毕业答辩论文基于INTOUCH组态软件的小车自动往返循环控制系统设计样本.doc

毕业答辩论文基于INTOUCH组态软件的小车自动往返循环控制系统设计

基于INTOUCH组态软件的小车
自动往返循环控制系统设计
1 引言
70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器。随着现代工业设备的自动化越来越多的工厂设备采用PLC,变频器,人机界面自动化器件来控制,因此自动化程度越来越高。送料小车控制系统使用了PLC控制，采用了MODBUS通信协议实现PLC与InTouch之间的通讯。被控对象是送料车，属于自动循环控制系统，该系统能安全、可靠运行的情况，实现计算机自动监控。
2 总体方案设计
本系统采用了PLC控制原理，设计总体控制方案，用INTOUCH组态软件进行实时控制的监控。
2．1 送料车自动循环控制系统的构成
送料车由电动机拖动，电动机正转车子前进，电动机反转车子后退。在装料和卸料的地方有限位开关来实现，当小车到达卸料处时，碰到限位开关SQ2，实现小车的停车和卸料动作；当小车到达装料出时，碰到限位开关SQ1，实现小车的装料动作。
2．2 工作过程
（1）第一次按下送料按钮，预先装满料的小车前进送料到达卸料处（SQ2）自动停下来卸料。
（2）经过卸料所需设定的时间ｔ2延时后，车子则自动的返回到装料处（SQ1）。
（3）经过装料所需设定的时间ｔ1延时后，车子自动的再次前进送料，卸完料后车子又自动返回装料，如此自动往返循环送料。当输入为停止信号时，系统将停止运行。
:
小车后退
小车装料
小车卸料

小车前进

开始信号

　送料车工作过程流程图
2．3 方案设计
根据控制目的和要求，经过仔细分析各种因素，制定了整体的设计方案：以西门子的PLC(S7-224CN)为核心，完成对输入输出点的控制。监控系统通过MODBUS通信协议与PLC(S7-224CN)进行I/O点的通信。输入部分包括：启动/停止按钮输入;输出部分包括:装料和卸料的控制,电机的正转与反转的控制。:
信号输入部分
信号输出部分
西门子PLC S7-200控制器CPU 224

MODBUS通信协议
INTOUCH监控界面

　总体方案设计方框图

3 硬件设计
根据控制要求，主控设备选用PLC S7-200 CPU 224，小车的行程控制采用限位开关（2个），系统的启动、停止、采用按钮实现，输出采用接触器（2个）控制，一个实现前进，另一个完成后退功能，直接用来控制电机的正反转来实现,电机不转时就是小车停止的实现。：
控制器CPU技术参数
定时器总数
256定时器；4个定时器（1ms）；16定时器（10 ms）；236定时器（100 ms）
内部存储器位
掉电保存
256（由超级电容或电池备份）
112（存储在EEPROM）
布尔量运算执行时间
0.22μs每条指令
PPI,DP/T波特率
9.6、19.2、187.5Kps
点到点(PPI主站模式)
是（NETR/NETW）
MPI连接
共4个，2个保留
（1个给PG，1个给OP）
存储器用户程序大小
运行模式下编辑
8192字节
12288字节
数字I/O映象区
256(128输入/128输出)
本机数字量I/O
4输入/4输出
掉电保持（超级电容）
100小时/典型值（40°C时最少70小时）
：

硬件电路图
4 软件设计
4．1 PLC程序编写
根据控制要求，使用专用编程软件，编写PLC控制程序，控制程序包括启动、停止按钮、数据采集等。
本实验要用到的是I/O数字量，实验中采用了四个输入四个输出的I/O点，I/：

I/O点分配
输入点
输入点作用
输出点
输出点作用
I0.0
启动按钮SB0
Q0.0
前进KM1
I0.1
停止按钮SB1
Q0.1
卸料KM2
I0.2
前进限位开关SQ2
Q0.2
后退KM3
I0.3
后退限位开关SQ1
Q0.3
装料KM4
继电器为五个，：
继电器
继电器名称
继电器作用
M0.0
启动/停止
SM0.1
主站通讯协议
SM0.0
从站通讯协议
T37
卸料延时10 S
T38
装料延时10 S
4．2、监控软件设计
送料车自动往返循环控制系统的监控界面组态软件作为开发平台，主要有控制对象的图形界面和数据库变量组成，数据库变量通过通信接口与PLC进行I/O联接，完成数据交换。
创建新的应用程序关系横的一般过程是：绘制图形界面、创建数据库、配置I/O数据联接、建立动画连接、运行及调试。
4．3、通讯软件设计
本实验采用了MODBUS通信协议实现PLC与InTouch之间的通讯。本实验用动态数据交换（DDE）实现数据交换。它在同时运行的两个应用程序之间实现一种客户端与服务器关系，服务器应用程序提供数据，并接受对这些数据感兴趣的任何其它应用程序的请求。发出请求的应用程序被称为客户端。
5 组态界面设计
当程序开始时，小车是装满料的，小车开始前进，此时组态界面的前进显示灯亮，直到小车卸料处（SQ2）自动停下来卸料，此时组态界面的前进显示灯亮，经过卸料所需设定的时间ｔ2延时后，车子开始后退，此时组态界面的后退显示灯亮，直到小车到达装料处（SQ1）自动停下来装料，此时组态界面的装料显示灯亮，经过装料所需设定的时间ｔ1延时后，车子自动的再次前进送料，卸完料后车子又自动返回装料，如此自动往返循环送料。当输入为停止信号时，系统将停止运行。
由于实验设备以及软件的原因，MODBUS通信协议实现PLC与InTouch之间的通讯的功能无法实现，因此只能用InTouch软件将整个过程以动画的形式表现出来，标记名字典以及部分脚本如下：
5．1 标记名字典
:
标记名字典
序号
标记
类型
初始值
最小值
最大值
备注
1
start
内存离散
关闭
无
无
启动
2
zhuang
内存离散
关闭
无
无
装料
3
ahead
内存离散
关闭
无
无
前进
4
xie
内存离散
关闭
无
无
卸料
5
rightlevel
内存整型
0
0
100
小车前进
6
liaolevel
内存实型
0
0
100
小车液位上升
7
caolevel
内存实型
0
0
100
槽液位上升

5. 2 动画编程
5．2．1 动作脚本
共设置了6个按钮,分别为运行、复位、装料、前进、卸料、后退。分别双击各按钮，此时出现动画选择对话框。选择触动链接 - 触动按钮 - 动作动画链接，此时出现触动 -> 动作脚本编辑器。确保选择条件类型 = 鼠标左键/ 键按下时，此脚本在按下该按钮之后产生一个动作。分别输入以下脚本：
（1）运行：start=1;
（2）复位：caolevel=0;
liaolevel=0;
rightlevel=0;
xie=0;
zhuang=0;
ahead=0;
start=0;
（3）装料：zhuang=1;
（4）前进：ahead=1;
（5）卸料：xie=1;
（6）后退：ahead=0;
5．2．2 条件脚本
通过单击脚本前面的 + 号展开脚本列表， 使用鼠标右键单击脚本 / 条件，然后选择新建。新建以下脚本：
（1） 条件：ahead
条件类型：
a、为真期间（每100毫秒）脚本：
IF rightlevel<108 THEN
rightlevel=rightlevel+3;
ENDIF;
IF rightlevel==108 THEN
xie=1;
ENDIF;
b、为假期间（每100毫秒）脚本：
IF rightlevel==0 AND start==1 THEN
zhuang=1;
ENDIF;
IF rightlevel>0 THEN
rightlevel=rightlevel -3;
ENDIF;
IF caolevel>0 THEN
caolevel=caolevel -1;
ENDIF;
（2） 条件：start
条件类型：为真时
脚本：
zhuang=1;
liaolevel=97;
（3） 条件：xie
条件类型：为真期间（每100毫秒）
脚本：
IF liaolevel>40 THEN
liaolevel=liaolevel -1;
caolevel=caolevel+1;
ELSE
IF liaolevel==40 THEN
xie=0;
ahead=0;
ENDIF;
ENDIF;
（4） 条件：zhuang
条件类型：
a、为真期间（每100毫秒）脚本：
IF liaolevel<97 THEN
liaolevel=liaolevel+1;
ELSE
IF liaolevel==97 THEN
zhuang=0;
ahead=1;
ENDIF;
ENDIF;
b、为真时脚本：liaolevel=40;
5．2．3 InTouch动画界面
InTouch动画界面如下图所示，具体过程为：复位（）、前进（）、卸料（）、后退（）、装料（）。
复位

前进

卸料

后退

装料

6 PLC梯形图程序

7 安装调试过程
7．1 PLC的安装方式
S7-200的安装方法有两种：底板安装和DIN导轨安装。底板安装是利用PLC机体外壳4个叫上的安装孔，用螺钉将其固定在底板上。DIN导轨安装是利用模块上的DIN夹子把模块固定在一个标准的DIN导轨上，导轨安装既可以水平安装，也可以垂直安装。
7．2 安装环境
PLC适用于工业现场为了保证其可靠性，延长使用寿命，安装时注意环境：温度0到55度，湿度在35%到85%之间，周围无易燃和腐蚀性气体、过量的灰尘和金属颗粒，避免过度的震荡和冲击，避免太阳光的直射和水的溅射。
7．3 安装注意事项
PLC的所有单元都要在断电的情况下进行安装和拆卸；切勿将导线头、金属屑落入机体内；模块周围留出一定的空间，便于通风和散热；还有是尽量与产生高电子噪声的设备（如变频器）分开。PLC具有很完善的自诊断功能，如果出现故障，借助自诊断程序可以方便的找到出现故障的部件，更换后就可以恢复正常工作。实践表明，外部设备的故障率远远高于PLC，所以对PLC构成的控制系统进行维护和检查是必不可少的，一般没半年应对PLC系统进行一次周期性检查。
7．4 调试中遇到的问题及解决办法
流程图具有良好的可读性，可以先看流程图，然后再看程序，将程序仔细分析并预测结果，最后再上机运行程序，观察运行结果，看是否符合控制要求。若出现问题，请具体分析。如果是局部问题，可充分利用监控和预测功能进行功能调试；如果是出现整体错误，应重新审核程序并进行修改。对照编程原则和变成方法以及自己的编程思路进行检查。
各状态步的驱动处理的检查
运用监控和测试手段，强制对应的状态元件激活，看负载是否能驱动。如果能正常驱动，表明驱动正常，问题在状态转移处理上；如果不能驱动，表明问题在程序上。则仔细检查程序原则的使用和编程语言的运用。
状态的转移处理的检查
同样运用监控和测试手段，首先使功能流程图的初始化状态激活，依次使转移条件激活，监控各状态是否能按照规定的顺序进行转移。如果不能正常转移，故障为状态转移处理上。
常见的故障
编程故障，没有正确使用编程原则和方法，或程序书写有错。还有可能是输入错误，在程序输入时出现手误。所以在编写程序时一定要仔细细心，编写完成后要仔细检查，尽量减少错误的可能性。
8 测试结果分析
测试时，PLC程序正确，可以模拟出符合要求的结果，并成功将程序下载进入PLC控制器CPU中。PLC硬件连接正确，可以实现预定的功能。在调试运行过程中，各个过程的运行符合控制要求，在小车的前进（如图8）时前进显示灯亮、卸料（如图9）时卸料显示灯亮、后退（如图10）时后退显示灯亮、装料（如图11）时装料显示灯亮，在整个循环送料的过程中，INTOUCH监控界面的相对应的灯的指示符合设计要求，可以对送料小车自动往返循环控制系统进行实时的监控。

总 结
这是一次历时长达四个星期的创新实践与设计，也是我们自动化专业学生在毕业前的第一次实践。通过这次设计，使我受益匪浅，主要表现在以下几个方面：
（1） 通过这次实践，我基本掌握了组态软件InTouch界面设计，对西门子PLC的编程以及应用和MODBUS通信协议也有了一定的了解。由于实验设备以及软件的原因，MODBUS通信协议实现PLC与InTouch之间的通讯我们无法实现，因此我们只有通过在组态软件InTouch中用动画的形式把整个过程表现也来。而InTouch实现动画的编程语言和以前我们学过的VFP以及VB很类似。而在以前学习VFP以及VB时，我们很多同学都认为这两门语言都已经过时了，，但是通过这次设计我发现，编程思想以及程序的算法往往比编程语言更重要。
（2）我们这一组做的是基于西门子PLC的送料车自动往返循环控制，在做小车实现循环控制时，我们想用循环指令去做。但是我们在查资料的过程中发现，PLC的程序运行本身就跟单片机不同，它的程序是循环扫描的，也就是说从第一步运行到最后一步，然后自动跳到第一步循环执行，所以在小车循环控制根本不需要用循环指令。由此我认为，在PLC开发中，经验往往是很重要的。而多去做实践有利于经验的积累，这应该是我们这次创新实践与设计的意义所在。
（3）我们以前学的是三菱的PLC，而这次设计要求我们用西门子的PLC。通过对比我们发现，三菱与西门子的PLC在梯形图的格式和指令以及编程软件不同外，其基本思想是相同的，因此我们没有花很长时间就把梯形图用西门子的PLC编了出来。由此我发现，其实PLC也好，单片机也好，只要学会并精通其中的一种，对其它类型的PLC也就能触类旁通，以不变应万变了。
(4) 做完这个设计后，我对PLC的总体感觉是：PLC比较适合于工程控制，它比用单片机控制要简单一些。可以假设一下，假如用我们这以前学的《微控制器》（MC68HC908GP32单片机）来做的话，难度应该大很多。而且网上的相关资料显示，PLC比较适合于环境比较恶劣的工业现场。因此，通过做课程设计，我对PLC这门课程的重要性又有了更深刻的认识。

致 谢
在做创新设计的这段时间里，我们曾经遇到过很多的难题，也产生了很多的疑问。但在老师和同学们的帮助以及自己的不断努力下，终于成功地完成了这次创新设计。在这里，我们要首先感谢我的指导老师***，他给了我们很大的支持、鼓励和帮助。在我们遇到问题的时候，他们总是很及时地给我们指点迷津，提出建议，使我们不致于在盲区内停留太久。
在创新设计的这段时间里，老师以其严谨求实的治学态度，高度的敬业精神，孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我们影响很大。他们渊博的知识，开阔的视野和敏锐的思维让我们敬佩不已。
当然，在此期间和我一起做设计的同学们也是纷纷帮我们出谋划策，提出很真诚的建议，使我们受益匪浅，请我们表达对你们深深地谢意。
最后，感谢我们的学院为我们提供了宽广的空间和先进的试验平台，使我们在设计期间敢想敢做，有了充足的动手余地。

参 考 文 献
[1] PLC入门[M].北京：人民邮电出版社，2005
[2] [M].北京：中国水利水电出版社
[3] [M].北京：机械工业出版社
[4] [M].北京：机械工业出版社，2003