毕业设计基于S7200和组态王的带式输送线PLC的控制

*大学毕业设计（论文）题目：基于S7200和组态王的带式输送线PLC的控制姓 名 学 院 专 业 指导教师 职 称 年 月 日摘 要随着工业自动化的发展和普及，带式输送线是连续输送线的一种，并且应用越来越广泛。它即可以运送散状物料，也可以运送成件物品。它在工作过程中噪音较小，结构简单。它也可用于水平或倾斜运输，还应用于装船机、卸船机、堆取料机等连续运输移动机械上。其运输特点是形成装载点到装载点之间的连续物料流，依靠连续物料流的整体运动来完成从装载点到卸载点的输送。可编程序控制器（programmable controller），是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术、通信网络技术等发展起来的一种通用的工业自动控制装置。以其显著的优点在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制支柱之一。本课题应用PLC程序控制电动机实现传送带的运转，使带式输送线在正常起动、正常停机、故障停机和故障后起动时各个电动机按照不同的要求以一定的顺序完成从装载点到卸载点的输送过程；最后应用S7-200仿真软件对其程序进行了仿真，同时应用组态王6.55软件对四种不同情况下的画面进行了模拟。关键词：带式输送线；可编程控制器（PLC）；梯形图；组态王；仿真ABSTRACTWith the development and popularization of industrial automation, belt conveyor line is continuous conveying a kind of line, and more widely. It can carry the bulk materials, can also be transported into the items. In the course of their work, lower noise, simple structure. It can also be used for horizontal or inclined transportation, also applied to the ship loader, ship unload and stacker feeder continuous transport and other mobile machinery.The transport is characterized by the formation of a continuous material flow of the load point between the loading points, relying on the overall movement of the continuous stream of material to complete the delivery from the loading point to unloading point.Programmable logic controller (programmable Controller) is a microprocessor-based, integrated computer technology, semiconductor integration technology, automatic control technology, digital technology, communications and network technology development of a common industrial automatic control device. Its significant advantages in the fields of metallurgy, chemical industry, transport, electricity and other widely used, has become one of the pillars of modern industrial control.The application of this subject plc program control motor for the operation of the conveyor, belt conveyor line in the normal start, normal stop, fault stop and fault after the start of each motor in accordance with different requirements in a certain order to complete the delivery process from the loading point to unloading point ; application s7-200 simulation software program for the simulation, while application Kingview 6.55 software on the screen under four different conditions were simulated.Keywords: belt conveyor line; programmable logic controller (plc); ladder; Kingview;Simulation目 录第一章 带式输送线的概况31.1 带式输送线的应用简况31.1.1 带式输送线主要特点31.1.2 带式输送线的工程应用31.2 带式输送线的应用意义31.3 国内外带式输送线研究状况及差距31.3.1 国外运带式输送线的研究现状31.3.2 国内运带式输送线技术的现状31.3.3 国内外运带式输送线的技术的差距31.3.4 改进方法3第二章 工业PLC原理与应用32.1 可编程序控制器的发展概况及前景32.1.1 PLC起源32.1.2 PLC发展32.1.3 PLC技术发展呈现新的动向32.1.4 PLC的特点32.2 PLC的基本结构及原理32.2.1 PLC的结构组成32.2.2 PLC的工作原理32.2.3 PLC的循环扫描工作32.3 PLC的使用简介32.3.1 可编程控制器系统设计的基本原则32.3.2 可编程控制器系统设计的基本步骤32.3.3 工业PLC的应用3第三章 组态王简介33.1 概述33.2 组态王与 I/O 设备33.3 组态王的开放性33.4 建立应用工程的一般过程33.5 如何得到组态王的帮助3第四章 带式输送线PLC的控制34.1 带式输送线PLC控制的运行原理34.1.1 带式输送线的工作流程34.1.2 带式输送线的控制方式34.2 PLC控制带式输送线的设计34.2.1 控制要求的分析34.2.2 确定I/O设备34.3 控制程序的设计34.3.1 梯形图的设计34.3.2 编写梯形图的注意事项34.3.3 梯形图编译环境34.3.4 梯形图的编译34.4 PLC控制的带式输送线的设计34.4.1 分布设计梯形图34.4.2 程序的仿真34.4.3 带式输送线的模拟3参考文献3附录13附录23附录33谢 辞3*大学*届本科毕业设计（论文）69第一章 带式输送线的概况1.1 带式输送线的应用简况带式输送线是连续运输机的一种，连续运输机是固定或移运式起重运输机中主要类型之一。带式输送线利用摩擦力传递运动，以胶带、钢带、钢纤维袋和化纤维带作为传送物料和牵引工件，它是适应能力强、应用广泛的连续输送机械之一。带式输送线有结构简单、运行可靠、输送量大、输送料广、装卸比较方便的优点。带式输送线作为运输设备而言经常发生胶带打滑、断带、跑偏、超负荷和连轴器断开等故障严重影响了正常生产。老式带式输送线的执行继电器接点容易烧毁，电机不能及时停机导致事故发生。引入PLC可控编程控制器可解决上述问题，该系统性能稳定扩展能力强技术含量高，维修、维护、系统改造方便灵活，遇到严重问题能及时停车，适应生产现场需要确保了带式输送线的安全正常运行，具有广泛的适应性和推广价值。下面介绍带式输送线的特点及工程应用。1.1.1 带式输送线主要特点(1)制造成本低廉 带式输送线结构简单，制造成本低廉，是自动化工程设计中最优先的连续输送方式。因为组成皮带输送线的各种工业皮带、链条、链轮等材料和部件都可以通过外购获得，因而制造周期大为缩短，所以制造成本低廉。(2)使用灵活由于广泛采用标准的铝型材结构，铝型材表面专门设计有供安装螺钉螺母用的各种型槽，因而铝型材使装配连接方面具有高度的柔性。通过对铝型材进行切割加工，即可以方便地组成各种形状与尺寸的机架，也可以非常方便地对上述机构的位置进行调整。带式输送线的灵活性还体现在以下方面：<1>皮带的运行速度可以根据生产节拍的需要进行调整；<2>皮带的宽度与长度可以根据生产节拍的需要进行调整；<3>既可以在水平面内输送，还可以同时采用2条或3条平行带式输送线并列输送并且共用电机驱动系统，输送线的方向既可以相同也可以相反；<4>既可以作为大型输送的生产线，也可以作为小型或微型的输送装置，还可以用于空间非常敏感的自动化专机；<5>如果将带式输送线委托给专业制造商制造，只需要向对方提出具体的尺寸及技术要求即可，方便自动化生产线的快速集成。(3)结构标准化带式输送线的结构相对比较简单，目前基本上是标准化结构，大部分元件与材料都已经实现标准化并可以通过外购获得，这样就可以实现快速设计、快速制造、降低成本制造，提高企业的市场竞争力。1.1.2 带式输送线的工程应用带式输送线是通用型产品，可广泛应用于冶金、矿山、煤炭、港口、电站、建材、化工、轻工、石油等各个行业。由单机或多机组合成运输系统来输送物料，输送松散密度为5002500Kg/m3的各种散状物料及成件物品。带式输送线适用的工作环境温度一般为-2540。对于在特殊环境中工作的带式输送线，如要求具有耐热、耐寒、防水、防腐、防爆、阻燃等条件，应另行采取相应的防护措施。带式输送线均按部件系列进行设计。设计者可根据输送工艺要求，按不同的地形、工况进行选型设计并组合成整台输送线。输送线允许输送的物料粒度取决于带宽、带速、槽角和倾角，也取决于大块物料出现的频率。1.2 带式输送线的应用意义带式输送线是由驱动装置和拉紧装置输送带中部构架和托辊组成输送带作为牵引和承载构件的，借以连续输送散碎物料或成件品。带式输送线是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。应用它可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。它既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的输送。除进行纯粹的物料输送外，还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线。所以带式输送线广泛应用于现代化的各种工业企业中。带式输送线在矿山的井下巷道、矿井地面运输系统、露天采矿场及选矿厂中得到广泛应用，它即可用于水平运输也可用于倾斜运输。1.3 国内外带式输送线研究状况及差距1.3.1 国外运带式输送线的研究现状国外在带式输送线动态分析研究方面开展得比较早，动态分析理论与研制的软件已基本能够满足当前带式输送线发展之需；而我国相对较晚，与国外相比还存在一定的差距，尤其是动态分析软件部分。为了尽快弥补这一差距赶超世界水平，有必要研究和分析当今国外带式输送线的动态分析软件。目前美国、法国、澳大利亚、意大利等国家在动态分析研究方面，已经达到国际领先地位。1.3.2 国内运带式输送线技术的现状我国生产制造的带式输送线的品种、类型较多。在“八五”期间，通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施，带式输送线的技术水平有了很大提高，煤矿井下用大功率、长距离带式输送线的关键技术研究和新产品开发都取得了很大的进步，如大倾角、长距离带式输送线成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送线等均填补了国内技术空白，并对带式输送线的主要元部件进行了理论研究和产品开发，研制成功了多种软起动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置，驱动系统采用调速型液力耦合器和行星齿轮减速器。1.3.3 国内外运带式输送线的技术的差距a)大型皮带输送线在关键核心技术上的差距(1) 皮带输送线动态分析与监测技术。长距离、大功率皮带输送线的技术关键是动态分析与监测技术，它是制约大型皮带输送线发展的核心技术。目前我国用刚性理论来分析研究带式输送线并制订计算方法和设计规范，设计中对输送带使用了很高的安全系统（一般取n=10左右），与实际情况相差很远。(2) 可靠的可控软起动技术与功率均衡技术。长距离、大运量带式输送线由于功率大、距离长且多机驱动，必须采用软起动方式来降低输送线制动张力，特别是多电机驱动时。国内已大量应用调速型液力偶合器来实现输送线的软起动与功率平衡，解决了长距离带式输送线的起动与功率平衡及同步性问题。但其调节精度及可靠性与国外相比还有一定差距。当单机功率>500 kW时，可控CST软起动显示出优越性。由于可控软起动是将行星齿轮减速器的内齿圈与湿式磨擦离合器组合而成（即粘性传动），通过比例阀及控制系统来实现软起动与功率平衡，其调节精度可达98% 以上，但价格昂贵，急需国产化。b)技术性能上差距我国带式输送线的主要性能与参数已不能满足高产高效矿井的需要，尤其是顺槽可伸缩带式输送线的关键部件及其功能如自移机尾、高效储带与张紧装置等与国外有着很大差距。(1) 装机功率 我国工作面顺槽可伸缩带式输送线最大装机功率为4×250 kW，国外产品可达4×970 kW，国产带式输送线的装机功率约为国外产品的30%40%，固定带式输送线的装机功率相差更大。 (2) 运输能力 我国带式输送线最大运量为3000 t/h，国外已达5500 t/h。(3) 最大输送带宽度 我国带式输送线为1400 mm，国外最大1830 mm。(4) 带速 由于受托辊转速的限制，我国带式输送线带速为4m/s，国外为5m/s以上。(5) 工作面顺槽运输长度 我国为3000 m，国外为7300m。(6) 自移机尾 国内自移机尾主要依赖进口，对自移机尾的要求是共同的，既要满足输送线正常工作时防滑的要求，又要满足在输送线运行的情况下实现快速自移。(7) 高效存储带与张紧装置 我国采用封闭式储带结构和绞车拉紧为主。国外采用结构先进的开放式储存带装置和高精度的大扭矩、大行程自动张紧设备，托辊小车能自动随输送带伸缩到位。(8) 输送线品种 国内机型品种少，功能单一，使用范围受限，不能充分发挥其效能。c)可靠性、寿命上的差距(1) 输送带抗拉强度 我国生产的织物整芯阻燃输送带最高为2500 N/mm，国外为3150N/mm。钢丝绳芯阻燃输送带最高为4000 N/mm，国外为7000 N/mm。(2) 输送带接头强度 我国输送带接头强度为母带的50%65%，国外达母带的70%75%。(3) 托辊寿命 我国现有的托辊技术与国外比较，寿命短、速度低、阻力大。我国输送线托辊寿命为2万小时，国产托辊寿命仅为国外产品的30%40%。(4) 输送线减速器寿命 我国输送线减速器寿命2万小时，国外输送线减速器寿命7万小时。(5) 带式输送线上下运行时可靠性差。d)控制系统上差距(1) 驱动方式 我国为调速型液力偶合器和硬齿面减速器，国外传动方式多样，如BOSS系统、CST可控传动系统等 。(2) 监控装置 国外输送线已采用高档可编程序控制器PLC。我国输送线仅采用了中档可编程序控制器来控制输送线的起动、正常运行、停机等工作过程。(3) 输送线保护装置 近年国外输送线先进保护装置技术是国内的空白。1.3.4 改进方法1）设备大型化、提高运输能力为了适应高产高效集约化生产的需要，带式输送线的输送能力要加大。长距离、高带速、大运量、大功率是今后发展的必然趋势，也是高产高效矿井运输技术的发展方向。2)提高元部件性能和可靠性设备开机率的高与低主要取决于元部件的性能和可靠性。除了进一步完善和提高现有元部件的性能和可靠性，还要不断地开发研究新的技术和元部件，如高性能可控软起动技术、动态分析与监控技术、高效传送装置、快速自移机尾、高速托辊等，使带式输送线的性能得到进一步的提高。3)扩大功能，一机多用化拓展运人、运料或双向运输等功能，做到一机多用，使其发挥最大的经济效益。开发特殊型带式输送线，如弯曲带式输送线、大倾角或垂直提升输送线等。第二章 工业PLC原理与应用2.1 可编程序控制器的发展概况及前景可编程序控制器（programmable controller），现在一般简称为PLC（programmable logic controller），它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术、通信网络技等发展起来的一种通用的工业自动控制装置。以其显著的优点在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制三大支柱之一。在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中继电器控制占主导地位。传统的继电器控制具有结构简单、易于掌握、价格便宜等优点，在工业生产中应用甚广。但是控制装置体积大、动作速度较慢、耗电较多、功能少，特别是由于它靠硬件连线构成系统，接线繁杂，当生产工艺或控制对象改变时，原有的接线控制柜就必须随之改变或更换，通用性和灵活性较差。2.1.1 PLC起源PLC于1968年被美国通用汽车公司提出以取代继电器控制装置的要求。1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。1969年，美国研制出世界第一台PDP-14 ；1971年，日本研制出第一台DCS-8 ；1973年，德国研制出第一台PLC ；1974年，中国研制出第一台PLC。2.1.2 PLC发展20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置，此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20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3040%。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。20世纪末期，可编程控制器的发展特点更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。2.1.3 PLC技术发展呈现新的动向 PLC是一种专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有体积小、结构简单、操作方便、可靠性好等特点。PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具有表现在以下几个方面，（1）向小型化、专用化、低成本方向发展。（2）向大容量、高速度方向发展。（3）智能型I/O模块的发展。（4）基于PLC的编程软件取代编程器。（5）PLC编程语言的标准化。（6）PLC通信的易用化。（7）组态软件与PLC的软件化。（8）PLC与现场总线相结合。（9）开发新型特殊功能模块。（10）CPU的处理速度进一步加快。2.1.4 PLC的特点1）、可靠性高、抗干扰能力强PLC能在恶劣的环境如电磁干扰、电源电压波动、机械振动、温度变化等中可靠地工作，PLC的平均无故障间隔时间高，日本三菱公司的“F1”系列PLC平均无故障时间间隔长达30万小时，这是一般微机所不能比拟的。2）、控制系统构成简单、通用性强由于PLC是采用软件编程来实现控制功能，对同一控制对象，当控制要求改变时，不必改变PLC的硬件设备，只需相应改变软件程序。3）、编程简单、使用方便、易于维护。4）、组合方便、功能强、应用范围广PLC既可用于开关量的控制又可用于模拟量的控制；既可用单片机控制，又可用其组成多级控制系统；既可控制简单系统，又可控制复杂系统。因此，PLC应用范围很广。5）、体积小、重量轻、功耗低PLC采用了半导体集成电路，外形尺寸很小，重量轻，同时功耗也很低，空载功耗约1.2KW。2.2 PLC的基本结构及原理2.2.1 PLC的结构组成目前PLC种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。PLC的硬件主要有CPU、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口和电源等几部分组成。其中，CPU是PLC的核心；输入单元/输出单元是CPU与现场输入/输出设备之间的接口电路；通信接口用于连接编程器、上位计算机等外部设备，其硬件结构如图21。图21 PLC的基本结构2.2.2 PLC的工作原理PLC的工作原理与计算机的工作原理基本是一致的，可以简单地表述为在系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务。PLC通电后，首先对硬件和软件作为一些初始化操作，初始化反复不停地分阶段处理各种不同的任务（见图22）。 （a） （b）图22 不同状态下PLC的流程图a：运行状态 b:停止状态2.2.3 PLC的循环扫描工作对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描期。PLC的扫描全过程如图23所示。图23 PLC的扫描全过程（1）输入刷新阶段在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。（2）程序执行阶段在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输入状态寄存器中。（3）输出刷新阶段当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。2.3 PLC的使用简介2.3.1 可编程控制器系统设计的基本原则一：控制系统设计的基本内容PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的，因此，PLC控制系统设计的基本内容包括：（1）用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机，电磁阀等）。这些设备属于一般的电气元件，其选择的方法在其他有关书籍中已有介绍。（2）PLC的选择。PLC是PLC控制系统的核心部件，正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起到重要的作用。选择PLC，应包括机型选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。（3）分配I/O点，绘制I/O连接图。（4）设计控制程序。包括设计梯形图、语句表（程序清单）和控制系统流程图。控制系统程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作安全、可靠的关键。因此，控制系统的设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。（5）必要时还需设计控制台。（6）编制控制系统的技术文件。二：控制系统设计原则任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：（1）最大限度地满足被控对象的控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，收集资料，并于机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。（2）在满足控制系统要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、实用及维修方便，保证系统的安全性和可靠性。 （4）考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适量留有裕量。2.3.2 可编程控制器系统设计的基本步骤一：控制系统设计的一般步骤（1） 根据生产的工艺过程分析控制要求。（2） 根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数。（3） 选择PLC系统。（4） 分配PLC的I/O点，设计I/O连接图（5） 进行PLC程序设计，同时可进行现场施工。二：程序设计的步骤（1） 对于较复杂的控制系统，需绘制系统控制流程图，用以清楚地表明动作的顺序和条件。（2） 设计梯形图。这是程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。（3） 根据梯形图编制程序清单。（4） 用编程器将程序输入到PLC的用户存储器中，并检查输入的程序是否正确。（5） 对程序进行调试和修改，知道满足要求为止。（6） 待控制台及现场施工完成后，就可以进行联机调试。若未满足要求，再从新修改程序或检查接线，直到满足为止。（7） 编写技术文件。（8） 交付使用。PLC程序设计步骤流程图如图24：分析评估控制任务PLC机选型，I/O设备选择I/O地址分配程序设计调试程序满足要求求？联机调试满足要求求？编制技术文件现场安装调试交付使用否否是是图24 控制系统软件设计流程图2.3.3 工业PLC的应用PLC的应用领域非常广，并在迅速扩大，对于如今的PLC几乎凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC，尤其近几年来PLC的性价比不断提高，已被广泛应用在冶金、机械、石油、化工、轻功、电力等各行业。按PLC的控制类型，其应用大致可分为以下几个方面。1）、用于逻辑控制这是PLC最基本，也是最广泛的应用方面。用PLC取代继电器控制和顺序控制器控制。例如机床的电气控制、包装机械控制、自动电梯控制等。2）、用于模拟量控制PLC通过模拟量I/O模块，可实现模拟量和数字量之间转换，并对模拟量进行控制。3）、用于机械加工中的数字控制现代PLC具有很强的数据处理功能，它可以与机械加工中的数字控制（NC）及计算机控制（CNC）紧密结合，实现数字控制。4）、用于工业机器人控制。5）、用于多层分布式控制系统高功能的PLC具有较强的通信联通能力，可实现PLC与PLC之间、PLC与远程I/O设备之间、PLC与上位机之间的通信。从而形成多层分布式控制系统和工厂自动化网络。 第三章 组态王简介3.1 概述组态王软件是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。它基于 Microsoft Windows XP/NT/2000 操作系统，用户可以在企业网络的所有层次的位置上都可以及时获得系统的实时信息。采用组态王软件开发工业监控工程，可以极大地 增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的 消耗。它适用于从单一设备的生产运行管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管 理系统的开发。组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成。工程管理器：工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。工程浏览器：工程浏览器是一个工程开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。运行系统：工程运行界面，从采集设备中获得通讯数据，并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面，实现人与控制设备的交互操作。3.2 组态王与 I/O 设备组态王软件作为一个开放型的通用工业监控软件，支持与国内外常见的 PLC、智能模块、智能仪表、变频器、数据采集板卡等（如：西门子 PLC、莫迪康 PLC、欧姆龙 PLC、三菱 PLC等等）通过常规通讯接口（如串口方式、USB 接口方式、以太网、总线、GPRS 等）进行数据通讯。组态王软件与 I/O 设备进行通讯一般是通过调用*.dll 动态库来实现的，不同的设备、协议对应不同的动态库。工程开发人员无须关心复杂的动态库代码及设备通讯协议，只须使用组态王提供的设备定义向导，即可定义工程中使用的 I/O 设备，并通过变量的定义实现与I/O设备的关联，对用户来说既简单又方便。3.3 组态王的开放性组态王支持通过 OPC、DDE 等标准传输机制和其他监控软件（如：Intouch、Ifix、Wincc等）或其他应用程序（如：VB、VC 等）进行本机或者网络上的数据交互。3.4 建立应用工程的一般过程通常情况下，建立一个应用工程大致可分为以下几个步骤：第一步：创建新工程为工程创建一个目录用来存放与工程相关的文件。第二步：定义硬件设备并添加工程变量 添加工程中需要的硬件设备和工程中使用的变量，包括内存变量和 I/O 变量。第三步：制作图形画面并定义动画连接 按照实际工程的要求绘制监控画面并使静态画面随着过程控制对象产生动态效果。第四步：编写命令语言 通过脚本程序的编写以完成较复杂的操作上位控制。 第五步：进行运行系统的配置对运行系统、报警、历史数据记录、网络、用户等进行设置，是系统完成用于现场前的必备工作。第六步：保存工程并运行完成以上步骤后，一个可以拿到现场运行的工程就制作完成了。3.5 如何得到组态王的帮助组态王帮助文档分组态王产品帮助文档和 I/O 驱动帮助文档两部分，可以通过如下几种方法打开，方法一：单击桌面“开始”“所有程序”“组态王 6.55”“组态王文档”，此选项中包括组态王帮助文档、I/O 驱动帮助文档和使用手册电子版、函数手册电子版。方法二：在工程浏览器中单击“帮助”菜单中的“目录”命令，此帮助文档中只包含组态王软件帮助文档。方法三：在工程浏览器中任何时候通过“F1”快捷键弹出组态王软件帮助文档。第四章 带式输送线PLC的控制4.1 带式输送线PLC控制的运行原理4.1.1 带式输送线的工作流程本课题研究的带式输送线是将“出料仓”的物料经过两个传送带传送到“入料仓”中，它的结构图如图4-1所示。图4-1 带式输送线的结构图图4-1中的带式输送线分为正常起动、正常停机、故障停机和故障后起动四种情况。“出料阀G”、“电机M1”和“电机M2”都按照各自的方式以一定的顺序启动或关闭。1）带式输送线的正常起动：在出料仓快要满之前，一段传送带“电机M1”先起动，为传送物料做准备；在检测到出料仓满了以后，“出料阀G”自动开启，物料会通过出料阀门卸到一段传送带上，随着传送带的运转进行传送；在出料阀门打开后5秒，二段传送带“电机M2”自动起动，物料将随着二段传送带的运转进行传送，最后将物料传到入“料仓中”。根据传送带的控制要求：带式输送线正常起动时的流程图，如图4-2所示。图4-2 带式输送线正常起动时的流程图2）正常停机时为使带式输送线上不留物料，要求按照物料流动方向按照一定的顺序停止即：“出料阀G”先停止，经过5秒一段传送带“电机M1”停止，再经过5秒二段传送带“电机M2”停止，其流程图如4-3所示。图4-3 带式输送线正常停机时的流程图3）带式输送线故障停机的工作流程：在输送线出现故障时，为了避免危险发生，让“出料阀G”、一段传送带“电机M1”和二段传送带“电机M2”同时全部停止工作。其流程图如图4-4所示。图4-4 带式输送线故障停机时的流程图4）带式输送线故障消除后为使传送带上不留有物料，其启动顺序为：二段传送带“电机M2”先起动，过5秒一段传送带“电机M1”起动，再过5秒“出料阀G”起动。其流程图如图4-5所示。图4-5 带式输送线故障消除后的流程图4.1.2 带式输送线的控制方式带式输送线为便于生产加工、维修、调整设置选择开关工作方式，分为手动和自动操作，手动运行方式供维修用，即用按钮对带式输送的每一种动作进行单独控制。例如，当选择起动或关闭“出料阀G”时，按下出料阀的起动或关闭按钮即可。带式输送线正常工作时一段传送带“电机M1”和二段传送带“电机M2”都起动，而“出料阀G”是当“出料仓”中的物料满时起动。带式输送线的自动运行方式有四种，分别为：正常起动、正常停机、故障停机和故障后起动。4.2 PLC控制带式输送线的设计PLC程序设计：本阶段就是根据控制对象和动作流程对PLC进行编程。首先把工艺流程分为若干个阶段，确定每一阶段的输入信号和输出要控制的设备，还有不同阶段之间的关系，然后画出流程图，最后再进行程序编制。PLC控制设备需要通过梯形图实现，主要步骤有：控制要求分析、确定I/O设备、梯形图编辑、程序仿真、画面模拟等。设计过程如图4-6所示。4.2.1 控制要求的分析在设计PLC控制系统之前，必须对工艺流程进行细致的分析，详细了解控制对象和控制要求，这样才能真正明白自己要完成的任务，设计出令人满意的控制系统。图4-2、图4-3、图4-4和图4-5为本机对带式输送线的控制要求。4.2.2 确定I/O设备根据控制要求选择合理的输入设备（控制按钮、开关等）和输出设备（接触器、继电器等）。并根据选用的输入/输出设备的类型和数量，确定PLC的I/O点数选择合适的PLC，I/O分配如表4-1所示。图 4-6 PLC控制设备的设计步骤表4-1 带式输送线的I/O分配表输入设备输出设备设备输入点设备输出点模拟检测物料将要装满时“电机M1”起动按钮SB1I0.0出料阀门G电磁阀YV1Q0.0模拟物料装满时“出料阀G”起动按钮SB2I0.1电机M1电磁阀YV2Q0.1模拟出现故障按钮SB3有效时I0.2有效时电机M2电磁阀YV3Q0.2模拟故障消除按钮SB3无效时I0.3无效时故障灯LEDQ0.3正常停机按钮SB4I0.3“出料阀G”起动按钮SB5I0.4“电机M1”起动按钮SB6I0.5“电机M2”起动按钮SB7I0.6“出料阀G”关闭按钮SB8I0.7“电机M1”关闭按钮SB9I1.0“电机M2”关闭按钮SB10I1.1输入/输出单元通常也称为I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控对象进行控制的依据；同时PLC又通过输入接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。4.3 控制程序的设计4.3.1 梯形图的设计梯形图是PLC图形编程语言。梯形图语言是在传统继电器控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。它与继电器控制线路图相似，继承了传统电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式，具有形象、直观、实用的特点。因此，这种编程语言为广大电气技术人员所熟知，是应用最广泛的PLC编程语言，也是PLC的第一编程语言。图47 传统继电器控制电路和PLC梯形图a：传统继电器控制线路图 b：PLC梯形图4.3.2 编写梯形图的注意事项1）输入/输出继电器、内部辅助继电器、定时器、记数器等器件的触点可以多次重复使用，无需复杂的程序结构来减少触点的使用次数。2）梯形图每一行都是从左母线开始，线圈终止于右母线。触点不能放在线圈的右边。如果需要任何时候都被执行的程序段，可以通过特殊内部常闭继电器或一个没有使用的内部继电器的常闭触点来连接。3）在程序中，不允许同一编号的线圈两次输出。4）不允许出现桥式电路。程序的编写顺序应按自上而下、从左至右的方式编写。为了减少程序的执行步数，程序应为“左大右小，上大下小”。4.3.3 梯形图编译环境STEP 7- Micro/WIN V4.0 SP3 版是西门子能源与自动化公司生产的一款软件，它适用于Microsoft Windows 2000 Service Pack 3 或更新版本、Windows XP Home（家庭版）或 Windows XP Professional（专业版）等系统。它是一款发展比较成熟的软件，他可以完成用户程序工程的新建、打开、编译、调试等功能，使用户操作起来更为简便、快捷。STEP 7编程软件主要功能：STEP 7编程软件可以实现梯形图或语句表的编程、编译检查程序、程序和数据的上载及下载、设置PLC的设定区、对PLC的运行状态或内存数据进行监控和测试、打印程序清单、文档管理等功能。图4-8 STEP 7编程软件界面STEP 7编程软件界面的外观如图4-8所示。编程界面包括标题栏、菜单栏、工具条、浏览条、符号表、梯形图编译窗口、指令树、状态栏、标签、输出窗口，下面将简单介绍各部分的功能。1、 菜单栏 如图4-9所示。图4-9 菜单栏1）文件菜单可以完成文件的新建、打开、保存、打印、导出等操作。2）编辑菜单提供编辑程序用的各种工具，如剪切、复制、粘贴程序块或数据块的操作，以及查找、替换、插入和删除等功能。3）查看菜单可以设置编译软件的环境，如可以设置为梯形图、STL和FBD编译环境，还可以设置工具条的显示、组件的查看和设置框架等。4）PLC菜单可以实现与PLC联机时的一些操作，如对程序进行运行、停止、全部编译、清除、上电复位等。5）调试菜单可以对程序进行首次扫描，多次扫描和开始状态监控等操作，从而对程序进行调试。6）工具菜单用于设置PLC的型号和网络配置工具、创建快捷键、以及改变梯形图的显示内容。7）窗口菜单用于设置窗口的排放方式和显示窗口。8）帮助（Help）菜单项可以方便地检索各种帮助信息。2、标题栏 如图4-10所示。图4-10 标题栏标题栏用于显示软件的名称和工程文件的名称。3、 工具条 如图4-11所示。图4-11 工具条工具条是将SEP 7编程软件中最常用的操作以按钮形式显示，提供更加快捷的鼠标操作。可以用“查看”菜单中的“工具栏”选项来显示或隐藏各种工具。4、 梯形图编译窗口 如图4-12所示。图4-12 梯形图编译窗口梯形图编译窗口用于梯形图的编译和修改。5、 浏览条 如图4-13所示。图4-13 浏览条浏览条包含两块内容：查看和工具，查看栏可以查看程序块、符号表、状态表和数据块等，工具栏可以打开指令向导、文本显示向导、位置控制向导和以太网向导等一系列向导。6、 指令树 如图4-14所示。图4-14 指令树指令树是显示工程文件的名称、编译梯形图时所需各个指令的显示区域和显示各个程序段。4.3.4 梯形图的编译用SEP 7编程软件编制用户程序可按以下步骤进行：起动SEP 7 软件、建立新工程文件、绘制梯形图、编译程序和导出程序等。1、 起动SEP 7软件起动该软件的步骤：在桌面上找到STEP 7软件的快捷方式，双击该快捷方式即可起动该软件，软件起动后的界面如图4-15所示。图4-15 SEP 7软件起动后的界面2、 建立新文件工程建立工程步骤：在打开SEP 7软件后，按工具栏中的保存按钮，将新工程保存到你所需的目录下，并命名为你所需的工程的名字，保存界面如图4-16所示。图4-16 保存新工程界面1)在“保存路径”中将新工程保存到你所需的路径中。2)在“文件名”中将新工程命名为你所需的名字。3)在“保存类型中”设置新工程的类型。3、 绘制梯形图本课题研究是带式输送线PLC的控制，主要是通过控制出料阀的电磁线圈和电动机的线圈来控制阀门和传送带的。下面我们以控制电磁线圈“Q0.0”得电5秒后失电为例，来简要说明SEP 7软件的梯形图编辑过程。1）找到“指令树”中的 “位逻辑”，将其打开找到 “常开触点”，并放到“编译窗口”中的“网络1中”，如图4-17所示。图4-17 设置常开触点2） 将“指令树”中“位逻辑”中的电磁线圈“Q0.0”放入“网络1”并将“指令树”中“定时器”中的“接通延时定时器”命名为“T39”，时间设定为5秒后放入网络1中，由于“I0.0”为常开按钮，所以要并联一个“Q0.0”的常开触点在网络1中形成“Q0.0”的自锁，由于控制需要断开“Q0.0”所以要串联一个中间继电器“M0.0”在网络1中，最后还要将电磁程序复位所以要串联一个复位按钮“I0.1”的常闭触点于网络1中与“10.0”形成互锁，并将网络1注释为“起动Q0.0”，如图4-18所示。图4-18 起动“Q0.0”3）关闭“Q0.0”梯形图编辑，用定时器关闭“Q0.0”，在网络2中串联T39的常开触点和中间继电器“M0.0”线圈，再并联 “M0.0”的常开触点与“M0.0”形成自锁于网络2中，由于还要将程序复位所以串联一个“M0.1”的长闭触点于网络2中，将网络2注释为关闭“Q0.0”，如图4-19所示。图4-19 关闭“Q0.0”4）程序复位梯形图编辑，按钮“I0.1”为复位按钮，所以将“I0.1”的常开触点放入网络3中，再串联一个“I0.0”的常闭触点（与 “I0.1”形成互锁）和中间继电器线圈“M0.1”，同时并联一个“M0.1”的常开触点与线圈“M0.1”形成自锁，将网络3注释为程序复位，如图4-20所示。图4-20 程序复位上述内容叙述了如何运用SEP 7软件进行梯形图编辑，并且带式输送线的梯形图已编程完毕详见附录1。4、 对梯形图进行仿真1）首先将已编好的程序按下工具栏中 “全部编译按钮”将程序进行编译，没有错误就可以将程序导出，导出在“菜单栏”的“文件菜单”中，导出后将文件保存，如图4-21所示。图4-21 保存导出程序（A）保存路径中，将导出的程序保存到桌面上。（B）文件名中，给导出的程序进行命名。（C）保存类型，设置导出程序的保存类型。2）S7_200仿真软件对程序进行仿真。首先打开桌面上S7_200仿真界面的快捷方式将该软件打开，打开后的界面如4-22所示。图4-22 S7_200仿真软件起动后界面找到“菜单栏”中的“Program”中的“Load Program”或按钮将导出的程序添加到该软件中，如图4-23和4-24所示。图4-23 导入程序A图4-24 导入程序B在图4-23中选择“Accept”按钮，就出现图4-24，在图4-24中选择要导入程序的路径、名称和类型，之后按“打开”键即可将程序导入该软件中。之后按按钮运行程序，再按下面的按键即可在上面的仿真区域显示按键和灯的显示情况。如图4-25所示。图4-25 按键区和仿真显示区域具体的操作会在下文中提到。5、 用组态王6.55仿真软件对带式输送线进行画面模拟用组态王6.55做动画对带式输送线进行动画的模拟，让带式输送线的显示更真实。组态王6.55软件是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。它基于 Microsoft Windows XP/NT/2000 操作系统，用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。采用组态王软件开发工业监控工程，可以极大地 增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的 消耗。它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管 理系统的开发。下面介绍组态王的使用步骤：步骤一：打开组态王6.55软件，将桌面上组态王6.55的快捷方式打开，此时进入组态王界面，如图4-26所示。 图4-26 组态王起动后界面步骤二：新建工程，首先点击工具栏中的按钮，将会显示新建的工程向导界面如图4-27所示。图4-27 新建工程的向导之一单击图4-27中的“下一步”即可对新工程进行路径设置，如图4-28所示。图4-28 新建工程向导之二-选择工程所在的路径选择路径之后点击下一步，将会出现新建工程之三工程名称和描述，如图4-29所示。（1）图4-29中的工程名称是对工程进行命名，如“带式输送线”。（2）图4-29中的工程描述，可以对工程进行描述，这里不在描述。（3）上述设置完成之后，点击完成即可完成新工程的建立。图4-29 新建工程向导之三-工程名称和工程描述步骤三：建立新工程之后在“工程名称”一栏中会出现新建工程的名字，双击该工程的名字，即可打开该工程，界面如图4-30所示。图4-30 工程打开后界面双击图4-30界面中右侧的“新建”，即可对新