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四节传送带自动运行系统

四节传送带自动运行系统

【摘要】以组态王6.53为开发平台，可编程控制PC机上位机，对四节传送带自动运行系统的软硬件进行了设计，实现了系统的动态显示，并提供有好的人机界面，可靠性高，可维护性强。
【关键字】 四节传送带 PLCS7-200 组态王 监控

引言
随着计算机科学的发展，微控制器已深入地渗透到我们的生活中。今天我们的生活环境和工作环境越来越多称之为可编程控制器的小电脑在我们服务，可编程控制器在工业控制，尖端武器，通信设备，信息处理，家用电器等各测、控制领域的应用中独占鳌头。我们作为21世纪的大学生必须具备可编程控制器的知识。
组态软件是数据采集与过程控制的专用软件，他们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境的基础之上，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态王6.53提供了资源管理器式的操作界面，并且提供了以汉字为关键字的脚本语言和多种硬件驱动程序。以组态王6.53为开发平台，可编程控制PC机上位机，对四节传送带自动运行系统的软硬件进行了设计，实现了系统的动态显示，并提供有好的人机界面，可靠性高，可维护性强。

1、实验目的与实验内容及要求
1.1实验目的
学会使用组态软件（推荐选用组态王软件）和PLC（推荐选用SIMEINS S7-200）控制系统连接，采用下位机执行，上位机监视控制的方法，构建完成全四节传送带自动运行系统工作模拟系统。
1.2实验装置与附件
（1）TKPLC-1型实验装置一台
（2）安装了STEP7-Micro/WIN32编程软件和组态软件的计算机一台。
（3）PC/PPI编程电缆一根。
（4）连接导线若干。
1.3控制要求
有一个用四条皮带运输机的传送系统，分别用四台电动机带动，控制要求如下：启动时先起动最末一条皮带机，经过5秒延时，再依次起动其它皮带机。停止时应先停止最前一条皮带机，待料运送完毕后依次停止其它皮带机。当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止，而该皮带机以后的皮带机待运完后才停止。例如M2故障，M1、M2立即停，经过5秒延时后，M3停，再过5秒，M4停。当某条皮带机上有重物时，该皮带机前面的皮带机停止，该皮带机运行5秒后停，而该皮带机以后的皮带机待料运完后才停止。如，M3上有重物，M1、M2立即停，再过5秒，M4停。
1.4四节传送带的模拟实验面板图：

图1.1四节传送带的模拟控制面板
图1.1下框中的KM1、KM2、KM3、KM4分别接主机的输出点Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4；SB1、SB2分别为主机的输入点I0.0、I0.5；表示负载或故障设定的A、B、C、D分别接主机输入点I0.1、I0.2、I0.3、I0.4。上框中启动、停止用动合按钮来实现，负载或故障设置用钮子开关来模拟，电机的停转或运行用发光二极管来模拟。
2、PLC编程控制
2.1功能分析
实现系统的控制要求，分出现故障和重载两种情况进行编程
2.2设计任务的确定
2.2.1 PLC I/O点统计
四节传送带自动运行系统控制线路如图1.1所示。SB1、SB2和A、B、C、D外部按钮是PLC的输入变量，KM1、KM2、KM3和KM4是PLC的输出变量，PLC的I/O端子分配表2.1如下所示。

输入端子
输出端子
名称
代号
端子编号
名称
代号
端子编号
启动按钮
SB1
I0.0

停止按钮
SB2
I0.5

A皮带机故障或负载
A
I0.1
A皮带机运行状态
KM1
Q0.1
B皮带机故障或负载
B
I0.2
B皮带机运行状态
KM2
Q0.2
C皮带机故障或负载
C
I0.3
C皮带机运行状态
KM3
Q0.3
D皮带机故障或负载
D
I0.4
D皮带机运行状态
KM4
Q0.4
表2.1 四节传送带自动运行系统PLC的I/O端子分配表
2.2.2 PLC选型
西门子S7-200CN plc
2.2.3实验程序
根据出现故障时的控制要求可编出如下故障程序：

Network 1 // 故障时,启动:最末一条皮带机（D)启动
// 网络注释
LD I0.0
O M1.0
AN I0.5
S Q0.4, 1
= M1.0

Network 2 // 延时5秒
LD M1.0
TON T37, +50

Network 3 // C启动
LD T37
S Q0.3, 1
= M2.0

Network 4 // 延时5秒
LD M2.0
TON T38, +50

Network 5 // B启动
LD T38
S Q0.2, 1
= M3.0

Network 6 // 延时5秒
LD M3.0
TON T39, +50

Network 7 // A启动
LD T39
S Q0.1, 1

Network 8 // 停止：,A停
LD I0.5
O M4.0
AN I0.0
R Q0.1, 1
= M4.0
Network 9 // 延时5秒
LD M4.0
TON T40, +50

Network 10 // B停
LD T40
R Q0.2, 1
= M5.0

Network 11 // 延时5秒
LD M5.0
TON T41, +50

Network 12 // C停
LD T41
R Q0.3, 1
= M6.0

Network 13 // 延时5秒
LD M6.0
TON T42, +50

Network 14 // D停
LD T42
R Q0.4, 1

Network 15 // A故障， A立即停
LD I0.1
R Q0.1, 1
= M7.0

Network 16 // 延时5秒
LD M7.0
TON T43, +50

Network 17 // B停
LD T43
R Q0.2, 1
= M8.0

Network 18 // 延时5秒
LD M8.0
TON T44, +50

Network 19 // C停
LD T44
R Q0.3, 1
= M9.0

Network 20 // D停
LD M9.0
R Q0.4, 1

Network 21 // B故障 ,A、B停
LD I0.2
R Q0.1, 1
R Q0.2, 1
= M10.0

Network 22 // 延时5秒
LD M10.0
TON T45, +50

Network 23 // C停
LD T45
R Q0.3, 1
= M11.0

Network 24 // 延时5秒
LD M11.0
TON T46, +50
Network 25 // D停
LD T46
R Q0.4, 1

Network 26 // C故障, A、B、C停
LD I0.3
R Q0.1, 1
R Q0.2, 1
R Q0.3, 1
= M12.0

Network 27 // 延时5秒
LD M12.0
TON T47, +50

Network 28 // D停
LD T47
R Q0.4, 1

Network 29 // D故障, A、B、C、D停
LD I0.4
R Q0.1, 1
R Q0.2, 1
R Q0.3, 1
R Q0.4, 1

根据出现重载时的控制要求可编出如下重载程序：

Network 1 // 重载时, 启动:最末一条皮带机（D)启动
// 网络注释
LD I0.0
O M1.0
AN I0.5
S Q0.4, 1
= M1.0
Network 2 // 延时5秒
LD M1.0
TON T37, 50
Network 3 // C启动
LD T37
S Q0.3, 1
= M2.0
Network 4 // 延时5秒
LD M2.0
TON T38, +50

Network 5 // B启动
LD T38
S Q0.2, 1
= M3.0
Network 6 // 延时5秒
LD M3.0
TON T39, +50

Network 7 // A启动
LD T39
S Q0.1, 1

Network 8 // 停止：,A停
LD I0.5
O M4.0
AN I0.0
R Q0.1, 1
= M4.0

Network 9 // 延时5秒
LD M4.0
TON T40, +50

Network 10 // B停
LD T40
R Q0.2, 1
= M5.0

Network 11 // 延时5秒
LD M5.0
TON T41, +50

Network 12 // C电机停转
LD T41
R Q0.3, 1
= M6.0

Network 13 // 延时5秒
LD M6.0
TON T42, +50

Network 14 // D停
LD T42
R Q0.4, 1

Network 15 // A重载
LD I0.1
TON T43, +50
Network 16 // A停
LD T43
R Q0.1, 1
= M7.0

Network 17 // 延时5秒
LD M7.0
TON T44, +50

Network 18 // B停
LD T44
R Q0.2, 1
= M8.0

Network 19 // 延时5秒
LD M8.0
TON T45, +50

Network 20 // C停
LD T45
R Q0.3, 1
= M9.0

Network 21 // 延时5秒
LD M9.0
TON T46, +50

Network 22 // D停
LD T46
R Q0.4, 1

Network 23 // B重载,A立即停
LD I0.2
R Q0.1, 1
= M10.0

Network 24 // 延时5秒
LD M10.0
TON T47, +50

Network 25 // B停
LD T47
R Q0.2, 1
= M11.0
Network 26 // 延时5秒
LD M11.0
TON T48, +50

Network 27 // C停
LD T48
R Q0.3, 1
= M12.0

Network 28 // 延时5秒
LD M12.0
TON T49, +50

Network 29 // D停
LD T49
R Q0.4, 1

Network 30 // C重载, A、B立即停
LD I0.3
R Q0.1, 1
R Q0.2, 1
= M13.0

Network 31 // 延时5秒
LD M13.0
TON T50, +50

Network 32 // C停
LD T50
R Q0.3, 1
= M14.0

Network 33 // 延时5秒
LD M14.0
TON T51, +50

Network 34 // D停
LD T51
R Q0.4, 1

Network 35 // D重载, A、B、C停
LD I0.4
R Q0.1, 1
R Q0.2, 1
R Q0.3, 1
= M15.0

Network 36 // 延时5秒
LD M15.0
TON T52, +50

Network 37 // D停
LD T52
R Q0.4, 1
除了采用Q0.1～Q0.4，I0.0～I0.5,还选用位内存器M0.0～M15.0来实现程序所要到达的功能。
对于定时器指令，S7-200 PLC为用户提供了3种类型的定时器：接通延时定时器（TON）、有记忆接通延时计时器（TONR）、断开延时计时器（TOF）。在次试验中我们选择最常用的TON型。定时器的时间T的计算:T=PT×S。式中：T为实际定时时间，PT为设定时间，S为分辨率。其中TON型定时器的分辨率为100ms。
对于编写好的程序，编译后下载到PLC中，关闭刚才运行PLC的软件，然后对组态王进行设置。

3、组态王设计
3.1组态软件工作原理示意图：
I/O设备
组态软件
人机界面
用户设定

工业对象

3.2软件开发流程：
下面介绍利用组态王6.53软件来开发四节传送带自动运行系统上位机监控系统的流程。
进入组态王，要先建立自己的工程。按照新建工程的向导建立工程以后，既可以在组态王工程管理器重看到自己的工程。双击工程，开始进行参数的设置。

3.2.1通讯设置
组态王软件内嵌了各种不同设备驱动程序来实现与大多数现场设备之间的通信。在设计过程中，通过选择I/O设备及plc很容易实现下位机的通信。在设计过程中，上位机只需要与一个模块进行通信，采用默认的COM1口和相应的默认设置（如波特率），选择通信方式PPI,通信地址2。如图2.1就是设置完成的界面。

如图3.1
3.2.2仿真界面设计
组态王软件提供了丰富的图库，以及方便开发的工具。利用这些图库和开发工具，可以在叫短的时间内开发出我们的图形界面。
根据实验台中运行图及监控要求可设计如图2.2：
界面中有指示总运行状态的指示灯，标定各传送带运行状态的指示灯（同时有流动状态的管道来显示传送带运行情况），各传送带出现过载或负载指示闪烁灯和控制系统运行和停止的按钮，还有实验日期。

图3.2

3.2.3定义变量
变量分为基本类型和特殊类型两大类，基本类型的变量分为内存变量和I/O变量两种。基本类型的变量也可以按照数据类型分为离散、实型，整型和字符串型。
数据库作为上位机与下机位连接的桥梁，是组态王最核心的部分。数据库中变量的集合又称为数据词典，数据词典记录可以供用户使用变量的详细信息。
在仿真界面的静态画面设计好以后，若要建立动效果，首先要建立数据词典，该设计的系统中只用到了I/O离散变量类型，相对来说数据变量比较少。通过设置，分别建立四个传送带状态变量，系统启动和停止变量，四个传送带故障或重载变量。详细设置如下表：
A故障或负载
I/0离散
I0.1
B故障或负载
I/0离散
I0.2
C故障或负载
I/0离散
I0.3
D故障或负载
I/0离散
I0.4
启动按钮SB1
I/0离散
Q0.0
停止按钮SB2
I/0离散
Q0.5
A1
I/0离散
Q0.1
B2
I/0离散
Q0.2
C3
I/0离散
Q0.3
D4
I/0离散
Q0.4
以A故障或负载为例说明过程如图3.3:

图3.3
3.2.4动画连接
动画连接就是要建立画面元素与数据库变量的对应关系。这样，工业现场的数据，如指示灯等，当他们发生横变化时，通过I/O接口，将引起实时数据库中变量的变化，从而使画面元素发生变化，产生动画效果。
由于I/O型变量是动态的，是从下位机PLC中获取的数据，所以此类的变量的动画连接只要将变量和界面的元素连接，不需要设置命令语言。
界面中的系统运行状态指示灯，各传动带运行状态灯，各传动带故障或重载指示闪烁灯，各传动带流动管道，启动停止控制按钮都得进行变量关联。以传送带A故障或负载指示闪烁灯为例进行说明，如下：

4、运行与调试
当连好相应电路，PLC程序编译结束以后，下载到PLC中，运行程序，关掉plc编程软件，启动组态王软件，当操作者按启动按钮，此时不仅实验台上的皮带机从最末一台（D）依次间隔5秒开始启动，相应组态王界面上的指示灯的启动指示灯随着相应皮带机的启动而亮；操作者给某一皮带机故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止，而该皮带机以后的皮带机待运完后才停止，同时组态王界面上的指示灯也相应动作；操作者给某一传送带重载时，该皮带机前面的皮带机停止，该皮带机运行5秒后停，而该皮带机以后的皮带机待料运完后才停止，同时组态王界面上的指示灯也相应动作；操作者按启动按钮时，先停止最前一条皮带机，待料运送完毕后依次停止其它皮带机，当然组态王界面上的指示灯也相应动作。当操作者按界面上的启动停止按钮时，试验台也发生相应动作。
综上，运行结果与实验要求完全一致！
5、实验小结
“组态王”是在PC机上建立工业控制对象人机接口的一种智能软件包，它将CPU、ROM、RAM、I/O接口、定时器/计数器等计算机的主要部件集成在一块大规模集成电路芯片中，由于具有体积小、价格底、性能高、应用开发简捷等优点，所以在工业控制、生产自动化、机械、电器、智能仪器仪表、信息家电、航空航天、通信导航、汽车电子等领域，都得到了日益广泛的应用。“组态王”以 Windows 中文操作系统作为其操作平台，具有图形功能完备，界面一致友好，易学易用的特点。该软件包由工程管理器（ProjManager）、工程浏览器 （TouchExplorer）、画面运行系统（TouchVew）三部分组成。ProjManager用于新建工程、工程管理，并能对已有工程进行搜索、备份及有效恢复，实现数据字典的导入和导出。TouchExplorer是“组态王”软件的核心部分和管理开发系统，是应用工程的开发环境，内嵌画面开发系统，可完成对画面的设计、动画的连接等工作。TouchVew是“组态王”软件的实时运行环境，用于显示画面开发系统中建立的动画图形画面，并负责数据库与I/O服务程序的数据交换，通过实时数据库管理从一组工业控制对象采集到的各种数据，并把数据的变化用动画的方式形象地表示出来，同时完成报警、历史记录、趋势曲线等监视功能，并可生成历史数据文件。在TouchExplorer的画面开发系统中设计开发的画面应用程序必须在TouchVew运行环境中才能运行。
通过此次生产实习，我不仅把知识融会贯通，对组态王的图形构建和参数设置，以及与西门子S7-200PLC机的联机，从而丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电子的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。
实验中通过从始到终的一系列的操作，我有了如下体会：
1.实验是一项考验人耐心和毅力的工作，一定要认认真真，仔仔细细的把每一部分都做到，踏踏实实的进行调试，查找错误。
2.实习中要有团队精神，不仅要把自己的本职工作做好，而且在别人有困难的时候要挺身而出，帮助同学一起把实习内容顺利完成。
3.实习中也反映出了我的自学能力有待提高，要学会如何查资料，如何积极思考，如何将课本中的知识运用到实践中去。
总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。
在此要感谢我们的指导老师对我们悉心的指导，感谢老师们给我们的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在生产实习过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。

6、参考文献
[1]杨后川.西门子S7-200 PLC编程速学与快速应用 北京:电子工业出版社,2010
[2]王宇.PLC电气控制与组态设计［M］.北京:电子工业出版社,2010
[3]郑阿奇.PLC(西门子)实用教程 北京:电子工业出版社,2009