基于S-200的纺织设备数据采集子系统设计 - 毕业论文

本科毕业设计（论文）

目录

摘要 .......................................................................................................................................................... I ABSTRACT .............................................................................................................................................. II 1绪论 ..................................................................................................................................................... 1

1.1课题的研究背景 ............................................................................................................. 1

1.1.1 国内外纺织工艺的现状 ........................................................................................ 1 1.1.2 信息采集在纺织行业的应用 ............................................................................... 1 1.1.3 总线技术在数据采集中的应用 ........................................................................... 2

1.2 课题研究的目的和意义 ............................................................................................ 3 1.3 课题研究的主要内容 ................................................................................................. 3 2.系统总体方案设计 .................................................................................................................... 4

2.1进口设备倍捻工序 ........................................................................................................ 4 2.2 基于S7-200对纺织设备的数据采集方案 .................................................... 4

2.2.1总体方案设计 ............................................................................................................ 4 2.2.2网络配置的具体方案 .............................................................................................. 6 2.2.3网络架构的设计 ....................................................................................................... 7

3.系统的主要硬件 ......................................................................................................................... 8

3.1 S7-200PLC ......................................................................................................................... 8

3.1.1 S7-200PLC的简介................................................................................................... 8 3.1.2 S7-200PLC的使用................................................................................................... 8 3.1.3 S7-200PLC的数据采集 ......................................................................................... 8

3.2 高速计数器 ...................................................................................................................... 9

3.2.1 高速计数器的简介 ............................................................................................... 10 3.2.2 高速计数器的使用 ............................................................................................... 11

3.3霍尔传感器...................................................................................................................... 13

3.4 EM277模块...................................................................................................................... 14

3.4.1 EM277模块数据交换本质 ................................................................................... 14 3.4.2 EM277在数据采集中的作用 .............................................................................. 15

3.5数据交换网络 ................................................................................................................ 16 4.系统的软件设计 ....................................................................................................................... 17

4.1 运用STEP7对整个系统硬件进行组态 .......................................................... 17 4.2数据采集及处理 ........................................................................................................... 19 5.总结及展望 ................................................................................................................................. 25

5.1全文总结 ........................................................................................................................... 25 5.2 纺织行业信息采集系统未来的展望 ............................................................... 25 致 谢 ............................................................................................................ 错误！未定义书签。 参考文献 ............................................................................................................................................ 27 附 录 ............................................................................................................................................ 29

基于S7-200纺织设备数据采集子系统设计

基于S7-200的纺织设备数据采集子系统设计

摘要

近年来，我国纺织机械行业的信息化水平有了明显的提高，在新型纺织机械上普遍采用了自动控制技术。随着这些技术的推广应用很大程度提高了纺织行业的工作效率和管理效能。但是对于一些工厂的部分旧设备，要想实现数据的集成就需要另外配置数据采集子系统进行纺机设备的生产数据的获取。

本文采用的现场总线对于纺织行业信息化的主要作用是通过高速、稳定、高集成性的数据通信网络，不断的进行数据交换，做到设备的生产数据采集，实现车间工序的数据集成。为了实现这种作用本文采用PROFIBUS-DP现场总线技术，通过每台S7-200增加一个PROFIBUS-DP扩展模块EM277作为从站连接到DP网络中。底层旧设备通过传感器将运动信号传递给S7-200 PLC，通过S7-200进行设备机台的生产工艺参数运算，最后通过EM277进行数据集成。S7-300作为DP主站通过以太网模块（CP343-1）连接到以太网，实现对纺织所需数据的传输，实现分布式、现场化和抗干扰性能的提高，实现生产过程的自动化、智能化，完成纺织机械与现代先进控制技术的结合，为纺织企业的信息化从设备层打下坚实的基础。

关键词 数据采集 纺织系统总线技术 EM277 S7-200PLC 自动化

I

基于S7-200纺织设备数据采集子系统设计

TEXTILE EQUIPMENT BASED ON S7-200 DATA

ACQUISITION SUBSYSYTEM DESIGN

ABSTRACT

In recent years, the information level of textile machinery industry in China has been significantly improved, the automatic control technology is widely used in textile machinery. With the popularization and application of these technologies greatly improve the efficiency of the work efficiency and the management of the textile industry. But for some old equipment of some factory, integrated to realize the data will need to get production data of textile machinery additional configuration data acquisition subsystem.

The main function of Field bus used in this paper for the textile industry information is through the data communication network of high-speed, stable, high integration, continue to carry out the data exchange, so that equipment production data acquisition, implementation of workshop process data integration. In order to achieve this effect using PROFIBUS-DP field bus technology, through each S7-200 adds a PROFIBUS-DP extension module EM277 as the station is connected to the DP network. The old equipment through the sensor motion signals to the S7-200 PLC, production process parameter operation equipment through S7-200, finally through the EM277 for data integration. S7-300 as DP master station through the Ethernet module (CP343-1) connected to the Ethernet, and realize data transmission required for textile, distributed, on-site and anti-jamming performance, automation, intelligent production process, complete with textile machinery and advanced control technology, for the textile enterprise information from the device layer a solid foundation.

KEYWORDS Data acquisition Bus technology of textile system EM277 S7-200PLC

Automation

II

基于S7-200纺织设备数据采集子系统设计

倍捻机A机接线图倍捻机C机接线图A机线速A机锭速CC机机线锭速速CCXDSSL+MAAXDSSL+MBB机机线锭速速BBXDSS6芯线L+M12AAXDSS346芯线L+M12CCXDSS34

图2-3 三个倍捻机接线图。

另外，为了保证单台设备停机对整个网络不产生影响，对于DP网络中的终端电阻均采用活动终端电阻。又因为设备分布范围较广，因此在网络设计中采用了中继器，保证了信号传递的可靠性和稳定性。并且网络中的中继器和终端电阻均由就近的动力电柜单独提供供电回路，采用开关电源单独供电。

2.2.2网络配置的具体方案

倍捻工序中一共有12台设备，3台设备为一组共用一个S7-200PLC，每台设备配备高速计数器和霍尔传感器，高速计数器采集霍尔传感器的脉冲信号传送到S7-200中，然后通过EM277模块传送到主站中。网络配置的具体方案为：

1. 霍尔传感器、S7-200PLC

2. 对每台S7-200PLC增加一个EM277 PROFIBUS DP模块，作为从站连接到DP网络中。

3. 主站采用西门子的CPU317-2DP。 4. 电缆和连接器均采用西门子标准产品。

5. 主站和部分从站上的连接器采用带编程口的产品，以方便检查网络和调试。 6. 网络末端挂接活动终端电阻，以避免网络末端设备的维护和故障而对整个网络造成影响。

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基于S7-200纺织设备数据采集子系统设计

7. 网段中使用中继器保证信号传递的可靠性和稳定性。 8. 整个DP网络由主站通过CP343-1连接到工业以太网上。

2.2.3网络架构的设计

这条工序12台设备共用一个主站，主站分出2个网络，一个传递电能消耗等数据，另一个传递4个S7-200从站的数据，一个从站控制3台设备。图2-3为系统网络架构图

当信号在电缆上传输时，任何附加的电阻、电容，以及线路终端等都会引起信号反射，反射会在线路上引起许多信号的叠加，产生严重的信号干扰，特别是在高速率传输时，这种情况更甚。减少或消除反射的方法是在电路的终端加上一个适当的终端电阻网络，这个电阻网络可以吸收信号能量，显著地减弱信号反射。

工业以太网 CP343-1 PROFIBUS DP2 CPU317-2PN/DP 电能消耗等 PROFIBUS DP1 活动终端 EM277 EM277 EM277 EM277 倍捻机1-3 倍捻机4-6 倍捻机7-9 倍捻机10-12

图2-3 系统网络架构图

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基于S7-200纺织设备数据采集子系统设计

3.系统的主要硬件

3.1 S7-200PLC

3.1.1 S7-200PLC的简介

S7-200 CPU将一个微处理器、一个集成电源和数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的微型PLC，在下载了程序之后，S7-200将保留所需的逻辑，用于监控应用程序中的输入输出设备。S7-200外观图和结构图如图3-1和3-2所示[7]。

图3-1 S7-200外观图 图3-2 S7-200结构图

SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性价比。

S7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握；便捷的操作；丰富的内置集成功能；实时特性；强劲的通讯能力；丰富的扩展模块。

S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。

3.1.2 S7-200PLC的使用

S7-200在扫描循环中完成一系列任务。任务循环执行一次称为一个扫描周期。在

一个扫描周期中，S7-200主要执行下列五个部分的操作：

（1）读输入：S7-200从输入单元读取输入状态，并存入输入映像寄存器中。 （2）执行程序：CPU根据这些输入信号控制相应逻辑，当程序执行时刷新相关数据。

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基于S7-200纺织设备数据采集子系统设计

程序执行后，S7-200将程序逻辑结果写到输出映像寄存器中。 （3）处理通讯请求：S7-200执行通讯处理。

（4）执行CPU自诊断：S7-200检查固件、程序存储器和扩展模块是否工作正常 （5）写输出：在程序结束时，S7-200将数据从输出映像寄存器中写入把输出锁存器，最后复制到物理输出点，驱动外部负载。

S7-200的编程软件为STEP 7-Micro/WIN，该编程软件为用户开发、编辑和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境，基本功能：

（1）STEP 7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的SIMATIC S7-200 PLC编程软件，简单、易学，能够解决复杂的自动化任务。 （2）适用于所有SIMATIC S7-200 PLC机型软件编程。

（3）支持IL、LAD、FBD三种编程语言，可以在三者之间随时切换。 （4）具有密码保护功能。

（5）STEP 7-Micro/WIN提供软件工具帮助您调试和测试您的程序。这些特征包括：监视S7-200正在执行的用户程序状态，为S7-200指定运行程序的扫描次数，强制变量值等。

（6）指令向导功能：PID自整定界面；PLC内置脉冲串输出(PTO)和脉宽调制(PWM)指令向导；数据记录向导；配方向导。

（7）支持TD 200和TD 200C 文本显示界面 (TD 200向导)。

3.1.3 S7-200PLC的数据采集

申行端口的本质功能是作为CPU和串行设备间的编码转换器。当数据从CPU经过串行端口发送出去时，字节数据被转换为串行的位。在接收数据时，串行的位将被转换为字节数据。

PLC的数据采集分为以下两种：

（1）开关量的采集，通过PLC输入模块实现，一般都是直流24V输入，PLC提供一个公共点，或正或负，再将这个公共点接入限位开关等设备中，当限位闭合时，形成通路，将信号引入PLC输入点，此时PLC里面这个输入点就通了，可以在编程时使用。

（2）模拟理的采集，通过模拟量模块，A/D（模拟量/数字量）模块，可以将外面的重量信号，温度信号、压力信号等引入，A/D模块能接受的信号是0-10V，0-5V，

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基于S7-200纺织设备数据采集子系统设计

-5-5V电压信号及0-20MA，4-20MA电流信号，如果终端采集模块得到的信号不是这些标准信号，还要通过变送器转换一下，标准信号进入A/D模块后，就会由A/D转换成数字，这些转换后的数字量，可由程序使用，进行转换，处理，最后得到所需要的数据显示出来。

在工业生产中．数据采集系统应用广泛，各类传感器、变送器与其配合使用，可同时对温度、压力、液位、流量、重量、湿度等工程参数进行测量、显示、报警、控制、变送输出等。因此利用该数据采集系统与霍尔传感器通过运算放大电路相连组成一个产量计算系统，可以使繁琐的产量计算以及相关复杂的数据处理实现自动化解决了一大难题。

随着PLC单片机的不断发展和微机技术的不断发展，特别是网络技术在测控领域的广泛应用．由PC机和多台单片机构成的测控系统已成为单片机技术发展的一个方向。它结合了单片机在实时数据采集和微机对图型处理、显示的优点。同时WINDOWS环境下后台微机在数据库管理上具有明显的优势。二者结合，使得单片机的应用已不仅仅局限于传统意义上的二者结合，使得单片机的应用已不仅仅局限于传统意义上的 自动监测或控制，而形成了以网络为核心的分布式多点系统可发展的趋势。

3.2 高速计数器

3.2.1 高速计数器的简介

不同型号的PLC主机，高速计数器的数量也不同， CPU222有4个，它们是HC0、HC3、HC4和HC5；CPU224、CPU224XP和CPU226有6个，它们是HC0-HC5。这些计数器中，HC3和HC5只能作为单向计数器，其他计数器既可作为单向计数器，也可以作为双向计数器使用。在此选用的高速计数器是高数计数器0到高速计数器3[8]。

另外高速计数器的计数和动作可采用中断方式进行控制，与CPU的扫描周期关系不大，各种型号的PLC可用的高速计数器的中断事件大致分为3类：当前等于预设值中断；输入方向改变中断和外部复位中断。在我的这个系统中就是利用高速计数器的初始值等于预设值便产生中断。

所用高速计数器都支持当前值等于预设值中断。每个高速计数器的3种中断的优先级由高到低，不同高速计数器之间的优先级又按编号顺序由高到低。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9202.html