控制传送带的PLC系统设计

毕业设计〔论文〕题目：院(系)：专业：姓名：学号：指导教师：

摘要随着计算机、网络通讯、自动化技术的开展,工厂及生产线的建设和改造正朝着自动化、网络化、信息化的方向开展。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，加强了平安系数，表达了以人为本的原那么，使生产和管理更趋标准化、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AbstractWiththedevelopmentofcomputer,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目录第一章绪论 1第一节四级传送带的概述 1第二节PLC开展状况及应用领域 11.2.1近年来PLC开展情况 11.2.2我国PLC开展情况 11.2.3PLC的应用领域 3第三节Wincc开展状况及应用领域 31.3.1面市后的效果 31.3.2突出的优点 41.3.3多语言支持，全球通用 51.3.4可集成到任何公司内的任何自动化解决方案中 5第四节研究本论文的意义 5第二章四级传送带整体方案设计 6第一节设计任务 6第二节四级传送带设计 62.2.1四节传送带外形图 62.2.2控制要求分析 72.2.3四级传送带主电路图 7第三章系统软件设计 8第一节设计程序流程图 8第二节PLC控制程序设计 83.2.1I\O地址分配表 83.2.2PLC外围接线图 93.2.3梯形图 9第三节上位机监控画面设计 113.3.1组态软件安装 11监控画面设计 13第四章系统调试 16第一节调试准备 164.1.1通讯连接 164.1.2操作说明 16第二节调试 17第三节考前须知 19结论 21致谢 22参考文献 22附录1 23附录2 29第一章绪论第一节四级传送带的概述随着科技技术的开展，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。第二节PLC开展状况及应用领域近年来PLC开展情况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开展的论文中，这个结论是众口一词的，尽管对PLC的未来开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的开展势头令人刮目相看；PLC和PC控制在今后可能相互融合。我国PLC开展情况在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那么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给商，在很多领域占了先机，相对应的是GE，Schneider〔其实Modicon进入中国也比拟早，但没有完整的销售和效劳体系〕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开展中，中国以其制造业开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、远程维护效劳系统、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。第三节Wincc开展状况及应用领域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。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开展趋势并予以实现；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，已开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。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”的组成局部，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、能源供给和分配、贸易和效劳行业、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—这在白皮书中已说明—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。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，你可以在工程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。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效劳器，因而事实上可以不受限制地将各种硬件连接到Wincc。第四节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，以到达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根底，快速适应所从事的自动化控制相关工作第二章四级传送带整体方案设计第一节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，最终到达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根本步骤第二节四级传送带设计四节传送带外形图见下列图2-2，传送带系统中传送带主体局部外形图。图2-2四节传送带外形图2.2.2控制要求分析⑴⑵⑶⑷2.2.3四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第三章系统软件设计第一节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第二节PLC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12VCPU型号：考虑到输入/输出点数以及经济因素选择CPU224PLC编程软件：开关量输出模块选择继电器输出方式I\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SB1A皮带机A停止按钮SB2B皮带机BA皮带重物SQ1C皮带机CB皮带重物SQ2D皮带机DC皮带重物SQ3D皮带重物SQ4A故障SQ5B故障SQ6C故障SQ7D故障SQ8PLC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.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，翻开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，并翻开监控，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缺乏之处，然后进行修改，然后再进行仿真，直到程序完全到达设计要求为止，到此为止，程序设计告一段路，可以进行上位机的设计了。第三节上位机监控画面设计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：⑴安装补丁程序WindowsXP-KB319740-v5-x86-CHS.exe文件长度565KB(578,800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

翻开操作系统“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”翻开。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”翻开。

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-V6RC64KPTg512ATg⑺按照安装向导安装PCAccess软件，安装完成后，可以进行设计了。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，在翻开的界面上单击“文件”，选择“建”，在Wincc资源管理器窗口中选择单用户工程图标，单击“确定”，在下一个窗口中输入工程名称，选择保存路径，单击‘创立’，完成工程的建立。⑵在新建工程“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翻开“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“变量管理”图标，添加新的通讯驱动程序OPC.chn，翻开通讯程序“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“浏览效劳器”，单击“下一步”，然后翻开“S7200-OPCSSever”，如下列图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。第四章系统调试第一节调试准备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，翻开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。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后的数字信号SQ7：C皮带故障时经过转换后的数字信号SQ8：D皮带故障时经过转换后的数字信号⑴⑵⑶⑷第二节调试首先，在编程软件中翻开传送带程序，运行，并对程序进行监控；然后在Wincc6.0组态环境中翻开传送带监控画面，如图4-2所示。图4-2监控画面停止时状态此时，可以在监控画面上单击“启动”按钮，传送带由D图4-3传送带运行时监控状态为防止误击，单击“启动”按钮后，可将“启动”按钮设为隐藏。现在为测试监控系统有重物时的可靠性，由外部输入A传送带上有重物时的传感信号SQ1,如图4-4所示。图4-4超载报警由外部输入A传送带有故障时的传感信号SQ5，如图4-5所示。图4-5传送带故障报警可见上图，传送带A的两个转轮变红闪烁，发出报警信号，同时，传送带A立即停止，后面的传送带依次延时2秒顺序停止，故障警报解除后，传送带恢复正常运行，其余三节传送带有故障报警时处理类同，不再表达。在传送带正常运转情况下，如需要停止传送带系统，单击“停止”按钮，传送带A、B、C、D依次顺序停止，同时，监控画面上A、B、C、D四个绿色方框依次变成淡蓝色，“停止”按钮隐藏，“启动”按钮显示。至此，调试完成。第三节考前须知PLC的电源线、I/O导线及其他设备的电缆不能敷设在同一管道中，且I/O导线和电源电缆之间最小距离应是300㎜，如果I/O导线与电源电缆必须放在同一导管内，那么必须用接触金属板屏蔽。PLC的安装和使用环境的限制环境温度：PLC存放温度-20~60℃、PLC工作温度为0~55℃、编程器工作温为0~45℃；环境湿度：35%~85%RH〔不结露〕；大气情况应防止以下情况出现：温度突变，太阳直接照射，任何腐蚀性气体，灰尘、盐、铁粒的聚集，水、油、化学物品的溅射；振动和冲击。⑶Wincc安装Wincc组态软件的安装环境要求比拟严格，为尽量防止出现安装不上的情况，在安装Wincc组态软件之前，要尽量去除电脑中不必要的插件，和可能与之相兼容的软件。S7-200与Wincc通讯s7-200和wincc通讯采用PCAccess+PC/PPI电缆，也就是说监控画面中使用的S7-200程序变量不可以直接在Wincc组态软件中建立，必须在PCAccess中建立，通过PC/PPI协议传递到Wincc中使用。结论通过本次毕业设计，不但加深了课堂中所学的PLC及其相关学科知识，而且掌握了更多在做实际工程的经验，为以后在工作中的工程工程设计做了一个小小的铺垫，现总结如下：首先，通过毕设前期在图书馆以及网上搜集毕设所需资料的过程中，了解了更多PLC控制系统设计的相关知识，拓展了视野，看到了PLC作为现代自动化工业三大技术支柱之一的开展前景，并且明白了要做好一个设计需要储藏丰富的专业知识。其次，在对传送带控制系统进行整体设计及PLC编程时，熟悉并掌握了一个典型PLC控制系统设计的全过程及详细步骤。在编程的过程中，通过不断的修改程序以到达设计要求，更深的体会到了设计的严谨性。再次，对于Wincc组态软件，在此设计之前并未系统的学习过，此次设计中监控系统的设计使我对这个软件的掌握使用程度加深了，可以更加熟练的加以运用，设计人机控制界面。最后，由于本设计之前的课程设计未进行过比拟系统完整的编程以及监控画面的设计，再设计及系统调试中遇到了诸多困难，比方编出的程序屡次无法实现控制要求，软件无法安装，Wincc与S7-200无法通讯等等，在解决问题的过程中，加强了处理问题时的耐心，小小了解了做设计的艰辛，积累了少量的设计经验，总而言之，获益匪浅。

致谢在此次的毕业设计中，老师在设计过程中给予了我正确的指导，在众多方面提供了方便和便利，为论文的合理性、可行性和完善性提供了有利的帮助。在此表示衷心的感谢。同时，系领导和老师也在设计过程中时常关心我、催促我，在查阅文件资料方面提供了很大的便利，在此也表示衷心的感谢。希望以后还有时机能听到老师们的谆谆教悔。参考文献[1]张扬等，S7-200PLC原理与应用系统设计[M]，北京：机械工业出版社，2007：98-105.[2]廖常初，PLC编程及应用[M]，北京：机械工业出版社，2005：45-56.[3]王永华，现代电气控制及PLC应用技术[M]，北京：中国电力出版社.2006：132-143.[4]周美兰，PLC电气控制与组态设计[M]，北京：科学出版社，2004：57-59.[5]西门子〔中国〕，深入浅出西门子WinccV6，北京：北京航空航天大学出版社，2004：35-49.[6]西门子〔中国〕，SIMATICS7-200可编程控制器系统手册,2005.[7]西门子〔中国〕，Wincc6.0中文使用手册,1997.[8]中华人民共和国国家标准电气制图[M]，北京：中国标准出版社,1986.附录1停止程序；重物程序；故障程序附录2程序语句表Network1//启动程序SQ0.4,1Network2TONT37,+20Network3LDT37SQ0.3,1Network4TONT38,+20Network5LDT38SQ0.2,1Network6TONT39,+20Network7LDT39SQ0.1,1Network8//停止程序RQ0.1,1Network9TONT40,+20Network10LDT40RQ0.2,1Network11TONT41,+20Network12LDT41RQ0.3,1Network13TONT42,+20Network14LDT42R