基于PLC、触摸屏的三级传送带顺序控制系统.doc

分布式控制课程设计

设 计 题 目：课题十——三段传送带的启动和停止控制
学 校：
院 系：
设 计 人 员：
指 导 教 师：

基于PLC、触摸屏的三级传送带顺序控制系统

1.课题背景
随着科技技术的发展，现在设备都有全自动生产功能。工人只要按下开始按钮就可以让传送带自己运转，在下班时按下停止按钮就可以停止了。为了能使传送带的起动和停止实现自动化，我们在设计中采用了顺序起动的操作。电路有自己判断故障的的能力，为我们的生产带来了方便。
PLC集三电（电控、电仪、电传）为一体、性能价格比高、高可靠性的特点，已成为自动化工程的核心设备。 PLC成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置，其使用量高居首位。
就全世界自动化市场的过去、现在和可以预见的未来而言，PLC仍然处于一种核心地位。在最近出现在美国、欧洲和国内有关探讨PLC发展的论文中，这个结论是众口一词的，尽管对PLC的未来发展有着许多不同的意见。
在全球经济不景气的时候，PLC的市场销售仍然坚挺；PC控制有了引人注目的进展，但毕竟只能对高端的PLC产品形成竞争；小型、超小型PLC的发展势头令人刮目相看；PLC和PC控制在今后可能相互融合。
在传统设备改造和新设备设计中，PLC的应用逐年增多，取得良好效果。PLC在我国的应用越来越广泛。
2.系统构成
三级传送带顺序控制系统如图1所示，由控制面板、触摸屏、PLC、隔板、交流接触器及热继电器、传送带驱动电机等构成。控制面板包括电路总启动、停止按钮；触摸屏用来提供友好的人机界面，能够完成控制面板功能。PLCS7-300(CPU314)是系统的控制核心；隔离板的作用是保护PLC，先由PLC驱动小型继电器，再驱动交流接触器；热继电器起过流保护作用。
触摸屏

PLC
S7-300

隔板

接触器

热继电器

电机

图1　三级传送带顺序控制系统
3.系统功能及任务分析

图2 传送带控制系统结构示意图
控制要求：
① 按下启动按钮，电动机M1运行，当行程开关SQ1检测到工件到来时，自动启动电动机M2运行。
②当行程开关SQ2检测到工件离开时，自动停止电动机M1运行。
③当行程开关SQ3检测到工件到来时，自动启动电动机M3运行。
④当行程开关SQ4检测到工件离开时，自动停止电动机M2运行。
⑤当行程开关SQ5检测到工件到来时，自动停止电动机M3运行。
⑥可随时停车
4.硬件配置及I/O地址分配
本系统对PLC的I/O总要求为：6个开关量输入点，3个开关量输出点。综合考虑各方面因素及进一步发展的要求，设计选择西门子S7—300系列PLC为控制核心，CPU模块可选用CPU314，具体配置如图3所列。
开关量输入/输出模块的位置，决定了接入系统中模块I/O端子的物理地址，以便于程序设计。本系统的I/O地址分配如表2、表4所示。

图3 系统硬件配置状况
5．PLC编程
应用程序是PLC控制系统设计的关键环节之一。对于一个较复杂的控制系统，在具体设计应用程序之前，一般先要选择合理的程序结构。合理的程序结构，不但能使编程工作简化，程序执行效率高、可读性强、可维护性好，而且还能起到事半功倍的效果。
线性化程序结构式小型、简单控制系统最常使用的结构，其特点是整个控制程序都放在组织块OB1中。
由前面对传送带系统控制要求进行分析，可以列出系统的电气元件表，输入、输出地址分配表，程序结构示意图，程序梯形图如下：

表1 传送带控制系统的电气元件表
控制电器符号
电器元件说明
SB0
启动按钮
SB1
停止按钮
SQ1
一级工件行程开关
SQ2
二级工件前行程开关
SQ3
二级工件后行程开关
SQ4
三级工件前行程开关
M0.0
电机M1启动继电器
M0.1
电机M1停止继电器
M0.2
电机M2启动继电器
M0.3
电机M2停止继电器
M0.4
电机M3启动继电器
KM1
电机M1启动接触器
KM2
电机M2启动接触器
KM3
电机M3启动接触器
表2 输入地址分配表
PLC输入地址
对应传送带控制电器
电器元件代号
M3.0
启动按钮
SB0
M3.1
停止按钮
SB1
M3.2
一级工件行程开关
SQ1
M3.3
二级工件前行程开关
SQ2
M3.4
二级工件后行程开关
SQ3
M3.5
三级工件前行程开关
SQ4
表3 中间继电器分配表
元件
作用
M0.0
电机M1启动辅助继电器
M0.1
电机M1停止辅助继电器
M0.2
电机M2启动辅助继电器
M0.3
电机M2停止辅助及定期
M0.4
电机M3启动辅助继电器
表4 输出地址分配表
输出地址
对应外部设备
继电器元件代号
Q0.0
电机M1启动接触器
KM1
Q0.1
电机M2启动接触器
KM2
Q0.2
电机M3启动接触器
KM3
SB0(I0.0) 启动按钮
SB1(I0.1）停止按钮

电机M1启停状态控制

M0.0 启动电机
M0.1 停止电机

电机M2启停状态控制

M 0.2 启动电机
M 0.2 停止电机

电机M3启停状态控制

M 0.3 启动电机
M 0.3 启动电机
结束

图4 程序结构示意图

图5 传送带控制系统的OB1梯形图
6.STEP 7仿真调试及运行
在使用“S7—PLCSIM Simulating Modules”STEP7组件正式运行之前，先定义各种运行状态，以便查找程序可能产生的错误。

图6 系统各种调试状态图
7.SIMATIC WinCC仿真
WinCC是SIMATIC PCS 7过程控制系统及其他西门子公司的控制系统中的人机界面组件。WinCC为垂直市场的解决方案提供了丰富的选件和附加件。众多的选件将使工厂认证更为容易，而这种认证更是对工业领域的各种要求做出了非常有说服力的全面相应。
为了集成到任何公司内的任何自动化解决方案中，WinCC提供了所有最重要的通信通道，用于连接到SIMATIC S5/S7/505控制器的通信，以及如ProfibusDP/FMS、DDE等非专用通道；亦能以选件的形式获得其他通信通道。由于所有的控制器制造商都为其硬件提供了相应的OPC服务器，因而事实上可以不受限制地将各种硬件连接到WinCC。
（1）创建新的驱动程序
如图所示，在WinCC中创建新的驱动连接，并在TCP/IP中改变与STEP7中相同的以太网地址，使WinCC与STEP7运用以太网建立连接，新的驱动程序如图7所示。

图7 新的驱动程序
（2）建立变量表
在新建立的“NewConnection”中建立如图8所示的变量名称，及相应的变量类型和参数。并且该些变量必须与绘图编辑器产生连接，也要与STEP7中编写的变量一一对应。

图8 新的wincc变量

（3）创建运行画面
使用WinCC软件创建运行画面，如图9所示，图中红色代表电动机运转，反之停止。创建的运行画面既是现实的仿真画面，与现实情况相类似。并在画面中的按钮分别与（2）中建立的变量建立连接，以产生运行效果。最后将该画面“保存”后设为“启动画面”。

图9 创建仿真运行画面
（4）操作说明
“启动按钮”， “停止按钮”在监控界面中；
传感器1：传感器1检测到工件时经过转换后的数字信号；
传感器2：传感器2检测到工件时经过转换后的数字信号；
传感器3：传感器3检测到工件时经过转换后的数字信号；
传感器4：传感器4检测到工件时经过转换后的数字信号。
按下启动按钮，M1启动，工件水平右移，依次触发传感器产生信号，电动机M2、M3依次启动，在任意时刻按下停止按钮，电动机都将停止运转。
8.设计总结
通过本次毕业设计，不但加深了课堂中所学的PLC及其相关学科知识，而且掌握了更多在做实际工程的经验，为以后在工作中的工程项目设计做了一个小小的铺垫，现总结如下：
首先，通过毕设前期在图书馆以及网上搜集毕设所需资料的过程中，了解了更多PLC控制系统设计的相关知识，拓展了视野，看到了PLC作为现代自动化工业三大技术支柱之一的发展前景，并且明白了要做好一个设计需要储备丰富的专业知识。
其次，在对传送带控制系统进行整体设计及PLC编程时，熟悉并掌握了一个典型PLC控制系统设计的全过程及详细步骤。在编程的过程中，通过不断的修改程序以达到设计要求，更深的体会到了设计的严谨性。
再次，对于Wincc组态软件，在此设计之前并未系统的学习过，此次设计中监控系统的设计使我对这个软件的掌握使用程度加深了，可以更加熟练的加以运用，设计人机控制界面。
最后，由于本设计之前的课程设计未进行过比较系统完整的编程以及监控画面的设计，再设计及系统调试中遇到了诸多困难，比如编出的程序多次无法实现控制要求，软件无法安装，Wincc与S7-200无法通讯，Wincc里工件移动动画无法制作等等，在解决问题的过程中，加强了处理问题时的耐心，小小了解了做设计的艰辛，积累了少量的设计经验，总而言之，获益匪浅。

参考文献
1 王兆义，杨新志 . 小型可编程控制器实用技术 . 北京：机械工业出版社，2006.10
2 崔维群，孙启法 . S7—300/400可编程控制器原理与应用 . 北京：北京航空航天大学出版社，2008.12
3 西门子（中国）自动化与驱动集团编 . 深入浅出西门子S7—300 PLC . 北京：北京航空航天大学出版社，2004.8
4 梁绵鑫 . WinCC基础及应用开发指南 . 北京：机械工业出版社，2009.4