目錄1.引言11.1PLC的概述11.2PLC的特點11.3控制要求21.4設計任務21.5設計報告32系統總體方案設計42.1系統硬件配置及組成原理42.2系統變量定義及分配表42.3系統接線圖設計62.4系統可靠性設計63控制系統設計93.1控制程序流程圖設計93.2控制程序時序圖設計103.3控制程序設計思路104上位監控系統設計104.1PLC與上位監控軟件通訊114.2上位監控系統組態設計114.3實現的效果125系統調試及結果分析105.1系統調試及解決的問題135.2結果分析13結束語14參考文獻15附錄16一、引言1.1PLC的概述可編程控制器〔PROGRAMMABLECONTROLLER，簡稱PC〕。與個人計算機的PC相區別，用PLC表示。PLC是在傳統的順序控制器的根底上引入了微電子技術、計算機技術、自動控制技術和通訊技術而形成的一代新型工業控制裝置，目的是用來取代繼電器、執行邏輯、記時、計數等順序控制功能，建立柔性的程控系統。國際電工委員會〔IEC〕公布了對PLC的規定：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原那么設計。1.2PLC的特點1〕編程方法簡單易學梯形圖是使用的最多的PLC編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術人員只需花集天地的時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。梯形圖語言實際上是一種面向用戶的高級語言，PLC在執行梯形圖程序時，將它“翻譯〞成匯編語言后在執行。〔2〕功能強，性能價格比擬強一臺小型PLC內有成百上千個可供用戶使用的編程軟件，可以實現非常復雜的控制功能與相同功能的繼電器系統相比，具有很高的性能價格比。PLC還可以通過通信聯網實現分散控制?！?〕硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強PLC產品已經標準化、系列化、模塊化，配備有平準齊全的各種硬件裝置供用戶選擇，用戶能靈活方便的進行系統配置，組成不同功能、不同規模的系統。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC由較強的帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和中小型交流接觸器。硬件配置確定后，通過修改用戶程序，就可以方便、快速的適應工藝條件的變化。〔4〕可靠性高、抗干擾能力強傳統的繼電器控制系統中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現故障。PLC用軟件代替中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件元件，接線可以減少到繼電器控制系統的十分之一甚至百分之一。PLC使用了一系列的硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間到達數萬小時以上，可以直接用于由強烈干擾的工業生產現場，已被公認為做可靠的工業控制設備之一?！?〕系統的設計、安裝、調試工作量少PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，是控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減小?！?〕維修工作量小、維修方便PLC的故障率很低，具有完善的自診斷功能。〔7〕體積小、能耗低對于復雜的控制系統，使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型PLC的體積僅相當于幾個繼電器的大小，因此可以將開關柜的體積縮小到原來的1/2甚至1/10。1.3控制要求小車系統由直流電機、繼電器、小車和4個站臺等組成，每個站臺有檢測傳感器、指示燈和按鈕。采用S7-200PLC進行控制，控制要求如下：1.小車起始位置停在x〔x=1～4〕號站臺，SYx傳感器為ON;2.假設y(y=1～4)號站臺呼叫，如果：①x﹥y，小車左行到呼叫站臺停車；②x﹤y，小車右行到呼叫站臺停車；③x=y，小車停止；3.小車在SY1和SY4處要有可靠的保護功能，自動往返或準確停車，不能向外撞；4.小車路過每個站臺要有指示燈顯示；但LB1和LB4燈要閃3次；1.4設計任務學生根據控制要求，明確設計任務，擬定設計方案與進度方案，運用所學的理論知識，進行小車多方式運行的控制原理設計、硬件系統設計、軟件系統設計、創新設計，提高理論知識工程應用能力、系統調試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內容包括：1.設計出硬件系統的結構圖、接線圖、時序圖等；2.系統有啟動、停止功能；3.運用功能指令進行PLC控制程序設計，并有主程序、子程序和中斷程序；4.程序結構與控制功能自行創新設計；5.用組態王監控組態軟件，設計出上位監控系統；6.進行系統調試，實現小車多方式運行的控制要求。1.5設計報告課程設計報告要做到層次清晰，論述清楚，圖表正確，書寫工整；詳見“課程設計報告寫作要求〞。二、控制系統總體方案設計2.1系統硬件組成〔要有系統組成圖〕小車系統由直流電機、繼電器、小車和4個站臺等組成，每個站臺有檢測傳感器、指示燈和按鈕。2.2系統變量定義及分配表經過對控制過程和要求的詳細分析，明確了具體的控制過程。1.小車起始位置停在x〔x=1～4〕號站臺，SYx傳感器為ON;2.假設y(y=1～4)號站臺呼叫，如果：①x﹥y，小車左行到呼叫站臺停車；②x﹤y，小車右行到呼叫站臺停車；③x=y，小車停止；3.小車在SY1和SY4處要有可靠的保護功能，自動往返或準確停車，不能向外撞；4.小車路過每個站臺要有指示燈顯示；但LB1和LB4燈要閃3次；如上所述，由此可以得出所需PLC的輸入點9個，輸出點6個。本設計使用9個輸入繼電器，6個輸出繼電器，6個輔助繼電器〔各輔助繼電器的功能在程序程序對應局部會有說明〕。輸入輸出繼電器的選擇與對應關系如下表：表2-1I/O分配表輸入功能說明輸出功能說明I0.0/I0.1啟動/停止KM1Q0.0左行SB1I1.0呼叫站臺1KM2Q0.1右行SB2I1.1呼叫站臺2LB1Q10.0第一個站臺的指示燈SB3I1.2呼叫站臺3LB2Q10.1第二個站臺的指示燈SB4I1.3呼叫站臺4LB3Q10.2第三個站臺的指示燈SY1I2.0限位1LB4Q10.3第四個站臺的指示燈SY2I2.1限位2SY3I2.2限位3SY4I2.3限位42.3系統接線圖設計2.4系統可靠性設計干擾的形成需要同時具備3個要素，即干擾源、耦合通道和對干擾敏感的受擾體。因此，抗干擾的原那么是抑制干擾源、破壞干擾通道和提高受擾體的抗干擾能力。硬件抗干擾技術是系統設計時的首選措施，它能有效抑制干擾源，阻斷干擾傳輸通道。2.1電源的選擇電網干擾串入PLC系統主要是通過供電電源(如CPU電源、I/O電源等)、變送器供電電源和與PLC系統具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合而來。對于PLC系統供電的電源，一般都采用隔離性能較好的隔離變壓器；對于變送器和共用信號儀表供電應選擇分布電容小、抑制帶大(如采用屢次隔離和屏蔽及漏感技術)的配電器，以減少干擾。2.2輸入輸出的保護輸入通道中的檢測信號一般較弱，傳輸距離可能較長。因檢測現場干擾嚴重和電路構成往往模數混雜等因素使輸入通道成為PLC系統中最主要的干擾進入通道。在輸出通道中，功率驅動局部和驅動對象也可能產生較嚴重的電氣噪聲，并通過輸出通道耦合作用進入系統。采用數字傳感器采用頻率敏感器件或由敏感參量R、L、C構成的振蕩器等方法使傳統的模擬傳感器數字化，多數情況下其輸出為TTL電平的脈沖量，而脈沖量抗干擾能力較強。對輸入輸出通道進行電氣隔離用于隔離的主要器件有隔離放大器、隔離變壓器、縱向扼流圈和光電耦合器等，其中應用最多的是光電耦合器。利用光耦合把兩個電路的地環隔開，兩電路即擁有各自的地電位基準，它們相互獨立且不會造成干擾。模擬量的輸入輸出可采用V/F、F/V轉換器V/F(電壓/頻率)轉換過程是對輸入信號的時間積分，因而能對噪聲或變化的輸入信號進行平滑，所以抗干擾能力強。2.3完善接地系統在任何包含有電子線路的設備中，接地是抑制噪聲和防止干擾的重要方法。接地設計的兩個原那么是:消除各電路電流流經一個公共地線阻抗所產生的噪聲電壓；防止形成地環路。地線系統合理布置PLC系統中的地線可劃分為數字電路的邏輯地線、模擬電路的模擬地線、繼電器和電動機等大功率電氣設備的噪聲地線以及儀器機殼等的屏蔽地線等幾種，這些地線應該分開布置,并在一點上與電源地相連。單點接地與多點接地選擇在低頻電路中,信號頻率低于1MHz時，它的布線和元器件間的電感影響較小,而接地電路形成環流所產生的干擾影響較大,因而單元電路間宜采用一點接地；當信號工作頻率大于10MHz時,地線阻抗變得很大,宜采用多點接地法；當工作頻率在1~10MHz之間時,如果用一點接地,其地線長度不超過波長的1/20,否那么宜采用多點接地法。接地線盡量加粗,減小接地阻抗。2.4PLC自身的改良PLC線路板的抗干擾措施選用脈動小、穩定性好的直流電源，連接導線用銅導線，以減小壓降；選用性能好的芯片，以滿足抗沖擊、振動、溫度變化等特殊要求；對不使用的集成電路端子應妥善處理,通常接地或接高電平使其處于某種穩定狀態。在設計線路板時，盡量防止平行走線，在有互感的線路中間要置一根地線，起隔離作用；每塊印刷電路板的入口處安裝一個幾十μF的小體積大容量的鉭電容作濾波器。印刷板的電源地線最好設計成網狀結構，以減少芯片所在支路的地線瞬時干擾；電源正負極的走線應盡量靠近。整機的抗干擾措施在生產現場安裝的PLC應采用金屬盒屏蔽安裝,并妥善接地。置于操作臺上的PLC要固定在銅板上,并用絕緣層與操作臺隔離,銅板應可靠接地三、控制系統梯形圖程序設計3.1控制程序流程圖設計圖3-1控制程序流程圖3.2控制程序時序圖設計3.3控制程序設計思路1、小車對站臺呼叫的反響電路取兩個存放器，分別存放呼叫的站臺以及小車?？康恼九_〔本文的設計中這兩個存放器分別為D0和D1〕，顯然，我們可以通過cmp指令進行x，y的大小判斷，當x>y時，執行左行命令(即本文設計程序中的SETY1指令)；當x<y時，執行右行命令(即本文設計程序中的SETY2指令)；當x=y時，執行左行命令(即本文設計程序中的RSTY1和RSTY2指令)。在這樣的思路下，我們不可防止的將遇到三個問題：如何在D0中存放所呼叫的站臺？如何準確獲取并在D1中存放小車停靠的位置？執行左行或右行命令后，如何使得小車在指定站臺停止,并同時記錄下新的停靠位置，即更新D1存放器的內容？對于第一個問題，直接運用mov指令即可。方法是設置四個輸入繼電器x1,x2,x3,x4分別表示第i個站臺呼叫，當xi接通時，執行movkiD0，(i取1、2、3，4)。對于第二個問題，解決方法是當小車停止時，即相應的到位開關SQ1、SQ2、SQ3或SQ4接通時，執行movKiD1，(i取1、2、3，4)。第三個問題，判斷小車停止的條件是使用到位開關SQ，本文的程序里使用四個繼電器x11,x12,x13,x14來表示。2、小車路過站臺時指示燈的顯示本文的程序里用Y10,Y20,Y30,Y40分別表示第1、2、3、4站臺的指示燈。根據題目要求，當小車路過站臺時，對應的站臺的指示燈要亮，對于第2,3站臺指示燈，這個效果直接用指令LDX12,OUTY20;LDX13,OUTY30即可控制。但是對于第1、4號站臺，要求指示燈閃爍三次，那么像上面這樣簡單的指令是不能滿足要求的，需要引入定時器〔用以控制“閃爍〞的間隔時間〕和計數器〔用以控制閃爍“3次〞〕。詳細控制圖和程序見后文。另外，考慮到這兩個站臺指示燈的功能相同，因此程序里可以使用子程序，以減少定時器、計數器和繼電器的個數，同時亦能提高程序運行的效率和可靠性。四、上位監控系統設計4.1PLC與上位監控系統軟件通訊整個監控系統由A/D模塊、D/A模塊、CPU、傳感器、電氣轉換器、平板電腦組成。A/D模塊的功能是將通過傳感器采集到的數據轉換成數字量,以便CPU進行處理。CPU的功能是處理各種信息,對A/D模塊的數據進行PID處理。D/A模塊的功能是將PID處理后的輸出數字量轉換成模擬量。上位機對數據進行分析、存盤、綜合處理、打印、報警、圖形顯示、人機對話,并可通過數據傳送對PLC進行控制。4.2上位監控系統組態設計1、窗體設計在軟件的編程過程中，人機界面〔MMI〕非常重要，因為它直接與操作員產生信息交流，友好的人機界面要求能真實再現控制設備的狀態以及準確的采集所需參數的數據，這主要依靠VB6.0的控件組合及原代碼完成。整個人機界面包括硫化狀態畫面〔主畫面〕、實時曲線畫面、數據查看畫面、歷史曲線畫面、工藝編輯畫面、報警畫面、口令畫面、開關狀態畫面，各畫面間可以相互切換.當然也可根據用戶習慣編輯不同的人機界面，具有很好的靈活性。它實時采集硫化機溫度壓力信號,并將其保存在以日期為名稱的數據庫里。顯示每鍋輪胎硫化的時間、步序參數數據,產量、膠囊計數、本機目前的信息也一目了然,棒圖控件能動態說明每條輪胎的硫化進程,并有百分數提醒操作員。如果某一閥門翻開，主畫面中相應閥門名稱的顏色變化,管路里就會有液體流動的動畫,形象再現了閥門狀態的變化,這可以在Picture控件中應用API函數實現.清零菜單可分別對左右計數和產量進行清零.單擊“通訊〞按鈕通過串口與PLC通信,進行數據交換,數據采集頻率可在Timer控件中設定.插入公司的商標,與其它控件協調組合,整個主畫面就相當完美了。主畫面為監控系統的窗口，根本上所有操作員需要了解的數據都集中在這里,其畫面的友好程度及功能的完整性直接影響人機界面成功與否。實時曲線畫面實時跟蹤硫化機的溫度壓力參數,可分為圓盤型和直線型。圓盤型尊重原有圓盤記錄儀的習慣,以一天為單位,實時記錄每一時間的數值,在實時數據與上一時間數據間畫圓弧,這樣能準確顯示數值的變化情況。直線型以一小時(一般輪胎硫化時間在一小時內)為單位顯示,如果采集完一個小時數據,那么實時曲線以采集頻率從右向左漂移,這時在Picture控件最右端顯示當前數值對應的曲線，這種動態漂移效果可由WINDOWSAPI函數實現。這兩種曲線方式各有千秋,前者可以直觀了解當天所有輪胎的曲線情況,但上位機的顯示屏顯示一天數據,圖形就顯得小,分辨率不高。后者清晰度高,但只能顯示當前一段時間的曲線,如果需要更長時間的曲線,得從歷史畫面中查看。一般來講,兩者兼顧應用,相得益彰。每天采集的數據都存放在當天的數據庫里,要查看哪天的曲線只要翻開該天的數據庫就可以畫出該天的歷史曲線。

工藝編輯畫面:所有需要修改的參數都集中在工藝編輯畫面里,步序、分步時間、閥門狀態、PID參數、延時設定、硫化規格、機號都可修改。該畫面功能多,操作較為復雜,但主要還是圍繞數據庫做文章。建立一個數據庫與Treeview控件聯接,數據庫中包括各種工藝號,每個工藝號為一個表(Table)。單擊表名，該表的內容顯示在Datagrid控件中，可以通過鍵盤修改表的內容，如果想在表中添加步序，單擊Adodc控件“＞〞處，在Datagrid控件最后就會添加一行空格，按需要添入數值就行了，但最多不能超過16行，當然也可用“刪除工藝〞鍵將選中的步序從表中除掉，如表已添好，選擇“工藝傳輸〞或“參數傳輸〞將數據下載到PLC。按添加“加工工藝〞按鈕，可滿足用戶輸入多種工藝參數，供使用時選擇。按下“刪除工藝〞可將不需要的工藝號從數據庫中刪除?！爸孛暱筛淖儽淼拿Q。本軟件提供十種輪胎規格供用戶選擇，用戶也可按自己的習慣修改規格內容。工藝編輯畫面的內容較多，不同用戶要求也不同，在設計畫面時，應充分考濾用戶的意見?？诹町嬅嫦拗撇僮鲉T的訪問權限，確保工藝的保密性，防止不必要的誤操作?？诹羁梢栽谳斎胝_口令后修改。

報警畫面顯示設備的報警信息，一旦出現異常情況，報警畫面中顯示報警文字和指示燈信息，同時連接在上位機上的音箱發出聲音提醒操作員及時采取措施處理故障。如條件不容許，也可將報警信息傳送給報警鈴。開關狀態畫面顯示PLC的I/O狀態，將硫化機所有開關的I/O對應相應控件，控件顏色的改變映射相應的I/O狀態改變，操作員從畫面中能判斷硫化機的運行狀態。同時，也方便維修。畫面組態后，需用代碼將控件聯系起來，以便到達理想效果。4.3實現的效果上位機監控系統界面友好、控制平安可靠、精度高、數據存儲量大,可以根椐用戶要求開發不同的人機界面、靈活性好,相對前幾種記錄方式大大節約了本錢,降低了系統的維修費用,且存在功能多、使用方便簡潔。上位機,把現場數據通過傳感器采集經PLC處理后送入上位機,組成一個監控系統。上位機豐富的資源可以對采集到的數據進行分析、存盤、運算、打印、報警、進行各種相應的顯示,并可通過數據傳送對PLC進行控制。五、系統調試及結果分析5.1系統調試及解決的問題按要求輸入梯形圖，檢查并編譯。本次設計實驗里，正確輸入梯形圖，編譯成功。同時通過在線工作后把程序寫入可編程序控制器的程序存儲區，然后進行運行調試，在前面正確操作和正常進行的根底上，使PLC進入運行狀態，觀察運行情況，結果是本PLC設計運行正常，沒有未知錯誤，對于多組不同站臺呼叫的檢測數據，小車均能夠以預想的行動路線運動，即能夠實現循環工作。5.2結果分析根據以上調試情況，該小車多方式運行的PLC控制設計符合要求。六、結束語通過此次課程設計，讓我對PLC梯形圖、指令表、順序功能圖有了更好的了解，也讓我了解了關于PLC設計原理。有很多設計理念來源于實際，從中找出最適合的設計方法。PLC課程都是極理論的東西，所做過的幾個實驗也都是在程序圖的情況下學習使用編程器，這并不能提高PLC的設計水平，而這次的課程設計是從根本上讓我們理論聯系實際，在這種根據實際狀況進行系統設計的情況下能夠讓我們對PLC有更深刻的認識。不積跬步何以至千里，課程設計是大學學習階段非常難得的理論與實際相結合的時機，通過這次課程設計，我擺脫了單純的理