性的要求进一步提高。
硬件冗余的容错技术将进一步应用。
4．控制与管理功能一体化PC将广泛采用计算机信息处理技术、网络通信技
术和图形显示技术，使PC系统的生产控制功能和信息管理功能融为一体。
1.4.2PLC现状与发展浅论
1、在制造工业（以改变几何形状和机械性能为特征）和过程工业（以物理
变化和化学变化将原料转化成产品为特征）中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。
传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。
1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，使得电气控制功能实现的程序化，这就是第一代可编程序控制器，英文名字叫ProgrammableController（PC）。
2、随着电子技术和计算机技术的发生，PC的功能越来越强大，其概念和内涵也不断扩展。
3、上世纪80年代，个人计算机发展起来，也简称为PC，为了方便，也为了反映或可编程控制器的功能特点，美国A-B公司将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器ProgrammableLogicController（PLC），并将“PLC”作为其产品的注册商标。
现在，仍常常将PLC简称PC。
4、上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。
在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统.
5、近年，工业计算机技术（IPC）和现场总线技术（FCS）发展迅速，挤占了一部分PLC市场，PLC增长速度出现渐缓的趋势，但其在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
6、目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，主要应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。
1.4.3典型的PLC产品
1、国外施耐德公司，Quantum、Premium、Momentum等；罗克韦尔（A-B公司），SLC、MicroLogix、ControlLogix等；西门子公司，SIMATICS7-400/300/200系列；GE公司日本欧姆龙、三菱、富士、松下等。
2、国内PLC生产厂约30家，但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿制、来件组装或“贴牌”方式生产.
1.4.4PLC在我国的应用
虽然我国在PLC生产方面非常弱，但在PLC应用方面，我国是很活跃的，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30亿人民币，应用的行业也很广。
在我国，一般按I/O点数将PLC分为以下级别（但不绝对，国外分类有些区别）：
微型：
32I/O小型：
256I/O中型：
1024I/O大型：
4096I/O巨型：
8192I/O在我国应用的PLC系统中，I/O64点以下PLC销售额占整个PLC的47%，64点~256点的占31%，合计占整个PLC销售额的78%。
在我国应用的PLC，几乎涵盖了世界所有的品牌，呈现八国联军的态势，但从行业上分，有各自的势力范围。
大中型集控系统采用欧美PLC居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及OEM产品采用日本的PLC居多。
欧美PLC在网络和软件方面具有优势，而日本PLC在灵活性和价位方面占优势。
我国的PLC供应渠道，主要有制造商、分销商（代理商）、系统集成商、OEM用户、最终用户。
其中，大部分PLC是通过分销商和系统集成商达到最终用户的。
1.4.5PLC发展的重点
1、人机界面更加友好PLC制造商纷纷通过收购或联合软件企业、或发展软件产业，大大提高了其软件水平，多数PLC品牌拥有与之相应的开发平台和组态软件，软件和硬件的结合，提高了系统的性能，同时，为用户的开发和维护降低了成本，使更易形成人机友好的控制系统，目前，PLC＋网络＋IPC＋CRT的模式被广泛应用。
2、网络通讯能力大大加强PLC厂家在原来CPU模板上提供物理层RS232/422/485接口的基础上，逐渐增加了各种通讯接口，而且提供完整的通讯网络。
由于近来数据通讯技术发展很快，用户对开放性要求很强烈，现场总线技术及以太网技术也同步发展。
如罗克韦尔A－B公司主推的三层网络结构体系，即EtherNet、ControlNet、DeviceNet，西门子公司在Profibus-DP及Profibus-FMS网络等。
3、开放性和互操作性大大发展PLC在发展过程中，各PLC制造商为了垄断和扩大各自市场，处于群雄割据的局面，各自发展自己的标准，兼容性很差，这给用户使用带来不便，并增加了维护成本。
开放是发展的趋势，这已被各厂商所认识，形成了长时期妥协与竞争的过程，并且这一过程还在继续。
开放的进程，可以从以下方面反映：
1）IEC形成了现场总线标准，这一标准包含8种标准，虽然有人说，多种标准就是没有标准，但必竟是一个经过困难的争论与妥协的成果。
标准推出后，各厂商纷纷将自己的产品适应这些标准，或者开发与之相应的新产品。
2）IEC制订了基于Windows的编程语言标准IEC61131-3，它规定了指令表（IL）、梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）五种编程语言。
这是以数字技术为基础的可编程序逻辑控制装置在高层次上走向开放性的标准化文件。
虽然PLC开发上各工具仍不兼容，但基于这些标准的开发系统，使用户在应用过程中，可以较方便地适不同品牌的产品。
3）OPC基金会推出了OPC（OLEforProcessControl）标准，这进一步增强了软硬件的互操作性，通过OPC一致性测试的产品，可以实现方便的和无缝隙数据交换。
目前，多数PLC软件产品和相当一部分仪表、执行机构及其它设备具有了OPC功能。
OPC与现场总线技术的结合，是未来控制系统向FCS技术发展的趋势。
4、PLC的功能进一步增强，应用范围越来越广泛。
PLC的网络能力、模拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能力均大大增强，不再局限于逻辑控制的应用，而越来越应用于过程控制方面，有人统计，除石化过程等个别领域，PLC均有成功能应用，PLC在相当多的应用取代了昂贵的DCS，从而使原来PLC（顺序控制）＋DCS（过程控制）的模式变成PLC＋IPC模式。
5、工业以太网的发展对PLC有重要影响。
以太网应用非常广泛，与工业网络相比，其成本非常低，为此，人们致力于将以太网引进控制领域。
目前的挑战在于1）硬件上如合适应工业恶劣环境；2）通讯机制如何提高其可靠。
以太网能否顺利进入工控领域，还存在争论。
但以太网在工控系统的应用却日益增多，适应这一过程，各PLC厂商纷纷推出适应以太网的产品或中间产品。
2.西门子系列PLC简介
2.1S7-200
S7-200是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。
S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。
S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。
使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。
应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。
如：
冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。
2.2S7-300
S7-300属于模块式PLC，主要由机架.CPU模块.信号模块.功能模块.接口模块.通信处理器.电源模块和编程设备组成
•模块化微型PLC系统，满足中、小规模的性能要求
•各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务
•简单实用的分布式结构和多界面网络能力，使得应用十分灵活
•方便用户和简易的无风扇设计
•当控制任务增加时，可自由扩展
•大量的集成功能使它功能非常强劲
2.3S7-200与S7-300的区别
2.3.1硬件区别
（1）最主要地区别就是S7-300更模块化了，S7-200系列是整体式的，CPU模块、I/O模块和电源模块都在一个模块内，称为CPU模块；而S7-300系列的，从电源，I/O，CPU都是单独模块的。
但是这么说容易让人误解200系列不能扩展，实际上200系列也可以扩展，只不过买来的CPU模块集成了部分功能，一些小型系统不需要另外定制模块，200系列的模块也有信号、通信、位控等模块。
（2）S7-200系列的对机架没有什么概念，称之为导轨；为了便于分散控制，300系列的模块装在一根导轨上的，称之为一个机架，与中央机架对应的是扩展机架，机架还在软件里反映出来。
（3）S7-200系列的同一机架上的模块之间是通过模块正上方的数据接头联系的；而300则是通过在底部的U型总线连接器连接的。
（4）S7-300系列的I/O输入是接在前连接器上的，前连接器再接在信号模块上，而不是I/O信号直接接在信号模块上，这样可以更换信号模块而不用重新接线。
（5）S7-300系列2DP的部分CPU带有profibus接口
2.3.2软件区别
（1）S7-200系列用的STEP7-Micro/WIN40sp6软件；S7-300使用的是STEP7
软件.
（2）S7-200系列的编程语言有三种－－语句表（STL）、梯形图（LAD）、功能块图（FBD）；300系列的除了这三种外，还有结构化控制语言（SCL）和图形语言（S7graph），其中SCL就是一种高级语言.
（3）S7-300软件最大的特点就是提供了一些数据块来对应每一个功能块（FunctionBlock-FB），称之为Instance，nnd，看起来要向C＋＋看齐。
（4）S7-300再也不能随意的自定义OrganizationBlock、sub-routine和Interruptroutine了，其它的则变成了FB－FunctionBlock和FC－Function，其它的也是预定义成了系统的了，System的S给它们（SFB、SFC）定义了自己的身份。
2.3.3应用区别
200在西门子的PLC产品类里属于：
小型PLC系统，适合的控制对象一般都在256点以下的；
300在西门子的PLC产品类里属于：
中型PLC系统，适合的控制对象一般都在256点以上，1024点以下的
2.4S7-300的系统组成
S7-300是模块化中型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。
SIMATICS7-300可编程序控制器是模块化结构设计。
各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。
2.4.1系统组成
1中央处理单元（CPU）
各种CPU有各种不同的性能，例如，有的CPU上集成有输入/输出点，有的CPU上集成有PROFIBUS-DP通讯接口等。
2信号模块（SM）
用于数字量和模拟量输入/输出
3通讯处理器（CP）
用于连接网络和点对点连接
4功能模块（FM）
用于高速计数，定位操作（开环或闭环定位）和闭环控制。
5负载电源模块（PS）
用于将SIMATICS7-300连接到120/230伏交流电源，或24/48/60/110伏直流电源。
6接口模块（IM）
用于多机架配置时连接主机架（CR）和扩展机架（ER）。
S7-300通过分布式
的主机架（CR）和3个扩展机架（ER），可以操作多达32个模块。
运行时无需风扇。
背板总线集成在各模块上，通过将总线上连接器插在模块机壳的背后，使背板总线联成一体。
注意：
扩展机架最多只有4个每个机架上最多8个模块（中央控制器/扩展单元）
2.4.2S7－300的通讯概况
SIMATICS7-300具有多种不同的通讯接口：
多种通讯处理器用来连接AS-i接口、PROFIBUS和工业以太网总线系统。
通讯处理器用来连接点到点的通讯系统。
多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATICS7/M7/C7等自动化控制系统。
----用户可以方便的使用Step7软件进行通讯组态。
----CPU支持下列通讯类型：
（1）过程通讯
通过总线（AS-i或PROFIBUS）对I/O模块周期寻址（过程映象交换）。
（2）数据通讯
在自动控制系统之间或人机界面（HMI）和几个自动控制系统之间，数据通讯会周期地进行或被用户程序或功能块调用。
（3）通过PROFIBUS的过程通讯
----S7-300通过通讯处理器，或通过集成在CPU上的PROFIBUS-DP接口连接到PROFIBUS-DP网络上。
----带有PROFIBUS-DP主站/从站接口的CPU可以使用户能够方便高效地进行组态。
----而且，用户通过PROFIBUS-DP分布式I/O就像处理集中的I/O一样，具有相同的组态、地址和编程。
1下列设备可以作为通讯的主站：
（1）SIMATICS7-300
（通过带PROFIBUS-DP接口CPU或通过PROFIBUS-DP）
（2）SIMATICS7-400
（通过带PROFIBUS-DP接口的CPU或通过PROFIBUS-DPCP）
（3）SIMATICC7
（通过带PROFIBUS-DP接口的C7或通过PROFIBUS-DPCP）S5-115U/h，S5-135U和带IM308的S5-155U/H带PROFIBUS-DP接口的S5-95U。
（4）SIMATIC505
需要说明的是，在一条线上不要连接2个以上的主站。
2下列设备可以作为从站：
ET200B/L/M/S/X分布式I/O设备通过CP342-5的S7-300CPU315-2DP，CPU316-2DP和CPU318-2DPC7-633/pCP，C7-633DP，C7-634/PDP，C7-634DP，C7-626DP虽然带有STEP7的编程器PG/PC或OP在总线中作为主站，但它们只使用部分通过PROFIBUS-DP运行的MPI功能。
通过AS-i的过程通讯
----对于AS-i接口总线，S7-300有合适的通讯处理器（CP342-2）用来连接现
场设备。
数据通讯概述
S7-300具有多样的通讯方式。
用全局数据通讯联网的CPU之间可以通过联网
进行数据包的交换；用通讯功能块对网络其他站点进行由事件驱动的通讯。
对于联网，可以使用MPI，PROFIBUS或工业以太网。
全局数据,通过全局数据通讯服务，联网的CPU可以相互之间周期性交换数据（最大到4gd包，每包有22字节/周期）。
例如：
一个CPU可以访问另一个CPU的数据、存储位和过程映象。
全局数据通讯只可以通过MPI进行。
在Step7中的GD表中进行组态。
通讯功能，对S7/M7/C7的通讯服务可以使用系统内部块建立起来。
通过MPI的标准通讯扩展通讯通过MPI、K总线、PROFIBUS和工业以太网（S7-300只能作为服务器）对于s5系列及第三方的通讯服务，可以使用非驻留块建立。
通过PROFIBUS和工业以太网实现S5兼容的通讯通过PROFIBUS和工业以太网实现标准通讯（第三方设备）与全局数据进行对比，必须为通讯功能建立通讯连接。
通过CP的数据通讯（点对点）用CP340/CP341通讯处理模块可以建立起经济而方便的点到点链接。
在3种通讯接口的基础上，有多种通讯协议可以使用。
20mA（TTY）
RS232C/V.24
RS422/RS485
可连接下列设备：
S7PLC和S5PLC及第三方系统
打印机
机器人控制
扫描仪、条码阅读器等
通过多点接口（MPI）的数据通讯
多点接口（MPI）通讯口集成在S7-300CPU上。
它可以用于简单联网。
MPI能同时连接几个带STEP7的编程器/PC、人机界面（HMI）
全局数据
联网的CPU可以利用全局数据（GD）服务，周期性地相互进行数据交换（每个程序周期最多允许16个GD包，每包最多64字节）。
S7-300cpu每次最多可以交换4个含22个字节的数据包，而且最多可以有16个CPU参与数据交换（用step7v4.x以上版编程软件）。
全局数据通讯只能通过MPI接口。
内部通讯总线（K-总线）
CPU的MPI是直接与S7-300的K总线连接。
即可以用k总线接口从编程器直接通过MPI对FM/CP模块进行编址。
功能强大的通讯技术
-最多32个MPI站
-每个CPU最多有8个动态通
-讯连接用于与SIMATICS7/M7300/400、C7进行标准通讯
-每个CPU最多有4个静态通讯连接用于与编程器、PC机、SIMATICHMI系统和SIMATICS7/M7-300/400、C7进行扩展通讯。
-数据传输速度187.5千位/秒或12兆位/秒
灵活的扩展能力
用下列可靠的部件来配置MPI通讯：
LAN电缆，LAN连接器和RS485中继器均采用PROFIBUS和"分布式I/O"系列产品。
这些部件保证了最佳的配置。
例如，在任意两个给定的MPI节点之间可串联最多10个中继器来跨越长距离。
通过CP进行数据通讯（PROFIBUS或工业以太网）
----可通过CP342/343通讯处理器将SIMATICS7-300与PROFIBUS和工业以太网总线系统相连。
2.4.3S7-300的两种类型：
1标准型
温度范围从0℃到60℃
2环境条件扩展型
温度范围从-25℃到+60℃更强的耐受振动和污染特性。
高电磁兼容性和强抗振动，冲击性，使其具有最高的工业环境适应性。
2.4.4功能
SIMATICS7-300的大量功能支持和帮助用户进行编程、启动和维护
1高速的指令处理。
0.6~0.1μs的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。
2浮点数运算
用此功能可以有效地实现更为复杂的算术运算。
3方便用户的参数赋值
一个带标准用户接口的软件工具给所有模块进行参数赋值，这样就节省了入门和培训的费用。
4人机界面（HMI）
方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内。
因此人机对话的编程要求大大减少。
2.4.5结论
200跟300相比,通讯和运算方面都有明显不足，变成上也采用子程序型编程方法而不是300的模块化编程方法，只是价格优势还是比较明显的.200在西门子的PLC产品类里属于：
小型PLC系统，适合的控制对象一般都在256点以下的；300在西门子的PLC产品类里属于：
中型PLC系统，适合的控制对象一般都在256点以上，1024点以下的.
2.5STEP7编程软件
图2-1STEP7编程软件界面
2.5.1STEP7概述
STEP7编程软件用于西门子系列工控产品包括SIMATICS7、M7、C7和基于PC的WinAC,是供它们编程、监控和参数设置的标准工具，是SIMATIC工业软件的重要组成部分。
STEP7具有以下功能：
硬件配置和参数设置、通讯组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断功能等。
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