[優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)精品] 基于組態(tài)王的自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）題目： 基于組態(tài)王的自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)系 別： 電子電氣工程系 專 業(yè)： 機(jī)電一體化 班 級： 09 機(jī)電一班 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 2011年12月 目 錄第一章前 言1第二章概述42.1 課題研究目的及意義42.2 組態(tài)王在自動配料系統(tǒng)中的應(yīng)用42.21項(xiàng)目的實(shí)施進(jìn)行的說明42.22根據(jù)不同需求的系統(tǒng)配置42.3這兩類配料系統(tǒng)均可實(shí)現(xiàn)的功能5第三章總體設(shè)計(jì)思路63.1 設(shè)計(jì)總體思路63.2 本設(shè)計(jì)的可行性驗(yàn)證63.1.1 組態(tài)軟件選擇63.2.2plc介紹及選型配置6第四章設(shè)計(jì)方案84.1 方案論證與比較84.2 總體設(shè)計(jì)框圖84.3 系統(tǒng)

2、所用材料清單8第五章可編程控制器介紹105.1 可編程控制器的產(chǎn)生和應(yīng)用105.2 可編程控制器的組成和工作原理105.2.1 cpu（中央處理器）115.2.2 i/o接口115.2.3 存儲器115.2.4 電源模塊125.2.5 智能模塊125.2.6 編程設(shè)備125.3 可編程控制器的特點(diǎn)及分類125.3.1特點(diǎn)125.3.2分類135.4 可編程控制器的特點(diǎn)及分類135.4.1三菱fx 2n系列plc介紹135.5 自動配料控制系統(tǒng)的工作原理15第六章組態(tài)王軟件介紹及組態(tài)界面設(shè)計(jì)166.1 組態(tài)王軟件介紹166.1.1使用組態(tài)王實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)仿真的基本方法.165.1.2使用組態(tài)王

3、軟件開發(fā)特點(diǎn).166.2 組態(tài)界面設(shè)計(jì)17第七章結(jié)論24第八章附錄一 組態(tài)王程序251組態(tài)王程序25第九章附錄二 plc程序29第十章參考文獻(xiàn)30第十一章結(jié)束語31第一章 前 言通過三年的學(xué)習(xí),讓我對自動配料控制系統(tǒng)有了一定的了解,它在社會上的運(yùn)用廣泛,在認(rèn)真閱讀原始資料的情況下,對資料進(jìn)行了分析,參考了.運(yùn)用了組態(tài)王及plc的相關(guān)知識，體現(xiàn)了組態(tài)王與plc在自動控制領(lǐng)域的重要作用以及發(fā)展趨勢。因此學(xué)習(xí)的組態(tài)王與plc是相當(dāng)重要的。本設(shè)計(jì)無論是從軟件方面還是從硬件方面，都是通過精心的設(shè)計(jì)以及周密的思考從而得出的。在硬件設(shè)計(jì)上，使用三菱fx系列plc實(shí)現(xiàn)自動配料系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；在軟件設(shè)計(jì)上，使用

4、了北京亞控公司出品的組態(tài)王軟件對自動配料系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，同時(shí)該軟件具有編程靈活，使用簡單方便的特點(diǎn)，很好地展現(xiàn)了自動配料控制系統(tǒng)在重量檢測、位置檢測、電機(jī)控制和時(shí)間控制等方面進(jìn)行的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控，以及與plc之間完成的數(shù)據(jù)采集與交換。本設(shè)計(jì)在選材上也做到了相應(yīng)的考慮。首先，組態(tài)王軟件實(shí)際上是一個(gè)組態(tài)控制軟件，在北京亞控公司的官方網(wǎng)站上可以免費(fèi)下載。而硬件系統(tǒng)選用三菱fx系列plc可以直接用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備上的plc來進(jìn)行模擬仿真，既能實(shí)現(xiàn)自動配料系統(tǒng)的控制效果，又能節(jié)省畢業(yè)設(shè)計(jì)的成本，還可以學(xué)到相關(guān)的知識與技能。通過四周的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我了解了設(shè)計(jì)的要求和設(shè)計(jì)內(nèi)容，更加深刻的了解到書本中的內(nèi)容，使理論

5、與實(shí)踐相結(jié)合，基礎(chǔ)知識與實(shí)際操作的重要性。由于本人水平有限，此設(shè)計(jì)難免有些不妥之處，懇請各位專家批評指正。摘 要隨著自動化儀表與過程控制技術(shù)的飛速發(fā)展，自動配料監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于在食品、化肥、藥品等行業(yè)，組態(tài)王軟件作為自動配料監(jiān)控系統(tǒng)的主體與核心，相比傳統(tǒng)的攝像頭監(jiān)控，具有很多的優(yōu)勢。同時(shí)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與成熟，也為基于組態(tài)王的自動配料監(jiān)控系統(tǒng)的普及與應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文闡述了自動配料監(jiān)控系統(tǒng)中組態(tài)王軟件界面開發(fā)設(shè)計(jì)過程。以監(jiān)控界面設(shè)計(jì)過程為主線，分別從硬件和軟件兩個(gè)方面描述設(shè)計(jì)過程。在硬件設(shè)計(jì)上，使用三菱fx系列plc實(shí)現(xiàn)自動配料系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；在軟件設(shè)計(jì)上，使用了北京亞控公司出品

6、的組態(tài)王軟件對自動配料系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，同時(shí)該軟件具有編程簡單，使用靈活方便的特點(diǎn)，很好地展現(xiàn)了自動配料控制系統(tǒng)用于在食品、化肥、藥品等行業(yè)所具有的優(yōu)勢，以及與plc之間完成的數(shù)據(jù)采集與交換。本設(shè)計(jì)的主要特色：原料稱重；料倉位置檢測；傳送帶電機(jī)控制；攪拌電機(jī)控制；組態(tài)動畫演示?！娟P(guān)鍵詞】：自動配料 組態(tài)王 plc 監(jiān)控系統(tǒng) this system causes by the monolithic integrated circuit as the car to drive the examination and the control core. the road surface scribe

7、 mark uses the electro-optical sensor to carry on the examination, uses the ultrasonic sensor to the travel route school regular, but the electrical machinery adjustment uses the simple nimble bleeder circuit to realize, based on these complete and reliable hardware design, has used a set of unique

8、software algorithm, has realized the car in the regulating and in the line ball process accuracy control.this design main characteristic:control circuit power source peaceful coexistence electric motor power source isolation, signal through photo electricity coupler transmission.changes to the guide

9、, has avoided and the back plate friction.the optimized software algorithm intellectualization automatic control localization is precise.uses dc-the dc direct-current power supply and the boosted circuit, causes the car body w eight to reduce, thus saves the energy.【key】：at98c51 dc-dc第二章 概述2.1 課題研究目

10、的及意義自動配料系統(tǒng)在冶金、建材、化工及食品等行業(yè)應(yīng)用非常廣泛，近幾年來隨著組態(tài)控制技術(shù)和plc技術(shù)的飛速發(fā)展，國內(nèi)外的組態(tài)軟件不斷完善，自動配料系統(tǒng)控制方案也在不斷改進(jìn)。由于plc的迅猛發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域的飛躍，其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡單控制到勝任運(yùn)動控制、過程控制及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的plc正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合，在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來越大的作用。除了邏輯處理功能以外，近年來plc的功能單元大量涌現(xiàn)，使plc從邏輯控制滲透到了生產(chǎn)過程控制、運(yùn)動控制等各種工業(yè)控制中。加上p

11、lc通信能力的增強(qiáng)，使用plc組成各種控制系統(tǒng)變的非常容易。自動配料系統(tǒng)主要用于建材、飼料等行業(yè)。生產(chǎn)場地灰塵大，對人身體健康有很大的影響。采用自動配料可減少灰塵對人體造成的危害且操作簡單，節(jié)省了勞動力。2.2 組態(tài)王在自動配料系統(tǒng)中的應(yīng)用2.21項(xiàng)目的實(shí)施進(jìn)行的說明此類工程的實(shí)施主要是使用組態(tài)王軟件進(jìn)行配料方案自動切換和維護(hù)。目前，配料系統(tǒng)的硬件組成主要就是以下兩種方式： （1）以板卡加pc機(jī)的模式； （2）以plc加pc機(jī)的模式。2.22根據(jù)不同需求的系統(tǒng)配置針對一些小型的配料系統(tǒng)如瀝青、混凝土攪拌站等可以采用方案一的硬件配置，其系統(tǒng)簡單、價(jià)格適中，可以滿足用戶的基本需求其系統(tǒng)的配置一般如

12、下：工控機(jī)+電子秤（如志美電子秤）+工業(yè)io板卡（研華或其它系列）+多串口通訊卡（如moxa卡）。也可以用rs232/rs485轉(zhuǎn)換模塊代替多串口卡。軟件為組態(tài)王通用軟件。這個(gè)系統(tǒng)比較小，配料過程也不太復(fù)雜。配料策略如下： （1）選擇適當(dāng)?shù)呐浞剑?（2）計(jì)算實(shí)際重量； （3）確認(rèn)空秤皮重； （4）選擇自動配料方式； （5）打開碎石1料門，配碎石料1，直到碎石料1達(dá)到設(shè)定值時(shí)(即碎石料1=秤當(dāng)前重量減去空秤皮重)，關(guān)閉碎石料門開關(guān)，延時(shí)1秒，把當(dāng)前秤重與空秤皮重的差值賦給實(shí)際碎石1并啟動配下一批料標(biāo)志。（6）當(dāng)配下一批料標(biāo)志成立時(shí)，碎石料2料門打開，開始配碎石料2, 直到碎石料2達(dá)到設(shè)定值時(shí)(即

13、碎石料2=秤當(dāng)前重量減去空秤皮重再減去碎石料1重量)，關(guān)閉碎石料門開關(guān)，延時(shí)1秒，把當(dāng)前秤重時(shí)減去空秤皮重重量再減去碎石料1重量之后賦給實(shí)際碎石2，啟動配下一批料標(biāo)志。運(yùn)用組態(tài)王軟件強(qiáng)大的組態(tài)功能，非常簡單地實(shí)現(xiàn)了上述配料功能。當(dāng)配料系統(tǒng)為大中性的飼料加工廠等大型配料系統(tǒng)，由于系統(tǒng)較復(fù)雜，采用板卡加pc的方案顯然不能滿足控制要求，可以采用方案2。該系統(tǒng)硬件配置為工控機(jī)+電子稱（如志美電子秤）+plc（三菱fx系列或西門子s7-200/300系列或其它系列）+dp通訊卡或其它的通信方式。軟件配置為組態(tài)王通用軟件。要配的料種類有：硅砂、方解石、備用料、硝酸鈉、硼砂、純堿、霞石、長石、小料等，計(jì)算機(jī)

14、根據(jù)人工設(shè)定的配料量、用否選擇和預(yù)先設(shè)定的時(shí)序，來自動完成整個(gè)配料過程的各類連鎖和控制。2.3這兩類配料系統(tǒng)均可實(shí)現(xiàn)的功能（1）實(shí)現(xiàn)進(jìn)料、放料、攪拌、出料的自動聯(lián)鎖和控制；（2）能實(shí)現(xiàn)計(jì)量、進(jìn)料、放料、攪拌、出料的手動操作的功能；（3）能顯示實(shí)時(shí)的工作狀況和各種物料參數(shù)?？呻S時(shí)進(jìn)行調(diào)用并顯示、打印任何時(shí)間的報(bào)表與客戶表。具有配比預(yù)存，可隨時(shí)進(jìn)行輸入、修改或刪除某種配比。（4）美觀實(shí)用的動態(tài)模擬。利用動態(tài)畫面將計(jì)量和卸料過程中的配料閥門、秤量斗門、出料狀態(tài)（秤斗內(nèi)料位變化）進(jìn)行模擬顯示。（5）具備粗稱和細(xì)稱功能。(精稱提前量有自動調(diào)整功能，消除落差影響)，超差自動報(bào)警、自動扣除功能。（6）具有操

15、作員權(quán)限管理功能。（7）具有現(xiàn)場管理及網(wǎng)絡(luò)化的遠(yuǎn)程服務(wù)。（8）支持第三方的商業(yè)數(shù)據(jù)庫。目前亞控公司推出新一代軟邏輯控制軟件(kingact)，在一定程度上可以取代plc控制的功能，kingact軟件基于現(xiàn)場總線設(shè)備(或板卡)完成對設(shè)備的監(jiān)控，并且與組態(tài)王軟件無縫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。具有良好的性價(jià)比。第三章 總體設(shè)計(jì)思路3.1 設(shè)計(jì)總體思路本設(shè)計(jì)總體思路是選用北京亞控公司的組態(tài)王6.53軟件來設(shè)計(jì)自動配料監(jiān)控系統(tǒng)，使用三菱fx系列plc作為自動配料控制系統(tǒng)的主控制器，來控制現(xiàn)場設(shè)備的動作執(zhí)行，最終實(shí)現(xiàn)自動配料系統(tǒng)的組態(tài)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)。該監(jiān)控系統(tǒng)只有一個(gè)自動配料狀態(tài)監(jiān)控的主界面，可以實(shí)現(xiàn)與三菱fx2n型p

16、lc間的通訊聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集。通過觀察組態(tài)運(yùn)行監(jiān)控界面，還可以實(shí)現(xiàn)自動配料的運(yùn)行狀態(tài)與顯示，時(shí)間控制與啟停，行程開關(guān)控制運(yùn)動流程等功能。3.2 本設(shè)計(jì)的可行性驗(yàn)證3.1.1 組態(tài)軟件選擇目前國內(nèi)外的組態(tài)軟件產(chǎn)品有很多，國外的主要有wincc，intouch，ifix等，國內(nèi)的主要有組態(tài)王（kingview）、mcgs、力控等等。長期以來，中國的組態(tài)軟件市場都是由國外的產(chǎn)品占主角，中國本土的組態(tài)軟件進(jìn)入國際市場還有很長的路要走，需要具有綜合優(yōu)勢。北京亞控公司的組態(tài)王6.53軟件具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利

17、用windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。自問世以來，以其易學(xué)易用、功能齊全、物美價(jià)廉的產(chǎn)品優(yōu)勢暢銷不衰，年均銷售量超過1萬套，累計(jì)銷量20萬余套 。成為中國及亞洲最著名的組態(tài)軟件產(chǎn)品，而且該軟件在官方網(wǎng)站提供免費(fèi)下載試用，可以節(jié)省設(shè)計(jì)成本。3.2.2plc介紹及選型配置 可編程邏輯控制器，簡稱plc，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)

18、操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。plc具有非常強(qiáng)大的功能和特點(diǎn)，如系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，以開關(guān)量控制為其特長；也能進(jìn)行連續(xù)過程的pid回 路控制；并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如 ddc 和 dcs 等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化；使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計(jì)算機(jī)知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件；能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性強(qiáng)，遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型等特點(diǎn)。目前plc的生產(chǎn)廠家主要有美國ab，比利時(shí)abb，日本松

19、下，德國西門子，匯川，三菱，歐姆龍，臺達(dá)，富士，施耐德，信捷 創(chuàng)研等很多品牌和型號。plc的品牌和型號雖然有很多種，但是他們的結(jié)構(gòu)和功能卻不盡相同，所以使用哪一款幾乎都能完成自動配料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由于我校實(shí)驗(yàn)臺上有日本三菱fx系列的plc，如果我們采用這個(gè)plc，不但可以實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)的相關(guān)要求，還能節(jié)省設(shè)計(jì)成本。通過以上分析，本方案可以執(zhí)行。第四章 設(shè)計(jì)方案4.1 方案論證與比較根據(jù)題目要求，我們分以下幾個(gè)部分進(jìn)行方案設(shè)計(jì)及比論證。方案一：使用昆侖通態(tài)的mcgs軟件做上位機(jī)監(jiān)控平臺，使用西門子s7-200plc做下位機(jī)控制器； 方案二：使用北京亞控的組態(tài)王6.53軟件做上位機(jī)監(jiān)控平臺，使用三

20、菱fx2n型plc做下位機(jī)控制器； 方案三：使用西門子的wincc軟件做上位機(jī)監(jiān)控平臺，使用西門子s7-300plc做下位機(jī)控制器； 以上三個(gè)方案在功能上，都可以實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的控制任務(wù)，但由于試驗(yàn)條件所限，我們只能選擇方案一。4.2 總體設(shè)計(jì)框圖自動配料系統(tǒng)外部的傳感器和指示燈等信號通過跟plc連接，并由plc控制，而且還能通過組態(tài)王在上位機(jī)上進(jìn)行監(jiān)控顯示，并具有以下功能：液位實(shí)時(shí)控制與顯示；閥門控制管道水流流速；攪拌時(shí)間動態(tài)顯示；運(yùn)行過程受行程開關(guān)控制；組態(tài)動畫演示等功能。該系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖3-1所示。圖3-1 自動配料系統(tǒng)框圖4.3 系統(tǒng)所用材料清單表3-1 材料清單序號設(shè)備名稱數(shù)量1安裝

21、有組態(tài)王6.53的計(jì)算機(jī)一臺2三菱fx 2n型plc實(shí)驗(yàn)臺一套3plc通信線一根4按鈕3個(gè)5傳感器9個(gè)6行程開關(guān)10個(gè)7電機(jī)2個(gè)8原料罐9個(gè)9混合罐1個(gè)10紅、黑、黃、綠導(dǎo)線若干第五章 可編程控制器介紹5.1 可編程控制器的產(chǎn)生和應(yīng)用20世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)開始應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，由于價(jià)格高、輸入電路不匹配、編程難度大以及難于適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境等原因，未能在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得推廣。1968年，美國通用汽車公司（gm）為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，要求尋找一種比繼電器更可靠、功能更齊全、響應(yīng)速度更快的新型工業(yè)控制器，并從用戶角度提出了新一代控制器應(yīng)具備的十大條件，立即引發(fā)了開發(fā)熱潮。1969年美國

22、數(shù)字設(shè)備公司（dec）根據(jù)美國通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺可編程控制器，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用，取得很好的效果。從此這項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展起來。隨著plc功能的不斷完善，性價(jià)比的不斷提高，plc的應(yīng)用面也越來越廣。目前，plc在國內(nèi)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)。plc的應(yīng)用范圍通常可分為開關(guān)邏輯控制、運(yùn)動控制、過程控制、機(jī)械加工中的數(shù)字控制、機(jī)器人控制、通信和聯(lián)網(wǎng)等。5.2 可編程控制器的組成和工作原理plc從組成形式上一般分為整體式和模塊式兩種，但在邏輯結(jié)構(gòu)上基本相同。無論是整體式還是模塊式，從

23、硬件結(jié)構(gòu)看，plc都是由cpu、存儲器、i/o接口單元及擴(kuò)展接口和擴(kuò)展部件、外設(shè)接口及外設(shè)和電源等部分組成，各部分之間通過系統(tǒng)總線連接。plc的基本結(jié)構(gòu)如圖4-1所示：圖4-1 plc基本結(jié)構(gòu)圖5.2.1 cpu（中央處理器） cpu是plc的核心，由運(yùn)算器、控制器、寄存器、系統(tǒng)總線，外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路構(gòu)成。它的功能是接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和plc內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等，是plc不可缺少的組成單元。主要功能包括以下幾個(gè)方面。（1）接收從編程器或者計(jì)算機(jī)輸入的程序和數(shù)據(jù)，并送入用

24、戶程序存儲器存儲。（2）監(jiān)視電源、plc內(nèi)部各個(gè)單元電路的工作狀態(tài)。（3）診斷編程過程中的語法錯(cuò)誤，對用戶程序進(jìn)行編譯。（4）在plc進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，并分析、執(zhí)行該指令。（5）采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的數(shù)據(jù)，并存入指定的寄存器中。（6）按程序進(jìn)行處理，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容。（7）根據(jù)輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關(guān)內(nèi)容，將結(jié)果送到輸出接口。（8）響應(yīng)中斷和各種外圍設(shè)備（如編程器、打印機(jī)等）的任務(wù)處理請求。5.2.2 i/o接口 plc是通過各種i/o接口模塊與外界聯(lián)系的，按i/o點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，i/o模塊可多可少，但其最

25、大數(shù)受cpu所能管理的基本配置能力的限制，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。i/o模塊集成了plc的i/o電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。plc的對外功能主要是通過各種i/o接口模塊于外界聯(lián)系來實(shí)現(xiàn)的。輸入模塊和輸出模塊是plc與現(xiàn)場i/o裝置或設(shè)備之間的連接部件，起著plc與外部設(shè)備之間的傳遞信息的作用。i/o模塊分為開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、模擬量輸入和模擬量輸出等模塊。5.2.3 存儲器存儲器（內(nèi)存）主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是plc不可缺少的組成單元。一般包括系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器兩部分。系統(tǒng)程序存儲器用于存儲整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控程序，一般采用只讀存儲器（rom

26、），具有掉電不丟失信息的特性。用戶程序存儲器用于存儲用戶根據(jù)工藝要求或者控制功能設(shè)計(jì)的控制程序，早期一般采用隨機(jī)讀寫存儲器（ram），需要后備電池在掉電后保存程序。目前則傾向于采用電可擦除的只讀存儲器（eeprom）或閃存(flash memory)，免去了后備電池的麻煩。5.2.4 電源模塊 plc中的電源，是為plc各模塊的集成電路提供工作電源。電源可分直流和交流兩種類型，交流輸入220vac或110vac，直流輸入通常是24v。5.2.5 智能模塊除了上述通用的i/o模塊外，plc還提供了各種各樣的特殊i/o模塊，如熱電阻、熱電偶、溫度控制、中斷控制、位置控制、以太網(wǎng)、遠(yuǎn)程i/o控制、打

27、印機(jī)等專用型或智能型的i/o模塊，用以滿足各種特殊功能的控制要求。i/o模塊的類型、品種與規(guī)格越多，系統(tǒng)的靈活性越好，模塊的i/o容量越大，系統(tǒng)的適應(yīng)性就越強(qiáng)。5.2.6 編程設(shè)備常見的編程設(shè)備有簡易手持編程器、智能圖形編程器和基于pc的專用編程軟件。編程設(shè)備用于輸入和編輯用戶程序，對系統(tǒng)作些設(shè)定，監(jiān)控plc及plc所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程設(shè)備在plc的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試、監(jiān)控運(yùn)行和檢查維護(hù)中是不可缺少的部件，但不直接參與現(xiàn)場的控制。plc本質(zhì)上就是一臺微型計(jì)算機(jī)，其工作原理與普通計(jì)算機(jī)類似，具有計(jì)算機(jī)的許多特點(diǎn)。但其工作方式卻與計(jì)算機(jī)有著較大的不同，具有一定的特殊性。plc采用循環(huán)掃描的

28、工作方式。工作時(shí)逐條順序掃描用戶程序，如果一個(gè)線圈接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)不會立即動作，需等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會動作。5.3 可編程控制器的特點(diǎn)及分類5.3.1特點(diǎn)可編程控制器有可靠性高、編程簡單易學(xué)、功能強(qiáng)、安裝簡單、維修方便、采用模塊化結(jié)構(gòu)、接口模塊豐富、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試周期短等特點(diǎn)。5.3.2分類根據(jù)plc的結(jié)構(gòu)形式，可將plc分為整體式和模塊式兩類。還有一些plc將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式plc。 還可以按i/o點(diǎn)數(shù)分類，根據(jù)plc的i/o點(diǎn)數(shù)的多少，可將plc分為小型、中型、大型和超大型四類:io點(diǎn)數(shù)在256以下為小型plc；io點(diǎn)數(shù)在2561024為中型plc；

29、io點(diǎn)數(shù)大于1024為大型plc；io點(diǎn)數(shù)在4000以上為超大型plc5.4 可編程控制器的特點(diǎn)及分類5.4.1三菱fx 2n系列plc介紹（1）plc的硬件結(jié)構(gòu)一套plc系統(tǒng)在硬件上由基本單元（包含中央處理單元、存儲器、輸入輸出接口、內(nèi)部電源）、io擴(kuò)展單元及外部設(shè)備組成。圖4-2為plc的硬件結(jié)構(gòu)圖。圖4-2 plc的硬件結(jié)構(gòu)圖圖4-3為三菱fx2n小型plc產(chǎn)品主機(jī)示意圖。本課題中fx2n32mr為基本單元，帶有32個(gè)io點(diǎn)(24入、24出)，m表示主機(jī)、r表示該單元為繼電器輸出型。圖4-3 三菱fx2n小型plc產(chǎn)品主機(jī)示意圖（2） plc的軟件結(jié)構(gòu)plc的軟件系統(tǒng)指plc所使用的各種

30、程序的集合，它由系統(tǒng)程序（系統(tǒng)軟件）和用戶程序（應(yīng)用軟件）組成。系統(tǒng)程序：包括監(jiān)控程序、輸入譯碼程序及診斷程序等。用戶程序是用戶根據(jù)控制要求，用plc的編程語言（如梯形圖）編制的應(yīng)用程序。（3） plc的程序執(zhí)行過程plc的程序的執(zhí)行過程一般可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)主要階段，如圖4-4所示。圖4-4 plc的程序執(zhí)行過程（4） plc的掃描周期在plc的實(shí)際工作過程中，每個(gè)掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段外，還要進(jìn)行自診斷、與外設(shè)（如編程器、上位計(jì)算機(jī)）通信等處理。即一個(gè)掃描周期還應(yīng)包含自診斷及與外設(shè)通信等時(shí)間。（5）plc的io響應(yīng)時(shí)間plc采用集中i

31、o刷新方式，在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映像寄存器區(qū)的內(nèi)容也不會改變，還會影響本次循環(huán)的掃描結(jié)果。輸出信號的變化滯后于輸入信號的變化，這產(chǎn)生了plc的輸入輸出響應(yīng)滯后現(xiàn)象，最大滯后時(shí)間為2-3個(gè)掃描周期。（6）plc的編程語言plc的編程語言有梯形圖語言、助記符語言、順序功能圖語言等。其中前兩種語言用得較多，順序功能圖語言也在許多場合被采用。本課題所采用的編程語言為梯形圖語言。5.5 自動配料控制系統(tǒng)的工作原理本自動配料系統(tǒng)是由九個(gè)原料斗、一個(gè)輸送倉、兩個(gè)輸送傳送帶、一個(gè)混合倉和一個(gè)攪拌器組成。系統(tǒng)按下啟動按鈕后開始工作，傳送帶1開始工作，將輸送倉送到1號原料斗下方

32、，1號原料斗開始下料，下料完成后，傳送帶1再次啟動，將輸送倉送到2號原料斗下方，2號原料斗開始下料，以此類推，直到九種原料都下料完成后，傳送帶1再次啟動運(yùn)行到10號攪拌倉上方，之后將九種原料送入混合倉，攪拌電機(jī)開始工作，達(dá)到一定的攪拌時(shí)間后，將成品料送入成品倉，由傳送帶2運(yùn)走，即完成一個(gè)工作過程；如果沒有達(dá)到設(shè)定總數(shù)，則繼續(xù)重新運(yùn)行，直到達(dá)到配料總數(shù)為止，按下暫停按鈕，可以暫停當(dāng)前系統(tǒng)，再次按下啟動按鈕后，可以從暫停處繼續(xù)運(yùn)行. 第六章 組態(tài)王軟件介紹及組態(tài)界面設(shè)計(jì)6.1 組態(tài)王軟件介紹組態(tài)王（kingview）由北京亞控科技有限公司開發(fā)的，該軟件由中國科技大學(xué)學(xué)士、清華大學(xué)碩士林偉總設(shè)計(jì)，經(jīng)

33、數(shù)十位工程師歷時(shí)五年開發(fā)成功，是最優(yōu)秀的國產(chǎn)組態(tài)軟件，居全國同類軟件產(chǎn)銷量第一。組態(tài)王是一個(gè)具有易用性、開放性和集成能力的通用組態(tài)軟件。應(yīng)用組態(tài)王軟件可以使工程師把精力放在控制對象上，而不是形形色色的通信協(xié)議、復(fù)雜的圖形處理、枯燥的數(shù)字統(tǒng)計(jì)。只需要進(jìn)行填表操作，即可生成適合于用戶的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?？梢栽谡麄€(gè)生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部將各種系統(tǒng)和應(yīng)用集成在一起，實(shí)現(xiàn)“廠際自動化”的最終目標(biāo)。組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng)軟件是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)正以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)，具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三

34、個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，不但實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場監(jiān)控。而且能充分利用windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。6.1.1使用組態(tài)王實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)仿真的基本方法.(1)圖形界面的設(shè)計(jì)(2)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫

35、(3)建立動畫連接(4)運(yùn)行和調(diào)試5.1.2使用組態(tài)王軟件開發(fā)特點(diǎn).(1)實(shí)驗(yàn)全部用軟件來實(shí)現(xiàn),只需利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)就可完成自動控制系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn),從而大大減少購置儀器的經(jīng)費(fèi)。(2)該系統(tǒng)是中文界面,具有人機(jī)界面友好、結(jié)果可視化的優(yōu)點(diǎn)。對用戶而言,操作簡單易學(xué)且編程簡單,參數(shù)輸入與修改靈活,具有多次或重復(fù)仿真運(yùn)行的控制能力,可以實(shí)時(shí)地顯示參數(shù)變化前后系統(tǒng)的特性曲線,能很直觀地顯示控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)趨勢曲線,這些很強(qiáng)的交互能力使其在自動控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)揮理想的效果。6.2 組態(tài)界面設(shè)計(jì)結(jié)合自動配料組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的工藝流程和控制要求，選用亞控科技公司的組態(tài)王6.53版本軟件作為上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控平臺，

36、將組態(tài)界面開發(fā)的步驟大致分成以下幾個(gè)步驟：（1）設(shè)備連接，需要提前將三菱fx系列plc的通訊線插到安裝有組態(tài)王計(jì)算機(jī)的com口上，并將編好的plc程序下載到plc內(nèi)部，并將plc搬到運(yùn)行模式。（2）之后打開組態(tài)王6.53軟件，進(jìn)入工程瀏覽器界面，在左上角選擇新建，并按照提示添好工程存放路徑、工程名稱和工程描述等信息，新建一個(gè)“自動配料”的組態(tài)王工程，如圖5-1所示。圖5-1 工程建立界面（3）工程建立完成后，進(jìn)入工程瀏覽器，建立設(shè)備參數(shù)設(shè)置，需要設(shè)置的參數(shù)有波特率，奇偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位，停止位及通信方式等。如圖5-2所示。圖5-2 通訊參數(shù)設(shè)置界面（4）通訊參數(shù)設(shè)置完成后，需要設(shè)置plc參數(shù)，需要

37、設(shè)置的參數(shù)有串口號，設(shè)備名稱，設(shè)備地址和通訊方式等。如圖5-3所示。圖5-3 plc參數(shù)設(shè)置界面（5）plc等設(shè)備參數(shù)建立完成后進(jìn)入工程瀏覽器，并按照自動配料組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求，在畫面開發(fā)系統(tǒng)中使用工具箱中的繪圖工具，建立上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控界面：自動配料監(jiān)控界面，如圖5-4所示。圖5-4 組態(tài)監(jiān)控畫面（6）各個(gè)組態(tài)監(jiān)控界面建立完成后，返回到工程瀏覽器，并在數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)詞典中，建立能夠滿足組態(tài)王動畫效果及與plc進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的組態(tài)王內(nèi)部變量，變量設(shè)置時(shí)應(yīng)注意考慮變量類型、變量范圍；連接設(shè)備、寄存器、數(shù)據(jù)類型、讀寫屬性和采集頻率的參數(shù)設(shè)置問題，如圖5-5所示。圖5-5 數(shù)據(jù)庫變量設(shè)置（7）數(shù)據(jù)庫中的變量全部建立完成后，返回到畫面開發(fā)系統(tǒng)中，將剛才建立的組態(tài)王變量與畫面中的圖形元素做一一對應(yīng)，變量對應(yīng)時(shí)應(yīng)考慮圖形的大小、運(yùn)動方式、變量范圍、隱含屬性和填充屬性等問題，變量對應(yīng)與動畫連接設(shè)置情況如圖5-6所示。圖5-6 變量對應(yīng)與動畫連接設(shè)置（8）組態(tài)王變量與畫面中的圖形元素對應(yīng)完成后，需要對組態(tài)監(jiān)控界面中需要顯示動畫效果的界面進(jìn)行組態(tài)王程序設(shè)計(jì)，回到工程瀏覽器窗口，點(diǎn)擊命令語言，點(diǎn)擊應(yīng)用程序命令語言，也可以在相應(yīng)界面點(diǎn)擊畫面命令語言窗口，編寫組態(tài)王程序，如圖5-7所示。圖5-7 命令語言程序編寫（9）組態(tài)王程序編寫完成后，需