基于工業(yè)組態(tài)軟件的PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的研究與開發(fā)

1、基于工業(yè)組態(tài)軟件的PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的研究與開發(fā) and ofthePLCPractical Research Development Basedon Industry TeachingSystem Configuration Software LIULi by ZHENGXiaowei Supervisor：Professor Normal LiaoningUniversity 1；一?I，0、l?，lJit， March2010 毫矗墨、，。蓄善 ；iI嗥冉， IIIllllllllllllllllllll Y1 摘要 計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅猛，已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防等各個(gè)領(lǐng)域。近年 來

2、，組態(tài)軟件的出現(xiàn)，使得計(jì)算機(jī)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控技術(shù)更加成熟。 本課題以改造和開發(fā)本校可編程序控制器 PLC 實(shí)驗(yàn)室的實(shí)訓(xùn)教學(xué)裝置為目 的，利用工業(yè)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，完成了以下工作： 1 實(shí)現(xiàn)了底層現(xiàn)場(chǎng)控制層功能。包括基于RS一485的1：N網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的 構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)了主站和從站的網(wǎng)絡(luò)通信。 2 實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控管理層的控制功能。完成了上位機(jī)與PLC的通訊，并以組態(tài) 王軟件為技術(shù)平臺(tái)，構(gòu)建系統(tǒng)的監(jiān)視與控制畫面，對(duì)PLC控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)單元進(jìn) 行仿真，通過與PLC運(yùn)行相配合，真實(shí)地模擬了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)過 程數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)視和對(duì)異常信號(hào)的報(bào)警等功能。 3 實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控層的功能。

3、把上位機(jī)作為系統(tǒng)的Web服務(wù)器，在組態(tài)王 平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)Web發(fā)布，遠(yuǎn)程用戶能夠隨時(shí)隨地訪問工程組態(tài)畫面，查看現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù) 和運(yùn)行情況，對(duì)系統(tǒng)實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。 4 完成了4個(gè)經(jīng)典的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括基于西門子S7200與組態(tài)王的 自動(dòng)送料小車、多種液體自動(dòng)混合、交通燈和自動(dòng)物料分揀的虛擬控制系統(tǒng)。 對(duì)改造后的實(shí)訓(xùn)裝置進(jìn)行了整機(jī)運(yùn)行和綜合測(cè)試，證明本實(shí)訓(xùn)裝置設(shè)備運(yùn)行 正常，網(wǎng)絡(luò)通信暢通，監(jiān)控功能良好，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地反映現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作情況， 基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 通過對(duì)實(shí)訓(xùn)裝置的改造，較好地滿足了PLC設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的 教學(xué)要求，減小了實(shí)訓(xùn)中的硬件故障率和材料耗損，降低了教學(xué)成本。實(shí)訓(xùn)過程 中，

4、學(xué)生能更好的觀測(cè)PLC控制對(duì)象的動(dòng)作過程，易于學(xué)生的理解和掌握，提高 了教學(xué)效果和學(xué)習(xí)效果，實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用價(jià)值。另外，通過對(duì)實(shí)訓(xùn)裝置的改造，也提 高了教師的科研能力和水平。 本項(xiàng)目的研究與開發(fā)對(duì)其他工控課程的教學(xué)有很好的推廣意義。 關(guān)鍵詞：PLC；組態(tài)軟件；遠(yuǎn)程監(jiān)控；虛擬系統(tǒng)；l：N 氣 基于工業(yè)組態(tài)軟件的PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的研究與開發(fā) Abstract in of hasbeen used Rapiddevelopmentcomputertechnology widely industry, defenseandotherfieldsInrecent software， agriculture，

5、national years，theconfiguration toindustrial site ismoremature productionmonitoringtechnology ourschool The takesthatPLC the problem reforming、而t11laboratorydeveloping as programmablelogicalcontroller PLC deviceteachingreallypurpose，realizes the work： PLC control longrangesupervisorysystem，subjectsc

6、ompletedfollowing bottomfieldcontrolfunctionBasedonRS一485 the layer including 1 Realizing networkcommunication thehostandthenetwork theI：N system，realized communicationfromthestation controlfunctionsFinishthePCandPLC monitoringmanagement 2 Realized on software the communication，andkingview technolog

7、yplatform，constructsystem unit for andcontrolofPLCcontrol scene塒t11 monitoring system，simulation，the the combinedPLC simulationofthe operation，real operationprocess，realizedynamic function site dataofabnormalandalarm monitoringprocess signals achievetheremote thefunctionofremote 3 Realizing monitori

8、nglayerTo host asa andcontrolfunctionsThe system，webserver,web monitoring layer computer toachieve userscanwork access release，remote anytime，anywhere Kingviewplatform live ofits ofremote tothe data,and configurationscreen，view operationimplementation monitoring thefourclassicalcontrol basedonthe Si

9、emens 4 Finish system design，including S7-200and automatic mixed， kingview feedingdolly,variousliquidautomatically trafficandautomaticcontrol ofvirtualmaterial system sorting the devicethemachine and Afterthereconstructionof running training thatthenormal testshowed training，network comprehensive op

10、eration,equipment functionis reflectthebasicsituationofthe communication work， good，canaccurately tomeetthe designrequirements and thereformof devicesatisfiesthePLC site Through training equipment communicationlinksof thehardware equipment practice teachingrequirements，reduce failureand materials co

11、stof training consumption，lowerteachingTrainingprocess， can tounderstand studentsbetterobservationPLCcontrol ofaction object process，easy ofthe and itsvalueIn and the effect，realize grasp students，improveteachinglearning 基于工業(yè)組態(tài)軟件的PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的研究與開發(fā) thereformof deviceandenhancetheteacherSscientific addi

12、tion，through training researchandlevel ability The researchand forthe links、，itllotherindustrial projectS developmentTraining controlthe of sense promotiongoodteaching software；Remotemonitor；Virtual Keywords：PLC；Configuration system；1：N III 基于工業(yè)組態(tài)軟件的PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的研究與開發(fā) 目錄 摘要I AbstractII 目錄一 第1章引言1 11課題的

13、背景及意義1 12課題的研究現(xiàn)狀2 13課題的研究內(nèi)容3 14本章小結(jié)3 第2章基于工業(yè)組態(tài)軟件的PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)4 21基于工業(yè)組態(tài)軟件的PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的概念4 22可編程序控制器 PLC 4 221 PLC的組成4 222 PLC的工作原理6 223西門子S7200型PLC6 23工業(yè)組態(tài)軟件6 231工業(yè)組態(tài)軟件的概述一6 232組態(tài)王軟件簡介7 24基于組態(tài)軟件的PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)10 241系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求10 242系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想10 243總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和功能。10 25本章小結(jié)11 第3章PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)裝置的上位機(jī)組態(tài)的實(shí)現(xiàn)12 31實(shí)驗(yàn)室概況12 32上位機(jī)與PLC通訊的實(shí)

14、現(xiàn)12 321基本結(jié)構(gòu)12 322S7200 PLC的通訊方式、通信協(xié)議與參數(shù)選擇12 323組態(tài)王設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的選擇14 33基于西門子S7200與組態(tài)王的自動(dòng)送料小車虛擬控制系統(tǒng)16 331基于西門子S7200的自動(dòng)送料小車實(shí)際控制系統(tǒng)16 332基于組態(tài)王的自動(dòng)送料小車虛擬控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)18 333整體運(yùn)行與綜合測(cè)試21 IV 基于工業(yè)組態(tài)軟件的PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的研究與開發(fā) 34基于西門子$7-200與組態(tài)王的液體混合裝置虛擬控制系統(tǒng)23 341基于西門子S7。200的液體混合裝置實(shí)際控制系統(tǒng)23 342基于組態(tài)王的混合液位虛擬控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)24 343整體運(yùn)行與綜合測(cè)試28 35基于

15、西門子S7200與組態(tài)王的交通燈虛擬控制系統(tǒng)28 351基于西門子S7200的交通燈控制系統(tǒng)29 352基于組態(tài)王的交通燈虛擬控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)30 353整體運(yùn)行與綜合測(cè)試32 36基于西門子S7200與組態(tài)王的自動(dòng)物料分揀虛擬控制系統(tǒng)32 361基于西門子S7200物料分揀實(shí)際控制實(shí)訓(xùn)裝置33 362基于組態(tài)王的自動(dòng)物料分揀虛擬控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)34 363整體運(yùn)行與綜合測(cè)試40 37上位機(jī)組態(tài)界面的實(shí)現(xiàn)42 371系統(tǒng)登陸界面的設(shè)計(jì)42 372綜合測(cè)試43 38本章小結(jié)44 第4章實(shí)現(xiàn)PLC虛擬控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制功能45 41網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)45 42基于RS一485的PLC現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)45 421網(wǎng)絡(luò)

16、結(jié)構(gòu)45 422工作原理46 43 WEB發(fā)布47 44安全管理47 441工程安全47 442瀏覽安全47 45實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控48 46測(cè)試結(jié)果分析49 47本章小結(jié)50 1 第5章結(jié)論與展望5 參考文獻(xiàn)53 致謝57 V 基于工業(yè)紐態(tài)軟件的PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的研究與開發(fā) 第1章引言 11課題的背景及意義 Controller，以下簡稱PLC 是上 可編程序邏輯控制器 ProgrammableLogical 世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控 制技術(shù)和通信技術(shù)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置【l】。由于它擁有體積小、功能強(qiáng)、 程序設(shè)計(jì)簡單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，特別

17、是它適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力和高可靠性， 使它的應(yīng)用越來越廣泛，可以應(yīng)用于制造業(yè)、娛樂業(yè)、醫(yī)療、建筑環(huán)境、農(nóng)業(yè)、 漁業(yè)、交通、食品工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)等。目前，PLC已成為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱 即 PLC、機(jī)器人和CADCAM 之一【2】。 由于PLC在取代傳統(tǒng)電氣控制方面有著不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)化領(lǐng)域已經(jīng) 形成了一種工業(yè)控制趨勢(shì)。因此，PLC課程已成為工科院校電氣工程類、機(jī)電一 體化類及自動(dòng)化類專業(yè)的一門實(shí)踐性、綜合性很強(qiáng)的專業(yè)課程。 遼寧廣播電視大學(xué)是一所高職高專學(xué)校，高職的教育任務(wù)是培養(yǎng)高素質(zhì)的技 能性人才，通過完成工作任務(wù)、學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)、掌握實(shí)踐技能來形成職業(yè)能力。 在職業(yè)教育中，注重理論教學(xué)

18、與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，通過實(shí)訓(xùn)將知識(shí)內(nèi)容理解并應(yīng) 用，進(jìn)而提高學(xué)生的職業(yè)技能。因此，實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)在整個(gè)教學(xué)過程中起著至關(guān)重要 的作用。實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程對(duì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)裝置的實(shí)用性、先進(jìn)程度要求比較高，既應(yīng)有 真實(shí)的生產(chǎn)性功能又應(yīng)有很強(qiáng)的學(xué)習(xí)功能。所謂真實(shí)的生產(chǎn)性功能，就是實(shí)訓(xùn)設(shè) 備所完成的某一控制功能是來自于實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，具備一定的應(yīng)用代表性，而 不僅僅是設(shè)計(jì)出來的教學(xué)模型；所謂學(xué)習(xí)功能是在此同時(shí)要采用先進(jìn)技術(shù)，例如 高度虛擬技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、仿真技術(shù)、數(shù)字技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)去整合生產(chǎn)設(shè)備的 學(xué)習(xí)能力【3卜【6J。 用PLC單獨(dú)構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)，有自身的局限性。主要表現(xiàn)在其監(jiān)控系統(tǒng)沒 有良好的用戶界面，無法很好的

19、顯示控制對(duì)象的實(shí)時(shí)狀態(tài)，無法打印報(bào)表、存儲(chǔ) 大量數(shù)據(jù)等【7】【9】。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了組態(tài)軟件，使這些不足得以 彌補(bǔ)【9】。近年來，以組態(tài)軟件為開發(fā)平臺(tái)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)上得到了廣 泛的應(yīng)用91。其監(jiān)控系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，PLC為下位機(jī)。上位機(jī)通過下位機(jī) 完成數(shù)據(jù)采集、報(bào)警邏輯判斷、控制輸出等任務(wù)；上位機(jī)運(yùn)行的組態(tài)軟件能夠?qū)?1 基于工業(yè)組態(tài)軟件的PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的研究與開發(fā) 現(xiàn)采集信息的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)管理、打印報(bào)表等功能，同時(shí)還能完成系統(tǒng)異常信息的 診斷任務(wù)，如故障和報(bào)警；利用屏幕畫面及圖表，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)各控制設(shè)備；利 用畫面中的各類參數(shù)，干預(yù)控制設(shè)備的運(yùn)行過程等【7

20、】【10】【ll】。利用組態(tài)軟件的網(wǎng)絡(luò) 功能，通過IE瀏覽器可訪問本地監(jiān)控計(jì)算機(jī)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，客戶端可打 印現(xiàn)場(chǎng)的報(bào)表及數(shù)據(jù)。這樣就構(gòu)建了一個(gè)具有現(xiàn)場(chǎng)控制層、監(jiān)控管理層、遠(yuǎn)程監(jiān) 控層的三層結(jié)構(gòu)PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系糾12】【191。 基于工業(yè)組態(tài)軟件的PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的研究與開發(fā)，就是將單獨(dú)的PLC的 教學(xué)裝置改造成基于工業(yè)組態(tài)軟件的PLC遠(yuǎn)程虛擬監(jiān)控系統(tǒng)。所謂虛擬，就是沒 有現(xiàn)場(chǎng)的控制對(duì)象，各種控制的丌關(guān)量或模擬量用組態(tài)軟件在上位機(jī)的畫面上生 成，實(shí)現(xiàn)PLC現(xiàn)場(chǎng)控制對(duì)象的仿真控制。這樣可以實(shí)時(shí)地反映現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)地 顯示系統(tǒng)的控制過程，編寫多樣化的程序來豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從而有效地提高學(xué)生

21、的學(xué)習(xí)興趣、編程技巧和動(dòng)手能力，并能豐富學(xué)生的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，理解和掌握 不同生產(chǎn)過程模型的控制過程，極大提高了PLC實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的教學(xué)效果，達(dá)到全方 位的教學(xué)目的。而且能夠大大降低實(shí)訓(xùn)中硬件連接的故障率，降低教學(xué)成本。 12課題的研究現(xiàn)狀 隨著工業(yè)企業(yè)運(yùn)行規(guī)模的不斷擴(kuò)大，僅依靠PLC構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)不能滿足當(dāng) 前控制系統(tǒng)的要求。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)代工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的寵兒。由 于組態(tài)軟件功能強(qiáng)大、易學(xué)易掌握、具有良好的人機(jī)界面和完善的網(wǎng)絡(luò)功能等特 點(diǎn)，可以降低成本、提高效率，而且運(yùn)行安全。越來越多的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)采用組態(tài)軟 件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能，基于組態(tài)軟件的PLC監(jiān)控系統(tǒng)在國內(nèi)外很多工業(yè)控制領(lǐng)域的企 業(yè)得

22、到了廣泛的應(yīng)用f201【231。 但是，基于組態(tài)軟件的PLC監(jiān)控系統(tǒng)在教學(xué)方面尚無具體和全面的應(yīng)用。若 采用基于組態(tài)軟件的PLC監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備二次開發(fā)，上位監(jiān)控 計(jì)算機(jī)與PLC進(jìn)行通信，通過數(shù)據(jù)采集，上位機(jī)的組態(tài)軟件將控制對(duì)象的運(yùn)行現(xiàn) 場(chǎng)仿真出來，實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC的實(shí)時(shí)監(jiān)控。采用這種系統(tǒng)的教學(xué)模式，不但簡單方便， 而且與目前PLC課程實(shí)訓(xùn)中使用的模擬屏相比，效果真實(shí)，更能夠讓學(xué)生了解生 產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝要求。當(dāng)系統(tǒng)與實(shí)際的控制對(duì)象連接時(shí)，完全能夠?qū)崿F(xiàn)其監(jiān)控功能。 將該系統(tǒng)應(yīng)用于PLC教學(xué)中，將有很好的教學(xué)效果。 2 基于工業(yè)組態(tài)軟件的PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的研究與開發(fā) 13課題的研究內(nèi)容

23、本課題是基于工業(yè)組態(tài)軟件的PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的研究與開發(fā)，即工業(yè)組態(tài) 軟件的PLC遠(yuǎn)程虛擬監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)訓(xùn)教學(xué)裝置的二次開發(fā)。主要研究內(nèi)容是 進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控功能，完成系統(tǒng)的安裝、調(diào)試等系列工作。 本課題主要完成以下工作： 1 完成系列PLC虛擬控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 完成PLC系統(tǒng)軟件程序的編寫；并在組態(tài)王平臺(tái)上，根據(jù)控制對(duì)象的特點(diǎn)， 設(shè)計(jì)上位機(jī)監(jiān)控界面，制作現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的仿真效果，其中包括實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫連接和編寫 腳本語言及連機(jī)調(diào)試。 2 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)功能 構(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，完成基于RS485網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與 下位機(jī)的通訊。 3 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能 在上位機(jī)上，通

24、過組態(tài)軟件完成Web發(fā)布，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程PLC的監(jiān)控，并且實(shí)現(xiàn) 工程安全等系列工作。 14本章小結(jié) 本章主要介紹了本課題的背景、意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。最后說明了課題主 要的研究內(nèi)容：將實(shí)訓(xùn)教學(xué)裝置改造成基于組態(tài)軟件的PLC遠(yuǎn)程虛擬監(jiān)控系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)提高PLC課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果的目的。 3 基于工業(yè)組態(tài)軟件的PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的研究與開發(fā) 第2章基于工業(yè)組態(tài)軟件的PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 21基于工業(yè)組態(tài)軟件的PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的概念 基于工業(yè)組態(tài)軟件的PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為核心，結(jié)合工業(yè)自動(dòng)化 技術(shù)、組態(tài)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一種監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在實(shí)時(shí)性和遠(yuǎn) 程監(jiān)控。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能夠通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)

25、絡(luò)，獲得PLC的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和信息，從而 實(shí)現(xiàn)與信息管理系統(tǒng)的融合，能夠更好的為管理服務(wù)，提高生產(chǎn)的管理水平和工 作效率【241。 22可編程序控制器 PLC 221 PLC的組成 PLC是在繼電器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工 業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備，是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，在其可編程序的存儲(chǔ)器內(nèi)部存儲(chǔ) 和執(zhí)行各種操作指令，能夠通過I0模塊采集I0的數(shù)字量或模擬量，監(jiān)測(cè)和控制 各類控制對(duì)象或生產(chǎn)過程。 PLC系統(tǒng)由軟件和硬件組成，其硬件結(jié)構(gòu)由中央處理器、存儲(chǔ)器、電源、輸 入輸出單元、編程器和IO擴(kuò)展口幾大部分組成【11251，如圖21所示。 圖21 PLC的組成圖 C ofPLC

26、 Figure21ompositionmaps 4 基于工業(yè)組態(tài)軟件的PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的研究與開發(fā) 2211中央處理器 CPU 中央處理器包括運(yùn)算器和控制器兩部分，是PLC的核心，完成以下功能： 1 接收輸入設(shè)備的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入指定輸入存儲(chǔ)單元或數(shù)據(jù)寄存器【2】； 2 PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，逐條讀取用戶指令，進(jìn)行編譯； 3 診斷電源、PLC內(nèi)部電路故障和編程過程中存在的語法錯(cuò)誤【2】； 4 輸出結(jié)果至PLC的輸出端； 5 響應(yīng)各種外圍設(shè)備請(qǐng)求； 2212存儲(chǔ)器 ROMRAM PLC內(nèi)部存儲(chǔ)器有RAM 即隨機(jī)存儲(chǔ)器 和ROM 即只讀存儲(chǔ)器 兩類。 1 RAM 可以隨時(shí)由處理器對(duì)它進(jìn)行讀取、

27、寫入，主要用來存儲(chǔ)各種暫存的數(shù)據(jù)，中 間結(jié)果及用戶程序。 2 ROM 處理器只能從中讀取而不能寫入，主要用來存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)及程序，它們 是出廠時(shí)固化在ROM中的。 2213輸入輸出單元 IO接口單元 輸入輸出單元，即io接口單元，是PLC與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)被控對(duì)象之間的連接部 件。一般采用光電耦合電路把PLC和外部電路隔開，提高PLC的抗干擾能力。 2214電源 PLC電源是為PLC中央處理器、存儲(chǔ)器等內(nèi)部電路提供電能的電源模塊或電路， 有些PLC電源部分還提供24VDC穩(wěn)壓輸出，對(duì)外部傳感器供電。 2215編程器 編程器是PLC最重要的外圍設(shè)備，可用來編寫、調(diào)試用戶程序，也可在線監(jiān) 視和控制PLC

28、的工作狀況。主要分為兩種，一種是手持編程器，一種是計(jì)算機(jī)。 計(jì)算機(jī)作為編程器是將生產(chǎn)廠家提供的編程軟件包安裝在計(jì)算機(jī)中使用，還可以 實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)用。 2216輸入輸出擴(kuò)展接口 輸入輸出擴(kuò)展接口用來擴(kuò)展PLC輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展模塊。每種PLC都有 與主機(jī)相配的擴(kuò)展模塊，但不能脫離主機(jī)獨(dú)立實(shí)現(xiàn)控制功能。 5 基于工業(yè)組態(tài)軟件的PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的研究與開發(fā) 除了上面介紹的幾個(gè)主要部分外，根據(jù)系統(tǒng)軟件控制要求，PLC還常常通過專 用通信接口連接一些其他的外圍設(shè)備，如打印機(jī)、串行通信模塊、EPROM寫入器等。 222 PLC的工作原理 PLC運(yùn)行時(shí)是采用循環(huán)掃描的工作方式，在執(zhí)行程序前，PLC應(yīng)完成內(nèi)

29、部處 理和通信服務(wù)的工作。在內(nèi)部處理階段，PLC對(duì)CPU模塊內(nèi)部硬件進(jìn)行檢查，并 完成對(duì)定時(shí)器的復(fù)位和其他內(nèi)部處理工作。在通信服務(wù)階段，PLC主要實(shí)現(xiàn)與帶 微處理器智能模塊的通信工作，響應(yīng)編程器的輸入命令，并實(shí)時(shí)更新其顯示內(nèi)容。 在PLC處于停止運(yùn)行 STOP 狀態(tài)時(shí)，只完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作。當(dāng)PLC 處于運(yùn)行 烈心 狀態(tài)時(shí)，除完成上述操作外，還要完成輸入處理、程序執(zhí)行、 輸出處理工作【24】。 2221輸入處理階段 PLC以掃描方式順序讀入所有輸入端的各種數(shù)據(jù)，存入輸入映像寄存器，而 后PLC轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在此工作周期中，輸入映像寄存器的內(nèi)容不會(huì)有任何 改變。 2222程序執(zhí)行階段

30、 PLC按先左后右、先上后下的次序，逐條執(zhí)行程序指令，在IO映像寄存器讀 入數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)算，將結(jié)果存儲(chǔ)到輸出映像寄存器。 2223輸出處理階段 在所有指令執(zhí)行完畢后，PLC將輸出映像寄存器的數(shù)據(jù)存入輸出鎖存器，通 過一定方式的輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 223西門子S7200型PLC PLC，該型號(hào)的PLC具有共40點(diǎn)輸入、輸出，是微型PLC，屬于整體式機(jī)型，其 主要編程元件的地址編址范圍與功能說明如表21所示【261。 23工業(yè)組態(tài)軟件 231工業(yè)組態(tài)軟件的概述 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)現(xiàn)代工業(yè)的要求越來越高。組 態(tài)的概念也逐漸被廣大生產(chǎn)過程自動(dòng)化技術(shù)人員所熟知。組態(tài)軟件是指一

31、些數(shù)據(jù) 6 基于-T業(yè)組態(tài)軟件的PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的研究與開發(fā) 采集與過程控制的專用軟件，是自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)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(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能、通用層 次的軟件工具【271【281。 表21西門子s7200編程元件的地址范圍與功能說明 Table21SiemensS7200 addressthe andfunction programcomponentsscope descfiption 字母 元件 地址范圍 功能 I 10O127 輸入繼電器 接收用戶設(shè)備的輸入信口| Q 輸jJj繼電器 將輸jJ：信號(hào)傳送至負(fù)載 Q00-Q17 M MO0M317 輔助繼電器 相當(dāng)于中間繼電器，程序內(nèi)部使用 T T0一T255 定時(shí)器 相當(dāng)于時(shí)間繼電器，程序內(nèi)部使用 C COC1255 計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)，程序內(nèi)部使用 組態(tài)軟件支持常見工控設(shè)備的通訊協(xié)議，能夠提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功 能【25J【261。用戶可以根據(jù)自己的需要，應(yīng)用組態(tài)軟件的功能構(gòu)建出一套最適合自己 的應(yīng)用系統(tǒng)，不僅操作簡單、安全可靠，而且開發(fā)周期短，易于修改、升級(jí)，通 用性較好。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、 開放數(shù)據(jù)接口、對(duì)Io設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著技術(shù)的發(fā)展， 組態(tài)軟