基于PLC的自动送料装车控制系统

. . 基于 PLC 的自动送料装车控制系统设计 摘 要 可编程序逻辑控制器（Programmable logic controller）简称 PLC，由于 PLC 的 可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单，所以 PLC 的应用领 域在迅速扩大。尤其是近几年来，PLC 的成本下降，功能又不段增强，所以，目 前 PLC 在国内外已被广泛应用于各个行业。本设计是为了实现送料小车的手动和 自动化的转化，改变以往小车的单纯手动送料，减少了劳动力，提高了生产效率， 实现了自动化生产。而且本送料小车的设计是由于工作环境恶劣，不允许人进入 工作环境的情况下而产生的。首先，用 PLC 编程实现送料系统的基本功能。其次， 画出组态仿真画面，定义组态变量，对组态中的一些基本量如（管道中物料的流 动）进行仿真。然后，把 PLC 程序和组态结合，通过数据连接，实现通信。最后， 运行 PLC 程序及组态仿真程序，实现组态对整个系统实时监控。在实现组态控制 时，本文详细的介绍了组态王软件的编程及通信，使读者很容易的了解组态王软 件运行仿真过程。 关键词关键词：PLC,组态王,监控,仿真 Design of automatic loading control system based on PLC . . ABSTRACT Programmable logic controller referred to PLC ，because of the high reliability PLC adaptability，flexibility，environment，use convenient，simple maintenance，so the application of PLC in the rapidly expanding. Especially in recent years， the cost of PLC down and function increasing， so，at the moment，PLC at home and abroad，has been widely used in various industries.In order to achieve the design of the car feed the transformation of manual and automated，simple to change the past，car manual feed，a reduction of the workforce， increased productivity，automated production! Feeding and the car is designed to be as a result of bad working conditions are not allowed to enter the working environment of the circumstances formed.First, programs with PLC realizes feed systems basic function. Next, draws the configuration simulation picture, the definition configuration variable, like (in pipeline material flowing) carries on the simulation to configuration some fundamental quantities. Then, the PLC procedure and the configuration union, through the data connection, realizes the correspondence. Finally, moves the PLC procedure and the configuration simulated program, realizes the configuration real-time monitoring overall system. When realizes the configuration control, this article detailed introduction configuration king softwares programming and the correspondence, caused the reader very easy to understand the configuration king software movement simulation process. KEY WORDS: PLC, configuration, monitoring, simulation 目 录 前 言.1 第 1 章 概述.2 . . 1.1 可编程控制技术的发展状况.2 1.2 基于 PLC 控制的自动送料装车系统简介.3 1.3 PLC 的特点.3 1.4 PLC 的应用领域.4 第 2 章 系统硬件设计.6 2.1 系统硬件的设计.6 2.1.1 自动送料装车系统控制工艺要求.6 2.1.2 主电路的设计.7 2.1.3 I/O 地址分配.7 2.1.4 PLC 外部接线图的设计.8 第 3 章 系统软件设计.10 3.1 系统功能的分析与设计.10 3.2 系统结构的分析与设计.11 3.2.1 I/O 信号的分析与设计.11 3.2.2 数据结构的分析与设计.12 3.3 程序设计的常用方法.12 3.4 PLC 程序设计.14 3.4.1 PLC 程序流程图.14 3.4.2 PLC 梯形图设计.15 3.5 组态监控系统设计.17 3.5.1 监控系统的形成背景.17 3.5.2 组态王工程的建立.18 3.5.3 组态画面的建立.20 3.5 4 定义 IO 设备.23 3.5.5 构造数据库.24 3.5.6 建立动画连接.26 3.5.7 应用程序命令语言.27 第 4 章 系统软硬件调试.30 4.1 软件调试概述.30 . . 4.2 通信协议.31 4.3 PLC 软件测试.32 4.3.1 PLC 程序的模拟调试.32 4.3.2 PLC 程序下载.32 4.4 组态调试.34 4.4.1 组态通讯调试.34 4.4.2 组态监控仿真.35 4.4.3 导航菜单.37 结 论.39 谢 辞.41 参考文献.42 外文资料翻译.43 . . 前 言 1968 年，美国通用汽车公司首先提出可编程控制器的概念。在 1969 年，美 国数字设备公司（DEC）终于研制出世界上第一台 PLC。这是由一种新的控制系 统代替继电器的控制系统，它要求尽可能地缩短汽车流水线控制系统的时间，其 核心采用编程方式代替继电器方式来实现生产线的控制。这种控制系统首先在美 国通用汽车的生产线上使用，并获得了令人满意的效果。 传统的运料小车大都是继电器控制，而继电器控制有着接线繁多，故障率高 的缺点，且维护维修不易等缺点。作为目前国内控制市场上的主流控制器，PLC 在市场、技术、行业影响等方面有重要作用，利用 PLC 控制来代替继电器控制已 是大势所趋。从送料小车的工艺流程来看，其控制系统属于自动控制与手动控制 相结合的系统，因此，此送料小车电气控制系统设计具有手动和自动两种工作方 式。我在程序设计上采用了模块化的设计方法，这样就省去了工作方式程序之间 复杂的联锁关系，从而在设计和修改任何一种工作方式的程序时，不会对其它工 作方式的程序造成影响，使得程序的设计、修改和故障查找工作大为简化。 本设计从自动送料装车系统的工艺出发，选择了西门子（SIEMENS）S7-200 系列 CPU226 作为主要的编程对象，实现自动送料装置的基本运行，然后又详细地 介绍了组态王 6.5（KingView6.5）软件的功能及命令语言的编辑，实现了对系统的 监控功能，并且对一些变量实现了远程控制。 第 1 章 概述 . . 1.1 可编程控制技术的发展状况 可编程控制器(Programmable Logic Controller)简称 PC 或 PLC，是 60 年代 末发明的工业控制器件，是美国数字公司(DEC)为美国通用公司研制开发并应用 汽车生产线上，取得了极佳的效果，可编程控制器自此诞生。随着计算机技术的 飞速发展，PLC 软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也不断朝 着智能化方向发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。现代 PLC 已经成为真 正的工业控制设备。 最初，PLC 主要是用在生产线控制和大型机械的控制上。但不久，西德的西 门子(SIEMENS)公司、BBC 公司就开始研制 PLC，当时主要是用于轧钢机、升降设 备等大型设备上。70 年代初，日本的欧姆龙（OMRON）也推出了他们的 PLC。三 菱、日立、富土、东芝、横河、日电等公司也先后加入了 PLC 制造者的行列。70 年代中期，美国和西德首先出现了微电脑化的小型 PLC。由于 PLC 是为工业控制 所生产的通用性很强，适合于大批量生产的装置，所以成本迅速下降；加上其是 专为工业控制所设计，所以具有极好的抗干扰性能；并且他的使用和维护都极为 方便，实现了低水平的操作、高性能的控制，所以在机械制造业深受欢迎。小型 PLC 开始步入诸如塑料注塑机、包装机械、橡胶机械、纺织机械等轻工机械的控 制领域，其成本的低廉和性能的优良对直接使用微机作为控制单元的做法构成了 强有力的挑战，更有全面取代传统继电器控制屏的趋势。据国外资料介绍:1982 年美国 PLC 用户中，有 48%来自自动程序操作部门(如汽车、拖拉机工业、机械工 业等)、13%来自石油化工业、9%来自食品饮料业、7%来自冶金工业、其余部分来 自造纸、采矿、污水处理等部门。近年来，随着我国对外开放，日、美、西德等 国生产的 PLC 已通过多种途径进入了我国，引起了各方面的重视并得到应用。如 宝钢工程应用了数百台 PLC，首钢、武钢、开滦煤矿也分别应用了美国和西德的 PLC。 1.2 基于 PLC 控制的自动送料装车系统简介 自动送料装车系统是用于物料输送的流水线设备，主要是用于煤粉、细砂等 . . 材料的运输。自动送料装车系统一般是由给料器、传送带、小车等单体设备组合 来完成特定的过程。这类系统的控制需要动作稳定，具备连续可靠工作的能力。 通过三台电机和三个传送带、料斗、小车等的配合，才能稳定、有效率地进行自 动送料装车过程。本次自动送料装车系统采用了 PLC 控制。从送料小车运行的工 艺流程来看，其控制系统属于自动运行的控制系统，因此，此送料小车的电气控 制系统设计采用自动扫描循环工作方式。而在程序设计上采用整体式设计方法， 这样就可以使读者一目了然地看懂整个程序，从而在一定程度上省去了使用人员 阅读并分析程序的大量宝贵时间，同时也使得程序的设计、修改和故障查找工作 大为简化。自动送料装车系统控制系统的软件部分（信号显示和故障显示）均采 用经验设计法，而自动程序则采用顺序控制法设计。 为了使整个控制过程更加完善，本设计采用北京亚控公司的组态王 6.5 仿真 软件对整个系统进行组态模拟仿真，以进一步充分检验并修改系统硬件与软件。 下面我们先介绍一下 PLC 的特点。 1.3 PLC 的特点 1. 可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技 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。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些 使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使 用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点 已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自 我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编 入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自 诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 2. 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于 各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，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。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 . . PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力 的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。 3. 易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程 语言易于为工程技术人员接受。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。为不熟悉电子电路、不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。 4. 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 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。 5. 体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g， 功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设 备。 1.4 PLC 的应用领域 目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制 造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳 为如下几类。 1. 开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑 控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。 如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2. 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和 速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量 （Analog）和数字量（Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC 厂家都生产配 . . 套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3. 运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接 用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制 模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电 梯等场合。 4. 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算 机，PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环 控制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。 5. 数据处理 现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算） 、数据传送、 数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这 些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用 通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。 6. 通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制 的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能， 纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 第 2 章 系统硬件设计 自动化系统所使用的各种类型 PLC 中，有的是集中安装在控制室，有的是安 装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣 电磁环境中。PLC 控制系统的硬件设计主要是指硬件选型，近十几年来，国内外 众多厂家提供了多种系列、功能各异的 PLC 产品，已有几十个系列、几百种型号。 PLC 品种繁多，其结构形式、性能、I/O 点数、用户程序内存容量、运算速度、 指令系统、编程方法和价格各有不同，使用场合也各有侧重。因此，PLC 的合理 . . 选择，对提高 PLC 控制系统的技术、经济指针以及对于控制系统都有着重要作用。 要提高 PLC 控制系统可靠性，一方面要求 PLC 生产厂家提高设备的抗干扰能力， 另一方面要求应用部门在工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方 配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。 2.1 系统硬件的设计 2.1.1 自动送料装车系统控制工艺要求 基于 PLC 控制的自动送料装车系统的控制要求如下： 初始状态：红灯 L2 灭，绿灯 L1 亮，表示允许汽车进来装料。此时，进料阀 门（K1） ，送料阀门（K2） ，电动机（M1、M2、M3）皆为 OFF 状态。当汽车到来时， 车辆检测开关 S2 接通，红灯 L2 亮，绿灯 L1 灭，电动机 M3 运行，电动机 M2 在 M3 接通 2 秒后运行，电动机 M1 在 M2 启动 2 秒后运行，依次顺序起动整个送料系 统。 当电动机 M3 运行后，进料阀门 K1 打开给料斗进料。当料斗中物料装满时， 料斗检测开关 S1 接通，此时进料阀门 K1 关闭（设 1 料斗物料足够运料小车装满 一车） 。料斗出料阀门 K2 在电动机 M1 运行 2 秒及料斗装满后，打开放料，物料 通过传送带 PD1、PD2 和 PD3 的传送，装入汽车。 当运料小车装满后，称重开关 S3 动作，送料阀门 K2 关闭，同时电动机 M1 延时 2 秒后停止，电动机 M2 在 M1 停止 2 秒后停止，电动机 M3 在 M2 停止 2 秒后 停止。此时绿灯 L1 亮，红灯 L2 灭，表示汽车可以开走。 2.1.2 主电路的设计 主电路的设计对于本次设计小车自动送料装车系统设计相当重要,只有在主电 路设计正确且简便的基础上,系统控制电路及软件设计才能精简方便。 根据系统的控制工艺要求，我所设计的电气控制系统主回路原理图如图 2-1 所示。图中，M1，M2，M3 为三台皮带传输送料电动机，交流接触器 KM1KM3 通过控制三台电动机的运行来控制三个传送带，从而进行对物料的传输。 FR1，FR2，FR3 为起过载保护作用的热继电器，用于物料传输过程中当传送带过 载时断开主电路。FU1 为熔断器，起过电流保护作用。 . . M M1 1 3 3 M M2 2 3 3 M M3 3 3 3 Q QS SF FU U K KM M1 1K KM M2 2K KM M3 3 F FR R1 1F FR R2 2F FR R3 3 电电机机M M1 1电电机机M M2 2电电机机M M3 3 L L1 1 L L2 2 L L3 3 图2-1 自动送料装车系统主电路原理图 2.1.3 I/O 地址分配 此次设计，系统占用 12 个 PLC 的 I/O 端口，分别是 5 个输入端口和 7 个输 出端口，具体的 I/O 分配如表 2-1 所示。 表 2-1 自动送料装置系统 I/O 地址表 输 入输 出 启动 I0.0 电机 M3 Q0.0 称重开关 I0.1 电机 M2 Q0.1 下限料位 I0.2 电机 M1 Q0.2 紧急停止 I0.3 料斗开关 K2 Q0.3 上限料位 I0.4 进料阀门 K1 Q0.4 红灯 L2 Q0.5 绿灯 L1 Q0.6 . . 2.1.4 PLC 外部接线图的设计 该控制系统核心部分是以德国西门子 CPU226 为主，CPU 模块采用整体式结构， 它的体积小、价格低，CPU 模 块、I/O 模块和电源装在一个箱形机壳内，前盖下 面有模式选择开关、模拟量电位器和扩展模块连接器。I/O 模块中输入 8 点，输 出 10 点，可实现高速输入输出响应，内部具有高速计数和中断处理功能。PLC 的 输入输出端子均接到相应的接线端子排，输入输出信号通过这些接线端子排可由 其它地方直接引入，这些接线端子排的布置与 PLC 的输入输出端子以及电源端、 接地端和公共端的实际位置一一对应。I/O 模块接口将输入输出信号引入到控制 台上。 PLC 外部硬件接线图如图 2-2 所示 (PLC 外部接线图)。PC/PPI 编程电缆 上标有 PC 的 RS 一 232 端连接电脑的 RS 一 232 通信接口，标有 PPI 的 RS 一 485 端连接到 CPU 模块的通信口，并拧紧两边接口的螺丝。PC/PPI 编程电缆通常 在试验中下载梯形图程序时使用。 根据设计要求，如图 2-2 为 PLC 外部接线图的设计。 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 启动 称重 料位下限 停止开关 料位上限 24V + _ Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 CPU 226 S 220V 1M 1L M1 M2 M3 K1 K2 L1 L2 FU 图 2-2 PLC 自动送料 I/O 接线图 . . 第 3 章 系统软件设计 3.1 系统功能的分析与设计 PLC 软件功能的分析与设计实际上是 PLC 控制系统的功能分析与设计中的一 个重要组成部分。对于控制系统的整体功能要求，可以通过硬件途径、软件途径 或者软硬件结合途径来实现。因此，在正式编写程序之前，首先要站在控制系统 的整体角度上，进行系统功能要求的分配，弄清楚哪些功能是要通过软件的执行 来实现的，即明确应用软件所必须具备的功能。对于一个实用软件，大体上可以 从以下两个方面来考虑： （1） 控制功能； （2） 自诊断功能。 作为 PLC 控制系统，其最基本的要求就是如何通过 PLC 对被控对象实现人们 所希望的控制，所以对于以上两方面，控制功能是最基本的，必不可少。对于一 些简单的 PLC 控制系统或许仅此功能就可以了，但对于本次自动送料装车系统的 设计远远不够。该系统最主要的功能就是实现物料的自动输送及装载功能，但怎 样实现呢？这就要靠及时准确地控制检测开关、阀门、皮带传输送料电动机等元 . . 器件来实现。但是针对不同的元器件，我们要根据需要设计出不同的功能。比如 用皮带传输送料电动机用于传输物料、用阀门打开与闭合控制物料的进出等。在 进行功能的分析、分配之后，要进行具体功能的设计，对于不同的 PLC 控制系统， 其主要依据是根据被控对象和生产工艺要求而定。在该系统中，设法搞清被控设 备（运料小车、皮带传输送料电动机、称重检测装置、物料检测装置等）的动作 时序、控制条件、控制精度等等，做出明确具体的规定，分析这些规定是否合理、 可行。再者就是，要弄清楚，如果电动机出现轴承损坏;发热;绕组对地及相间短 路等故障时，我们应该对其做出相应的保护。如果经过分析后，认为达不到预期 效果（自动传输物料和物料自动装载以及故障报警显示与处理） ，则要对其进行 修订，其中也可能包括与之配合的硬件系统，直至所有的控制功能都被证明是合 理可行为止。 第二部分是自诊断功能。它包括 PLC 自身工作状态的自诊断和系统中被控设 备工作状态的自诊断两部分。对于前者可利用 PLC 自身的一些信息和手段来完成。 而对于后者，则可以通过分析被控设备接收到的控制指令及被控工作的反馈信息， 来判断被控设备的工作状态。例如在本设计中，我们用三个热继电器 FR1FR3 来 实现故障报警及处理。具体表现为当三个传送带 PD1、PD2 和 PD3 中任意一个或 多个发生过载时，系统通过不同的信号灯的状态变化实现自动报警，并通过在程 序中控制其它被控对象的运行状态来及时准确的处理相应故障。 3.2 系统结构的分析与设计 3.2.1 I/O 信号的分析与设计 PLC 的工作环境是工业现场，工业现场的检测信号（如：料斗检测信号、车辆 检测信号、称重和故障信号等）多种多样，有模拟量（如：运料小车、物料等） ， 也有开关量（如红灯、绿灯、进/送料阀门等） ，PLC 就以这些现场数据作为对被控 对象进行控制的源信息。同时，PLC 又将处理的结果送给被控设备或工业生产过程， 驱动各种执行机构（进/送料阀门、皮带传输送料电动机）实现控制。因此对 I/O 信息的分析，就是对后面编程所需要的 I/O 信号进行详细的分析和定义，并以 I/O 信息表的形式提供给编程人员。I/O 信号分析的主要内容有： （1）定义每一个输入信号并确定它的地址。该设计中以 I/O 地址表和 . . PLC 外部接线图的形式给出，图中也包含对每一个输入点所做的简洁说明，使其 一目了然。 （2）定义每一个输出信号并确定它的地址。该设计中以 I/O 地址表和 PLC 外部接线图的形式给出，图中也包含对每一个输出入点所做的简洁说明，使 其一目了然。 （3）审核上述分析设计是否能满足系统规定的功能要求。若不满足，则需 修改，直至满足为止。 3.2.2 数据结构的分析与设计 数据结构设计的任务，就是对程序中所用到的数据结构进行具体的规划和设 计，合理地对内存进行估算，提高内存的利用率。 PLC 应用程序所需的存储空间，与内存利用率、I/O 点数、程序编写水平有 关。通常把系统中 I/O 点数和存放用户机器语言所占内存数之比成为内存利用率。 高的内存利用率，占用整个系统的内存比较少，可以大大缩短扫描周期时间，从 而提到系统的相应速度。同样，用户编写程序的优劣对程序的长短和运行时间都 有很大的影响，而数据结构的设计必将直接关系到编程质量。 数据结构设计的主要内容有： （1） 按照软件设计要求，将 PLC 的数据空间做进一步的划分，分为若干个 子空间，并对每一个子空间进行具体的定义。当然，这要以功能算法、硬件设备 要求、预计的程序结构和占有量为依据，综合考虑来决定。 （2） 应为每一子空间留出适当的裕量，以备以后使用。 该设计中，实验室提供的 CPU 型号为 CPU 226 CN，它有 40 个 I/O 点数，但 是我们只需要 5 个输入点和 7 个输出点共 12 个 I/O 点数，剩下的 I/O 点数就可 以作为裕量使用。 I/O 信号和数据结构的分析与设计为 PLC 编程人员提供了重要 的依据。 3.3 程序设计的常用方法 在工程中，对 PLC 应用程序的设计有多种方法，这些方法的使用，也因各个 设计人员的技术水平和喜好有较大的差异。现将常用的几种应用程序的设计方法 . . 简要介绍如下。 1. 经验设计法 经验设计法也叫凑试法。在掌握一些典型控制环节和电路设计的基础上，根 据被控对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选择、组合。这种方法对于一些 简单的控制系统的设计是比较凑效的，可以收到快速、简单的效果。但是它没有 一个普遍的规律可遵循，具有一定的试探性和随意性，最后得到的结果也不是唯 一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验的多少有关。 经验设计法的具体步骤如下： （1）确定输入/输出电器； （2）确定输入和输出点的个数、选择 PLC 机型、进行 I/O 分配； （3）做出系统动作工程流程图； （4）选择 PLC 指令并编写程序； （5）编写其它控制控制要求的程序； （6）将各个环节编写的程序合理地联系起来，即得到一个满足控制要求的 程序。 2. 逻辑设计法 工业电气控制线路中，有很多是通过继电器等电器组件来实现的。而继电器、 交流接触器的触点都只有两种状态即：断开和闭合，因此用“0”和“1”两种取 值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的。该方法是根据数字电子技术中的 逻辑设计法进行 PLC 程序的设计，它使用逻辑表达式描述问题。在得出逻辑表达 式后，根据逻辑表达式画出梯形图。因此用逻辑设计法也可以适用于 PLC 应用程 序的设计。 3. 顺序控制法 对那些按动作的先后顺序进行控制的系统，非常适合使用顺序控制设计法进 行编程。顺序控制法规律性很强，虽然编程相当长，但程序结构清晰、可读性。 在用顺序控制设计法编程时，功能图是很重要的工具。功能图能够清楚地表现出 系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。 功能图由流程步、有向线段、转移和动作组成，在使用时它有一些使用规则， 具体如下： （1）步与步之间必须用转移隔开； . . （2）转移与转移之间必须用步隔开； （3）转移和步之间用有向线段连接，正常画顺序功能图的方向是从上向下 或则从左向右。按照正常顺序画图时，有向线段可以不加箭头，否则必须加箭头。 （4）一个顺序功能图中至少有一个出初始步。 3.4 PLC 程序设计 根据可编过程控制器系统硬件结构和生产工艺要求，在软件规格说明书的基 础上，用相应的编程语言指令，编制实际应用程序并形成程序说明书的过程就是 程序设计。程序设计要对做一些必要的准备工作，首先要了解系统的概况形成整 体概念。其次熟悉被控对象、编出高质量的程序。再次，充分利用已有的硬件和 软件工具。如果是利用计算机编程，可以大大提高编程的效率和质量。 3.4.1 PLC 程序流程图 PLC 采用计算机控制技术，其程序设计同样可遵循软件工程设计方法，程序 工作过程可用流程图 3-1 表示。由于 PLC 的程序执行为循环扫描工作方式，因而 与计算机程序框图不同点是，PLC 程序框图在进行输出刷新后，再重新开始输入 扫描，循环执行。 . . L2 亮L1灭，允许汽车进 来 汽车来否？ L2灭，L1灭M3运行，2s后M2运行， 2s后M1运行,料斗K2打开出料 S1接通否？ 汽车装满，料 斗开关K2关闭 M1延时2s后停止，M2在M1停 2s后停止，M3在M2停2s后停 止L2亮L1灭，允许汽车开走 汽车开走 运行否？ 初始化 是 否 是 否 否 是 图 3-1 PLC 程序流程图 3.4.2 PLC 梯形图设计 本设计的程序梯形图如图 3-2 所示。 . . ( ) I0.0Q0.0 Q0.0 Q0.0 INTON PT100ms20 ( ) T37 Q0.1 Q0.1 INTON PT100ms20 Q0.1 ( ) Q0.2 Q0.2 INTON PT100ms20 Q0.2 ( ) Q0.3 ( ) I0.2I0.1Q0.2Q0.0 Q0.4 T37 T38 T38 T39 T39 . . ( ) I0.1 M0.0 ( ) INTON PT100ms20 INTON PT100ms INTON PT100ms40 ( R ) Q0.3 1 80 ( R ) 1 ( R ) 1 ( R ) 1 ( R ) 1 Q0.0 Q0.1 Q0.2 ( ) Q0.5 Q0.2Q0.1 Q0.5Q0.0 ( ) I0.0Q0.5 I0.1 Q0.5 M0.0 T40 T41 T42 T40 T41 T42 . . ( R ) 1 I0.3 Q0.0 图 3-2 PLC 程序梯形图 初始状态：Q0.6 接通，其它都处于断开状态。表示小车可以进入。 小车到达：I0.0 闭合，Q0.0 接通同时 Q0.4 接通，延时 2 秒 Q0.1 接通， 延 时 2 秒，Q0.2 接通。Q0.5 接通，Q0.6 断开。表示小车已经到达。 开始装料：I0.2 闭合，Q0.4 断开，Q0.3 接通，表示装料中。 装料完毕：I0.1 闭合，Q0.3 断开同时 Q0.0 断开，延时 2 秒 Q0.1 断开，在 延时 2 秒 Q0.2 断开，Q0.5 断开，Q0.6 闭合。表示小车已经装满并且可以离开。 3.5 组态监控系统设计 3.5.1 监控系统的形成背景 组态王是一个操作平台，它能及时的反映现场的实际情况，有利于工作人员 及时的对现场出现的情况做出相应的操作。组态王 6.5(KingView 6.5) 是目前国内 比较流行的一种国产工业自动化通用组态软件,适用于中小规模工业监控机,价格 低廉。组态王配有加密锁,支持工程加密；驱动程序较为丰富,如支持 DDE、板卡、 OPC 服务器、PLC、智能仪表、智能模块等；支持 ActiveX 控件、配方管理、数 据库访问、网络功能、冗余功能。其扩展性强,可与管理计算机或控制计算机联网 通信。 组态王 6.5 是亚控科技在组态王 6.0 x 系列版本成功应用后，广泛征询数千家 用户的需求和使用经验，采取先进软件开发模式和流程，由十多位资深软件开发 工程师历时一年多的开发，及四十多位用户一年多的实际现场考验。使用更方便， 功能更强大，性能更优异，软件更稳定，质量更可靠。组态王 6.5 的推出再次验 证了亚控科技“以客为尊、务实创新、勤奋正值、协作成长” 的经营理念。亚控科 技是一个永远都会将用户利益放在首位的、值得用户信赖的专业自动化软件服务 商。 . . 随着 Internet 科技日益渗透到生产、生活的各个领域，自动化软件的 e 趋 势已发展成为整合 IT 与工厂自动化的关键。亚控科技一直是这个领域的开拓者， 组态王 6.5 的 Internet 版本立足于门户概念，采用最新的 JAVA 2 核心技术，功 能更丰富，操作更简单。整个企业的自动化监控将以一个门户网站的形式呈现给 使用者，并且不同工作职责的使用者使用各自的授权口令完成各自的操作，这包 括现场的操作者可以完成设备的起停、中控室的工程师可以完成工艺参数的整定、 办公室的决策者可以实时掌握生产成本、设备利用率及产量等数据。组态王 6.5 的 Internet 功能逼真再现现场画面，使您在任何时间任何地点均可实时掌控企 业每一个生产细节得以实现，现场的流程画面、过程数据、趋势曲线、生产报表 (支持报表打印和数据下载)、操作记录和报警等均轻松浏览。当然您必须要有授 权口令才能完成这些。用户还可以自己编辑发布的网站首页信息和图标，成为真 正企业信息化的 Internet 门户。对于自动送料装车系统，组态监控是重要的一 步，也是必要的一步。我们知道自动送料装置一般都是在环境比较恶劣，不利于 工作人员现场操作，这样就不能准确的判断现场的实际情况，就不能及时的做出 相应的操作。 3.5.2 组态王工程的建立 组态王 6.5 为我们支持大画面、导航图，用户可以制作任意大小的画面，利 用滚动条和导航图控制画面显示内容。绘制、移动、选择图素时，画面自动跟踪 滚动。方便的变量替换，可以单独替换某个画面中的变量，也可以在画面中任意 选中的图素范围内进行变量替换。自定义菜单，支持二级子菜单。丰富的提示文 本，系统提供丰富的图素提示条文本，包括简单图素和组合图素。任意选择画面 中的图素，在画面中使用键盘和鼠标结合可以任意选择多个图素进行组合、排列 等操作。 1.组态主画面的建立 建立新的组态王工程，请首先为工程指定工作目录（或称“工程路径” ） 。 “组态王 6.5”用工作目录标识工程，不同的工程应置于不同的目录。工作目录 下的文件由“组态王 6.5”自动管理我们打开组态王 6.5 软件，首先要求我们新 建组态王工程所在的目录，启动“组态王 6.5”工程管理器，选择菜单“文件新 建工程”或单击“新建”按钮，在弹出图框中单击“下一步”继续。弹出“新建 . . 工程向导之一对话框”如图 3-2 所示。 图 3-2 新建工程向导之一 我们首先确定文件存放的目录，然后选择工程所在的目录的路径，点“浏览” 选择你所要存放工程的目录，然后点下一步，进入工程向导之三，要求我们为新 工程命名，在工程名称文本框中输入工程的名称，该工程名称同时将被作为当前 工程的路径名称。在工程描述文本框中输入对该工程的描述文字。工程名称长度 应小于 32 个字节，工程描述长度应小于 40 个字节。单击“完成”完成工程的新 建。系统会弹出对话框，询问用户是否将新建工程设为当前工程，在弹出图框中 单击“否”按钮，则新建工程不是工程管理器的当前工程，如果要将该工程设为 新建工程，还要执行“文件设为当前工程”命令；单击“是”按钮，则将新建 的工程设为组态王的当前工程。定义的工程信息会出现在工程管理器的信息表格 中。完成工程的新建如图 3-3 所示。 . . 图 3-3 新建工程向导之二 3.5.3 组态画面的建立 打开“组态王工程管理器” ，在“组态王工程管理器” ， 中找到我们已经建 立好的工程名，点击这个工程名，会弹出来一个提示对话框，我们不用管它直接 点“忽略” 。然后进入“工程浏览器” 进入组态王 6.5 开发系统后，就可以为每个工程建立数目不限的画面，在每 个画面上生成互相关联的静态或动态图形对象。这些画面都是由“组态王 6.5” 提供的类型丰富的图形对象组成的。系统为用户提供了矩形（圆角矩形） 、直线、 椭圆（圆） 、扇形（圆弧） 、点位图、多边形（多边线） 、文本等基本图形对象， 及按钮、趋势曲线窗口、报警窗口、报表等复杂的图形对象。提供了对图形对象 在窗口内任意移动、缩放、改变形状、复制、删除、对齐等编辑操作，全面支持 键盘、鼠标绘图，并可提供对图形对象的颜色、线型、填充属性进行改变的操作 工具。 “组态王 6.5”采用面向对象的编程技术，使用户可以方便地建立画面的图 形界面。用户构图时可以像搭积木那样利用系统提供的图形对象完成画面的生成。 同时支持画面之间的图形对象拷贝，可重复使用以前的开发结果。 1. 定义新画面 进入新建的组态王工程，选择工程浏览器左侧大纲项“文件画面” ，在工程 . . 浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标。在“画面名称”处输入新的画面名称。 如图 3-3 所示。 图 3-3 定义新画面 2. 编辑画面 当我们建立画面后，接下来就是对画面进行编辑，我们首先找到“工具箱” ， 如图 3-4 一般都在我们的新画面的右边栏上，如果不小心关闭了我们可以在主菜 单中找到，在菜单“工具/显示工具箱”的左端有“”号，表示选中菜单；没 有“”号，屏幕上的工具箱也同时消失，再一次选择此菜单， “”号出现， 工具箱又显示出来。 . . 图 3-4 工具箱 工具箱提供了许多常用的菜单命令，也提供了菜单中没有的一些操作。当鼠 标放在工具箱任一按钮上时，立刻出现一个提示条标明此工具按钮的功能，用户 在每次修改工具箱的位置后，组态王会自动记忆工具箱的位置，当用户下次进入 组态王时，工具箱返回上次用户使用时的位置。 工具箱中的工具大致分为四类。 1.画面类：提供对画面的常用操作，包括新建、打开、关闭、保存、删除、 全屏显示等。 2.编辑类：绘制各种图素（矩形、椭圆、直线、折线、多边形、圆弧、文本、 点位图、按钮、菜单、报表窗口、实时趋势曲线、历史趋势曲线、控件、报警窗 口）的工具；剪切、粘贴、复制、撤消、重复等常用编辑工具；合成、分裂组合 图素，合成、分裂单元；对图素的前移，后移，旋转，镜像等操作工具。 3.对齐方式类：这类工具用于调整图素之间的相对位置，能够以上、下、左、 右、水平、垂直等方式把多个图素对齐；或者把它们水平等间隔、垂直等间隔放 置。 4.选项类：提供其它一些常用操作，比如全选、显示调色板、显示画刷类型、 显示线形、网格显示/隐藏、激活当前图库、显示调色板等。 工具箱中有一个功能强大的图库，使用图库开发工程界面至少有三方面的好 处：一是降低了工程人员设计界面的难度，使他们能更加集中精力于维护数据库 和增强软件内部的逻辑控制，缩短开发周期；二是用图库开发的软件将具有统一 . . 的外观，方便工程人员学习和掌握；最后，利用图库的开放性，工程人员可以生 成自己的图库元素， “一次构造，随处使用” ，节省了工程人员投资图库中的元素 称为“图库精灵” 。之所以称为“精灵” ，是因为它们具有自己的“生命” 。图库 精灵在外观上类似于组合图素，但内嵌了丰富的动画连接和逻辑控制，工程人员 只需把它放在画面上，做少量的文字修改，就能动态控制图形的外观，同时能完 成复杂的功能。 3.5 4 定义 IO 设备 组态王 6.5 把那些需要与之交换数据的设备或程序都