装配流水线(PLC,MCGS).docx

装配流水线的模拟控制

装配流水线的模拟控制

摘要：对装配流水线的控制进行了分析设计，该系统主要引入了通用监控系统（组态王）的组态功能和PLC（SIMEINS S7-200）编程控制器的控制方式，实现了对装配流水线的工作状态的在线监测和系统自动控制。设计的控制系统具有较高的实用性，能够进行启动、移位、复位工作，较好地达到预期目标。
本次设计是装配流水线控制的模拟，主要是模拟流水线上产品所经加工过程的控制和生动的表示。模拟主要流水线有四个操作过程（包括入库），传输带用四段指示灯表示，以指示灯的明暗来显示产品在运输这一状态。分析控制对象我们选择用移位寄存器控制来实现控制目的，每隔2秒寄存器移位一次，从而控制相应操作的执行。
关键词：装配流水线；设计；PLC；组态王
1、概述
SIMATICS7—200硬件系统的配置方式采用整体式加积木式，即主机中包含一定数量的本机I／O，同时还可以扩展各种功能模块。
CPU模块又称为主机是系统的核心，它包括CPU、存储器、基本输入输出点和电源等。它实际就是一个完整的控制系统，可以单独完成一定的控制任务。
主机I/O数量不能满足控制系统的要求时，用户可以根据需要扩展各种I/O模块，所能连接的扩展单元的数量和实际所能使用的I／O点数是由多种因素共同决定的。当需要完成某些特殊功能的控制任务时，可扩展特殊功能模块，以完成某种特殊的控制任务。利用网络接口，可以充分和方便地利用为SIMATICS7—200系统的硬件和软件资源而开发和使用的一些设备，主要有编程设备、人机操作界面和网络设备等。
所有以上这些硬件设备，都在一个统一的工业软件平台上编程和运行，为了更好地管理和使用这些设备，S7—200PLC配备了许多功能强大的专用功能指令，方便地实现各种控制目的。
工厂中的装配流水线作业是工业生产中经常使用的一种形式。因此，装配流水线的控制有重要的实际意义。一般在传送带上有需要加工的产品，传送到某一位置时，对其进行某一种加工，在传送到下一道程序，直至加工完毕，送入仓库。
2、实验要求
2.1、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，上位机监控的方法，构建完成装配流水线的模拟控制系统。
2.2、实验装置与附件
（1）TKPLC-1型实验装置一台
（2）安装了STEP7-Micro/WIN32编程软件和组态王软件的计算机一台
（3）PC/PPI编程电缆一根
（4）连接导线若干。
2.3、装配流水线模拟控制的实验面板图：
图中上框中的A～H表示动作输出（用LED发光二极管模拟），下框中的A、B、C、D、E、
F、G、H插孔分别接主机的输出点Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7。启动、移位及复位插孔分别接主机的输入点I0.0、I0.1、I0.2。

2.4、实验要求
传送带共有十六个工位，工件从1号位装入，分别在A（操作1）、B（操作2）、C（操作3）三个工位完成三种装配操作，经最后一个工位后送入仓库；其它工位均用于传送工件。
3、PLC控制系统和组态王软件和介绍
3.1、PLC控制系统
3.1.1、基本介绍
PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。它是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC。
3.1.2、PLC的功能
（1）逻辑控制
（2）定时控制
（3）计数控制
（4）步进(顺序)控制
（5）PID控制
（6）数据控制：PLC具有数据处理能力。
（7）通信和联网
（8）其它：PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。
3.1.3、PLC的特点 　
（1）系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回 路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如 DDC 和 DCS 等，实现生产过程的综合自动化。 　
（2）使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。 　
（3）能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。
3.1.4、PLC程序设计方法
（1）分析控制系统的控制要求 　　
熟悉被控对象的工艺要求，确定必须完成的动作及动作完成的顺序，归纳出顺序功能图。 　　
（2）选择适当类型的PLC 　　
根据生产工艺要求，确定I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等），并列出I/O点清单。进行内存容量的估计，适当留有余量。根据经验，对于一般开关量控制系统，用户程序所需存储器的容量等于I/O总数乘以8；对于只有模拟量输入的控制系统，每路模拟量需要100个存储器字；对于既有模拟量输入又有模拟量输出的控制系统，每路模拟量需要200个存储器字。确定机型时，还要结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定性能价格比好一些的PLC机型。 　　
（3）硬件设计 　　
根据所选用的PLC产品，了解其使用的性能。按随机提供的资料结合实际需求，同时考虑软件编程的情况进行外电路的设计，绘制电气控制系统原理接线图。 　　
（4）软件设计 　　
软件设计的主要任务是根据控制系统要求将顺序功能图转换为梯形图，在程序设计的时候最好将使用的软元件（如内部继电器、定时器、计数器等）列表，标明用途，以便于程序设计、调试和系统运行维护、检修时查阅。 　　
模拟调试，将设计好的程序下载到PLC主单元中，由外接信号源加入测试信号，可用按钮或小开关模拟输入信号，用指示灯模拟负载，通过各种指示灯的亮暗情况了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，并及时修改和调整程序，直到满足设计要求为止。
3.2、 组态网软件
3.2.1、基本介绍
组态王组态王开发监控系统软件是新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。
3.2.2、具体功能
（1）可视化操作界面，真彩显示图形、支持渐进色、丰富的图库、动画连接。
（2）无与伦比的动力和灵活性，拥有全面的脚本与图形动画功能。
（3）可以对画面中的一部分进行保存，以便以后进行分析或打印。
（4）变量导入导出功能，变量可以导出到Excel表格中，方便的对变量名称等属性进行修改，然后再导入新工程中，实现了变量的二次利用，节省了开发时间。
（5）强大的分布式报警、事件处理，支持实时、历史数据的分布式保存。
（6）强大的脚本语言处理，能够帮助你实现复杂的逻辑操作和与决策处理。
（7）全新的WebServer架构，全面支持画面发布、实时数据发布、历史数据发布以及数据库数据的发布。
（8）方便的配方处理功能 ，丰富的设备支持库。
3.2.3、 使用组态王实现控制仿真
（1）图形界面的设计
（2）构造数据库
（3）建立动画连接
（4）运行和调试
3.2.4、组态王特点
（1）实验全部用软件来实现，只需利用现有的计算机就可完成自动控制系统课程的实验，从而大大减少购置仪器的经费。
（2）该系统是中文界面，具有人机界面友好、结果可视化的优点。对用户而言，操作简单易学且编程简单，参数输入与修改灵活，具有多次或重复仿真运行的控制能力，可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线，能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线，这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果。
（3） 对多媒体的支持，组态王可以嵌入图片、播放声音文件、播放动画并支持视频采集设备。
4、硬件设计
4.1、控制要求
（1）总体控制要求：如面板图所示，系统中的操作工位A、B、C，运料工位D、E、F、G及仓库操作工位H能对工件进行循环处理。
（2）闭合“启动”开关，工件经过传送工位D送至操作工位A，在此工位完成加工后再由传送工位E送至操作工位B……，依次传送及加工，直至工件被送至仓库操作工位H，由该工位完成对工件的入库操作，循环处理。
（3）断开“启动”开关，系统加工完最后一个工件入库后，自动停止工作。
（4）按“复位”键，无论此时工件位于任何工位，系统均能复位至起始状态，即工件又重新开始从传送工位D处开始运送并加工。
（5）按“移位”键，无论此时工件位于任何工位，系统均能进入单步移位状态，即每按一次“移位”键，工件前进一个工位。
4.2、端口分配及功能表
序号
PLC地址（PLC端子）
电气符号
（面板端子）
功能说明
1.
I0.0
SD
启动（SD）
2.
I0.1
ME
移位（ME）
3.
I0.2
RS
复位（RS）
4.
Q0.0
A
工位A动作
5.
Q0.1
B
工位B动作
6.
Q0.2
C
工位C动作
7.
Q0.3
D
运料工位D动作
8.
Q0.4
E
运料工位E动作
9.
Q0.5
F
运料工位F动作
10.
Q0.6
G
运料工位G动作
11.
Q0.7
H
仓库操作工位H动作
12.
主机1M、面板V+接电源+24V
电源正端
13.
主机1L、2L、3L、
面板COM接电源GND
电源地端
4.3、系统控制原理图
MB0赋初值控
制D操作执行
复位=1？
移位=1？
自动移位程序
单步移位程序
是否入库？
Y
N
Y
Y
Y
N
N
N
启动=1？
开始
结束

4.4、PLC外部接线图

5、软件设计
5.1、PLC程序
5.1.1、STL语句
网络 1
LD I0.0 启动按钮按下，I0.0得电，中间继电器M1.0得电
O M4.0
S M1.0, 1
网络 2
LDN I0.0 启动按钮断开或者M0.7下降沿（入库H完毕）M1.0清零
AN M4.0
AN M0.7
ED
R M1.0, 1

网络 3
LD M1.0 启动按钮按下时，定时器定时2s则自动清零；
LPS 复位按钮按下，I0.2得电，定时器清零，全局变量V0.0清零；
AW<= T37, 21 移位按钮按下时，I0.1得电，V0.0得电
TON T37, 20
LRD
LD I0.2
O M4.1
ALD
EU
R T37, 1
LRD
LD I0.2
O M4.1
ALD
EU
R V0.0, 1
LPP
LD I0.1
O M4.2
ALD
EU
S V0.0, 1

网络 4
LD M1.0 刚启动、入库完毕、复位时MB0重新赋值并立即输出（即D灯开
EU 始重新循环）
LD Q0.7
ED
OLD
LD I0.2
O M4.1
EU
OLD
MOVB 1, MB0
网络 5
LD M1.0 启动按钮按下并且不移位时，MB0定时结束后自动移位；
AN V0.0 启动按钮按下并且移位按钮按下时，MB0单步移位
A T37
EU
LD M1.0
LD I0.1
O M4.2
ALD
EU
OLD
SLB MB0, 1
网络 6
LD M0.0 M0.0得电D执行
= Q0.3
网络 7
LD M0.1 M0.1得电A执行
= Q0.0
网络 8
LD M0.2 M0.2得电E执行
= Q0.4
网络 9
LD M0.3 M0.3得电B执行
= Q0.1
网络 10
LD M0.4 M0.4得电F执行
= Q0.5
网络 11
LD M0.5 M0.5得电C执行
= Q0.2
网络 12
LD M0.6 M0.6得电G执行
= Q0.6
网络 13
LD M0.7 M0.7得电H执行
= Q0.7

5.1.2、程序梯形图

5.2、组态王监控程序
5.2.1组态王监控画面

5.2.2组态王定义的数据词典

使监控画面中的开关与指示灯分别与数据进行连接。

5.2.3组态王与S7-200PLC通讯连接
在组态王组态软件工程浏览器上，单击“新建”，选择PLC、西门子S7200系列的PPI通信方式，命名后选择COM1端口，指定设备地址为2，通信参数选择默认的30s，24h。如下图所示。

6、心得体会
PLC我感觉是大学期间重要的一门课，因为主要是涉及专业知识的具体运用，也是我么将来就业的主要方向。本次系列实验我们四个人一组，共同合作，一起努力用了一个星期左右的时间完成了实验。从源程序的编写，上机编译下载到测试和检验，以及不断的修改源程序，连接实验电路，检验程序的对错。其间我们遍尝酸甜苦乐，学到了很多东西，感觉收获颇丰。我的收获主要小结如下：
（1）我们学习了更多的有关PLC的有关知识
虽然我们在之前的课程里有上过PLC的有关课程，但或许是学得不太牢固，掌握的也不是很好。刚开始时，大家都把以前学的知识忘的差不多了，但为了这次实验，我们四人集体学习，把以前所学的知识尽量回顾起来，而且因为是带着目的地去学习，我们对可编程控制的有关知识理解掌握得更深入了。我们熟练掌握了PLC在工业控制系统中的很多具体运用。
（2）提高了动手能力
平时我们都是以理论学习为主，整天看课本虽然学到了不少知识，但心里一直觉得不踏实，毕竟实践才是最重要的；而这次实验给我们提供了一个培养动手能力的绝佳的机会。该开始上手的时候，我们对软件不熟，对程序中出现的问题也不明白，只能是不断地改，将自己认为有问题的地方都修改直至成功。最后我们终于能较熟练的运用SIMEINSS7-200这个软件并解决一系列编程问题了。
（3）养成了勇于吃苦、勤于思考的习惯
这次实验我们花了比较大的精力，在这段时间里我们还锻炼了自己的意志，在困难面前不退缩，相信万事都有解决的办法，只要我们肯花时间去找资料，去请教别人，自己认真地琢磨，就没有解决不了的问题。
（4）我们对自己的专业和自己的前途有了更深的把握
通过本次试验，我们得以充分的了解PLC的结构、工作原理以及编程方法，了解了PLC的编程语言、I/O接口和组态王的监控设计等。
最后，非常感谢老师的帮助和指导。