基于PLC的自动装配机系统（毕业设计）

摘要

通过利用PLC强大的控制功能，实现利用可编程控制器控制装配工序的功能，可以提高自动化行业的发展，提高劳动效率。本文针对PLC控制的自动装配系统，对系统的控制要求、设计步骤、控制方案、主要控制元件、编程思路进行深入的剖析。在PLC基础上，系统还增加了组态软件WINCC对系统运行过程进行监控，本文亦介绍了组态软件WINCC对控制系统的组态及运行方法。

通俗地讲，装配是指将产品的若干个零部件通过紧配、卡扣、螺纹连接、粘合、铆合、焊接等方式组合到一起得到符合预定的尺寸精度及功能的成品（半成品）。由人工处理（接触、整理、抓取、移动、放置、施力等）每一个零部件而实现的装配，严格的讲，只能称为人工装配。不需要由人工处理零部件而完成的装配，可称为自动装配。介于两者之间的为半自动装配。

当前，PLC因其强大的功能，被广泛应用于工业应用中，而随着管理信息系统和计算机集成制造系统的普及，生成现场数据的应用已不仅仅局限于数据采集和监控。在生产制造过程中，需要现场的大量数据进行流程分析和过程控制，以实现对生成流程的调整和优化。这就需要组态软件wincc来实现。本文针对PLC控制的自动装配系统，对系统的控制要求、设计步骤、控制方案、主要控制元件、编程思路进行深入的剖析。在PLC基础上，本文亦介绍了组态软件WINCC对控制系统的组态及运行方法。实验证明，通过利用PLC强大的控制功能，实现利用可编程控制器控制装配工序的功能，可以提高自动化行业的发展，提高劳动效率。

关键词: 可编程控制器, 自动装配, 控制系统

Abstract

Using the Powerful control function of PLC, realizing the function of controlling assembly processes by using the programmable controller, it can improve labor efficiency and the development of automation industry. Base on the automatic assembly system controlled by PLC, this paper gives a thorough analysis on the controlling requirement of the system, the design procedure, the control scheme, the main control components and the programming ideas. In base on PLC, the system also increase the configuration software for system operation process WINCC monitoring, this paper also introduces the configuration software WINCC of control system configuration and operation method.

Generally speaking, assembly refers to get the several parts of the product together with combination with accuracy and functionality in line with a predetermined size of the finished(semi) by tight with clasps,threaded connection,bonding,riveting,welding,ect. Assembly by manual processing (contact, organize, capture, motion, position, force, etc.) of each component, strictly speaking, only be described as manual assembly. The assembly which do not need to complete the assembly of the parts of the manual processing can be referred to as automated assembly. In between is semi-automatic assembly.

At present,because of PLC’s powerful features,it is widely used in industrial applications,along with the popularity of the management information systems and computer integrated manufacturing systems,the application of generated field data is not limited to data collection and monitoring. In the manufacturing process,we need the scene of large amounts of data flow analysis and process control,in order to achieve the adjustment and optimization of the generation.this requires the configuration software WinCC to achieve. Base on the automatic assembly system controlled by PLC, this paper gives a thorough analysis on the controlling requirement of the system, the design procedure, the control scheme, the main control components and the programming ideas. In base on PLC, this paper also introduces the configuration software WINCC of control system configuration and operation methor.Experiment show that using the Powerful control function of PLC, realizing the function of controlling assembly processes by using the programmable controller, it can improve labor efficiency and the development of automation industry.

2

Key words: Programmable, controller, automatic assembly, control system

3

目录

1 绪论 ................................................................................................................................ 6 2 论文相关技术介绍 ........................................................................................................ 9

2.1 PLC技术 ............................................................................错误！未定义书签。

2.1.1 PLC基本概念 ........................................................................................... 9 2.1.2 PLC的定义 ............................................................................................. 10 2.1.3 PLC的分类 ............................................................................................. 10 2.1.4 PLC的特点 ............................................................................................. 12 2.1.5 PLC的发展历史 ..................................................................................... 13 2.1.6 PLC的应用领域 ..................................................................................... 14 2.1.7 PLC发展趋势 ......................................................................................... 16 2.2 S7-200系列PLC监控的主要方法 .................................................................. 16 2.3 组态软件技术 ................................................................................................... 17

2.3.1 WinCC软件的性能特点 ........................................................................ 17 2.3.2 Wincc V6.0的新增功能 ......................................................................... 19 2.3.3 WinCC的发展趋势 ................................................................................ 20

3自动装配机控制系统分析及方案设计 .......................................错误！未定义书签。

3.1系统控制要求分析 ............................................................................................ 23 3.2 PLC控制方案设计 ............................................................................................ 23

3.2.1流程图 ..................................................................................................... 24 3.2.2 系统的I/O分配 ..................................................................................... 24 3.3 监控系统方案设计 ........................................................................................... 25 4自动装配机系统的实现 ............................................................................................... 26

4.1PLC控制系统实现 ............................................................................................. 26

4.1.1 控制系统的梯形图 ................................................................................ 26 4.1.2 梯形图对应的指令语句 ........................................................................ 32 4.2 监控系统实现 ................................................................................................... 33 结论 .................................................................................................................................. 37 参考文献 .......................................................................................................................... 38

4

致谢 .................................................................................................................................. 39

5

PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。

2、按功能分类

根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。

（1）低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。

（2）中档PLC 除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。

（3）高档PLC 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。

3、按I/O点数分类

根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。

(1).小型PLC——I/O点数< 256点；单CPU、8位或16位处理器、用户存储器容量4K字以下。如：

GE-I型 美国通用电气（GE）公司 TI100 美国德洲仪器公司 F、F1、F2 日本三菱电气公司 C20 C40 日本立石公司（欧姆龙） S7-200 德国西门子公司 EX20 EX40 日本东芝公司

SR-20/21 中外合资无锡华光电子工业有限公司

(2). 中型PLC——I/O点数256～2048点；双CPU，用户存储器容量2～8K如： S7-300 德国西门子公司

SR-400 中外合资无锡华光电子工业有限公司 SU-5、SU-6 德国西门子公司

11

C-500 日本立石公司 GE-Ⅲ GE公司

(3). 大型PLC——I/O点数> 2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量8～16K如：

S7-400 德国西门子公司 GE-Ⅳ GE公司 C-2000 立石公司 K3 三菱公司等 2.1.4 PLC的特点

PLC之所以越来越受到控制界人士的重视，是和它的优点分不开的: 1、可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

2、配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

3、易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接

12

近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

4、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

5、体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 2.1.5 PLC的发展历史

1、起源

可编程序控制器问世于1969年。是美国汽车制造工业激烈竞争的结果。更新汽车型号必然要求加工生产线改变。正是从汽车制造业开始了对传统继电器控制的挑战。1968年美国General Motors公司，要求制造商为其装配线提供一种新型的通用程序控制器，并提出10项招标指标。这就是著名的GM 10条。

GM10条是可编程控制器出现的直接原因： （1）编程方便，可现场修改程序 （2）维修方便，采用插入式结构 （3）可靠性要高于继电器控制装置 （4）体积要小于继电器控制装置 （5）数据可直接送入管理计算机 （6）成本上可与继电器竞争 （7）输入可以是交流115V

（8）输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀 （9）扩展时原系统只需做很小的改动 用户程序存储器容量至少可扩展到4KB

1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程逻辑控制器PDP—14 ，在美国

13

通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程逻辑控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。

1969年，美国研制出世界第一台PDP-14； 1971年，日本研制出第一台DCS-8； 1973年，德国研制出第一台PLC； 1974年，中国研制出第一台PLC。 2、发展

20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。

20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。 2.1.6 PLC的应用领域

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

14

1、开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2、模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了控制器处理模拟量，必须实现模拟量（analog）和数字量（digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3、运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量i/o模块连接位和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控。

世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合. 4、过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块,目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热炉控制等场合有非常广泛的应用。 5、数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

冶金作为大型PLC最大的行业分支，占据了四分之一的市场；冶金行业各控制环节要求精度高，控制点数多，是大中型PLC应用的主要行业。

15

汽车行业主要对各生产线的工位进行控制，对PLC的应用数量多，但控制点数一般不高，在300点左右，以中型PLC为主。汽车行业被认为是PLC应用最有潜力的行业之一。

虽然电力行业对单机容量5万千瓦以下的常规火电机组的关停在很大程度上影响了PLC在该行业的应用规模，但由于电力行业本身自动化水平很高，对PLC的应用规模基数很大，因此电力行业仍然处于大中型PLC应用的第三大行业。 6、通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接接口,通信非常方便。 2.1.7 PLC发展趋势

21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

2.2 S7-200系列PLC监控的主要方法

在大多数控制系统中，仅仅是实现控制是不够的，在许多情况下也需要组态监控界面对系统进行监控。通过监控可以增加人机交互的能力，使操作人员实时地监控系统工作情况并使系统操作变得方便。

对S7-200系列PLC组成的控制系统进行监控一般有三种方法：组态软件监控、第三方软件编制的监控软件监控、触摸屏监控。

16

用组态软件WinCC实现监控，功能强大，灵活性好，可靠性高。但软件价格高，并需要解决WinCC与S7-200系列PLC的通信问题。在复杂控制系统中可以采用此方法。

用第三方软件编制的监控软件实现监控，灵活性好，系统投资低，能适用于各种系统。但开发系统工作量大、可靠性难保证，对技术人员的经验和技术水平的要求高，还必须购买通信协议软件。在系统资金投资有限，技术人员水平较高的情况下可以采用此方法。

触摸屏进行监控，可靠性高，监控实现容易，触摸屏与PLC之间的通信问题生产厂商已处理好，用户不用考虑通信问题，可以大大缩短工程周期。但灵活性一般，功能有限，不能满足复杂控制系统的监控要求，而且价格高。在系统可靠性要求高、工期短的情况下可以采用此方法。 2.3 组态软件技术

监控组态软件不仅有监控和数据采集（SCADA）功能，而且有组态、开发和开放功能。监控组态软件是伴随着计算机技术、DCS和PLC等工业控制技术的突飞猛进而发展起来的。随着个人计算机（PC）的普及和开放系统的推广，基于PC的监控组态软件在工业控制领域不断发展壮大。监控组态软件广泛运用于工业、农业。楼宇和办公等领域的自动化系统。

随着计算机硬件和软件技术的发展，自动化产品呈现出小型化、网络化、PC化、开放式和低成本的发展趋势，并逐渐形成了各种标准的硬件、软件和网络结构系统。监控组态软件已经成为其中的桥梁和纽带，是自动化系统集成中不可缺少的关键组成部分。

2.3.1 WinCC软件的性能特点

WinCC作为一个功能强大的操作监控组态软件，其主要性能特点如下： 1、应用最新的软件技术

WinCC是由SIEMENS公司与Microsoft公司合作开发的用于控制工程的人机界面组态软件，正是基于Microsoft公司技术的先进性与创新性，保证用户能够获得不断创新的技术。

2、包括所有SCADA功能在内的客户-服务器系统

WinCC是世界上3个 (WinCC，iFix，inTatch)最成功的SCADA系统之一，由WinCC

17

系统组件建立的各种编辑器可以生成画面、脚本、报警、趋势和报告，即使是最基本的WinCC系统，也能提供生成复杂可视化任务的组件和函数。

3、可灵活裁剪，由简单任务扩展到复杂任务

WinCC是一个模块化的自动化软件，可以灵活地进行扩展，可应用在办公室和机械制造系统中。从简单的工程应用到复杂的多用户应用，从直接表示机械到高度复杂的工业过程图像的可视化监控和操作。

4、可由专用工业和专用工艺的选件和附件进行扩展

WinCC在开放式编程接口的基础上开发了范围广泛的选件和附件，使之能够适应各个工业领域不同工业分支的不同需求。

5、集成ODBC/SQL数据库

WinCC集成了Sybase SQL Anywhere标准数据库，使得所有面向列表的组态数据和过程数据均存储在WinCC数据库中，可以容易地使用标准查询语言 (SQL)或使用ODBC (Open Data Base Connectivity )驱动访问WinCC数据库。这些访问选项允许WinCC对其他的Windows程序和数据库开放其数据，例如，将其自身集成到工厂级或公司级的应用系统中。

6、具有强大的标准接口

WinCC建立了DDE(Dynamic Data Exchange)、OLE(Object Link and Embed)、OPC(OLE

For process Control)等在Windows程序间交换数据的标准接口，因此，能够毫无困难地集成Active X控制和OPC服务器、客户端功能。

7、统一脚本语言

WinCC的脚本语言由ANSI-C标准编程语言生成。 8、开放API编程接口可以访问WinCC的模块

所有的WinCC模块都有一个开放的C编程接口(C-API)，可以在用户程序中集成WinCC

组态和运行时的功能。

9、通过向导进行简易的(在线)组态

组态工程师除了可利用综合库，在一个WYSIWYG环境中，进行简单的对话和向导外，在调试阶段，同样可进行在线修改。

18

10、选择组态软件的语言

Wincc软件是基于多种语言开发的，可以在德文、法文、意大利文、西班牙文、中文及

其他多种亚洲语言之间进行选择。可以存储用户喜爱的任何一种语言文本，可以在线进行语言转换。

11、提供所有主要PLC系统的通信通道

作为标准，WinCC支持所有连接到SIMATIC S5/S7/505控制器的通信通道，还包括PROFIBUS-DP、DDE、OPC等非特定控制器的通信通道。此外，还可以通过选件或附件提供广泛的非特定控制器的通信通道。

12、具有与基于PC的控制器的SIMATIC WinAC的紧密接口

软/插槽PLC和操作、监控系统在一台PC机上相结合无疑是一个面向未来的概念。在此前提下，WinCC和WinAC实现了西门子公司基于PC的、强大的自动化解决方案。

13、是全集成自动化工TIA的部件

TIA(Total Integrated Automation)集成了包括WinCC在内的所有SIEMENS产品，WinCC

是所有过程控制的窗口，是TIA的中心部件。TIA意味着在组态、编程、数据存储和通信等方面的一致性。

14、作为SIMATIC PCS7过程控制系统申的操作员站

SIMATIC PCS7是TIA中的过程控制系统。PCS7是结合了基于控制器的制造业自动化的优点和基于PC的过程工业自动化的优点的过程处理系统 (PCS)，它对过程可视化使用包括WinCC的标准SIMATIC部件。

15、符合FDA 21 CFR Part 11的要求 16、可集成到MES和ERP中

WinCC的标准接口使WinCC成为全公司范围IT环境下的一个完整部件。这超越了自动控制过程，将范围扩展到工厂监控级，以及为公司管理系统提供管理数据。 2.3.2 WinCC V6.0的新增功能

WinCC为所有领域，从简单的单用户系统到具有冗余服务器的分布式多工作站系统，以及具有Web客户端的跨区域的解决方案，提供了基于Windows 2000和XP的完

19

整的操作和监控功能。

基本系统中的历史数据归档

- 以很高的压缩比进行长期数据归档，具备数据导出功能和备份机制。 对IT功能和上午集成优化

- 通过Microsoft SQL Server 2000实现历史数据归档； - 增加了客户端的数据评估工具； - 增加了用于业务集成的开放式接口。 可连续扩展

- 系统中可以有多达12台服务器和32个WinCC客户端，每台服务器都可以有自己的冗余服务器。

新支持的开放性标准 - VBA（组态自动化）；

- Visual Basic脚本（运行系统脚本）； - OPC HDA,OPC A&E,OLE-DB。 增强的Web功能

- 可以在WinCC客户端上安装Web Navigator服务器，用做更具安全性的数据集中器；

- Web Navigator 具备WinCC客户端的功能。 新的选件

- WinCC/Dat@Monitor WebEdition（历史数据归档工具）；

- WinCC/Connectivity Pack（通过OPC HDA,OPC A&E和OLE-DB访问WinCC数据库）；

- WinCC/IndustralDataB 2.3.3 WinCC的发展趋势

很多新技术将不断被应用到组态软件当中，促使组态软件向更高层次和更广范围发展。其发展方向如下：

多数组态软件提供多种数据采集驱动程序（driver），用户可以进行配置。在这种情况下，驱动程序由组态软件开发商提供，或者由用户按照某种组态软件的接口规范编写。

20

由OPC基金组织提出的OPC规范基于微软的OLE/DCOM技术，提供了在分布式系统下，软件组件交互和共享数据的完整的解决方案。服务器与客户机之间通过DCOM接口进行通讯，而无须知道对方内部实现的细节。由于COM技术是在二进制代码级实现的，所以服务器和客户机可以由不同的厂商提供。在实际应用中，作为服务器的数据采集程序往往由硬件设备制造商随硬件提供，可以发挥硬件的全部效能；而作为客户机的组态软件则可以通过OPC与各厂家的驱动程序无缝连接，故从根本上解决了以前采用专用格式驱动程序总是滞后于硬件更新的问题。同时，组态软件同样可以作为服务器为其他的应用系统（如MIS等）提供数据。随着支持OPC的组态软件和硬件设备的普及，使用OPC进行数据采集成为组态中更合理的选择。

脚本语言是扩充组态系统功能的重要手段。因此，大多数组态软件提供了脚本语言的支持。其具体的实现方式分为两种：一是内置的C/Basic语言；二是采用微软的VBA的编程语言。C/Basic语言要求用户使用类似高级语言的语句书写脚本，使用系统提供的函数调用组合完成各种系统功能。微软的VBA是一种相对完备的开发环境。采用VBA的组态软件通常使用微软的VBA环境和组态技术，把组态系统中的对象以组件方式实现，并使用VBA的程序对这些对象进行访问。

可扩展性为用户提供了在不改变原有系统的情况下，向系统内增加新功能的能力。这种增加的功能可能来自于组态软件开发商、第三方软件提供商或者用户本身。增加功能最常用的手段是ActiveX组件的应用。所以更多厂商会提供完备的ActiveX组件引入功能及实现引入对象在脚本语言中的访问。

组态软件的应用具有高度的开放性。随着管理信息系统和计算机集成制造系统的普及，生成现场数据的应用已不仅仅局限于数据采集和监控。在生产制造过程中，需要现场的大量数据进行流程分析和过程控制，以实现对生成流程的调整和优化。这就需要组态软件大量采用“标准化技术”，如OPC,DDE,ODBC,OLE-DB, ActiveX和COM/DCOM等，使得组态软件演变成软件平台，在软件功能不能满足用户特殊要求时，可以根据自己的需要进行二次开发。

与MES(Manufacturing Execution Systems）和ERP(Enterprise Resource Planning）系统紧密集成。经济全球化促使每个公司都需要在核实的软件模型基础上表达复杂的业务流程，以达到最佳的生产率和质量。这就要求不受限制的信息流在公司范围内的各个层次朝水平方向和垂直方向不停地自由传输。ERP解决方案正日益扩展到MES领域，并

21

且正在寻求到达自动化层的链路。自动化层的解决方案，尤其是SCADA系统，正日益扩展到MES领域，并未ERP系统提供通讯接口。SCADA系统是用于构造全厂信息平台的一种理想的框架。由于它们管理过程画面，因而能直接访问所有的底层数据；此外,SCADA系统还能从外部数据库和其他应用中获得数据；同时，处理和存储这些数据。所以，对MES和ERP系统来说，SCADA系统是理想的数据源。在这种情况下，组态软件成为中间件，是构造全厂信息平台承上启下的重要组成部分。

现代企业的生产已经趋向国际化、分布式的生产方式。Internet将是实现分布式生产的基础。组态软件将从原有的局域网运行方式跨越到支持Internet。使用这种瘦客户方案，用户可以在企业的任何地方通过简单的浏览器，输入用户名和口令，就可以方便地得到现场的过程数据信息。这种B/S（Browser/Server）结构可以大幅降低系统安装和维护费用。

22

3 自动装配机控制系统分析及方案设计

3.1系统控制要求分析

系统的结构示意图如下：

控制目的：在电子器件的工件基底上叠放三个不同的配件，用转盘流水操作的方式进行配件叠放，然后检测产品是否合格，合格的产品从合格产品通道传送到下一个工序，不合格产品从不合格产品通道送出收集起来。

需要考虑的问题：

1、启动初期，转盘上没有配件，需先放上配件一、二、三，再开始装配元件； 2、按下停止按钮时，转盘上剩下的工件需依次装配完成再停下； 3、遇到紧急情况需要急停，可以断电处理。 3.2 PLC控制方案设计

首先，工件基底从①号工位推出，基底随转盘先后转到②③④位时，各工位分别推出配件一、二、三，装配好的器件到达⑤号工位进行检测，检测合格的，器件从⑤号位推出，否则作为不合格器件运转到⑥号位推出。

23

配件三

④ 合格 ⑤ ③ 配件二

转盘 ⑥ 不合格 ①工件基底 ② 配件一

PLC软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序包括监控程、编译程序、诊断程序等，主要用于管理安全机构、将程序语言翻译成机器语言，诊断机器故障。系统软件由PLC厂家提供并已固化EPROM中，不能直接存取和干预。用户程序是用户根据现场控制要求，用PLC的程序语言编制的应用程序（也就是逻辑控制）用来实现各种控制。STEP7是用于SIMATIC可编程逻辑控制组态喝编程的标准软件包，也就是用户程序，我们就是用STEP7来进行硬件组态和逻辑程序编制，以及逻辑程序执行结果在线监视。

总体设计方案分为硬件设计和软件设计两大部分，是以S7-200系列PLC来进行控制和数据的处理与传输，同时配以响应硬件电路来控制转盘动作，来实现装配机的全自动运行。 3.2.1流程图

根据自动装配机系统控制要求，装配机的动作流程如下图：

开始转盘转动1推出工件基底到达工位4转盘旋转4安装配件三工件基底到达2是否合格？2安装配件一Y从合格出口推出转盘转动从不合格出口推出N到达工位3结束3安装配件二 3.2.2 系统的I/O分配

I0.0 开始按钮

24

I0.1 停止按钮

I0.2 合格与不合格检测（1为合格，0为不合格） Q0.0 工件基底 Q0.1 配件一 Q0.2 配件二 Q0.3 配件三 Q0.4 合格输出 Q0.5 不合格输出 Q0.6 转盘

Q1.0 合格与不合格（1为合格，0为不合格） 3.3 监控系统方案设计

本自动装配机组态软件系统采用WinCC组态软件开发实现，其设计画面简单，方便易懂。首先用一个圆盘来代替转盘，转盘上有6个出口，从最底下那个开始逆时针方向，分别代表工件基底，配件一、配件二、配件三、合格出口、不合格出口。当系统开始运行时，我们可以从画面上看到工件在转盘上的传输过程。另外，在转盘旁边还有一个指示灯，用于显示产品合格与否的判断结果。

25

4自动装配机系统的实现

4.1PLC控制系统实现

1、按下启动按钮后，开始往转盘上装配件一、二、三，Q0.1-Q0.3顺序亮；

2、待配件装上后，整个装配流水线开始工作，推出工件基底，顺序装上配件一、二、三，并判断是否合格。整个过程是并行运行的，即当工件基底在装配件一的同时，Q0.0推出下一基底。 4.1.1 控制系统的梯形图

图1

26

图2

图3

27

图4

图5

28

图6

图7

图8

29

图9

图10

30

图11

图12

31

4.1.2 梯形图对应的指令语句

LD 启动 AN M0.0 AN 停止 S M0.0, 1 R M0.1, 1 R M1.1, 1 LD 停止 S M1.1, 1 LD M1.1 A M2.0 EU

S M0.1, 1 LD T59 AN M2.0 R M0.0, 1 LD M0.1 TON T60, 10 TON T61, 20 TON T62, 30 TON T63, 40 TON T59, 50 LD M0.0 LPS

TON T40, 10 TON T41, 20 TON T42, 30 TON T43, 40 TON T44, 50

AN T49 TON T50, 5 TON T49, 10 LPP

S M2.0, 1 LD T50 R M2.0, 1 LD T49 S M2.0, 1 LD M2.0 LPS

A M0.0 AN M0.1 = 工件基底LRD A T40 AN T60 = 配件一 LRD A T41 AN T61 = 配件二 LPP A T42 AN T62 = 配件三 LD M0.0 LPS

32

A Q1.0 LPS

A M2.0 A T43 AN T63 = 合格 LPP

TON T52, 10 LPP

AN Q1.0 TON T51, 10 LD T51 S M1.0, 1 LD T52 R M1.0, 1 LD M1.0 A M2.0 A T44 AN T59 = 不合格 4.2 监控系统实现

一、用PC ACCESS建立OPC服务器

LD M0.0 AN M2.0 = 转动 LD M2.0 EU LPS

A M3.0 S Q1.0, 1 LPP

A M3.1 R Q1.0, 1

LD 合格或不合格检测 S M3.0, 1 R M3.1, 1 R 不合格, 1

LDN 合格或不合格检测 S M3.1, 1 R M3.0, 1

PC ACCESS是专为S7200PLC所作的OPC服务器，内置OPC测试CLIENT端；可以添加EXCEL客户端，用于简单的电子表格对S7200数据进行监控；提供任何OPC CLIENT端的标准接口；安装PC ACCESS后，运行之。在联接上设置PC通讯口，之后，增加新PLC（PLC1）、文件夹（NET1）和项目（ITEM1……），建好的数据可以作客户端测试：连接PLC，PPI缆并通电；鼠标将建立的数据拖拽到[测试客户机]栏中；下拉菜单[状态]启动测试客户机，测试所建项目，如果[质量]显示“好”，表示通讯数据正确；文件保存之。否则要检查接口或者重新设置。

33

二、WINCC的OPC客户端建立链接

运行WINCC，在[变量管理]中的[添加新的驱动程序]，在WINCC安装目录下的[bin]中选择OPC的WINCC通讯驱动程序(*.CHN)；则在[变量管理]中会出现该驱动程序的变量组链；OPC GROUPS（OPCCHN UNIT#1）；在OPC GROUPS点击[新的程序链接]，将打开OPC条目管理器；选择[LOCAL] 中的S7200.OPCServer,并点击[过滤服务器],弹出[过滤标准]的对话框中,点击[下一步]；出现已经建立的S7200.OPCSERVER对话框；选择已建的ITEMS，并[添加条目]，[完成]后，在OPC GROUPS下将出现S7200_OPCSERVER的连接，以及添加的条目，完成变量的链接。

系统连接设置和程序检测无误之后，将自动装配机的控制程序加载到PLC中并运行，然后启动WinCC软件，并打开已经制作完成的自动装配机的组态工程项目，将其切换到组态运行系统，进入监控界面。观察监控界面的动态仿真显示与自动装配机的现场设备是否同步运行，检查监控界面动画连接控件显示正确与否。

通过WinCC图形编辑器来规划仿真图形和WinCC Explorer来实现输出端的监控，并通过WinCC图形编辑器和WinCC Explorer的联系（输出端的“0”、“1”与相应的状态图的联系），达到仿真的效果。具体步骤如下：

第一步：建立输出端状态和状态图的联系，每种输出状态对应一张状态图，整个模型如下：

注:与圆形转盘相连的图标，蓝色表示“0”状态，绿色表示“1”状态。

34

图4.31 开始界面

第二步：启动WinCC Explorer监控端口，监控所有的项目输出端口，在本设计中，所有的输出端口有Q0.0, Q0.1, Q0.2, Q0.3, Q0.4, Q0.5, Q0.6, Q1.0，对应着转盘附近的的输出端，依次从最底层的输出端开始，逆时针对应。

第三步：运行WinCC图形编辑器所生成的仿真监控图形。 第四步：启动PLC，观察效果，效果如下：

图4.32 配件完成装好情况下“合格”的运转时状况

图4.33 配件完成装好情况下“不合格”的运转时状况

35

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/k4nd.html