基于組態(tài)軟件的自動配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 30 頁 共 30 頁1 緒論1.1 課題背景近年來隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)IT技術(shù)趨于成熟，人們對工業(yè)上快速、精準(zhǔn)的需求，對自動化的要求也不斷增加，所以自動化軟件在工業(yè)中逐漸趨于重要的地位。其給工業(yè)信息集中化、生產(chǎn)的自動化以及社會信息集中化帶來了重要的意義，也使得大量的控制與監(jiān)控系統(tǒng)及設(shè)備在工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的得到了廣泛的應(yīng)用。自動化組態(tài)軟件在工業(yè)上的應(yīng)用之所以更好的解決了傳統(tǒng)工業(yè)控制以及手動控制上的不足和缺陷，是因?yàn)樽詣踊藱C(jī)界面更好地讓用戶任意組合出自己要控制的對象以及自動化控制的目的。這就是為什么提出自動配料系統(tǒng)這樣一個課題了。1.2 配料系統(tǒng)配料系統(tǒng)廣泛

2、應(yīng)用于化工、飼料、食品、塑料、建材、冶金等工農(nóng)上，自動配料技術(shù)可以針對各種各樣不同類型的物料（液體或固體）傳輸、比例配料、加熱、攪拌以及成品裝袋等全過程或半過程生產(chǎn)線。配料系統(tǒng)一般由電動機(jī)和電磁閥組成，系統(tǒng)能同時(shí)控制多臺電動機(jī)和電磁閥，可以進(jìn)行各種物料（液體或固體）的液體計(jì)量、自動配料和流量控制。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，物料配比的精準(zhǔn)是一道非常重要的工序，它對其產(chǎn)品的質(zhì)量有非常重要的意義。傳統(tǒng)的配料不僅生產(chǎn)效率低下，其配料的精準(zhǔn)性更是難以保證，而且人工操作又將人為的因素帶到了配料系統(tǒng)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，因此使得配料的工藝在生產(chǎn)就很難得到實(shí)現(xiàn)，且阻礙了工藝精準(zhǔn)的提高以及帶來了產(chǎn)品的質(zhì)量問題，所以高精度和高效

3、率的生產(chǎn)配料系統(tǒng)對工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)時(shí)尤為重要的。1.3 配料系統(tǒng)的發(fā)展20世紀(jì)50年代起，伴隨著計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)以及通信技術(shù)的發(fā)展，自動配料系統(tǒng)從初步形成走向成熟。自動配料系統(tǒng)的發(fā)展至今，經(jīng)歷了四個階段：（1） 人工手動控制階段（2） 機(jī)械電氣控制階段（3） 單片機(jī)控制階段（4） 工控機(jī)控制階段1.3.1 人工手動控制階段最初，由于配料系統(tǒng)的各個設(shè)備之間沒有任何物理鏈接，彼此之間很少通信甚至沒有通信，基本是各自獨(dú)立的。各個設(shè)備的控制需要操作人員進(jìn)行控制與監(jiān)測，因此，一個人員只能控制與監(jiān)測一臺設(shè)備至兩個設(shè)備，而且需要操作人員進(jìn)行手動記錄，人為因素對產(chǎn)品的質(zhì)量影響非常大。此種配料系統(tǒng)不僅耗費(fèi)人力，而

4、且質(zhì)量得不到保證，它一般用于配料不太精確的場合。1.3.2機(jī)械電氣控制階段電子技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了大量的為配料系統(tǒng)服務(wù)的中小型設(shè)備以及儀器儀表等，但由于電子技術(shù)還未成熟，這些產(chǎn)品不僅電路非常復(fù)雜，抗干擾的能力比較差以及線路容易老化等問題，而且維修十分頻繁和維修困難等問題，使得這些產(chǎn)品對地域上有所限制，所以，不能得到大量的使用。1.3.3單片機(jī)控制階段隨著大規(guī)模的集成電路的趨于成熟，單片機(jī)形成并不斷走向成熟。由于單片機(jī)的抗干擾性強(qiáng)、電路簡單、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)使它逐漸取代了機(jī)械電氣成為配料系統(tǒng)的核心控制，也大大的滿足了市場的需求。因此，單片機(jī)控制的配料系統(tǒng)成為了中小企業(yè)首選。1.3.4工控機(jī)控制階段微

5、機(jī)的成熟將配料系統(tǒng)帶入可工控機(jī)的時(shí)代，工控機(jī)優(yōu)化集中優(yōu)化了配料系統(tǒng)，使其結(jié)構(gòu)更加簡單、操作更加簡單、人機(jī)界面更加友好。工控機(jī)只需操作人員要簡單的設(shè)計(jì)和調(diào)試就能完成其復(fù)雜的控制。但由于控制與監(jiān)測系統(tǒng)離生產(chǎn)現(xiàn)場較遠(yuǎn)，因此對其硬件條件穩(wěn)定性的要求非常高，他必須要較完整的抗干擾方法才能使其系統(tǒng)正常運(yùn)行。不然，當(dāng)工控機(jī)出現(xiàn)問題時(shí)，整個系統(tǒng)也將崩潰，這樣損失是巨大的。1.4 本課題主要研究的內(nèi)容和任務(wù)實(shí)驗(yàn)室里有現(xiàn)成的組態(tài)軟件和PLC等硬件資源。我們可以利用這些硬件資源完成對自動配料系統(tǒng)控制和監(jiān)查設(shè)計(jì)開發(fā)，并且運(yùn)用這些硬件對所設(shè)計(jì)的工程聯(lián)機(jī)驗(yàn)證其正確性。具體設(shè)計(jì)任務(wù)如下：(1) 基于組態(tài)王組態(tài)軟件平臺的自動

6、配料系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)；(2) 自動配料系統(tǒng)所需硬件選型以及硬件接線圖的設(shè)計(jì)；(3) 自動配料系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)；(4) 自動配料系統(tǒng)的部分開發(fā)與調(diào)試。1.5 論文的組織結(jié)構(gòu)本文設(shè)計(jì)各章內(nèi)容主要如下所示：第一章 緒論主要闡述了自動配料系統(tǒng)的概況，分析了自動配料系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域以及發(fā)展的狀況,介紹了論文的組織結(jié)構(gòu)。第二章 主要介紹本文所需要的研究軟硬件的概述及使用要求第三章 主要分析和選擇了自動配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)中用到的軟硬件的型號，并且介紹組態(tài)王6.53軟件的概述及特點(diǎn)。第四章 提出了總體的設(shè)計(jì)方案并且合理設(shè)計(jì)出其流程，并且通過對自動配料系統(tǒng)的流程圖設(shè)計(jì)出一套較為合理的硬件接線以及設(shè)計(jì)出PLC的梯形圖，然后在

7、實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用西門子S7-200系類的CUP226實(shí)物進(jìn)行監(jiān)控，驗(yàn)證程序的合理性。第五章 主要通過選用合適的組態(tài)軟件為開發(fā)平臺，分析加熱的溫度、液位的位置據(jù)的采集系統(tǒng)的功能需求和技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)之上按照預(yù)定的功能利用組態(tài)王6.53組態(tài)軟件與西門子S7-200的實(shí)物聯(lián)機(jī)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)程序，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，整體地完成系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。2 相關(guān)技術(shù)軟件本文主要利用兩種軟硬件軟件完成對配料的自動控制，兩種軟硬件分別是可編程控制器硬件（PLC）和組態(tài)軟件。2.1 可編程控制器（PLC）可編程控制器又被叫作PLC, 它的英文全稱是Programmable logic Controller ,它是新世紀(jì)計(jì)算機(jī)計(jì)算發(fā)展應(yīng)運(yùn)

8、而生的產(chǎn)物，它是一個新型的計(jì)算機(jī)控制裝置。它可以采用一系列的控制指令對工業(yè)機(jī)械裝備在其生產(chǎn)過程中進(jìn)行有效的控制。將和他連接的所有的設(shè)備以及儀器儀表形成一個整體?？删幊炭刂破饔写蟾庞兴氖嗄甑陌l(fā)展歷史了，從它的誕生到現(xiàn)在，是一個質(zhì)的飛躍。它是一個過程，是一個從無到有的、從有到優(yōu)的過程。它將控制系統(tǒng)從電氣時(shí)代帶領(lǐng)到了數(shù)字時(shí)代。在工農(nóng)業(yè)的領(lǐng)域中，可編程控制器逐漸取代了其他控制成為了這個領(lǐng)域中的重要的地位。如今，我們國家也可以自主生產(chǎn)自己的編程控制器。不過，生產(chǎn)的領(lǐng)域還停留在中小型設(shè)備的生產(chǎn)。這些生產(chǎn)的編程控制器大多數(shù)用在機(jī)床上。例如上海的東屋生產(chǎn)的設(shè)備就是應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域的 。2.1.1 PLC的

9、發(fā)展PLC的出現(xiàn)是在上個世紀(jì)的60年代末，當(dāng)時(shí)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化生產(chǎn)中，都是通過氣動以及電氣設(shè)備或儀器作為開關(guān)量，按照一定的邏輯關(guān)系來進(jìn)行相關(guān)次序控制，從而使整個系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一系列的按照一定要求動作并且還能實(shí)現(xiàn)硬件互鎖功能，同時(shí)還完成離散量的采集功能。由于這些設(shè)備繁多，制作成本高，維修困難等問題。為了進(jìn)一步壓縮生產(chǎn)成本，美國通用汽車公司提出想運(yùn)用其他方法代替電氣控制的方案。不久，這個方案就得到實(shí)現(xiàn)，美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司開發(fā)出了新的控制，它主要是通過在集成電路以及電子技術(shù)上的控制設(shè)備，第一次運(yùn)用軟件的方式代替大部分的電氣控制硬件。第一代可編程控制器產(chǎn)生了，當(dāng)時(shí)被叫做Programmable Contro

10、ller，簡稱PC。由于個人計(jì)算機(jī)的問世和發(fā)展，使得與可編控制器的名稱有沖突，可編程序控制器被更名為Programmable Logic Controller（PLC），其不但方便人們的記憶更突顯了可編程控制器的功能以及特點(diǎn)。但是，現(xiàn)在仍有人講PLC稱之為PC。PLC發(fā)展迅速的時(shí)期是在20世紀(jì)80-90年代中葉，年增長率總是呈現(xiàn)上升趨勢，其增長率大約30%-40%之間。在此期間，由于微電子技術(shù)、通信技術(shù)以及微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PLC的數(shù)據(jù)計(jì)算功能、人機(jī)接口功能、模擬量處理功能以及網(wǎng)絡(luò)功能有著很大的提高。就這樣PLC以獨(dú)特的優(yōu)勢逐漸代替了傳統(tǒng)的控制方法在工農(nóng)業(yè)控制領(lǐng)域中處于統(tǒng)治地位。2.1.2 PL

11、C的特點(diǎn)現(xiàn)代PLC的特點(diǎn)比較多。它的這些特點(diǎn)，使得PLC在工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中有著不可撼動的地位。 。（1） 使用方法簡單。用戶在開發(fā)自己需要的控制程序時(shí)，并不需要學(xué)習(xí)太復(fù)雜的計(jì)算機(jī)知識。簡單明了的梯形圖和指令表讓用戶更為方便的使用它，大大縮短的其開發(fā)的時(shí)間，也使得現(xiàn)場調(diào)試變得更加容易。PLC的程序修改也比較方便，它只需要要在電腦上或者操作板上就能對程序進(jìn)行修改，不需要拆開機(jī)器就能簡單的完成了。（2） 安裝簡便，便于維修。在大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，PLC其大多數(shù)環(huán)境下可以直接運(yùn)行，他只需要與生產(chǎn)現(xiàn)場的各個驅(qū)動設(shè)備進(jìn)行對應(yīng)的I/O端的連接就可以直接寫入程序就能運(yùn)行了。與其連接的各個模塊之間都有運(yùn)行裝置和

12、故障警示裝置，能夠讓用戶更準(zhǔn)確的了解生產(chǎn)的運(yùn)行狀況以及便于更快的查找出故障所在。與此同時(shí)，PLC還有非常強(qiáng)大的自我檢查功能，其為用戶提供了更方便的維修環(huán)境。（3） 抗干擾能力和可靠性能力強(qiáng)。PLC的抗干擾的主要措施有兩種，分別是隔離和濾波。其中隔離是指將PLC的各個輸入輸出口之間的相互分隔開，以免各個供電端口之間相互干擾，保證其供電質(zhì)量。另外，濾波是指將PLC的內(nèi)部電源進(jìn)行濾波處理，使外界的干擾信號減少對PLC內(nèi)部的電源的干擾，保證PLC內(nèi)部的電源的供電質(zhì)量。另外，正確的接地地點(diǎn)和比較完善的接地系統(tǒng)也是PLC抗干擾的措施之一。PLC的可靠性強(qiáng)主要體現(xiàn)于其在大多數(shù)惡劣的環(huán)境下，都能正?？煽康墓ぷ?/p>

13、，且使用時(shí)間長和修復(fù)時(shí)間短。（4） 環(huán)境要求低。生產(chǎn)PLC的技術(shù)要求使得其能在震動、電磁干擾等相對比較惡劣的條件下能夠比較穩(wěn)定的進(jìn)行工作。其也是能在控制領(lǐng)域占領(lǐng)主導(dǎo)地位的原因。2.1.5 系統(tǒng)的其他設(shè)備（1） 編程設(shè)備：編程器可分為簡易型和智能型。其的作用是PLC的控制指令的開發(fā)及應(yīng)用、監(jiān)測程序運(yùn)行狀況、檢查和維護(hù)程序等。它不能對現(xiàn)場直接控制運(yùn)行。我們一般使用編程器有手持式編程器，但也可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行編程及運(yùn)行。（2） 人機(jī)界面：在最早的PLC的人機(jī)界面非常簡單。直到后來，由于微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，觸摸屏式得到了越來越廣泛的應(yīng)用。（3） 輸入輸出設(shè)備：它用來永久性的存放編寫的程序的，如輸入模擬量的

14、電位器，打印機(jī)等。2.1.6 PLC的注意事由在運(yùn)行PLC時(shí)，我們需要注意的問題如下：（1） 溫度。PLC所需的環(huán)境溫度處于0到55之間。所以要給PLC足夠的散熱空間，不能安裝在發(fā)熱元件的附近，在PLC的控制柜中應(yīng)該裝有通風(fēng)的百葉窗。也不能太陽光直接照射在PLC上，如果必要時(shí)應(yīng)該安裝電風(fēng)扇強(qiáng)行通風(fēng)。（2） 濕度。PLC各個輸入/輸出點(diǎn)之間有著絕緣性能，PLC周圍環(huán)境的濕度不能大，否則將會輸入/輸出點(diǎn)的使用。（3） 震動。應(yīng)避免讓PLC靠近強(qiáng)烈的震動源，使其的輸入/輸出點(diǎn)與外部設(shè)備之間能正?？煽康倪B接。如果使用環(huán)境不可避免震動，應(yīng)該采取減震措施。（4） 空氣。最好不要靠近高腐蝕性和高易燃性的氣體

15、。如果在此條件下工作，可以將PLC安設(shè)在密閉性較好的控制箱當(dāng)中，必要時(shí)也可以在控制箱中安裝凈化空氣的裝置。（5） 電源PLC本身是能抵抗一般電源線所帶來的內(nèi)部干擾的。但如果在高可靠性和電磁干擾嚴(yán)重的場合下，必須配備一臺隔離變壓器，減少PLC與電源之間的干擾，保證其能正?？煽康倪\(yùn)行。2.2 組態(tài)軟件組態(tài)軟件全名叫做組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)（Supervisory Control and Data Acquisition）簡稱為SCADA。它的作用是對數(shù)據(jù)的采集以及監(jiān)視控制。其實(shí)際意義就是以創(chuàng)建一個平臺和開發(fā)環(huán)境，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建出一個帶有自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的工具性軟件。簡單的人機(jī)界面使它在工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到

16、越來越廣泛的應(yīng)用。例如：調(diào)溫系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、化工以及石油開采等數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視控制和過程控制的領(lǐng)域。2.2.1組態(tài)軟件的發(fā)展上個世紀(jì)80年代中葉，組態(tài)軟件得到了基本形成。當(dāng)時(shí)運(yùn)用的主控機(jī)是單片機(jī)，雖然其結(jié)構(gòu)簡單，但是也能完成監(jiān)控的功能。到了90年代中期，由于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，組態(tài)軟件也進(jìn)入了一個黃金時(shí)代。由于它解決大中規(guī)模系統(tǒng)的監(jiān)控問題，得到了越來越廣泛的應(yīng)用，其認(rèn)同率也越來越高，因此它也逐漸取代了單片機(jī)的組態(tài)軟件成為了現(xiàn)在最受歡迎的組態(tài)軟件。到后來進(jìn)入21世紀(jì)之后，由于組態(tài)軟件幾乎涵蓋了所有工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，因此其結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜、規(guī)模越來越大，用戶對其要求也越來越多。2.2.2工業(yè)組態(tài)軟件在國內(nèi)

17、外發(fā)展現(xiàn)狀國外的組態(tài)軟件分別如下：（1） InTouch是萬維公司開發(fā)，其開發(fā)的時(shí)間比較久遠(yuǎn)，它的開發(fā)歷史將近30年了。它是第一個能在IE瀏覽器中使用的組態(tài)軟件。所以有著強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)化功能，可以實(shí)現(xiàn)工廠內(nèi)和工廠和工廠之間的監(jiān)控。（2） iFIX是Intellution Dynamics自動化軟件最重要的組件之一，它基于WindowsNT2000平臺，具有強(qiáng)大的自動化監(jiān)視與控制的功能的軟件。（3） T.A.Engineering公司的AIMAX，同時(shí)提供16位和32位Windows下的不同版本。但是由于它的動畫效果做的不是很好，不太好的直觀動畫效果使使用的客戶覺得其檔次太低了 。（4） WINCC

18、是德國西門子公司生產(chǎn)開發(fā)的。它的功能比較強(qiáng)大，但是由于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜是的管理方面不是太好。 。（5） Citech是悉雅特公司的自動化軟件之一，雖然它出現(xiàn)時(shí)間比較晚，但是其不亞于任何一款組態(tài)軟件。其也是操作非常簡便。不過唯一不足的是其操作方式面向用戶的較少，更多的是面向程序員的。（6） Movicon由意大利PROGEA公司開發(fā)。它以簡單、開放為特點(diǎn)而聞名于自動化軟件市場。（7） REVIWE是羅克韋爾公司生產(chǎn)開發(fā)的。這款軟件雖然不是被太多人使用，但是羅克韋爾公司還是比較著名的自動化軟件供應(yīng)商。國內(nèi)的組態(tài)軟件分別如下：（1） 世紀(jì)星是世紀(jì)長秋公司開發(fā)的一個比較杰出的組態(tài)組態(tài)軟件，其自動化程度非常

19、高。這款組態(tài)軟件在中國行業(yè)里還是備受關(guān)注的。自上世紀(jì)90年代以來，已經(jīng)銷售近三萬套。其軟件廣泛應(yīng)用于、在工業(yè)領(lǐng)域得到了比較廣泛的應(yīng)用。（2） 力控組態(tài)軟件是由北京三維公司推出的力控監(jiān)控組態(tài)軟件。它應(yīng)用范圍比較大，基本上涉足于工農(nóng)業(yè)每一個行業(yè)當(dāng)中。例如：電力、礦產(chǎn)等 。（3） 組態(tài)王是由北京亞控有限公司開發(fā)生產(chǎn)的作為國產(chǎn)。其目標(biāo)是為客戶建立具有易用性較強(qiáng)、動畫效果好、技術(shù)性能卓越、高穩(wěn)定性、高可靠性并且價(jià)格低廉的自動化組態(tài)軟件。（4） MCGS又被叫做昆侖通態(tài)。它是由北京昆侖通態(tài)公司生產(chǎn)開發(fā)的。MCGS的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單、可視化好、易維護(hù)、性能可靠等。通過用戶窗口，創(chuàng)建人機(jī)交互界面，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫將組

20、態(tài)軟件核心和外部聯(lián)系起來。2.2.3組態(tài)軟件的特點(diǎn)新一代的組態(tài)軟件有如下特點(diǎn)：（1） 延續(xù)性和可擴(kuò)展性。在組態(tài)軟件在使用過程當(dāng)中，即使現(xiàn)場和用戶要求發(fā)生改變時(shí)，不必要做太大改動就能很快地完成系統(tǒng)的更新以及升級。（2） 封裝性。用戶所需要的功能都被組態(tài)軟件以一種較為方便的方式包裝起來了。因此用戶并不需要學(xué)習(xí)太多的高深的編程語言，就能高質(zhì)量的完成一個較為復(fù)雜的工程。（3） 通用性。在實(shí)際工程中我們需要較多的底層設(shè)備，例如：PLC以及各類儀表等。組態(tài)軟件為用戶提供這些設(shè)備的模擬狀態(tài)，方便用戶不需要用實(shí)際的硬件也能完成一個具有實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)處理、動畫效果、歷史數(shù)據(jù)曲線的工程，且不受其行業(yè)的限制。（4） 實(shí)

21、時(shí)多任務(wù)。可以實(shí)行多想的任務(wù)同時(shí)在同一臺計(jì)算機(jī)上處理，例如：圖形顯示及人機(jī)對話、實(shí)時(shí)通信等任務(wù)。2.2.4組態(tài)軟件的功能組態(tài)軟件主要有三個方面的功能，其分別如下：（1） 超強(qiáng)的圖形顯示效果。大多數(shù)的組態(tài)軟件都能在Windows系列的系統(tǒng)下運(yùn)行并且強(qiáng)大的人機(jī)界面使得用戶不需要繁瑣的編程也能創(chuàng)造出豐富的動畫，例如：閃爍、移動等效果，讓畫面更加生動、直觀。（2） 優(yōu)越的開放性。組態(tài)軟件的開放性能使得軟件不再單一可以被多種產(chǎn)品所支持。這也是衡量一個組態(tài)軟件功能強(qiáng)大的重要標(biāo)準(zhǔn)。（3） 大量的功能模塊。組態(tài)軟件提供大量的控制功能模塊，使用戶能實(shí)時(shí)的監(jiān)測整個系統(tǒng)的運(yùn)行過程，能讓用戶不需要在生產(chǎn)現(xiàn)場就能進(jìn)行遠(yuǎn)

22、程監(jiān)控。（4） 超強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫。組態(tài)軟件配有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫，能存儲各類的數(shù)據(jù)量，例如：離散量等，還能與外部數(shù)據(jù)實(shí)行交換并且使用。（5） 強(qiáng)大的命令語言庫。組態(tài)軟件的命令語言庫提供了大量的命令語言，能讓用戶根據(jù)自己的要求來編寫自己想要的程序。（6） 強(qiáng)大的安全防范系統(tǒng)。組態(tài)軟件給予不同的用戶操作權(quán)限也是不一樣的，從而保證了系統(tǒng)能的安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。（7） 仿真功能。組態(tài)軟件提供系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的仿真，從而減少了大量的經(jīng)費(fèi)和開發(fā)時(shí)間。3 自動配料控制系統(tǒng)硬軟件的選型3.1自動配料的工作原理及基本結(jié)構(gòu)自動配料系統(tǒng)的運(yùn)作是由電磁閥和液位傳感器來控制的，電磁閥的主要原理是運(yùn)用電磁鐵通電時(shí)的電磁力，使得液體壓力

23、與液體流量連續(xù)且按比例的追蹤控制的信號，并隨著信號的變化而變化。 自動配料系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。它的組成主要是電動機(jī)、加熱器、電磁閥等。PLC控制攪拌機(jī)與電磁閥的啟動和停止，它控制準(zhǔn)確，自動化水平高。配料的精準(zhǔn)是由傳感器和組態(tài)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控的。圖3.1 自動配料簡圖3.2 電器元件的選型3.2.1 電動機(jī)的選擇電動機(jī)（Motors）又稱之為電動馬達(dá)或者馬達(dá)。它是一種能將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備，其一般是一種旋轉(zhuǎn)式電動機(jī)器。它的應(yīng)用范圍非常的廣，基本上每一個生產(chǎn)過程中，都要用到電動機(jī)，它是不可取代的。電動機(jī)選擇原則：（1） 根據(jù)電動機(jī)的負(fù)載不同以及不同的用途上，選擇適當(dāng)負(fù)載特性的電動機(jī)。例如

24、：是氣動還是制動、是正反轉(zhuǎn)還是調(diào)速等等。（2） 根據(jù)使用環(huán)境的不同選擇不同的電動機(jī)。例如：不同的溫度、不同的濕度、有無灰塵、淋水以及是否處在易燃易爆等環(huán)境下。（3） 根據(jù)負(fù)載的大小來選擇相應(yīng)的電動機(jī)，這個時(shí)候我們需要計(jì)算出合適的電動機(jī)容量，其通常電動機(jī)在75%100%額定負(fù)載率時(shí)效率最高。但有時(shí)候我們必須要選擇額定負(fù)載率在80%90%的電動機(jī)，因?yàn)槲覀円紤]電動機(jī)溫升限度、過載能力以及啟動轉(zhuǎn)矩等因素。（4） 為了便于維修、生產(chǎn)中可靠性高以及便于互換等因素，應(yīng)優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)。3.2.2低壓斷路器的選擇低壓斷路器又被叫做空氣自動開關(guān)，它能接通和斷開正常、過載以及斷路的電流。低壓斷路器能在線路出

25、現(xiàn)故障，可以起到保護(hù)作用，而且可以重復(fù)使用，不用經(jīng)常更換。它以方便、快捷、簡單、安全等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛的使用。低壓斷路器的選擇原則：（1） 低壓斷路器的額定電壓一定要大于或等于被控制負(fù)載的額定電壓；（2） 低壓斷路器的額定電流一定要大于或等于被控制負(fù)載的額定電流；（3） 脫扣器的額定電流一定要大于或等于被控制負(fù)載的額定電流；（4） 極限分?jǐn)嗄芰σ欢ㄒ笥诨虻扔诳刂齐娏酥凶畲蠖搪冯娏?；?） 電路末端單相對地短路電流與斷路器瞬間或短延時(shí)，脫扣器整流之比要大于或等于1.25倍；3.2.3 熱繼電器的選擇熱繼電器是對電動機(jī)的過載進(jìn)行保護(hù)。因?yàn)槠涑杀据^低、結(jié)構(gòu)較為簡單、體積較小等特點(diǎn)很適合做電動機(jī)的負(fù)載元

26、件，所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。熱繼電器選用的原則：（1） 熱繼電器的額定電流要大于電動機(jī)的額定電流，但是不能太大；（2） 熱繼電器一般用于電動機(jī)的過載保護(hù)，所以一定要根據(jù)電動的型號來選擇合適的熱繼電器；（3） 主要用于保護(hù)電機(jī)用，所以要選用過電動機(jī)的額定功率之后才能選擇合適的熱繼電器；（4） 熱繼電器的動作時(shí)間比較長，所以只要在電動機(jī)過熱燒壞之前都可以選用；（5） 熱繼電器周圍的環(huán)境溫度基本要在一般情況下的溫度；（6） 熱繼電器的整定電流要等于電動機(jī)的額定電流才能保證其運(yùn)行。3.2.4接觸器的選擇接觸器它不需要人力，也可以自動的通斷主電路電源，大大保證了操作人員的人生安全，被廣泛

27、的應(yīng)用在電力、配電與用電等多種場合下。接觸器的選用原則（1） 選用的接觸器類型一定要與電路的其他元件相適應(yīng)；（2） 接觸器的容量等級選定一定要與電路的負(fù)載相符合；（3） 選用的接觸器允許的動、熱穩(wěn)定電流一定要大于或等于電路的三相短路電流；（4） 選用的接觸器的額定電壓、額定電流、電流容量以及輔助觸頭的數(shù)量一定要與電路的負(fù)載相符合；（5） 要根據(jù)電路中其他元器件來選擇合適的接觸器。3.2.5 電磁閥的選擇電磁閥作用是控制氣體或液體的方向、流量和速度等參數(shù)的執(zhí)行元件。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，方向控制閥等一系列的電磁閥是我們使用最頻繁的。電磁閥的選擇原則：（1） 根據(jù)管道的直徑的大小和接口的形式來選擇合適

28、的電磁閥；（2） 根據(jù)流體的溫度變化和流體的屬性來選擇選自合適的電磁閥；（3） 根據(jù)電氣來選擇合適的電磁閥；（4） 根據(jù)其工作時(shí)間的多久來選擇合適的電磁閥； （5） 根據(jù)不同的地域選擇合適電磁閥的輔助功能。3.2.6 液位傳感器的選擇液位傳感器作用是將液位高低的信號轉(zhuǎn)換成電信號，供PLC使用，它相當(dāng)于一個開關(guān)量。液位傳感器的選擇原則：（1） 根據(jù)測量對象與測量環(huán)境來選擇合適的液位傳感器；（2） 根據(jù)其靈敏度的選擇選擇合適的液位傳感器；（3） 根據(jù)頻率的特性選擇合適的液位傳感器；（4） 根據(jù)其線性接線來選擇合適的液位傳感器；（5） 根據(jù)穩(wěn)定要求的不一樣選擇合適的液位傳感器。根據(jù)上文，我們可以選擇

29、如表2.1所示所需的電氣元件。表2.1 電器元件選型表符號名稱型號數(shù)量M1主傳送帶電功機(jī)Y132M-41QF1低壓斷路器NS100N1FR1熱繼電器JR161KM1接觸器CJ20J-25A 1SB1按鈕LA10-K1KA1-KA4電磁閥ZQDF DN254SQ1-SQ3液位傳感器TTC102C33.3 自動配料液體輸送的選擇自動配料液體輸送系統(tǒng)一般管道輸送采取。輸送的管道外形如圖3.1所示。它的基本特點(diǎn)如下：（1） 不受氣候條件影響可以連續(xù)運(yùn)輸，所以有較高的可靠性；（2） 管道能走捷徑，不需要太遠(yuǎn)的距離；（3） 運(yùn)輸量比較大；（4） 能耗較??；（5） 安全可靠，無污染，成本低；（6）

30、 封閉式運(yùn)輸，損耗較少。圖3.1管道輸送3.4 PLC的選型在國內(nèi)外PLC的供應(yīng)商中，我們比較熟悉的是西門子公司。他的旗下有很多PLC軟硬件。我們只需要運(yùn)用西門子S7-200 CUP216就能完成自動配料的控制系統(tǒng)的要求了。3.5 組態(tài)軟件的選型市場上組態(tài)軟件有很多種類型的，有國外的也有國內(nèi)的。例如：力控、WINCC等，等本文采用的是組態(tài)王6.53組態(tài)軟件。組態(tài)王6.53組態(tài)軟件是一個適用于多種場合的工業(yè)監(jiān)控軟件，它適用于所有的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上。它能以Windows系列的操作系統(tǒng)為平臺，為用戶能創(chuàng)造出高質(zhì)量的監(jiān)控工程。3.5.1 組態(tài)王6.53的主要特點(diǎn)（1） 適應(yīng)性強(qiáng)。組態(tài)王6.53組態(tài)軟件適用

31、于絕大多少的生產(chǎn)場合；（2） 開放性好。組態(tài)王6.53組態(tài)軟件可以與多種軟件相連接，支持國內(nèi)外常見的國內(nèi)外常見的PLC、變頻器、數(shù)據(jù)采集卡等等；（3） 易于擴(kuò)展；（4） 經(jīng)濟(jì)。組態(tài)王6.53組態(tài)軟件使用成本比較低； （5） 開發(fā)周期短。組態(tài)王6.53組態(tài)軟件沒有太多繁瑣的語言，易懂，對用戶來說既簡單又方便。3.5.2 組態(tài)王6.53組態(tài)軟件的構(gòu)成組態(tài)王6.53主要是由以下部分組成，分別為：（1） 工程管理器。它是用來創(chuàng)建新工程和對已有工程進(jìn)行管理、修改等以及一系列優(yōu)化的功能。（2） 工程瀏覽器。它是在已有工程基礎(chǔ)上，開發(fā)和設(shè)計(jì)工程工具，它用來做出一個具有完整動畫效果和監(jiān)測等任務(wù)的界面。（3）

32、運(yùn)行系統(tǒng)工程運(yùn)行界面。它將相互連接的各個設(shè)備之間進(jìn)行通信，并能按照所設(shè)計(jì)的思想生動態(tài)畫面效果使人能與機(jī)器的相互交流。且能夠直觀的觀察機(jī)器的運(yùn)行狀況。4 自動配料系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 4.1 電氣控制的電路設(shè)計(jì)圖4.2中2個斷路器不僅能引入三相電源，而且能夠?yàn)殡娐诽峁┒搪繁Ｗo(hù)。圖中的一個熱繼電器FR1可以為電機(jī)提供過載保護(hù)。圖4.1 電氣控制電路圖4.2 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址的分配PLC對自動配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)其基礎(chǔ)就是PLC硬件接線上對輸入/輸出信號地址的分配。要編程就要先分配I/O地址；當(dāng)I/O地址確定后，才可繪制接線圖。輸入/輸出分配如下表4.1所示。表4.1 輸入/輸出分配表輸入端子輸入裝置輸

33、出端子輸出裝置I0.0啟動/停止Q0.0A料入閥門I0.1SL3傳感器Q0.1B料入閥門I0.2SL2傳感器Q0.2C料入閥門I0.3SL1傳感器Q0.3加熱系統(tǒng)Q0.4攪拌電機(jī)Q0.5混合液出口閥門4.3 控制系統(tǒng)的硬件接線圖分配好了I/O地址，我們可以設(shè)計(jì)出硬件接線圖。如圖4.2所示。圖4.2 硬件接線圖4.4系統(tǒng)流程圖自動配料的系統(tǒng)流程圖。如圖4.3所示。圖4.3 系統(tǒng)流程圖4.5 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)分析和確定自配料的控制路線和要求后，然后就可以西門子S7-200編程軟件中編寫程序。西門子S7-200是一個可在Windows系列下運(yùn)行，應(yīng)用S7-200系列可編程控制器的編程軟件進(jìn)行編程。 如

34、圖4.4所示。圖4.4 新建工程西門子S7-200PLC的許多基本指令。例如：邏輯、計(jì)數(shù)器等等。在位邏輯編輯器有“與”、“或”、“輸出”等基本指令時(shí)我們經(jīng)常用到的指令。 西門子S7-200 的PLC是通過其內(nèi)部的軟延時(shí)繼電器進(jìn)行定時(shí)指令控制的。用“T”來進(jìn)行表示定時(shí)器，它是對內(nèi)部時(shí)鐘計(jì)累計(jì)增量的。根據(jù)自動配料的控制要求，自動配料部分PLC控制程序如圖4.5所示。圖4.5 自動配料的PLC控制程序4.6 PLC系統(tǒng)程序的模擬調(diào)試?yán)梦鏖T子S7-200 CPU226實(shí)物進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試過程如下：系統(tǒng)的啟動。如圖4.6所示。圖4.6 調(diào)試啟動 SL3感應(yīng)到，A液體輸送完畢，啟動B液體，如圖4.7所示。圖

35、4.7 A液體輸送完畢三種液體輸送完畢之后，開啟攪拌機(jī)并且加熱，如圖4.8所示。圖4.8開啟攪拌機(jī)并且加熱攪拌、加熱完畢，關(guān)閉攪拌機(jī)和加熱器。如圖4.9所示圖4.9關(guān)閉攪拌機(jī)和加熱器開啟液體混合閥，如圖4.10所示。圖4.10開啟液體混合閥5 組態(tài)王組態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)組態(tài)軟件通過現(xiàn)場IO設(shè)備采集數(shù)據(jù)，操作人員通過對數(shù)據(jù)的分析，能更好地對控制過程進(jìn)行優(yōu)化。自動配料系統(tǒng)的上位機(jī)管理和監(jiān)控運(yùn)用了國產(chǎn)組態(tài)王King VIEW 6.53軟件開發(fā)實(shí)現(xiàn)的。下位機(jī)軟件主要是由PLC、C語言控制下位機(jī)實(shí)現(xiàn)通道的選擇和數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)傳輸則由上與下位機(jī)經(jīng)過對串口的操作共同實(shí)現(xiàn)，具有較高的可行性。所以方案基本符合設(shè)

36、計(jì)要求。5.1 液位高低系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思路：以電磁閥和電機(jī)作為被控對象。用組態(tài)王對電磁閥和電機(jī)進(jìn)行控制，運(yùn)用安裝在于混合缸里的傳感器對液體進(jìn)行實(shí)時(shí)測量。與此同時(shí)把傳感器所采集液位高度送回控制系統(tǒng)進(jìn)行分析、顯示出來。而且運(yùn)用溫度傳感感器對溶液的溫度進(jìn)行監(jiān)測，即使沒有攪拌時(shí)間到了，溫度沒有達(dá)到加熱器還是自動加熱。5.2 組態(tài)工程設(shè)計(jì)運(yùn)用組態(tài)王6.53組態(tài)軟件與西門子S7-200 CUP226實(shí)物聯(lián)機(jī)模擬仿真自動配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)。5.2.1 設(shè)計(jì)組態(tài)畫面創(chuàng)建一個新的工程打開組態(tài)王6.53組態(tài)軟件彈出它的“工程管理器”窗口，如圖5.1所示。圖5.1 工程管理器單擊“新建”就會彈出“歡迎使用本向?qū)А保鐖D5

37、.2所示圖5.2 新建工程導(dǎo)向之一單擊“下一步”出現(xiàn)“新建導(dǎo)向之二”，如圖5.3所示圖5.3新建導(dǎo)向之二添加工程所在的目錄，單擊“下一步”，并且添加“工程名稱”和“工程描述”，單擊“完成”。如圖5.4所示圖5.4 新建導(dǎo)向之三5.2.2 創(chuàng)建新的畫面選中工程，單擊“開發(fā)”后雙擊“新建”，新建一個工程畫面，如圖5.5所示。圖5.5 新建畫面完成上述參數(shù)設(shè)定之后單擊“確定”出現(xiàn)了“開發(fā)系統(tǒng)畫面”，如圖5.6所示圖5.6 開發(fā)系統(tǒng)畫面建立自動配料系統(tǒng)畫面如圖5.7所示，并且保存后關(guān)閉。圖5.6自動配料系統(tǒng)畫面5.2.3 設(shè)置串口雙擊COM1，設(shè)置數(shù)值。如圖5.7所示圖5.7 串口設(shè)置5.2.4組態(tài)P

38、LC設(shè)置單擊“COM1”，選擇右邊主窗口的“新建”按鈕。并且選擇如圖5.8所示的通信描述。圖5.8 設(shè)置向?qū)螕簟跋乱徊健?，并且輸入名稱“PLC1”。如圖5.9所示。圖5.9 選擇串口號單擊“下一步”，選擇地址為“2”。如圖5.10所示。圖5.10 設(shè)備地址設(shè)置指南單擊“下一步”，選擇通信參數(shù)，如圖5.11所示圖5.11 通信參數(shù)單擊“下一步”，出現(xiàn)“信息總結(jié)”。里面有其設(shè)置的通信參數(shù)單擊，如果需要更改就點(diǎn)擊“上一步”修改,否則就點(diǎn)擊“完成”。5.2.5設(shè)置變量設(shè)置單擊數(shù)據(jù)詞典，再雙擊“新建變量”，設(shè)置參數(shù)。如圖5.12所示圖5.12 定義變量同理，其他變量也同樣設(shè)置。數(shù)據(jù)如表5.1所示。表5.1 定義變量參數(shù)序號變量名變量類型數(shù)據(jù)類型連接設(shè)備寄存器1開關(guān)I/O離散BitPLCM0.02SL3I/O離散BitPLCM0.13SL2I/O離散BitPLCM0.24SL1I/O離散BitPLCM0.35計(jì)