基于PLC自动送料装车系统 - 毕业设计

基于PLC控制的自动送料装车系统

摘 要

随着PLC技术的广泛应用，工业控制系统的深入，在面临规模更大、控制更复杂的控制系统时，人们逐渐意识到原有的上位机编程的开发方式，对项目来说是费力费时、得不偿失，同时，MIS（management information system,管理信息系统）和CIMS(computer integration manufacture system,计算机集成制造系统)的大量应用，要求工业现场为企业的生产、经营、决策提供更详细和深入的数据，以便优化企业生产经营中的各个环节。因此组态软件在我国的应用逐渐的到了普及。

本文基于PLC对自动送料装车系统的控制，提出了用组态仿真的方法实现对自动送料装车系统的监控。首先，用PLC编程实现送料系统的基本功能。其次，画出组态仿真画面，定义组态变量，对组态中的一些基本量如（管道中物料的流动）进行仿真。然后，把PLC程序和组态结合，通过数据连接，实现通信。最后，运行PLC程序及组态仿真程序，实现组态对整个系统实时监控。在实现组态控制时，本文详细的介绍了组态王软件的编程及通信，使读者很容易的了解组态王软件运行仿真过程。

关键词：PLC,组态王,监控,仿真

I

PLC-based automatic feed Loading System

ABSTRACT

Along with PLC technology widespread application, industrial control system's thorough, when faces the scale is bigger, controls the more complex control system, the people gradually realize the original superior machine programming the development way, to the project is the time-consuming hard sledding, the gain does not equal the loss, simultaneously, MIS (management information system) and CIMS (computer integration manufacture system) the massive applications, the request industry scene for enterprise's production, the management, the decision-making provides more detailed and a thorough data, with the aim of optimizing in the enterprise production operation each link. There fore configuration software in our country's application gradual to popularization.

This article based on PLC to feed control load system, proposed realizes with the configuration simulation's method to the feed control load system's monitoring. First, programs with PLC realizes feed system's basic function. Next, draws the configuration simulation picture, the definition configuration variable, like (in pipeline material flowing) carries on the simulation to configuration some fundamental quantities. Then, the PLC procedure and the configuration union, through the data connection, realizes the correspondence. Finally, moves the PLC procedure and the configuration simulated program, realizes the configuration real-time monitoring overall system. When realizes the configuration control, this article detailed introduction configuration king software's programming and the correspondence, caused the reader very easy to understand the configuration king software movement simulation process.

KEY WORDS: PLC,configuration,monitoring,simulation

II

目 录

前 言 ................................................. V 第1章 概 述 .......................................... 1

§1.1 可编程控制技术的发展状况 ...................... 1 §1.2 基于PLC控制的自动送料装车系统简介 ............ 1 §1.3 PLC的特点 ..................................... 2 §1.4 PLC的应用领域 ................................. 3 §1.5 组态仿真软件简介 .............................. 4

§1.5.1 组态王软件简介 ........................... 4 §1.5.2 组态王6.5的特点 ......................... 5 §1.5.3 组态王作用 ............................... 8

第2章 系统硬件设计 ................................... 9

§2.1 系统硬件的设计 ................................ 9

§2.1.1 自动送料装车系统控制工艺要求 ............. 9 §2.1.2 主电路的设计 ............................ 10 §2.1.3 I/O地址分配 ............................ 10 §2.1.4 PLC外部接线图的设计 .................... 11

第3章 系统软件设计 ................................... 13

§3.1 系统功能的分析与设计 ......................... 13 §3.2 系统结构的分析与设计 ......................... 14 §3.3 程序设计的常用方法 ........................... 15 §3.4 PLC程序设计 .................................. 16

§3.4.1 PLC程序流程图 .......................... 16 §3.4.2 PLC梯形图设计 .......................... 18 §3.5 组态监控系统设计 ............................ 21

§3.5.1 监控系统的形成背景 ...................... 21 §3.5.2 组态王工程的建立 ........................ 22 §3.5.3 组态画面的建立 .......................... 23 §3.5 4 定义IO设备 ............................. 25

III

§3.5.5 构造数据库 .............................. 26 §3.5.6 建立动画连接 ............................ 28

第4章 软件调试 ....................................... 32

§4.1 软件调试概述 ................................. 32 §4.2 通信协议 ..................................... 33 §4.3 PLC软件测试 .................................. 33

§4.3.1 PLC程序的模拟调试 ...................... 33 §4.3.2 PLC程序下载 ............................ 34 §4.4 组态调试 ..................................... 35

§4.4.1 组态通讯调试 ............................ 35 §4.4.2 组态监控仿真 ............................ 37 §4.4.3 导航菜单 ................................ 38

第5章 总结与展望 ..................................... 41

§5.1 全文总结 ..................................... 42 §5.2 研究展望 ..................................... 42

参考文献 .............................................. 43 致 谢 ................................ 错误！未定义书签。 附 录 ................................ 错误！未定义书签。

IV

前 言

可编程控制器（PLC）是集自动控制、计算机和通信技术三者于一体的工业控制装置。PLC与组态软件的联合应用，可组成目前较为流行的监控系统。目前，西门子（SIEMENS）、欧姆龙（OMRON）和三菱（MITSUBISH）等几家公司的PLC应用较为广泛。本设计主要用西门子（SIEMENS）公司的S7-200系列小型PLC和目前较为流行的组态王6.5（KingView6.5）软件为主要工具，设计开发自动送料装车运行及监控系统。本设计用大量的图形的形式介绍组态王（KingView）与PLC的联合应用，真正达到理论和实际的有机结合。

本文从自动送料装车系统的工艺出发，选择了西门子（SIEMENS）S7-200系列PLC作为主要的编程对象，实现自动送料装置的基本运行，然后又详细地介绍了组态王6.5（KingView6.5）软件的功能及命令语言的编辑，实现了对系统的监控功能，并且对一些变量实现了远程控制。

由于时间仓促，加之理论水平的限制，论文中难免有疏漏和不足之处，恳请老师和读者指正。

V

第1章 概 述

§1.1 可编程控制技术的发展状况

可编程控制器(Programmable Logic Controller)简称PC或PLC，是60年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司(DEC)为美国通用公司研制开发并应用汽车生产线上，取得了极佳的效果，可编程控制器自此诞生。随着计算机技术的飞速发展，PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也不断朝着智能化方向发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。现代PLC已经成为真正的工业控制设备。最初，PLC主要是用在生产线控制和大型机械的控制上。但不久，西德的西门子(SIEMENS)公司、BBC公司就开始研制PLC，当时主要是用于轧钢机、升降设备等大型设备上。70年代初，日本的欧姆龙（OMRON）也推出了他们的PLC。三菱、日立、富土、东芝、横河、日电等公司也先后加入了PLC制造者的行列。70年代中期，美国和西德首先出现了微电脑化的小型PLC。由于PLC是为工业控制所生产的通用性很强，适合于大批量生产的装置，所以成本迅速下降；加上其是专为工业控制所设计，所以具有极好的抗干扰性能；并且他的使用和维护都极为方便，实现了低水平的操作、高性能的控制，所以在机械制造业深受欢迎。小型PLC开始步入诸如塑料注塑机、包装机械、橡胶机械、纺织机械等轻工机械的控制领域，其成本的低廉和性能的优良对直接使用微机作为控制单元的做法构成了强有力的挑战，更有全面取代传统继电器控制屏的趋势。据国外资料介绍:1982年美国PLC用户中，有48%来自自动程序操作部门(如汽车、拖拉机工业、机械工业等)、13%来自石油化工业、9%来自食品饮料业、7%来自冶金工业、其余部分来自造纸、采矿、污水处理等部门。近年来，随着我国对外开放，日、美、西德等国生产的PLC已通过多种途径进入了我国，引起了各方面的重视并得到应用。如宝钢工程应用了数百台PLC，首钢、武钢、开滦煤矿也分别应用了美国和西德的PLC。

§1.2 基于PLC控制的自动送料装车系统简介

自动送料装车系统是用于物料输送的流水线设备，主要是用于煤粉、细砂等材料的运输。自动送料装车系统一般是由给料器、传送带、小车等单体

1

设备组合来完成特定的过程。这类系统的控制需要动作稳定，具备连续可靠工作的能力。通过三台电机和三个传送带、料斗、小车等的配合，才能稳定、有效率地进行自动送料装车过程。本次自动送料装车系统采用了PLC控制。从送料小车运行的工艺流程来看，其控制系统属于自动运行的控制系统，因此，此送料小车的电气控制系统设计采用自动扫描循环工作方式。而在程序设计上采用整体式设计方法，这样就可以使读者一目了然地看懂整个程序，从而在一定程度上省去了使用人员阅读并分析程序的大量宝贵时间，同时也使得程序的设计、修改和故障查找工作大为简化。

自动送料装车系统控制系统的软件部分（信号显示和故障显示）均采用经验设计法，而自动程序则采用顺序控制法设计。

为了使整个控制过程更加完善，本设计采用北京亚控公司的组态王6.5仿真软件对整个系统进行组态模拟仿真，以进一步充分检验并修改系统硬件与软件。下面我们先介绍一下PLC及组态各自的特点。

§1.3 PLC的特点

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。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。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

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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。

§1.4 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、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

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。为了使可编程控制器处理模拟量，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厂家都生

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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模块连接位置传感器和执行机构，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制模块。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能编制各种各样的控制算法程序，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、热处理、锅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、位操作等功能，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，完成一定的控制操作，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，如无人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。

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都具有通信接口，通信非常方便。

§1.5 组态仿真软件简介

§1.5.1 组态王软件简介

组态一词来源于英文单词Configuration，“组态软件”作为一个专业术语,到目前为止,并没有一个统一的定义。从组态软件的内涵上说组态软件

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是指在软件领域内,操作人员根据应用对象及控制任务的要求,配置(包括对象的定义、制作和编辑，对象状态特征属性参数的设定等)用户应用软件的过程,也就是把组态软件视为“应用程序生成器”。从应用角度讲组态软件是完成系统硬件与软件沟通、建立现场与监控层沟通的人机界面的软件平台,它的应用领域不仅仅局限于工业自动化领域。工业控制领域是组态软件应用的重要阵地，伴随着集散型控制系统DCS (Distributed Control System)的出现组态软件已引入工业控制系统。在工业过程控制系统中存在着两大类可变因素:一是操作人员需求的变化;二是被控对象状态的变化及被控对象所用硬件的变化。而组态软件正是在保持软件平台执行代码不变的基础上通过改变软件配置信息(包括图形文件、硬件配置文件、实时数据库等),适应两大不同系统对两大因素的要求，构建新的监控系统的平台软件。以这种方式构建系统既提高了系统的成套速度,又保证了系统软件的成熟性和可靠性,使用起来方便灵活,而且便于修改和维护。

组态王6.5是一个具有丰富功能的HMI/SCADA软件。可用于工业自动化的过程控制和管理监控。组态王6.5为系统工程者提供了集成、灵活、易用的开发环境和广泛的功能，能够快速建立、测试和部署自动化应用，来连接、传递和记录实时信息。使用户可以实时查看和控制工业生产过程。 §1.5.2 组态王6.5的特点

1. 工程管理

对于系统集成商和用户来说，一个系统开发人员可能保存有很多个组态王工程，对于这些工程的集中管理以及新开发工程中的工程备份等都是比较烦琐的事情。组态王工程管理器的主要作用就是为用户集中管理本机上的所有组态王工程。工程管理器的主要功能包括：新建、删除工程，对工程重命名，搜索指定路径下的所有组态王工程，修改工程属性，工程的备份、恢复，资料词典的导入导出，切换到组态王开发或运行环境等。另外，组态王6.5开发系统提供工程加密，画面和命令语言导入、导出功能。

2. 画面制作系统 a.支持无限色和过渡色

组态王6.5调色板支持无限色，支持二十四种过渡色效果， 组态王的任一种绘图工具都可以使用无限色，大部分图形都支持过渡色效果，巧妙地利用无限色和过渡色效果，可以使您轻松构造面无限逼真、美观的画面。

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b.图库

使用图库具有很多好处：降低了工程人员设计接口的难度，缩短开发周期；用图库开发的软件将具有统一的外观，方便工程人员学习和掌握；利用图库的开放性，工程人员可以生成自己的图库元素，\一次构造，随处使用\，节省了工程人员投资。6.5图库全新改版，提供具有属性定义向导的图库精灵，用户只需稍做调整即能制作具有个性化的图形。

c.按钮和图形

组态王6.5支持按钮的多种形状和多种效果，并且支持位图按钮， 用户可以构造无限漂亮的按钮。另外，组态王6.5提供了全新的图形库，包含了大量预先建立好的组合图形对象，比如控制按钮、指示表、阀门、电机、泵、管路和其它标准工业组件。图库中的元素称为“图库精灵”，使用“图库精灵”将极大地加快应用系统的构造。为了满足不同行业用户的需要，图库被设计成可扩充的。设计者可以创建图库精灵，把它们加入到图库中去，或者把不再需要的精灵从图库中删除。设计者还可以创建新的图库。

d.可视化动画连接向导

通过可视化图形操作，直接完成移动、旋转的动画连接定义。 3. 报警和事件系统

组态王6.5报警系统全新改版，具有方便、灵活、可靠、易于扩展的特点。组态王分布式报警管理提供多种报警管理功能。包括：基于事件的报警、报警分组管理、报警优先级、报警过滤、新增死区和延时概念等功能，以及通过网络的远程报警管理。组态王还可以记录应用程序事件和操作员操作信息。报警和事件具有多种输出方式：文件、数据库、打印机和报警窗，并且可以利用控件等工具轻松浏览和打印报警数据库的内容。

4. 报表系统

组态王6.5提供一套全新的、集成的内嵌式报表系统，内部提供丰富的报表函数，用户可创建多样的报表。提供报表工具条，操作简单明了，比如：日报表的组态只需用户选择需要的变量和每个变量的收集间隔时间；提供报表模板，方便用户调入其它的表格。报表能够进行组态，例如有日报表、月报表、年报表、实时报表的组态，另外，报表打印时可以进行预览和页面设置。

5. 控件

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组态王6.5支持Windows标准的Active X控件（主要为可视控件），包括Microsoft提 供的标准Active X控件和用户自制的Active X控件。Active X控件的引入在很大程度上方便了用户，用户可以灵活地编制一个符合自身需要的控件，或调用一个已有的标准控件，来完成一项复杂的任务，而无须在组态王中做大量的复杂的工作。一般的 Active X控件都具有属性、方法、事件，用户通过控件的这些属性、事件、方法来 完成工作。组态王6.5版本中新增三个功能强大的控件，即数据表格控件（可将ODBC数据源里的大量数据在组态王中进行显示和打印）；历史曲线控件（可动态增删曲线，进行曲线比较，并且数据来源可以是ODBC数据源）；PID调节控件（对过程量进行死循环控制，可实现三种PID控制算法：标准型，归一参数型，和近似微分型）。

6. OPC

全面支持OPC标准（组态王6.5既可以作为OPC服务器，也可以作为OPC客户端）开发人员可以从任何一个OPC服务器直接获取动态数据，并集成到组态王中；同时组态王作为OPC服务器，可向其它符合OPC规范的厂商的控制系统提供数据。OPC节省了不同厂商的控制系统相连的工作量和费用。并且组态王提供SDK开发包，用户可以自己利用VC，VB编制程序，利用组态王的OPC接口来访问组态王的变量和变量的域。

7. 通讯系统

⑴ 支持远程拨号组态王6.5支持与远程设备间通过拨号方式进行通讯。组态王的远程拨号与组态王原有驱动程序无缝连接，硬设备端无需更改程序。利用远程拨号能实时显示现场设备运行状况，随时打印，报警和历史数据自动上传等功能。

⑵ 开发中进行硬件测试 开发系统中有硬件测试接口，在不启动运行系统的情况 下，能测试对硬设备的读写操作，并且IO变量支持时间戳和质量戳，能随时判断数据采集的时间和检查通讯质量的好坏。

⑶ 支持网络DDE，组态王6.5版本支持win2000操作系统下的DDEshare方式，实现组态王与excel和VB程序间通过网络进行数据交换。

8. 安全系统

组态王6.5采用分级和分区保护的双重保护策略。新增用户组和安全区管理，999个不 同级别的权限和64个安全区形成双重保护，另外组态王能记录程序运行中操作员的所有操作。

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9. 网络功能

组态王6.5完全基于网络的概念，是一种真正的客户--服务器模式，支持分布式历史数据库和分布式报警系统，组态王的网络结构是一种柔性结构，可以将整个应用程序分配给多个服务器，如指定报警服务器和历史数据记录服务器，这样可以提高项目的整体容量结构并改善系统的性能。

10. 冗余系统

组态王6.5提供全面的冗余功能，能够有效地减少数据丢失的可能，增加了系统的可靠性，方便了系统维护。组态王提供三重意义上的冗余功能，即双设备冗余、双机冗余和双网络冗余。对于这三种冗余方式，设计者可综合运用，可以同时采取或采取其中的任意一种或两种。采用冗余后，系统运行时将更加稳定、可靠，对各种情况都能应付自如。 §1.5.3 组态王作用

(1) 显示功能：工艺流程、测量值、设备运行状态、操作模式、报警等显示、画面调用等功能；

(2) 报警处理和报表生成功能：纪录报警发生时间、故障内容等信息，并对报警信息进行管理，系统报表有时报、日报、月报等；

(3) 历史趋势功能：对现场的皮带速度、料槽料位以曲线图形显示。每个趋势曲线显示的画面主要包括画面名称、时间、趋势等；

(4) 画面系统对系统料位参数进行修改，实现对系统自动/手动的切换； (5) 管理权限：实现不同级别的系统管理权限，系统操作员可以选择操作模式，查看趋势曲线及报表等；系统工程师可以对监控软件和下位机软件进行修改；

(6) 操作控制功能：根据界面上的按钮可以对各条皮带进行操作，比如：启动、停止；对料位按工艺要求进行设定并对其进行选择。

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第2章 系统硬件设计

自动化系统所使用的各种类型PLC中，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。PLC控制系统的硬件设计主要是指硬件选型，近十几年来，国内外众多厂家提供了多种系列、功能各异的PLC产品，已有几十个系列、几百种型号。PLC品种繁多，其结构形式、性能、I/O点数、用户程序内存容量、运算速度、指令系统、编程方法和价格各有不同，使用场合也各有侧重。因此，PLC的合理选择，，对提高PLC控制系统的技术、经济指针以及对于控制系统都有着重要作用。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力，另一方面要求应用部门在工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。

§2.1 系统硬件的设计

§2.1.1 自动送料装车系统控制工艺要求

基于PLC控制的自动送料装车系统的控制要求如下：

初始状态：红灯L2灭，绿灯L1亮，表示允许汽车进来装料。此时，进料阀门（K1），送料阀门（K2），电动机（M1、M2、M3）皆为OFF状态。当汽车到来时，车辆检测开关S2接通，红灯L2亮，绿灯L1灭，电动机M3运行，电动机M2在M3接通2秒后运行，电动机M1在M2启动2秒后运行，依次顺序起动整个送料系统。

当电动机M3运行后，进料阀门K1打开给料斗进料。当料斗中物料装满时，料斗检测开关S1接通，此时进料阀门K1关闭（设1料斗物料足够运料小车装满一车）。料斗出料阀门K2在电动机M1运行2秒及料斗装满后，打开放料，物料通过传送带PD1、PD2和PD3的传送，装入汽车。

当运料小车装满后，称重开关S3动作，送料阀门K2关闭，同时电动机M1延时2秒后停止，电动机M2在M1停止2秒后停止，电动机M3在M2停止2秒后停止。此时绿灯L1亮，红灯L2灭，表示汽车可以开走。

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故障操作：在带式传输机传送物料过程中，若传送带PD1超载，则送料阀门K2立即关闭，同时停止电动机M1，电动机M2和M3在电动机M1停止4秒后停止；

在带式传输机传送物料过程中，若传送带PD2超载，则同时停止电动机M1和M2并关闭送料阀门K2，延时4S后电动机M3停止；

在带式传输机传送物料过程中，若传送带PD2超载，则同时停止电动机M1、M2和M3并关闭送料阀门K2。 §2.1.2 主电路的设计

主电路的设计对于本次设计小车自动送料装车系统设计相当重要,只有在主电路设计正确且简便的基础上,系统控制电路及软件设计才能精简方便。 根据系统的控制工艺要求，我所设计的电气控制系统主回路原理图如图2-1所示。图中，M1，M2，M3为三台皮带传输送料电动机，交流接触器KM1~KM3通过控制三台电动机的运行来控制三个传送带，从而进行对物料的传输。FR1，FR2，FR3为起过载保护作用的热继电器，用于物料传输过程中当传送带过载时断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用。

L1L2L3QSFUKM1KM2KM3FR1FR2FR3M1 3～电机M1M2 3～电机M2M3 3～电机M3

图2-1 自动送料装车系统主电路原理图

§2.1.3 I/O地址分配

此次设计，系统占用18个PLC的I/O端口，分别是8个输入端口和10

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的程序。

2. 逻辑设计法

工业电气控制线路中，有很多是通过继电器等电器组件来实现的。而继电器、交流接触器的触点都只有两种状态即：断开和闭合，因此用“0”和“1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的。该方法法是根据数字电子技术中的逻辑设计法进行PLC程序的设计，它使用逻辑表达式描述问题。在得出逻辑表达式后，根据逻辑表达式画出梯形图。因此用逻辑设计法也可以适用于PLC应用程序的设计。

3. 顺序控制法

对那些按动作的先后顺序进行控制的系统，非常适合使用顺序控制设计法进行编程。顺序控制法规律性很强，虽然编程相当长，但程序结构清晰、可读性。在用顺序控制设计法编程时，功能图是很重要的工具。功能图能够清楚地表现出系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。 功能图由流程步、有向线段、转移和动作组成，在使用时它有一些使用规则，具体如下：

（1）步与步之间必须用转移隔开； （2）转移与转移之间必须用步隔开；

（3）转移和步之间用有向线段连接，正常画顺序功能图的方向是从上向下或则从左向右。按照正常顺序画图时，有向线段可以不加箭头，否则必须加箭头。

（4）一个顺序功能图中至少有一个出初始步。

§3.4 PLC程序设计

根据可编过程控制器系统硬件结构和生产工艺要求，在软件规格说明书的基础上，用相应的编程语言指令，编制实际应用程序并形成程序说明书的过程就是程序设计。程序设计要对做一些必要的准备工作，首先要了解系统的概况形成整体概念。其次熟悉被控对象、编出高质量的程序。再次，充分利用已有的硬件和软件工具。如果是利用计算机编程，可以大大提高编程的效率和质量。

§3.4.1 PLC程序流程图

PLC采用计算机控制技术，其程序设计同样可遵循软件工程设计方法，

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程序工作过程可用流程图3-1表示。由于PLC的程序执行为循环扫描工作方式，因而与计算机程序框图不同点是，PLC程序框图在进行输出刷新后，再重新开始输入扫描，循环执行。

初始状态红灯灭绿灯亮Y小车进入N启动电机M3启动进料阀门延时2秒料斗满？Y送料阀门N电机M2启动延时2秒电机M1启动装车电动机过载？NN达到小车重量Y关闭送料阀门关闭电动机M3延时2秒Y关闭送料阀门显示故障电机排除故障电机关闭电机M2延时2秒关闭电机M1红灯灭绿灯亮Y小车退出N

图3-1 PLC程序流程图

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§3.4.2 PLC梯形图设计

Network 10.0启动I0.1电机M3启动Q0.0Q0.0Network 2Q0.0IN电机M3启动后延时2秒T37TON20PT100msNetwork 3T37电机M2启动Q0.1Q0.1Network 4Q0.1电机M2启动后延时2秒INT38TON20PT100msNetwork 5T38电机M1启动Q0.2Q0.2Network 6Q0.0检测料斗 准备装料Q0.4I0.2I0.4Q0.3Network 7开始装料 检测小车（如果小车装满电机M3停止）I0.5I0.6I0.7Q0.2Q0.0I0.2I0.1Q0.4Q0.4Network 8I0.1Q0.1M0.0M0.0Network 9M0.020电机M3停止后延时2秒T39INTONPT100msNetwork 10电机M2停止T39Q0.1R1

图3-2 PLC程序梯形图（一）

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Network 11T39Q0.2M0.1M0.1Network 12M0.1电机M2停止后延时2秒T40INTON20PT100msNetwork13 T40电机M1停止Q0.2R1红灯亮Q0.5Network 14I0.0Q0.2Q0.5Q0.0Network 15I0.0绿灯亮Q0.6Q0.5Network 16电动机M1故障Q0.0I0.5M0.2Q0.1Q1.0Network 17M0.2延时2秒T41TONIN20PT200msNetwork 18T41电动机M3故障显示Q0.7Q0.0R1

图3-3 PLC程序梯形图（二）

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Network 19Q0.0电动机M2故障I0.6M0.3Q0.2Q0.7Network 20M0.3延时2秒T42TONIN20PT100msNetwork 21T42电动机M2故障显示Q1.0Q0.1R1Q0.0R1M0.4Network 22电动机M3故障Q0.2I0.7Q0.1Q1.1Network 23M0.4延时2秒T43IN20PTTON200msNetwork 24 T43电动机M3故障显示Q1.1Q0.2R1Q0.1R1Q0.0Network25I0.3紧急停止R1Q0.0R5

图3-4 PLC程序梯形图（三）

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初始状态：Q0.6接通，其它都处于断开状态。表示小车可以进入。 小车到达：I0.0闭合，Q0.0接通同时Q0.4接通，延时2秒 Q0.1接通，延时

2秒，Q0.2接通。Q0.5接通，Q0.6断开。表示小车已经到达。

开始装料：I0.2闭合，Q0.4断开，Q0.3接通，表示装料中。

装料完毕：I0.1闭合，Q0.3断开同时Q0.0断开，延时2秒Q0.1断开，在延

时2秒Q0.2断开，Q0.5断开，Q0.6闭合。表示小车已经装满并且可以离开。

§3.5 组态监控系统设计

§3.5.1 监控系统的形成背景

组态王是一个操作平台，它能及时的反映现场的实际情况，有利于工作人员及时的对现场出现的情况做出相应的操作。组态王6.5(KingView 6.5) 是目前国内比较流行的一种国产工业自动化通用组态软件,适用于中小规模工业监控机,价格低廉。组态王配有加密锁,支持工程加密；驱动程序较为丰富,如支持DDE、板卡、OPC 服务器、PLC、智能仪表、智能模块等；支持ActiveX 控件、配方管理、数据库访问、网络功能、冗余功能。其扩展性强,可与管理计算机或控制计算机联网通信。

组态王6.5是亚控科技在组态王6.0x系列版本成功应用后，广泛征询数千家用户的需求和使用经验，采取先进软件开发模式和流程，由十多位资深软件开发工程师历时一年多的开发，及四十多位用户一年多的实际现场考验。使用更方便，功能更强大，性能更优异，软件更稳定，质量更可靠。组态王6.5的推出再次验证了亚控科技“以客为尊、务实创新、勤奋正值、协作成长” 的经营理念。亚控科技是一个永远都会将用户利益放在首位的、值得用户信赖的专业自动化软件服务商。

随着Internet科技日益渗透到生产、生活的各个领域，自动化软件的e趋势已发展成为整合IT与工厂自动化的关键。亚控科技一直是这个领域的开拓者，组态王6.5的Internet版本立足于门户概念，采用最新的JAVA 2核心技术，功能更丰富，操作更简单。整个企业的自动化监控将以一个门户网站的形式呈现给使用者，并且不同工作职责的使用者使用各自的授权口令完成各自的操作，这包括现场的操作者可以完成设备的起停、中控室的工程师

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可以完成工艺参数的整定、办公室的决策者可以实时掌握生产成本、设备利用率及产量等数据。组态王6.5的Internet功能逼真再现现场画面，使您在任何时间任何地点均可实时掌控企业每一个生产细节得以实现，现场的流程画面、过程数据、趋势曲线、生产报表(支持报表打印和数据下载)、操作记录和报警等均轻松浏览。当然您必须要有授权口令才能完成这些。用户还可以自己编辑发布的网站首页信息和图标，成为真正企业信息化的Internet门户。对于自动送料装车系统，组态监控是重要的一步，也是必要的一步。我们知道自动送料装置一般都是在环境比较恶劣，不利于工作人员现场操作，这样就不能准确的判断现场的实际情况，就不能及时的做出相应的操作。 §3.5.2 组态王工程的建立

组态王6.5为我们支持大画面、导航图，用户可以制作任意大小的画面，利用滚动条和导航图控制画面显示内容。绘制、移动、选择图素时，画面自动跟踪滚动。方便的变量替换，可以单独替换某个画面中的变量，也可以在画面中任意选中的图素范围内进行变量替换。自定义菜单，支持二级子菜单。丰富的提示文本，系统提供丰富的图素提示条文本，包括简单图素和组合图素。任意选择画面中的图素，在画面中使用键盘和鼠标结合可以任意选择多个图素进行组合、排列等操作。

1.组态主画面的建立

建立新的组态王工程，请首先为工程指定工作目录（或称“工程路径”）。“组态王6.5”用工作目录标识工程，不同的工程应置于不同的目录。工作目录下的文件由“组态王6.5”自动管理我们打开组态王6.5软件，首先要求我们新建组态王工程所在的目录，启动“组态王6.5”工程管理器，选择

图3-5 新建工程向导之二

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菜单“文件\\新建工程”或单击“新建”按钮，在弹出图框中单击“下一步” 继续。弹出“新建工程向导之二对话框”如图3-5我们首先确定文件存放的目录，然后选择工程所在的目录的路径，点“浏览”选择你所要存放工程的目录，然后点下一步，进入工程向导之三，要求我们为新工程命名，在工程名称文本框中输入工程的名称，该工程名称同时将被作为当前工程的路径名称。在工程描述文本框中输入对该工程的描述文字。工程名称长度应小于32个字节，工程描述长度应小于40个字节。完成工程的新建如图3-6，单击“完成”完成工程的新建。系统会弹出对话框，询问用户是否将新建工程设为当前工程，在弹出图框中单击“否”按钮，则新建工程不是工程管理器的当前工程，如果要将该工程设为新建工程，还要执行“文件\\设为当前工程”命令；单击“是”按钮，则将新建的工程设为组态王的当前工程。定义的工程信息会出现在工程管理器的信息表格中。

图3-6 新建工程向导之三

§3.5.3 组态画面的建立

打开“组态王工程管理器”，在“组态王工程管理器”， 中找到我们已经建立好的工程名，点击这个工程名，会弹出来一个提示对话框，我们不用管它直接点“忽略”。然后进入“工程浏览器”

进入组态王6.5开发系统后，就可以为每个工程建立数目不限的画面，在每个画面上生成互相关联的静态或动态图形对象。这些画面都是由“组态

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王6.5”提供的类型丰富的图形对象组成的。系统为用户提供了矩形（圆角矩形）、直线、椭圆（圆）、扇形（圆弧）、点位图、多边形（多边线）、文本等基本图形对象，及按钮、趋势曲线窗口、报警窗口、报表等复杂的图形对象。提供了对图形对象在窗口内任意移动、缩放、改变形状、复制、删除、对齐等编辑操作，全面支持键盘、鼠标绘图，并可提供对图形对象的颜色、线型、填充属性进行改变的操作工具。

“组态王6.5”采用面向对象的编程技术，使用户可以方便地建立画面的图形界面。用户构图时可以像搭积木那样利用系统提供的图形对象完成画面的生成。同时支持画面之间的图形对象拷贝，可重复使用以前的开发结果。

1. 定义新画面

进入新建的组态王工程，选择工程浏览器左侧大纲项“文件\\画面”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标。在“画面名称”处输入新的画面名称，如自动送料装车系统，其它属性目前不用更改，（关于其它属性的设置请参见组态王6.5手册正式版“组态王开发环境——工程浏览器”）。点击“确定”按钮进入内嵌的组态王画面开发系统。

2. 编辑画面

当我们建立画面后，接下来就是对画面进行编辑，我们首先找到“工具箱”，如图3-7一般都在我们的新画面的右边栏上，如果不小心关闭了我们可以在主菜单中找到，在菜单“工具/显示工具箱”的左端有“?”号，表示选中菜单；没有“?”号，屏幕上的工具箱也同时消失，再一次选择此菜单，“?”号出现，工具箱又显示出来。

图3-7 工具箱

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工具箱提供了许多常用的菜单命令，也提供了菜单中没有的一些操作。当鼠标放在工具箱任一按钮上时，立刻出现一个提示条标明此工具按钮的功能，用户在每次修改工具箱的位置后，组态王会自动记忆工具箱的位置，当用户下次进入组态王时，工具箱返回上次用户使用时的位置。 工具箱中的工具大致分为四类。

1.画面类：提供对画面的常用操作，包括新建、打开、关闭、保存、删除、全屏显示等。

2.编辑类：绘制各种图素（矩形、椭圆、直线、折线、多边形、圆弧、文本、点位图、按钮、菜单、报表窗口、实时趋势曲线、历史趋势曲线、控件、报警窗口）的工具；剪切、粘贴、复制、撤消、重复等常用编辑工具；合成、分裂组合图素，合成、分裂单元；对图素的前移，后移，旋转，镜像等操作工具。

3.对齐方式类：这类工具用于调整图素之间的相对位置，能够以上、下、左、右、水平、垂直等方式把多个图素对齐；或者把它们水平等间隔、垂直等间隔放置。

4.选项类：提供其它一些常用操作，比如全选、显示调色板、显示画刷

类型、显示线形、网格显示/隐藏、激活当前图库、显示调色板等。 工具箱中有一个功能强大的图库，使用图库开发工程界面至少有三方面的好处：一是降低了工程人员设计界面的难度，使他们能更加集中精力于维护数据库和增强软件内部的逻辑控制，缩短开发周期；二是用图库开发的软件将具有统一的外观，方便工程人员学习和掌握；最后，利用图库的开放性，工程人员可以生成自己的图库元素，“一次构造，随处使用”，节省了工程人员投资图库中的元素称为“图库精灵”。之所以称为“精灵”，是因为它们具有自己的“生命”。图库精灵在外观上类似于组合图素，但内嵌了丰富的动画连接和逻辑控制，工程人员只需把它放在画面上，做少量的文字修改，就能动态控制图形的外观，同时能完成复杂的功能。 §3.5 4 定义IO设备

组态王6.5把那些需要与之交换数据的设备或程序都作为外部设备。外部设备包括：下位机（PLC、仪表、模块、板卡、变频器等），它们一般通过串行口和上位机交换数据；其他Windows应用程序，它们之间一般通过DDE交换数据；外部设备还包括网络上的其他计算机。

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只有在定义了外部设备之后，组态王6.5才能通过I/O变量和它们交换数据。为方便定义外部设备，组态王设计了“设备配置向导”引导用户一步步完成设备的连接。该课题设计中使用西门子S7-200 PLC和组态王6.5进行通信。S 7-200 PLC可以通过PLC为组态王提供数据。假设西门子S7-200 PLC连接在计算机的COM1口。定义I/O设备的具体步骤如下：继续上面的工程。选择工程浏览器左侧大纲项“设备\\COM1”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，运行“设备配置向导”。在弹出图框中选择“西门子PLC”的“S7-200系列”的“PPI”项，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，

为外部设备取一个名称，输入新IO设备，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，为设备选择连接串口，假设为COM1，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，填写设备地址，假设为2，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”。 在弹出图框中设置通信故障恢复参数(一般情况下使用系统默认设置即可)，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，请检查各项设置是否正确，确认无误后，单击“完成”。 设备定义完成后，可以在工程浏览器的右侧看到新建的外部设备“新IO设备”。在定义数据库变量时，只要把IO变量连结到这台设备上，它就可以和组态王6.5交换数据了。具体如何进行IO设备的定义、管理等工作，请参见组态王6.5使用手册正式版“IO设备管理”一章。 §3.5.5 构造数据库

数据库是“组态王6.5”软件的核心部分，工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上，操作者在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场，所有这一切都是以实时数据库为中介环节，所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。在“TouchVew”运行时，它含有全部数据变量的当前值。变量在画面制作系统组态王画面开发系统中定义，定义时要指定变量名和变量类型，某些类型的变量还需要一些附加信息。数据库中变量的集合形象地称为“数据词典”，数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。 在工程浏览器中左边的目录树中选择“数据词典”项，右侧的内容显示区会显示当前工程中所定义的变量。双击“新建”图标，弹出“定义变量”属性对话框如图3-8所示。组态王的变量属性由基本属性、报警配置、记录配置三个属性页组成。采用这种卡片式管理方式，用户只要用鼠标单击卡片顶部的属性标签，则该属性卡片有效，用户可以定义相应的属性。“变量属性”对话框如下所示单击“确定”按钮，则工作人员定义的变量有效时保存新建的

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变量名到数据库的数据词典中。若变量名不合法，会弹出提示对话框提醒工程人员修改变量名。单击“取消”按钮，则工作人员定义的变量无效，并返回“数据词典”界面。

图3-8 定义变量

构造数据库具体步骤如下：继续上面的工程。选择工程浏览器左侧大纲项“数据库\\数据词典”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，弹出“变量属性”对话框。此对话框可以对数据变量完成定义、修改等操作，以及数据库的管理工作，详细变量操作请参见组态王6.5使用手册正式版“变量定义和管理”。这一章在“变量名”处输入变量名，如：运料小车；在“变量类型”处选择变量类型如：内存实数，其它属性目前不用更改，单击“确定”即可。下面继续定义一个IO变量。在“变量名”处输入变量名，如：红灯；在“变量类型”处选择变量类型如：IO整数；在“连接设备”中选择先前定义好的IO设备：新IO变量；在“寄存器”中定义为：Q0.6；在“数据类型”中定义为：Bit类型。其它属性目前不用更改，单击“确定”即可。同样其他连接I/O变量也可以用这样的方式获得，如图3-9是我已经定义好的数据库：

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图3-9 数据词典

§3.5.6 建立动画连接

工程人员在组态王开发系统中制作的画面都是静态的，那么它们如何才能反映工业现场的状况呢？这就需要通过实时数据库，因为只有数据库中的变量才是与现场状况同步变化的。数据库变量的变化又如何导致画面的动画效果呢？通过“动画连接”——所谓“动画连接”就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。这样，工业现场的数据，比如温度、液面高度等，当它们发生变化时，通过I/O接口，将引起实时数据库中变量的变化，如果设计者曾经定义了一个画面图素——比如指针——与这个变量相关，我们将会看到指针在同步偏转。

动画连接的引入是设计人机接口的一次突破，它把工程人员从重复的图形编程中解放出来，为工程人员提供了标准的工业控制图形界面，并且由可编程的命令语言连接来增强图形界面的功能。图形对象与变量之间有丰富的连接类型，给工程人员设计图形界面提供了极大的方便。“组态王”系统还为部分动画连接的图形对象设置了访问权限，这对于保障系统的安全具有重要的意义。

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图形对象可以按动画连接的要求改变颜色、尺寸、位置、填充百分数等，一个图形对象又可以同时定义多个连接。把这些动画连接组合起来，应用程序将呈现出令人难以想象的图形动画效果。

定义动画连接是指在画面的图形对象与数据库的数据变量之间建立一种关系，当变量的值改变时，在画面上以图形对象的动画效果表示出来；或者由软件使用者通过图形对象改变数据变量的值。

表3-1 动画连接方式

属性变化 位置与大小变化 值输出 值输入 特殊 滑动杆输入 命令语言 线属性变化、填充属性变化、文本色变化 填充、缩放、旋转、水平移动、垂直移动 模拟值输出、离散值输出、字符串输出 模拟值输入、离散值输入、字符串输入 线属性变化、填充属性变化、文本色变化 填充、缩放、旋转、水平移动、垂直移动 模拟值输出、离散值输出、字符串输出 建立动画连接的具体步骤如下：继续上面的工程。双击图形某—对象，可弹出“动画连接”对话框，用鼠标单击“填充”按钮，弹出对话框。单击“确定”，再单击“确定”返回组态王6.5开发系统。如图3-10：为了让图形动起来，我们必须对该图形变量进行相应的语言编辑，在编辑之前我们先

图3-10 水平移动连接

了解一下我们可能用到的命令语言，命令语言程序的语法与一般C程序的语法没有大的区别，每一程序语句的末尾应该用分号“；”结束，在使用if?else?、while（）等语句时，其程序要用花括号“{ }”括起来。

用运算符连接变量或常量就可以组成较简单的命令语言语句，如赋值、

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比较、数学运算等。命令语言中可使用的运算符以及算符优先级与连接表达式相同。运算符有以下几种：

表3-2 运算指令

～ * / ％ ＋ － & | ^ && || < > <= >= = = != = 取补码，将整型变量变成＂2＂的补码。 乘法 除法 模运算 加法 减法（双目） 整型量按位与 整型量按位或 整型量异或 逻辑与 逻辑或 小于 大于 小于或等于 大于或等于 等于（判断） 不等于 等于（赋值） 接下来就是要对图3-10中的水流进行编程了，我们先确定一下水流的方向，这里是让水流向左流动，我们先把对应的值填好，在移动距离的那一列中，选中向左，然后填入移动距离这里让他移动40个单位，然后在对应值中填入相应的移动值，这个对应的移动数值是编程语言中所要对应的值，我们一般用10或者100的整数填写，编程语言如需下：

if(\\\\本站点\\进料口==1) {水流=水流+1;} else{水流=0; } if(水流>=10)

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