畢業(yè)設計（論文）PLC控制系統(tǒng)設計—多級皮帶傳輸系統(tǒng)

1、plc控制系統(tǒng)設計多級皮帶傳輸系統(tǒng)摘要本論文設計了一個多級皮帶傳輸系統(tǒng)，它多用于處于復雜地形的大型工業(yè)廠礦。系統(tǒng)采用可編程控制器（plc）做下位機控制，上位機則采用工業(yè)通用組態(tài)軟件“組態(tài)王”設計控制界面，并最終完成上下位機的通信以達到直觀方便的控制效果。多級皮帶傳輸系統(tǒng)憑借它自身的特點和優(yōu)勢在現(xiàn)代工業(yè)中有著重要的作用和地位，最典型的應用就是我們常說的輸煤系統(tǒng)。輸煤系統(tǒng)的組成部分包括給煤機、皮帶、破碎機、三通、卸料器等。我們采用plc對此系統(tǒng)進行順序控制。論文首先介紹了皮帶傳輸系統(tǒng)的應用概況和作用；接著描述了系統(tǒng)的工藝要求；plc的基本原理、發(fā)展形式和西門子s7200plc；工業(yè)通用組態(tài)軟件“組

2、態(tài)王” 的應用。本文重點在具體的敘述了plc各子程序的設計思想，并講述了用組態(tài)王進行界面設計的步驟和方法。關鍵詞： plc，多級皮帶傳輸系統(tǒng)，組態(tài)王the design of plc control systemtransport system with multi-level beltabstractthe author of designs a transport system with multi-level belt which is often used in the large-scale factories or mines located in places with comp

3、lex terrain. we use the programmable controller (plc) to control this system as a lower computer, and use an industry general configuration software -“kingview” to design the interface as an upper computer.the transport system has very important functions and position depend on its characteristic an

4、d advantages. the coal transport system is the most typical application in industry nowadays. the coal transport include belts, smash machines, coal-supplied machines and so on. we use plc to control the sequence of this system.the paper introduces the general situation of application and function o

5、f belt transport system, describes the technique requirement the system, plc brief introduction and development conditions and takes simentic s7-200 as an example, introducing the method of communication between plc and pc. the focus of the paper is a specific description of plcs programs and how to

6、 use the kingview to design interface as an upper computer. keywords：plc，transport system with multi-level belt，kingview目錄1緒論11.1 多級皮帶傳輸系統(tǒng)的概況11.2 多級皮帶傳輸系統(tǒng)作用12. 多級皮帶傳輸系統(tǒng)輸煤系統(tǒng)的工藝流程22.1 系統(tǒng)組成單元22.2 系統(tǒng)的工藝要求32.2.1啟動前準備32.2.2系統(tǒng)啟動過程32.2.3系統(tǒng)停止過程52.2.4故障顯示52.2.5其他設備運行規(guī)則63系統(tǒng)plc程序設計63.1 可編程控制器plc簡介63.1.1 plc的歷史6

7、3.1.2 plc的結(jié)構(gòu)83.1.3 plc的原理93.1.4 plc的特點113.1.5 plc的選型133.1.7 simatic s7-200簡介153.2 輸煤系統(tǒng)程序設計163.2.1 s7-200程序結(jié)構(gòu)163.2.2 plc模塊擴展173.2.3 輸煤系統(tǒng)的i/o點分配183.2.4 主子程序設計203.2.5 啟動子程序設計203.2.6 停止子程序設計213.2.7 選擇子程序設計223.2.8 故障反應子程序設計253.2.9 報警程序設計274輸煤系統(tǒng)設計組態(tài)界面部分284.1 什么是組態(tài)284.2 什么是組態(tài)軟件284.3 界面設計294.3.1 建立畫面294.3.2

8、 定義變量314.3.3 動畫連接324.3.4 上下位機的通信355. 系統(tǒng)調(diào)試與運行結(jié)果376. 總結(jié)38參考文獻39附錄40致謝591緒論1.1 多級皮帶傳輸系統(tǒng)的概況我的畢業(yè)設計的題目名稱是plc控制多級皮帶傳輸系統(tǒng)，plc（programmable controller）就是我們所熟知的可編程控制器，設計的題目規(guī)定了控制設備，那么什么是多級皮帶傳輸系統(tǒng)呢？所謂的多級皮帶傳輸系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)中應用的最為廣泛的例子就是我們常說的輸煤系統(tǒng)。由于輸煤系統(tǒng)所處的環(huán)境、地勢往往比較復雜，把原料運往目的地的路途曲折漫長，用一兩條傳送帶是不能達到要求的，所以我們多采用多級皮帶來處理這樣的問題，在路線的

9、每個拐點處前后設置兩條皮帶，用特殊設備連接。這樣就構(gòu)成了題目中出現(xiàn)的多級皮帶傳輸系統(tǒng)。1.2 多級皮帶傳輸系統(tǒng)作用正如上節(jié)介紹的，所謂多級皮帶傳輸系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)中應用最廣泛的就是輸煤系統(tǒng)，那輸煤系統(tǒng)的作用是怎樣的呢？輸煤系統(tǒng)在發(fā)電廠中起著舉足輕重的作用，沒有安全可靠的保證供煤，就不可能保障機、爐、電的穩(wěn)定運行。在火力發(fā)電廠中，輸煤皮帶就是電廠生產(chǎn)的生命線，負擔著全廠鍋爐的“糧食”供給。輸煤皮帶一旦發(fā)生問題，輕則減負荷，重則可能造成全廠停運的重大事故。根據(jù)輸煤系統(tǒng)的特點，保證設備的可靠運行是關鍵，如果沒有一個良好健康的設備狀況，就談不上安全與保障。一般來講，輸煤系統(tǒng)設備的結(jié)構(gòu)特點是：皮帶多、線路

10、長、設備多、輸配煤方式復雜。因此，對燃煤車間進行輸煤設備上的設計和改造，尤其是安裝輸煤監(jiān)控系統(tǒng)，加裝工業(yè)組態(tài)界面的上位機很有必要。該系統(tǒng)與輸煤程控系統(tǒng)合為一體，可以提高輸煤設備的穩(wěn)定性，同時大大減少職工的勞動強度。2. 多級皮帶傳輸系統(tǒng)輸煤系統(tǒng)的工藝流程2.1 系統(tǒng)組成單元本次設計以三級皮帶的輸煤系統(tǒng)為例，設計一套帶有啟動、停止、故障反應、報警等一系列功能的方案。系統(tǒng)各組成單元如下圖系統(tǒng)示意圖所示。圖2.1 輸煤系統(tǒng)示意圖系統(tǒng)各組成部分編號原則如下:1.給煤機: s12.輸煤皮帶: s2n（3#皮帶a側(cè)標號為s32a，依次類推）3.三通分料器: s3m （3#三通a側(cè)標號為s33a，依次類推）

11、4.破碎機: s45.犁式卸料機: s52.2 系統(tǒng)的工藝要求2.2.1 啟動前準備系統(tǒng)啟動前應作以下測試:(1)試燈:在模擬屏上相對應于系統(tǒng)各個設備均裝有指示燈，用于指示該設備的運行及故障狀態(tài)。為了測試各指示燈的好壞，在模擬屏上有“試燈”按鈕，當按下試燈按鈕時，各部位指示燈應亮，若有不亮的燈應更換。(2)試音:當系統(tǒng)運行時，若有故障發(fā)生，應進行響鈴報警，而當系統(tǒng)開始啟動時，也應以“開工響鈴”加以提示，設置試音按鈕就是為了檢測報警用鈴以及開工響鈴的好壞。故障報警在控制室，開工響鈴則設在工作現(xiàn)場。(3)系統(tǒng)回路測試:系統(tǒng)的各設備有兩個輸入信號，“允許plc遠程遙控”和“主回路帶電”，當二者均為“

12、1”時，表明該設備“可以由plc進行控制”?！跋到y(tǒng)回路測試”按鈕的設置就是用于測試這兩位是否正常。當按下回路測試按鈕時，如果與某設備相應的指示燈不亮，則說明這兩位均正常，該設備可以由plc控制；若指示燈呈1秒閃爍狀態(tài)，說明“主回路帶電”位不正常；若指示燈呈0.5秒閃爍狀態(tài)，則說明“允許plc控制”位不正常；若按下回路測試按鈕時，指示燈一直亮，則說明兩個位均不正常。也就是說，按下回路測試按鈕時，若相應于某設備的指示燈亮或閃爍，則該設備不能由plc進行控制。(4)a、b系統(tǒng)選擇:系統(tǒng)啟動前應進行a、b系統(tǒng)的選擇，將開關撥至左側(cè)為a系統(tǒng)，右側(cè)為b系統(tǒng)。值得注意的是：該開關的選擇對系統(tǒng)的啟動過程尤為重

13、要，建議在啟動過程中不要隨意改變開關的位置，同時，如果將開關撥至中間位置時，系統(tǒng)將不能正常啟動。2.2.2 系統(tǒng)啟動過程在系統(tǒng)允許運行燈亮的前提下，將系統(tǒng)選擇開關撥至a或b，按動系統(tǒng)啟動按鈕，系統(tǒng)開始啟動，啟動過程如下:1、開工響鈴:用于提示現(xiàn)場各部位操作人員，系統(tǒng)將要啟動，響鈴時間15秒。2、預啟動:響鈴過后還設有5秒鐘的等待時間，之后系統(tǒng)開始正常啟動。3、按照a、b系統(tǒng)的選擇，從3#皮帶開始，間隔5秒鐘按下列順序進行啟動(啟動順序):3#皮帶2#皮帶破碎機1#皮帶給煤機若啟動過程無故障，當給煤機啟動后5秒鐘，“系統(tǒng)運行”指示燈亮，表明系統(tǒng)啟動過程已經(jīng)結(jié)束，進入正常工作狀態(tài)。此時通過各設備指

14、示燈的顯示，可以看出系統(tǒng)的工作“路徑”。若啟動過程中有故障，分以下幾種情況:(以選擇a系統(tǒng)為例)(1)按啟動順序，從3#皮帶到1#皮帶，在啟動時若某段皮帶發(fā)生故障，除響鈴報警外，其相對應的b系統(tǒng)皮帶將自動啟動，而在其之后的設備仍按照原來的a系統(tǒng)進行啟動。若b系統(tǒng)皮帶也出現(xiàn)故障，則系統(tǒng)立即停止，按下停止按鈕和復位按鈕后才能重新啟動。(2)系統(tǒng)其它設備(三通分料器)的工作狀態(tài)也將影響到系統(tǒng)的啟動過程，例如三通分料器本應打向a側(cè)，但卻沒有到位，如果有類似的情況發(fā)生時，系統(tǒng)正常的啟動過程將無法繼續(xù)。這些情況如下所示：在啟動2#皮帶時若為s22a運行，同時，在此之前3#皮帶為s23a運行，則s33a必須

15、為左側(cè)到位，若3#皮帶為s23b運行，則s33a必須為右側(cè)到位。同理，在啟動2#皮帶時若為s22b運行，而在此之前3#皮帶為s23a運行，則s33b必須為左側(cè)到位，若3#皮帶為s23b運行，則s33b必須為右側(cè)到位。如果以上條件均不滿足，則在此之后的破碎機s4將不能啟動。在啟動1#皮帶時若為s21a運行，并且在此之前2#皮帶為s22a運行，則三通分料器s32a必須為左側(cè)到位；若2#皮帶為s22b運行，則三通s32a必須為右側(cè)到位。同理，在啟動1#皮帶時若為s21b運行，并且在此之前2#皮帶為s22a運行，則s32b必須為左側(cè)到位；若此前2#皮帶為s22b運行，則s32b必須為右側(cè)到位。如果以上

16、條件均不滿足，則在此之后的給煤機將不能啟動。在啟動給煤機時若為s1a運行，并且在此之前1#皮帶為s21a運行，則三通分料器s31a必須為左側(cè)到位；若1#皮帶為s21b運行，則三通s31a必須為右側(cè)到位。同理，在啟動給煤機時若為s1b運行，并且在此之前1#皮帶為s21a運行，則s31b必須為左側(cè)到位；若此前1#皮帶為s21b運行，則s31b必須為右側(cè)到位。如果以上條件均不滿足，則系統(tǒng)不能正常啟動。2.2.3系統(tǒng)停止過程按動系統(tǒng)停止按鈕，系統(tǒng)開始停止，停止順序如下:給煤機1#皮帶破碎機2#皮帶3#皮帶由于各皮帶長度不一，所以停止過程中的間隔時間也不一樣，皮帶越長，其相應的停止時間越長。停止過程也可

17、以通過指示燈來指示。如果停止過程正常，則在工作路徑上被點亮的指示燈將按停止順序依次滅掉；如果停止過程中某設備不能正常關閉(即超過停止時間而指示燈一直亮)，則其后的設備也不能正常關閉，此時應進行強行關閉(抽掉此設備的配電箱或者切斷其主回路電源)，該設備關閉之后其后的設備仍可繼續(xù)按照正常的順序停止。2.2.4故障顯示系統(tǒng)啟動和系統(tǒng)運行時，若發(fā)生故障，除響鈴報警外，其相應的指示燈也呈閃爍狀態(tài)，以指示故障設備或部位，給操作人員進行檢修提供依據(jù)。(1)啟動過程的故障顯示啟動過程中有故障發(fā)生，則響鈴報警，按“消音”按鈕，可消除鈴聲，此時故障設備的指示燈將呈閃爍狀態(tài)，故障確認后按“復位”按鈕，閃爍狀態(tài)消失。

18、需要說明的是:在啟動過程中有故障發(fā)生時，啟動過程仍然有可能繼續(xù)進行，除非故障設備的備用系統(tǒng)也不能正常工作，這時應按動停止按鈕，停止啟動過程，待故障排除后重新啟動。(2)系統(tǒng)運行過程中的故障系統(tǒng)運行過程中的故障是指在運行過程中工作路徑上的某一設備發(fā)生斷電或停止運行的現(xiàn)象。對這種現(xiàn)象的處理方法是:按照停止順序的前后，在其前的設備立即停止，其后的設備仍然照常運行一段時間后，才按照停止順序依次停止。如果故障很快被處理，則可直接按動啟動按鈕(不用按動停止按鈕)，系統(tǒng)將從發(fā)生故障后停止的設備處按照啟動順序重新啟動。此外，系統(tǒng)還設置了“急停按鈕”，以防有重大事故發(fā)生時，對系統(tǒng)所有設備的緊急停止。2.2.5.

19、其他設備運行規(guī)則(1)三通分料器:系統(tǒng)通電后所有的三通分料器均按照其默認狀態(tài)動作，即a系統(tǒng)的三通分料器打向a側(cè)，b系統(tǒng)的三通分料器則打向b側(cè)。系統(tǒng)啟動和運行時，a系統(tǒng)的三通，只有位于其前的設備(按啟動順序)發(fā)生故障并切換到b系統(tǒng)，并且其后的設備仍為a系統(tǒng)時，才打向b側(cè)，否則狀態(tài)不變；而b系統(tǒng)的三通，只有位于其前的皮帶發(fā)生故障并切換到a系統(tǒng)，并且其后的皮帶仍為b系統(tǒng)時，才打向a側(cè)，否則狀態(tài)不變。系統(tǒng)停止運行后，所有的三通均恢復至通電后的狀態(tài)，即恢復到其默認狀態(tài)。(2)犁式卸料機:系統(tǒng)通電后，所有的犁式卸料機自動抬起(默認狀態(tài))。系統(tǒng)工作后，所有的犁式卸料機只有滿足下放條件時才下放，否則均處于抬起

20、狀態(tài)。3系統(tǒng)plc程序設計3.1 可編程控制器plc簡介3.1.1 plc的歷史可編程控制器（ programmable controller）是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（programmable logic controller），簡稱plc，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱pc。但是為了避免與個人計算機（personal computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱plc。 plc的由來:在60年代，汽車生產(chǎn)流水線的自

21、動控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。當時汽車的每一次改型都直接導致繼電器控制裝置的重新設計和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號更新的周期愈來愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設計和安裝，十分費時，費工，費料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車公司在1969年公開招標，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項招標指標，即： (1)編程方便，現(xiàn)場可修改程序；(2)維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；(3)可靠性高于繼電器控制裝置；(4)體積小于繼電器控制裝置；(5)數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；(6)成本可與繼電器控制裝置競爭；(7)輸入可以是交流115v；(8)輸出

22、為交流115v，2a以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等；(9)在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更；10、用戶程序存儲器容量至少能擴展到4k。 1969年，美國數(shù)字設備公司（dec）研制出第一臺plc，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點，很快地在美國其他工業(yè)領域推廣應用。到1971年，已經(jīng)成功地應用于食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國家的高度重視。1971日本從美國引進了這項新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺plc。1973年，西歐國家也研制出它們的第一臺plc

23、。我國從1974年開始研制。于1977年開始工業(yè)應用。2 3.1.2 plc的結(jié)構(gòu)plc實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，如圖所示：圖3.1 plc的結(jié)構(gòu)示意圖 1、中央處理單元(cpu) 中央處理單元 (cpu)是plc的控制中樞。它按照plc系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、i/o以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當plc投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入i/o映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送

24、入i/o映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將i/o映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 為了進一步提高plc的可靠性，近年來對大型plc還采用雙cpu構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三cpu的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個cpu出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。2、存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 plc常用的存儲器類型有ram （random assess memory） 這是一種讀/寫存儲器(隨機存儲器)，其存取速度最快，由鋰電池支持；eprom（erasable program

25、mable read only memory）這是一種可擦除的只讀存儲器。在斷電情況下，存儲器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。(在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容)；eeprom(electrical erasable programmable read only memory)這是一種電可擦除的只讀存儲器。使用編程器就能很容易地對其所存儲的內(nèi)容進行修改。 3、電源 plc的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此plc的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將plc直接連接到交流電網(wǎng)上去

26、。3 3.1.3 plc的原理最初研制生產(chǎn)的 plc主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但兩者的運行方式是不相同的： (1)繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點（包括其常開或常閉觸點）在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。 (2)plc的cpu則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(包括其常開或常閉觸點)不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。 為了消除二者之間由于運行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在 100ms以上，而pl

27、c掃描用戶程序的時間一般均小于100ms，因此，plc采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式-掃描技術(shù)。這樣在對于i/o響應要求不高的場合，plc與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。 1、掃描技術(shù) 當plc投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，plc的cpu以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段 。 圖3.2 掃描周期示意圖(1)輸入采樣階段 在輸入采樣階段， plc以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入i/o映象區(qū)中的相應得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新

28、階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，i/o映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入(2)用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， plc總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)ram存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在i/o映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能

29、指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在i/o映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在i/o映象區(qū)或系統(tǒng)ram存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。4 一般來說， plc的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時間的總和。 圖3.3 plc掃描周期流程圖2、plc的i/o響應時間 為了增強 plc的抗干擾能力，提高

30、其可靠性，plc的每個開關量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。 為了能實現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制， plc采用了不同于一般微型計算機的運行方式（掃描技術(shù)）。 以上兩個主要原因，使得 plc得i/o響應比一般微型計算機構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多，其響應時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個掃描周期甚至更長。12 3.1.4 plc的特點可編程控制器的主要特點有：(1)可靠性高 ：plc的mtbf一般在4000050000h以上，西門子、abb、松下等微小型plc可達10萬h以上，而且均有完善的自診斷功能，判斷故障迅速，便于維護。 (2)模塊化組合靈活 ：可編程控制器是系列化產(chǎn)品，通常采用模塊結(jié)

31、構(gòu)來完成不同的任務組合。 i/o從88192點，有多種機型、多種功能模板可靈活組合，結(jié)構(gòu)形式也是多樣的。 (3)功能強 ：plc應用微電子技術(shù)和微計算機，簡單型式都具有邏輯、定時、計數(shù)等順序控制功能?；?型式再加上模擬i/o、基本算術(shù)運算、通信能力等。復雜型式除了具有基本型式的功能外，還具有擴展的計算能力、多級終端機制、智能i/o、pid調(diào)節(jié)、過程監(jiān)視、網(wǎng)絡通信能力、遠程i/o、多處理器和高速數(shù)據(jù)處理能力。 (4)編程方便 ：plc適用針對工業(yè)控制的梯形圖、功能塊圖、指令表和順序功能表圖(sfc)編程，不需要太多的計算機編程知識。新的編程工作站配有綜合的軟件工具包，并可在任何兼容的個人計算機

32、 上編程。 (5)適應工業(yè)環(huán)境 ：plc的技術(shù)條件能在一般高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能在強電磁干擾環(huán)境下可靠工作。這是plc產(chǎn)品的市場生存價值。 (6)安裝、維修簡單 ：與計算機系統(tǒng)相比， plc安裝不需要特殊機房和嚴格的屏蔽。使用時只要各種器件連接無誤，系統(tǒng)便可工作，各個模件上設有運行和故障指示裝置，便于查找故障，大多數(shù)模件可以帶電插拔，模件可更換，使用戶可以在最短的時間內(nèi)查出故障，并排除，最大限度地壓縮故障停機時間，使生產(chǎn)迅速恢復。然后再對故障模件進行修復，這對大規(guī)模生產(chǎn)場合尤為適宜。 一些plc外殼由可在不良工作環(huán)境下工作的合金組成，結(jié)構(gòu)簡單，上面帶有散熱槽，在高溫 下，該

33、外殼不像塑料制品那樣變形，還可抗無線電頻率(rf高頻)電磁干擾、防火等。 (7)運行速度快 ： 隨著微處理器的應用，使 plc的運行速度增快，使它更符合處理高速度復雜的控制任務，它與微型計算機之間的差別不是很明顯。 (8)總價格低 ：plc的重量、體積、功耗和硬件價格一直在降低，雖然軟件價格占的比重有所增加，但是各 廠商為了競爭也相應地降低了價格。另外，采用plc還可以大大縮短設計、編程和投產(chǎn)周期，使總價格進一步降低。 3.1.5 plc的選型當某一個控制任務決定由plc來完成后，選擇plc就成為最重要的事情。一方面是選擇多大容量的plc，另一方面是選擇什么公司的plc及外設。對一個問題，首先

34、要對控制任務進行詳細的分析，把所有的i/o點都找出來，包括開關量i/o以及這些i/o點的性質(zhì)。i/o點的性質(zhì)主要指它們是直流信號還是交流信號，它們的電源電壓，以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型?？刂葡到y(tǒng)輸出點的類型非常關鍵，如果它們之中既有交流220v的接觸器、電磁閥，又有直流24v的指示燈，則最后選用的plc的輸出點數(shù)有可能大于實際點數(shù)。因為plc的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。所以一旦它們是交流220v的負載使用，則直流24v的負載只能使用其他組的輸出端了。這樣有可能造成輸出電數(shù)的浪費，增加成本。所以要盡可能選擇相同等和種類的負載，比如使用

35、交流220v的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的plc使用最多，但對于要求高速輸出的情況，如運動控制時的高速輸出的情況，如運動控制時的高速脈沖輸出，就要使用無觸點的晶體管輸出的plc了。知道這些以后，就可以定下選用多少點和i/o是什么類型的plc了。2plc主機選定后，如果控制系統(tǒng)需要，則相應的配套模塊也就選定了。如模擬量單元、顯示設定單元、位置控制單元或熱電偶單元等。1、plc的機型選擇(1)合理的結(jié)構(gòu)型式整體式plc一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式plc一般用于較復雜系統(tǒng)和環(huán)境差（維修量大）的場合。(2)安裝方式的選擇集中式不需要設置驅(qū)動遠程i/o硬件，系統(tǒng)反應快、成本

36、低。大型系統(tǒng)因為它們的裝置分布范圍廣，經(jīng)常采用遠程i/o式。多臺聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設備分別獨立控制，又要相互聯(lián)系的場合。(3)相當?shù)墓δ芤?4)響應速度的要求plc的掃描工作方式引起的延遲可達23個掃描周期。然而對于某些個別場合，選用具有高速度i/o處理功能指令的plc和中斷輸入模塊的plc等。(5)系統(tǒng)可靠性的要求對于一般plc的可靠性均能滿足，對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應考慮是否采用冗余控制系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。12、plc的容量選擇(1)i/o點數(shù)應該合理選用plc的i/o點的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭適用的i/o點最少，但必須留有一定的備用量（10%15%）。(2)用戶存儲容量3

37、、i/o模塊的選擇(1)開關量輸入模塊的選擇輸入信號的類型及電壓等級的選擇：常用的開關量輸入模塊的信號類型有三種：直流輸入、交流輸入和交流/直流輸入。輸入接線方式選擇：按輸入電路接線方式的不同，開關量輸入模塊可分為匯點式輸入和分組式輸入兩種。1(2)開關量輸出模塊的選擇輸出方式的選擇：開關量輸出模塊有三中輸出方式：繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。輸出接線方式的選擇：plc的輸出接線方式不同，一般有分組式輸出和分隔式輸出兩種。 輸出電流的選擇4、電源模塊及其它外設的選擇(1)電源模塊的選擇(2)編程器的選擇3.1.7 simatic s7-200簡介根據(jù)上面部分介紹的plc的選型原則和現(xiàn)有的

38、實驗設備條件，我們選定本設計采用的plc型號為simatic s7-200。下面就此型號plc做一初步的介紹。simatic s7-200系列plc適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。s7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能。因此s7-200系列具有極高的性能/價格比。s7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：極高的可靠性；極豐富的指令集；易于掌握便捷的操作；豐富的內(nèi)置集成功能；實時特性強勁的通訊能力；豐富的擴展模塊。6s7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領域

39、極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調(diào)，電梯控制，運動系統(tǒng)。s7-200系列plc可提供4個不同的基本型號的8種cpu供您使用。cpu單元設計集成的24v負載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），cpu 221，222具有180ma輸出， cpu 224，cpu 226分別輸出280，400ma。可用作負載電源。不同的設備類型 cpu 221226各有2種類型cpu，具有不同的電源電壓和控制電壓。本機數(shù)字量輸入/輸出點 cpu 221具有6個輸入點和4個輸

40、出點，cpu 222具有8個輸入點和6個輸出點，cpu 224具有14個輸入點和10個輸出點。cpu 226具有24個輸入點和16個輸出點。實驗室提供給我的cpu型號是cpu 224。本機集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量i/o點?？蛇B接7個擴展模塊，最大擴展至168路數(shù)字量i/o點或35路模擬量i/o 點。13k字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30khz高速計數(shù)器，2路獨立的20khz高速脈沖輸出，具有pid控制器。1個rs485通訊/編程口，具有ppi通訊協(xié)議、mpi通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。i/o端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強控制能力的控制器。3.2 輸煤系統(tǒng)程序設計通過前面

41、介紹的輸煤系統(tǒng)的工藝要求，我們可以分析得到出整個系統(tǒng)完成的功能可以大致分為四個部分，它們分別是：(1)順序啟動； (2)順序停止； (3)皮帶、給煤機、三通等設備的選擇；(4)故障停止。為了使程序更容易觀察和調(diào)試，我們可以按照系統(tǒng)的四大功能來編寫四個子程序塊。每個子程序都可以完成相關的一部分功能。最后通過主程序調(diào)用子程序的方式達到四個子程序的連接和統(tǒng)一，最終形成一個有機整體。實現(xiàn)設計要求。3.2.1 s7-200程序結(jié)構(gòu)s7-200 cpu的控制程序由主程序、子程序和中斷程序組成。1、主程序主程序(ob1)是程序的主體，每一個項目都必須并且只能有一個主程序。主程序中可以調(diào)用子程序和中斷程序。主

42、程序通過指令控制整個應用程序的執(zhí)行，每次cpu掃描都要執(zhí)行一次主程序。2、子程序子程序是一個可選的指令集合，僅在被其他程序調(diào)用時執(zhí)行。同一子程序可以在不同的地方被多次調(diào)用，使用子程序可以簡化程序代碼和減少掃描時間。設計得好的子程序容易移植到別的項目中去。3、中斷程序中斷程序是指令的一個可選集合，中斷程序不是被主程序調(diào)用，在中斷時間發(fā)生時，由plc的操作系統(tǒng)調(diào)用用戶預先編寫的中斷程序。3.2.2 plc模塊擴展在plc的cpu選型一節(jié)中我們已經(jīng)確定了采用的plc型號為s7-200的cpu-224。而此cpu只為我們提供了14輸入/10輸出的i/o點數(shù)，遠達不到實際控制要求。實際系統(tǒng)中估計要用到2

43、4輸入/40輸出，所以，需要連接擴展模塊才能達到要求。除去cpu-224為我們提供的14輸入/10輸出外，我們還另需要10輸入/30輸出來滿足i/o點數(shù)的分配。查閱了s7-200擴展模塊的規(guī)格型號后，我決定采用以下幾種擴展模塊，型號和數(shù)量如下：em22324vdc型模塊1個（數(shù)字量組合16輸入/16輸出）em222型模塊2個（8個數(shù)字量輸出）兩種模塊的接線圖如下圖所示： 圖3.4 em223/em222擴展模塊接線圖3.2.3 輸煤系統(tǒng)的i/o點分配按照上一節(jié)的介紹的plc的選型和模塊的擴展，我們寫出輸入輸出點分配如下表所示：表3.1 系統(tǒng)輸入點分配表系統(tǒng)啟動i0.0系統(tǒng)停止i0.1選擇a/b

44、系統(tǒng)i0.2復位i0.33#a皮帶運行信號i0.43#b皮帶運行信號i0.52#a皮帶運行信號i0.62#b皮帶運行信號i0.71#a皮帶運行信號i1.01#b皮帶運行信號i1.1給煤機a運行信號i1.2給煤機b運行信號i1.3三通s33a左到位i1.4三通s33a右到位i1.5三通s33b左到位i1.6三通s33b右到位i1.7三通s32a左到位i2.0三通s32a右到位i2.1三通s32b左到位i2.2三通s32b右到位i2.3三通s31a左到位i2.4三通s31a右到位i2.5三通s31b左到位i2.6三通s31b右到位i2.7表3.2 系統(tǒng)輸出點分配表3#a皮帶啟動q0.03#b皮帶啟

45、動q0.12#a皮帶啟動q0.22#b皮帶啟動q0.31#a皮帶啟動q0.41#b皮帶啟動q0.5給煤機a啟動q0.6給煤機b啟動q0.7系統(tǒng)啟動燈q1.0系統(tǒng)報警燈q1.1三通s33a打向左q1.4三通s33a打向右q1.5三通s33b打向左q1.6三通s33b打向右q1.7三通s32a打向左q2.0三通s32a打向右q2.1三通s32b打向左q2.2三通s32b打向右q2.3三通s31a打向左q2.4三通s31a打向右q2.5三通s31b打向左q2.6三通s31b打向右q2.7破碎機a啟動q3.0破碎機b啟動q3.1卸料器a啟動q3.2卸料器b啟動q3.33#a皮帶故障報警燈q3.43#b

46、皮帶故障報警燈q3.52#a皮帶故障報警燈q3.62#b皮帶故障報警燈q3.71#a皮帶故障報警燈q4.01#b皮帶故障報警燈q4.1給煤機a故障報警燈q4.2給煤機b故障報警燈q4.33.2.4 主子程序設計在編寫程序之前我決定將程序按照各自完成的不同功能分為幾個子程序，再通過一個主程序調(diào)用。具體程序如下：圖3.2 主程序如上圖所示為主程序部分，當plc運行后，sm0.0位一直成得電狀態(tài)，四個子程序同時被調(diào)用，完成各自的功能。這種調(diào)用子程序的編程方法最大的特點是能給程序閱讀者一個條理清晰的思路，使人一目了然，便于理解程序所完成的各個功能。給調(diào)試和修改程序時帶來很大的便利。3.2.5 啟動子程

47、序設計從工藝要求中我們得出此系統(tǒng)的啟動過程為順序啟動。設備由下級逐次向上級啟動，每級設備啟動間間隔一定時間。容易想到用順序控制（置復位）的方法編寫程序。上級設備能夠啟動的條件是下級設備啟動正常，所以程序中需用下級設備的運行信號來制約。具體梯形圖如下：圖3.3 順序啟動相關程序其中v0.1、v0.2等中間繼電信號就作為順序啟動的選通信號。這些選通信號可以用來實現(xiàn)系統(tǒng)的順序啟動。如上圖的程序中的v0.2就是3#皮帶的選通信號，v0.3是2#皮帶的選通信號。而i0.4、i0.5分別是3#皮帶的a、b兩側(cè)皮帶的運行信號，用來作為2#皮帶可以開始啟動的條件。3.2.6 停止子程序設計停止子程序設計思想與

48、啟動子程序相似，采用置位復位的方法。梯形圖如下圖3.4所示。當按下停止按鈕i0.1時，會給一個中間變量(v3.3)置1，間隔一段時間后置另一個中間變量為1同時對自身復位。重復這個步驟并將這些中間變量按級別順序放置在選擇程序的停止位上，即實現(xiàn)的順序停止。設計中要求停止過程中每兩級皮帶的時間間隔為5秒，所以定時器的延時時間為5秒。圖3.4 順序停止相關程序3.2.7 選擇子程序設計這一部分子程序是整個系統(tǒng)中相對最復雜也是最重要的一部分，皮帶、給煤機、三通、破碎機等設備的兩套冗余之間的選擇和轉(zhuǎn)換是多級皮帶傳輸系統(tǒng)的精華部分，也是最能體現(xiàn)本設計特點的一環(huán)。下面我就不同設備如何通過plc程序進行選擇和切

49、換做進一步的說明。1皮帶、給煤機冗余設備間切換的程序設計思想通過前面介紹的工藝流程我們可以知道，皮帶s2和給煤機s1分別有兩套設備。一套為a系統(tǒng)，另一套為b系統(tǒng)。a設備向b設備切換需要兩個條件，一個是系統(tǒng)轉(zhuǎn)換開關打到a側(cè)。二是a設備啟動時故障。同理b設備向a設備轉(zhuǎn)換的條件是系統(tǒng)轉(zhuǎn)換開關打到b側(cè)和b設備啟動時故障。只有同時滿足兩個條件才啟動切換的動作。如果啟動時設備并無故障，則按照轉(zhuǎn)換開關的位置正常啟動。按照以上的邏輯關系，我們編寫程序如下所示：圖3.4 a/b設備切換通用程序其中i0.2為系統(tǒng)轉(zhuǎn)換開關，默認系統(tǒng)為a系統(tǒng)，也就是說i0.2觸點沒有得電時代表系統(tǒng)現(xiàn)在是a系統(tǒng)。轉(zhuǎn)換到b系統(tǒng)后i0.2

50、得電。確定了a側(cè)或b側(cè)的選通信號后，我們就可以套用下面的語句來啟動皮帶或給煤機等設備了。圖3.5 啟動所選設備通用程序其中選通位表示此設備在順序啟動中的位置，只有到合適的時間時，定時器才會觸發(fā)相應級的設備順啟信號。自保則需用設備的運行信號，以保證設備的正確運行。停止位包括故障信號，順序停止信號和立即停止信號。具體將在下面的章節(jié)中描述。根據(jù)系統(tǒng)的工藝要求，采用下一級的運行信號來連鎖本級。也就是說，當下一級的皮帶出現(xiàn)故障或停止時，本級設備將立即停止。我們同樣采用運行信號置故障位。程序語句如下：圖3.6 置故障信號通用程序當啟動信號得電后，會有一段延時時間來檢測運行信號。如果在固定時間內(nèi)沒有檢測到運

51、行信號，則故障信號會被置1。此信號會在選擇程序段、停止位和報警程序中發(fā)揮作用。按下復位按鈕i0.3后將故障信號復位。2三通位置選擇程序設計思想從工藝要求中我們可以看出，所謂三通就是用來連接傳送帶與傳送帶，傳送帶與給煤機等兩級設備的。因為每級設備都有a、b兩套系統(tǒng)，那么三通其實就是連接了四個設備中的任意兩部，也就是說每兩級設備之間都有四種連接可能。知道了這個結(jié)論我們就可以用列舉的方法把三通選擇程序?qū)懗?。具體梯形圖如下圖3.7所示：圖3.7 三通選擇通用程序當兩級相臨的設備正常啟動后，三通的動作就可以通過兩個運行信號來決定。三通到位后停止動作。3破碎機、犁式卸料器的選擇本設計中破碎機，卸料器的選擇

52、比較簡單。a/b兩套設備的選擇均取決于相應皮帶的正常啟動與否。故可以用某側(cè)皮帶的運行信號作為相應破碎機、卸料器的選通信號即可。3.2.8 故障反應子程序設計根據(jù)工藝要求我們知道當系統(tǒng)發(fā)生故障時要啟動停止動作。故障停止又分兩種情況。一種情況是某設備在順序啟動過程中發(fā)生故障；另一種情況是系統(tǒng)啟動過程已經(jīng)結(jié)束，處于運行狀態(tài)時某種設備發(fā)生故障。兩種故障情況不同，處理方法也不同，編寫程序時需要區(qū)別對待。1.設備在順序啟動過程故障 這種情況需要系統(tǒng)中所有設備立即停止。實現(xiàn)這個目的需要在每個設備的啟動程序中的停止位都串上故障信號。一旦故障信號被置1，所有設備都不能啟動或者斷開啟動。2.設備在運行狀態(tài)下故障介

53、于傳送系統(tǒng)的功能特點，當系統(tǒng)正常啟動后處于運行狀態(tài)時某級設備出現(xiàn)故障，則此設備上級的所有設備都將立即停止，下級設備每間隔一段時間逐次停止。這樣會防止堆煤的事故發(fā)生。編寫程序時用了類似三通選擇的列舉的方法，將每一級設備出現(xiàn)故障的情況一一列出，在選擇子程序的設計思想中提到過每級設備的啟動程序中有連鎖下級設備的運行信號。所以我們只需完善下級設備逐次停止的程序即可。下面我們以1#皮帶運行時故障的情況作為例子參看一下程序：圖3.8 1#皮帶故障反應程序當系統(tǒng)啟動過程結(jié)束后進入到運行狀態(tài)時中間變量v0.6得電。其中i1.0、i1.1分別為1#皮帶a、b兩側(cè)的運行信號。那么一旦丟失運行信號，便會觸發(fā)定時器和

54、報警輸出(q1.1)。到達設定時間后定時器開關觸發(fā)中間變量，此中間變量作為停止位就能起到停止設備的功能。3.2.9 報警程序設計所謂報警程序就是指當系統(tǒng)啟動或運行中某設備發(fā)生故障后能迅速啟動報警鈴或報警燈等設備提示現(xiàn)場工作人員注意，以便及時針對意外時間所出反映。報警部分在整個程序中的地位尤為重要，雖然它屬于輔助程序，但報警程序是否完善決定了工程現(xiàn)場的安全性，可靠性。也關系到企業(yè)的經(jīng)濟效益和聲譽。下面介紹一下我的報警程序的思想。報警包括皮帶、給煤機、三通等設備的故障報警。報警程序的設計思路就是用設備運行信號或到位信號的常閉觸電串聯(lián)定時器。一旦設備在設定時間內(nèi)沒有運行，定時器開關為故障信號置1，故

55、障信號又可串聯(lián)報警燈等輸出設備，從而達到報警的目的。圖3.9 報警通用程序4輸煤系統(tǒng)設計組態(tài)界面部分4.1 什么是組態(tài)工控術(shù)語中，我們經(jīng)常提到組態(tài)一詞，組態(tài)英文是“configuration”,其意義究竟是什么呢？簡單的講，組態(tài)就是用應用軟件中提供的工具、方法來完成工程中某一具體任務的過程。5 與硬件生產(chǎn)相對照，組態(tài)與組裝類似。如要組裝一臺電腦，事先提供了各種型號的主板、機箱、電源、cpu、顯示器、硬盤、光驅(qū)等，我們的工作就是用這些部件拼湊成自己需要的電腦。當然軟件中的組態(tài)要比硬件的組裝有更大的發(fā)揮空間，因為它一般要比硬件中的“部件”更多，而且每個 “部件” 都很靈活，因為軟部件都有內(nèi)部屬性，

56、通過改變屬性可以改變其規(guī)格（如大小、性狀、顏色等）。 在組態(tài)概念出現(xiàn)之前，要實現(xiàn)某一任務，都是通過編寫程序（如使用basic、c、fortran等）來實現(xiàn)的。編寫程序不但工作量大、周期長，而且容易犯錯誤，不能保證工期。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，解決了這個問題。對于過去需要幾個月的工作，通過組態(tài)幾天就可以完成。4.2 什么是組態(tài)軟件組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。一般英文簡稱為hmi/ scada（human and machine interface/ supervisory control and data acquisition），中文翻譯為：人機界面/監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集軟件。大家習慣稱之為“組態(tài)軟件”。 組態(tài)軟件是一種編程和組態(tài)的軟件平臺，支持多種通訊協(xié)議，為用戶提供了多種硬件設備支持，如plc、板卡、智能儀表等；利用組態(tài)軟件提供的圖形、趨勢曲線、報警、數(shù)據(jù)庫、報表等功能模塊，用戶可以不用編程，通過“搭積木”的方式構(gòu)建自己的系統(tǒng)，特別適合自動化工程人員，不需要編程基礎就可以快速為用戶構(gòu)建出界面美觀、功能強大的軟件系統(tǒng)。另外，組態(tài)軟件還提供了腳本功能，如類