1、 本科畢業論文（設計）論文題目：基于PLC的電子皮帶秤設計姓名：學號：班級：年級：專業：學院：指導教師：完成時間：2017年03月28日 作者聲明本畢業論文（設計）是在導師的指導下由本人獨立撰寫完成的，沒有剽竊、抄襲、造假等違反道德、學術規范和其他侵權行為。對本論文（設計）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。因本畢業論文（設計）引起的法律結果完全由本人承擔。畢業論文（設計）成果歸武昌工學院所有。特此聲明。 作者專業： 作者學號： 作者簽名： 2017年3月28日 基于PLC的電子皮帶秤設計XThe Design of Electronic Belt Scale Based

2、 on PLCX, X 2017年03月28日摘 要很多技術如PLC技術的發展，極大地提高了社會生產效率，提高了產品生產的質量，在生產環節中，配料行業的地位尤為重要，合理穩定而又準確快速的配料生產工序直接關乎生產中的各個步驟，因此配料生產行業擁有著廣闊的發展前景。外部接線簡單，內部程序的簡單性都是PLC的優點。PLC在外部接線沒有發生變化時，不僅可以很快的重新設計程序，而且其內部的軟繼電器寄存器可以實現多種極為復雜的控制功能，且不易發生故障，不易受到干擾，使用壽命長，執行命令時間短，可以使用多重指令，等優點，這些優點都正好彌補了傳統繼電器的缺點。因此，本研究選擇的研究對象是基于PLC的電子皮帶

3、秤。本文在研究時，遵循配料生產的特點和生產要求。研究了S7-300 PLC電子皮帶秤自動配料控制系統的設計、仿真和使用方式。本設計中的系統依據配料生產的要求，詳細的介紹了控制系統的主要控制功能和結構。重點介紹了STEP7軟件的各項情況，包括對其的選擇、安裝、程序的設計和整體系統的調試。 關鍵詞：電子皮帶秤；S7-300；PLCAbstractWith the computer, network, database and other related technologies continue to develop and improve the automation system has be

4、en greatly improved. PLC application greatly improved the quality of products and production efficiency, in the entire ingredients industry has a broad application prospects. The batching system occupies an extremely important position in the industrial production process of many industries. The rat

5、ionality, stability, accuracy and rapidity of the batching process directly affect the subsequent production process. PLC has the advantage of simple external wiring, internal program variable, without changing the wiring in the case, you can re-design process, the construction period is short, the

6、internal soft relay is a register, no contacts, low failure rate, long life, anti-jamming capability Strong, the implementation of a short time, the application of instructions, can achieve complex control functions, etc. The traditional relay is the lack of contact system, high failure rate, the av

7、erage repair time is long, short life, power consumption, change the system function , Will be re-wiring, heavy workload, easy mistakes, the implementation of a long time and so on. Therefore, this study selected PLC-based electronic belt scale for research.According to the characteristics and requi

8、rements of batch production, this paper introduces the design scheme and simulation and use method of automatic batching control system of belt scale S7-300 PLC. The system has completed the design requirements of the batching system, and the control system of the main control functions and the stru

9、cture of a detailed introduction. But also highlights the STEP7 software selection, installation, ladder program design and the overall system debugging and so on. Keywords: electronic belt scale; s7-300; plc 目 錄1 引 論12 總體設計方案22.1系統的工作原理和流程圖21.2系統的基本功能32.3系統的結構和工作過程42.4 PLC控制系統軟件設計63 系統各環節功能設計及檢測83.

10、1 PLC主循環程序OB1和初始化程序OB10083.2 中斷程序OB35123.3 控制輸出功能模塊FC1和FC101153.4 PID運算FB1和FB101163.5報警功能FC3和FB3193.6累計功能FC4和FB4213.7數據檢測FB2和FB102223.8測皮重FB5和FB1O5233.9標定秤FB6263.10 運行初始化FC10263.11仿真模塊FB10和FB110294 對系統的模擬仿真及調試324.1模擬仿真組態用軟件PLCSIM324.1.2 S7-PLCSIM的主要組成部分324.1.3 配置過程324.2 模擬組態步驟34結 語35致 謝36主要參考文獻37附 錄

11、381 引 論如今像醫療、建材、修路以及包裝等各行各業都在廣泛地使用PLC自動配料控制系統和應用計算機技術。很多地方都需要人手參與，效率低下且精度差的傳統控制系統，多是依靠繼電器和接觸器等設備一步一步完成順序程序的，自動化程度極低。在市場經濟日新月日的進步過程中，生產產品的質量和效率就是生產者取得更多利益，獲得更穩定發展的制勝法寶，所以電氣自動化需要進行更深更廣的發展。需要稱重的物品被放在運動的皮帶上，物品就算是處于散亂狀態，也是能夠被較為準確的稱重，行使稱重功能的工具就是皮帶秤。在日常的生活中，配料系統需要針對不同的生產要求完成各種生產。所以，其系統中的皮帶秤的構成不能太單一，控制整個操作的

12、運行系統也必須相當完善。在本設計中，之所以采用PLC的系統控制軟件，是因為PLC的系統控制可以在真正意義上實現電氣運行的自動化，完全吻合現在各企業的生產方式，穩定、高效、安全、實用。2 總體設計方案2.1系統的工作原理和流程圖日新月異的電子計算機技術在皮帶稱中的應用，極大地提高了皮帶秤的計量精度，改善了它的穩定性，簡化了操作程序，易于維護，使其廣泛應用于各種行業。皮帶秤能夠根據不同物品的變化而進行實時的稱量，它的應用使得操作人員不需要自己動手處理很多精細的生產活動，也減少了工作人員的重體力勞動量，使得在相同的時間下，擁有的合格的成品數量增多，最終企業或者商家就可以獲得更高的效益。流量的測定是一

13、個非常簡單的。先對皮帶上的商品進行稱重，然后核對商品在皮帶上運行的速度，這樣就得到了輸送流量。其缺點就是皮帶稱的動態測量會導致測量的精度不夠。把給料機抖出來的物品，放在皮帶上，讓物品隨著皮帶向前慢慢移動。皮帶秤內部可以進行稱重的得器具，會對皮帶上的東西進行稱量。東西的重量被稱出來以后，在它的內部就會生成信號，這些重量可以一個個加起來，形成累加重量。在東西和皮帶向前慢慢運輸的時候，每一段時間皮帶秤里面的稱重工具都會記錄下那個瞬間物品的重量，這兩個重量值的信息都會通過一定的方式傳輸給能控制給料量的機器內去。這些測量出來的量值都會在掌控的器械里面進行對比，緊接著，這個器械就會把它剛剛收到那些數據和重

14、量輸送出來，這樣就可以想給多少量就給多少量了。在整個運行的系統的上面的機器有統領的作用，它可以把想要的數據編程成為實際運行時使用的數據，在和系統里面其他的軟件一起進行運行，就可以實現系統沒有人的操作，也可以運行的。開始初始化預置配比料斗送料料斗有料？啟動生產線皮帶機運行實時計量流量累計流量偏差添加輔料PID調節結束變頻器NY圖2.1 系統控制流程圖1.2系統的基本功能以下為其基本功能的介紹：監控系統：記錄皮帶秤在運行過程中對物品進行稱量的一些數據。畫面顯示：在計算機的顯示器中顯示皮帶秤在運行過程中所收集到的相關控制參數，并顯示實時的配料曲線和表格。通訊功能：控制全部系統的總機和PLC之間可以把

15、操作過程里面記錄的那些數據互通有無。數據處理：前面皮帶秤通過它里面的工具，收到了好多有用的信息，把這些資料進行一下整合和處理以后，就可以計算出最能夠保證各方利益的數字。控制功能：依據在進行操作前，所設定的額定值，自動監控設備的運行情況，包括PID調節。報警功能：運行的環節很多，會出現故障的可能性也越多，假如哪一個過程在運行不通暢的時候，總管的機器就可以發出特殊信號報警。2.3系統的結構和工作過程在自動配料系統中，配料和料流量都是由上位機進行控制，上位機可以建立配料模型和最后的數據統計和打印。皮帶的順序控制和電磁給料機的變頻控制由下位機完成，下位機采用的是PLC系統。如果用頻率可以隨時變化的驅動

16、器，配料的誤差就可以降低到百分之零點五一下。8臺編號為1#，2#，3#，4#,5#,6#，7#，8#的皮帶秤配料線組成了完整的配料系統，每一臺皮帶秤上的輸送不同的物料。系統中的每一臺皮帶秤的兩級控制都是由PLC和主機實現的。 (1)工業現場工廠生產時所需要的設備必須是要求齊全的，只有這樣，才可以讓工廠的生產運營正常。PLC的作用是采集皮帶秤運行是各個電機，電磁閥和變頻器的相關控制對象的數據和信息，在對這些數據進行處理，再反饋給被監控的對象，最后將數據信息傳入到上位機。同時，下面被控制的器械都要接受來自系統上面的總機的號令，然后下面的器械接收到這些號令以后，首先要做的事就是分析這些命令，然后這些

17、工作器械又變成了發布號令的角色，把他們分析的結果又以新的命令形式向更下面的執行器械發出，等待他們做出相應的回應。本設計系統中，實行的是一對一的設計，即一臺變頻器控制一臺電磁振動給料機。可以變換頻率的器械只能夠接收數字型的數據信號，再想辦法把電機的運轉速度控制住，然后還要向上面的器械報告自己的情況。假如，自己的工作狀態不好，就通過傳話筒器械向上一次反映，上面的控制級別的器械就會發出警告的信號。它對電磁振動給料機的控制可以不斷地完善電磁振動給料機的自我保護和電機的保護功能。(2)控制室控制室內的設備有PC、打印機和組態軟件等。在下面的PLC把自己收集到的那些用的資料向上一級的機器傳遞，這樣上一級的

18、機器就可以把我們在系統中的要監控的東西的實際情況顯示出來。假如，在哪一個環節出現了運行部通暢的情況，上一級的機器還可以進行警告。如果，每一個環節都運行的十分通暢，那么上面的高級控制端就會向它的低級控制端發號令。在本設計系統中，上面的高級控制機器把整個系統在運行中的各個部分都充分的表現出來，并且對一些部分還可以進行開關的控制。有電以后，自動進行配料的機器就會在皮帶的帶領下旋轉起來，根據不同時間段的不同需要，電機的旋轉會有微型的機器進行處理。進行加工的東西從那個裝了很多東西的漏斗里漏到皮帶上，皮帶移動，就把要加工的東西一起運到了可以稱重的地方去了。在那里稱完重量以后，加工物對稱量區域有壓力，這個壓

19、力又會被轉化成別的信號，而且還在傳播過程中越變越大，到最后，工作人員獲得的信號是和加工物的質量有關的電平信號。上面的總機會接收這個電平信號，然后在隨機抽取生產好的產品進行分析，把電平信號最終轉化成運輸流量的信號，而且還可以在系統上面的總控制機上顯示。同時，系統處于上端的控制機把它得到的信號傳輸給PLC，收到信號后，又要把這些信號同系統上面的總控制機所規定的數據相比較，根據比較結果，在系統中各個運行部位的參數進行調整，選擇最為合適的電機旋轉速度。給出滿足要求的加工物，這樣自動配料才可以實現。在時域中可用公式表示如下： 公式中的誤差和控制器輸入用e(t)表示，控制器的輸出用u(t)表示，kp為比例

20、系數，Ti為積分時間常數，Td為微分時間常數。系統流量PID閉環調節結構圖如圖1-4所示。在進行產品加工時，通常以產品中的主要成分為主要研究對象，它可以調節實際生產中的相關數據參數，在根據產品生產的特殊要求，通過系統上面的主要控制機器控制生產過程中其他的數據。PLCPID調節變頻調速器電子皮帶秤Qp+實際流量設定流量 圖2.2 流量PID閉環調節 只要系統開始啟動，加工物配比生產線也開始運行。運行前，要先進行系統的全新程序調整，把符合生產要求的數值輸入系統的控制器，然后要檢查存放加工物的容器中是否有足夠的加工物品，如果容器中的加工物不滿足生產所需要求，那么要先向容器中添加加工物，所有檢查程序結

21、束后，就可以開始產品的加工生產了。在實際操作運行時，如果系統的運行參數和上面的控制機器所規定的值有出入時，通過調節器對出入進行調節，以滿足系統的要求。按照配方工藝的要求，進行輔料的添加，然后對按比例配比混合的物料進行記重。PLC和上位機對系統中的主料秤和輔料秤進行兩級控制。現在拿1#，2#，3#，4#四臺電子皮帶秤舉例子，進行自動編程的分析，整個運行系統中的相關器件作為分析過程中的被控對象。電機的開始旋轉和停止運作。頻率可變的控制器，只接受的輸出信號是數字，然后經過一番調節之后搖身一變，成了高頻脈沖。裝加工物的容器里面也有一個感應器，它主要是感受容器里面到底有多少材料，電機里面有一個專門感應電

22、機運轉速度的傳感器。系統需8個數字量輸入信號，25個開關量輸入信號和24個開關量輸出信號，I/O點總數量為57。I/O點數量和類型如表1所示。 表2.1 PLC I/O口數量和類型 I/O類型數字量輸入點數開關量輸入點數開關量輸出點數 信號類型 流量信號4按鈕3電磁閥4速度信號4料位傳感器8信號燈8變頻器故障4接觸器9變頻器運行4變頻器調速信號3自動、手動切換開關SA2跑偏監測電位器RP24小計3324總計33/24不同的貴公司使用的PLC各有千秋，但是大部分都是一些像SIMATIC S7-/300一樣的小東西，它還有好多不同的單元格，不同單元格之間可以相互配對，形成滿足不同要求的新的程序單元

23、格。從被控對象的I/O點數，自診斷功能等方面考慮，選用SIEMENS公司S7-300系列PLC的CPU 315-2DP 最為合適。CPU 315-2DP是唯一帶現場總線（PROFIBUS）SINEC L2-DP接口的CPU模板。2.4 PLC控制系統軟件設計 西門子公司研發的相關產品數量之多，但他們S7-300系列的PLC是其公司比較受歡迎的產品了，它所用的編程語言是STEP7。STEP 7編程軟件，通過使用一些特殊的運行手法，實現它的離線操作，就算離線操作，它也不影響信息通過各種方式直接到內部進行運行。在系統運行過程中，有很多需要進行調動的地方，在調動的時候，系統并不會放棄對正在運行的系統的

24、內部數據的監控，這種不間斷的監控，使得系統里面的數值處在動態的恒定變化中，為操作系統的運行提供了巨大的好處。客戶使用的程序其實已經被STEP7劃分的成各種類型的小單元了。系統單元和用戶單元是程序分類的兩種類別。在本系統中，PLC的任務也是有很多的。不僅要好好的接受外部按鈕產生的信號數據，還要保證系統內部的相關信號被接收和控制。再把這些信號數據進行綜合整理分析，將分析結果上傳至上面的總控制機器，在由其對各個分系統進行統籌，確定任務，從而實現自動產品裝配機的全自動。自動配料程序共有OB 1及FC1至FC6等7個“塊”。主程序是OB1，想要組織好整個程序，就要調用6個“CALL”語句，從而依次調用F

25、C1至FC6等6個功能模塊，6個功能塊在程序運行時的任務分別是： FC l 負責設定系統啟動以及啟動后的運行方式;FC2 負責對系統的停止進行設定; FC3 負責控制在加料物時，計量泵和計量泵的配比;FC4 負責設置在運行過程中出現故障、事故時的處理控制; FC5 負責控制對變頻器; FC6 負責控制指示燈的顯示在本系統中，PLC的任務也是有很多的。不僅要好好的接受外部按鈕產生的信號數據，還要保證系統內部的相關信號被接收和控制。再把這些信號數據進行綜合整理分析，將分析結果上傳至上面的總控制機器，在由其對各個分系統進行統籌，確定任務，從而實現自動產品裝配機的全自動。3 系統各環節功能設計及檢測3

26、.1 PLC主循環程序OB1和初始化程序OB1001.主循環程序主循環在程序中，通過對各級機器以及各級程序的運行狀態進行精準控制，從而實現廠家對產品生產的要求。先將“停止模式”置位，接通后將 “測皮模式”“標秤模式”“運行模式”復位。當“運行模式”、“測皮模式”“標秤模式”接通后，將“停止”開關復位。程序如下：假如信號接通了，不管其他條件具備的如何，都只有在各路的壓力信號都比零大才可以運行。將每一路的壓力信號檢測值賦零。程序段9：2.初始化程序初始化系統的程序是先將 “測試模式”和“停止模式”置位，在“停止”接通后，在進行“運行”“測皮”“標稱”的復位，將MD值賦零。3.2 中斷程序OB35O

27、B35用于調用其他環節的各個模塊程序如下：多路仿真環節和數據檢測環節的調用多路PID和報警環節的調用程序：累計和輸出模塊的調用：測皮和標秤模塊的調用程序：3.3 控制輸出功能模塊FC1和FC101此模塊實現輸出數據的轉換，功能實現后數據在04095范圍之內。1.單路控制輸出梯形圖設計2.多路控制輸出FC101是以一路為例，程序如下：3.4 PID運算FB1和FB101在很早以前微分調節控制技術就已經發展起來了，因為它自身兼具了很多的優點，以至于在歷史發展的長河中，它的發展前景日益迅速。在實際的運用和理論的研究上起著不可或缺的作用。本設計系統的核心也是建立在PID基礎上的控制模塊。作為發展歷史悠

28、久的控制算法，它也經歷的發展和革新。并在發展中不斷的進步，優化自身的功能品質，為現在的工廠生產提供了強有力的助力。調節原理大致基于方程式： ； u(k)為t=KT時的控制量。1. 單路PID先計算出偏差量賦給ek 按照調節原理進行相應的運算，分別乘以系數后進行比例、積分、微分各環節的運算。2.多路PID FB101以一路為例，程序如下：3.5報警功能FC3和FB3在系統運行不通暢的時候，系統需要做出報警的動作，在這種特殊狀態時，程序就開始進行報警。1.單路報警模塊設計FC3在系統上面的高級控制區設定好一個界限，信號超過界限進入上限，低于界限，歸入下線。出現意外狀況的次數累計到一定數值，開始報警

29、。2.多路報警FB3報警置位，接通后報警停再置位，運行后“運行模式”復位。3.6累計功能FC4和FB4系統對每個周期的量要進行累積相加1. 單路累計模塊梯形圖設計FC42. 多路累計模塊FB4以一路為例，程序如下：3.7數據檢測FB2和FB1021. 單路數據檢測FB22. 多路檢測FB102，調用FB2。以一路為例，程序如下：3.8測皮重FB5和FB1O51.單路測皮重梯形圖設計FB5分為五步操作第一步：皮重和記錄次數都賦零第二步：等待30后再測皮第三步：測取皮重并進行數據類型的轉換，測皮時間定為三分鐘，測皮次數累計。第四步：講多次測量結果去平均值，得出皮重。1. 多路測皮模塊FB105多路

30、時調用FB5模塊以1路為例：3.9標定秤FB6以一路為例，程序如下：3.10 運行初始化FC10在系統檢測到數值之前，要保證各項賦零或賦予初始值，這就是初始化程序的作用。3.11仿真模塊FB10和FB1101. 單路仿真程序FB10，由FB110調用。讓檢測量pv逐漸逼近于控制量mv，從k時刻到k+1時刻的變化需要乘以一個誤差系數，程序中設為0.01,pv(k)=pv(k-1)+0.01mv(k)-pv(k-1) 2.多路仿真FB110以一路為例，程序如下：4 對系統的模擬仿真及調試因為在系統運行中，不可能是系統運行的工作環境完全真空，所以，系統運行中或多或少都會受到外界的影響。為了讓設計的實

31、驗能夠更好地在實際產品生產中得到應用，所以一定要對設計成果進行仿真調試。為了解決這個問題，西門子公司為S7300 PLC提供了一個專用的仿真軟件S7PLCSIM。4.1模擬仿真組態用軟件PLCSIM S7-PLCSIM功能及介紹1.S7-300和S7-400PLC的用戶程序功能十分強大，不僅通過自身的能力，還可以充分利用S7-PLCSIM的離線操作功能，實現其對于模擬PLC的各個部件的瀏覽，對于一些簡單的操作，有時候都不并用系統中較為高級的程序進行檢測，只需要在模擬的窗口進行模擬操作。2.可以對定時器自動運行和手動運行進行監視和修改3.該軟件還可以進行多項相關數據的讀寫。4.在仿真的PLC中，

32、可以中斷組織測試程序，通過記錄操作事件和記錄回放，來對程序進行測試。 S7-PLCSIM的主要組成部分1. CPU 視圖對象。想要對這個對象進行模擬檢測的話，在模擬程序已啟動，該對象就會顯示出來，對于其工作狀態的選擇，用戶都可以進行自行選擇。2 .插入視圖對象。3. PLC文檔、LAY文檔。 配置過程先安裝 step 7然后再裝PLCsim。這樣在simatic管理器里面，就有一個啟動 plcsim的圖表，點擊就可以啟動plcsim了。WinCC V5.1 的缺省安裝還不夠， 必須在“通訊”組件下，選擇安裝“S7Dos”和“對象管理器”組件。 如下圖所示：圖4.1 對象管理器配置step7 和

33、 PLCsim1)打開 step7 管理器，打開原來組態好的工程。2)點擊圖表啟動 plcsim程序。3)打開硬件配置，查看CPU上MPI接口的號碼(比如我這是 MPI地址為5)。4)點擊下載硬件配置，出來的對話框中選擇通過 MPI address=5來連接CPU。圖4.2 硬件地址配置5)然后下載已經編好的程序 blocks 到 PLC中，并啟動PLCsim 到運行狀態。這樣就完成了配置，step7可以進行程序的在線調試和查看出錯信息等操作。PLCsim只支持 MPI 協議的連接，如果你的WinCC工程不是使用的MPI協議，暫時成 MPI協議(全選，剪切，粘貼)。1)如果沒有s7 suit驅

34、動，添加它。2)MPI驅動下新建 一個連接， MPI地址選5。3)將事先設置好的tag變量，剪切粘貼到 MPI連接下， 地址之類的信息都不需要進行改動。4)運行wincc工程即可。WinCC自帶的通道診斷工具可以用來查看PLCsim是否被鏈接成功了。   開始-> simatic -> wincc -> tools -> Channel Diagonisis 圖4-3 運行診斷4.2 模擬組態步驟1. 打開WinCC v5.1 和STEP 7 v5.1 軟件2. 將制作完成的上位機和下位機分別打開3 .打開仿真軟件S7PLCSIM4 .導入下位機模塊

35、，選擇仿真軟件的RUNP項5 .激活上位機軟件，進入組態畫面6 .組態完成，可以監控系統運行結 語通過這次設計，使我對PLC技術更加深了一步，對STEP7編程軟件也有了一定的認識，對S7-300系列PLC有了更深的了解，尤其是在進行PLC梯形圖的編程過程中，我又學習到了很多的編程技巧和相關知識。對控制系統的設計過程有了一個整體的認識，從而能設計出一套比較完整的皮帶秤PLC控制系統梯形圖。我感謝這次設計以及在設計過程中幫助我的同學和老師，讓我有機會對大學期間所有知識有一個總結，也是所學理論與實踐的結合，使我受益非淺。同時還培養了我獨立思考問題、分析問題、解決問題的能力，為今后的工作打下了堅實的基

36、礎。也讓我意識到一個完整的系統要團結合作才能達到最好的效果，學習需要交流。致 謝在各位老師的悉心指導下，此次設計和論文才得以完成的。我被你們嚴謹的科學態度，一絲不茍的治學精神和孜孜不倦的工作作風深深地感染。從本課題的選題到實驗設計到最后的完成，你們一直都給予我耐心細致的指導。在此謹向各位老師們致以最真摯的感謝和崇高的的敬意。感謝武昌工學院在我大學期間對我的大力栽培；感謝老師們孜孜不倦的為我傳道授業解惑，讓我打下堅實的理論基礎，提升了我的實踐能力；同時還要感謝我所有的同學們，感謝大家讓我學會了在合作中競爭，在競爭中進步，在進步中實現共贏。在撰寫論文的過程中，我的理論知識體系也在不斷地深入和成熟。也希望在未來的工作和生活過程中，自己仍能一直擁有一顆求知的心，仍能不斷學習，不斷的完善自我。最后，希望能夠在以后的學習和研究生涯中以更加出色的成績來答謝所有給予過我關心和幫助的老師和同學！再次感