【正文】 業(yè)設(shè)計研究現(xiàn)狀 ............................................ 4 畢業(yè)設(shè)計研究的原理和方法 ..................................... 7 PLC 與繼電接觸器控制系統(tǒng)的異同點 ....................... 7 PLC 與計算機控制系統(tǒng)的異同點 ........................... 8 PLC 與單片機的區(qū)別 ..................................... 8 畢業(yè)設(shè)計研究意義 ............................................. 9 本次畢業(yè)設(shè)計的主要研究內(nèi)容 ................................... 9 本次畢業(yè)設(shè)計采用的設(shè)計方法 .................................. 10 第二章 畢業(yè)設(shè)計任務(wù) ............................................... 12 畢業(yè)設(shè)計基本結(jié)構(gòu) ............................................ 12 工作要求及其 流程 ............................................ 13 設(shè)計任務(wù)內(nèi)容及要求 .......................................... 15 畢設(shè)設(shè)計工作步驟 ............................................ 15 本章小結(jié) .................................................... 16 第三章 硬件設(shè)計 ................................................... 16 CPU 模塊選型 ................................................ 16 輸入輸出擴展模塊選型 ........................................ 19 本章小結(jié) .................................................... 21 第四章 PLC 軟件設(shè)計 ............................................... 22 系統(tǒng)流程圖 ................................................. 22 編寫輸 入輸出分配表 .......................................... 22 編制程序 ................................................... 25 系統(tǒng)程序概述 .......................................... 26 子程序 ................................................ 26 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 3 主程序 ................................................ 28 本章小結(jié) .................................................... 30 第五章 調(diào)試與仿真 ................................................. 30 仿真軟件的使用 ............................................. 30 S7200 的仿真軟件 ..................................... 30 硬件設(shè)置 .............................................. 31 生成 ASCⅡ文本文件 .................................... 32 程序調(diào)試具體說明 ............................................ 32 軟件測試 .................................................... 35 本章小結(jié) ................................................... 35 第六章 總結(jié)和展望 ................................................. 37 總結(jié) ........................................................ 37 展望 ........................................................ 37 參考文獻(xiàn) ........................................................... 39 致 謝 .............................................................. 40 附 錄 ............................................................ 41 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 4 第一章 引言 畢業(yè)設(shè)計研究現(xiàn)狀 一、簡述 SIEMENS 作為設(shè)計和制造前沿自動化技術(shù)產(chǎn)品的世界級公司，西門子始終堅持 “ 創(chuàng)新科技鑄就恒久價值 ” 的理念，研發(fā)、制造卓越的自動化技術(shù)產(chǎn)品以完美匹配客戶的所有要求 —— 并提供豐富全面的培訓(xùn)、服務(wù)和技術(shù)支持。 西門子 PLC 行業(yè)是一個控制行業(yè)，雖然我國在 PLC 生產(chǎn)方面非常弱，但在PLC 應(yīng)用方面，我國是很活躍的，近年來每年約新投入 10 萬臺套 PLC 產(chǎn)品，年銷售額 30 億人民幣，應(yīng)用的行業(yè)也很廣泛，涉及到汽車、糧食加工、化學(xué) /制藥、金屬 /礦山、紙漿 /造紙等行業(yè)，與國民經(jīng)濟的各個部門都密切相關(guān)。其所占的產(chǎn)值比例日益增大，其在工業(yè)自動 化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。 本次畢業(yè)設(shè)計是設(shè)計一組用于循環(huán)運輸機構(gòu)需求的 PLC 控制程序，該程序能夠控制此循環(huán)輸運機構(gòu)自動完成運輸工作。為編出正確可靠地 PLC 程序，必須首先對循環(huán)機構(gòu)進(jìn)行深入的分析，了解它的結(jié)構(gòu)和具體工作流程，及各種元件的工作原理和在運輸中所起的作用，根據(jù)分析才能進(jìn)行電氣系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。此循環(huán)輸運機構(gòu)將液壓、氣動及電氣控制集一體，運用于循環(huán)輸運機構(gòu)，完成箱體的運輸。其中電氣控制及 PLC 可編程控制器進(jìn)行整個工作流程的控制，包括液壓缸的伸縮、汽缸的伸縮、電 磁溢流閥的開啟與關(guān)閉及裝箱動作與退箱動作。在這自動化發(fā)展迅速的時代，這種用 PLC 來控制的工程越來越多。 PLC 可編程控制器在制造工業(yè) (以改變幾何形狀和機械性能為特征 )和過程工業(yè) (以物理變化和化學(xué)變化將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為特征 )中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。 傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。 1968 年美國 GM(通用汽車 )公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 5 基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置 ，使得電氣控制功能實現(xiàn)的程序化，這就是第一代可編程序控制器，英文名字叫 Programmable Controller(PC)。 隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)生， PC 的功能越來越強大，其概念和內(nèi)涵也不斷擴展。上世紀(jì) 80 年代，個人計算機發(fā)展起來，也簡稱為 PC，為了方便，也為了反映或可編程控制器的功能特點，美國 AB 公司將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器 Programmable Logic Controller(PLC)，并將 “ PLC” 作為其產(chǎn)品的注冊商標(biāo)。現(xiàn)在，仍常常將 PLC 簡稱 PC。 上世紀(jì) 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為 30～ 40%。在這時期， PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高， PLC 逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)，并且不斷發(fā)展和完善。 二、典型的 PLC 產(chǎn)品 國外：施耐德公司， Quantum、 Premium、 Momentum 等；羅克韋爾 (AB公司 ) ， SLC 、 MicroLogix、 Control Logix 等；西門子公司， SIMATIC S7400/300/200 系列； GE 公司，日本歐姆龍、三菱、富士、松下等。 國內(nèi)： PLC 生產(chǎn)廠約 30 家，但沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，還有一部分是以仿制、來件組裝或 “ 貼牌 ” 方式生產(chǎn)。 在我國，一般按 I/O 點數(shù)將 PLC 分為以下級別 (但不絕對，國外分類有些區(qū)別 )：微型： 32 I/O ，小型： 256 I/O，中型： 1024 I/O ，大型： 4096 I/O ，巨型：8192 I/O。 在我國應(yīng)用的 PLC 系統(tǒng)中， I/O 64 點以下 PLC 銷售額占整個 PLC 的 47%，64 點 ~256 點的占 31%，合計占整個 PLC 銷售額的 78%。在我國應(yīng)用的 PLC，幾乎涵蓋了世界所有的品牌，呈現(xiàn)八國聯(lián)軍的態(tài)勢，但從行業(yè)上分，有各自的勢力范圍。大中型集控系統(tǒng)采用歐美 PLC 居多，小型控制系統(tǒng)、機床、設(shè)備單體自動化及 OEM 產(chǎn)品采用日本的 PLC 居多。歐美 PLC 在網(wǎng)絡(luò)和軟件方面具有優(yōu)勢，而日本 PLC 在靈活性和價位方面占優(yōu)勢。我國的 PLC 供應(yīng)渠道，主要有制造商、分銷商 (代理商 )、系統(tǒng)集成商、 OEM 用戶、最終用戶。其中，大部分 PLC是通過分銷商和系統(tǒng)集成商達(dá)到最終用戶的。 三、 PLC 發(fā)展的重點 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 6 人機界面 更加友好 :PLC 制造商紛紛通過收購或聯(lián)合軟件企業(yè)、或發(fā)展軟件產(chǎn)業(yè)，大大提高了其軟件水平，多數(shù) PLC 品牌擁有與之相應(yīng)的開發(fā)平臺和組態(tài)軟件，軟件和硬件的結(jié)合，提高了系統(tǒng)的性能，同時，為用戶的開發(fā)和維護(hù)降低了成本，使更易形成人機友好的控制系統(tǒng)，目前， PLC＋網(wǎng)絡(luò)＋ IPC＋ CRT 的模式被廣泛應(yīng)用。 網(wǎng)絡(luò)通訊能力大大加強 :PLC 廠家在原來 CPU 模板上提供物理層RS232/422/485 接口的基礎(chǔ)上，逐漸增加了各種通訊接口，而且提供完整的通訊網(wǎng)絡(luò)。由于近來數(shù)據(jù)通訊技術(shù)發(fā)展很快，用戶對開放性要求很強烈，現(xiàn)場總 線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展。如羅克韋爾 A－ B 公司主推的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，即 Ether Net、 Control Net、 Device Net，西門子公司在 ProfibusDP 及 Pro fibusFMS網(wǎng)絡(luò)等。 開放性和互操作性大大發(fā)展 :PLC 在發(fā)展過程中，各 PLC 制造商為了壟斷和擴大各自市場，處于群雄割據(jù)的局面，各自發(fā)展自己的標(biāo)準(zhǔn)，兼容性很差，這給用戶使用帶來不便，并增加了維護(hù)成本。開放是發(fā)展的趨勢，這已被各廠商所認(rèn)識，形成了長時期妥協(xié)與競爭的過程，并且這一過程還在繼續(xù)。開放的進(jìn)程，可以從以 下方面反映： 1) IEC 形成了現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，這一標(biāo)準(zhǔn)包含 8 種標(biāo)準(zhǔn)，雖然有人說，多種標(biāo)準(zhǔn)就是沒有標(biāo)準(zhǔn)，但必竟是一個經(jīng)過困難的爭論與妥協(xié)的成果。標(biāo)準(zhǔn)推出后，各廠商紛紛將自己的產(chǎn)品適應(yīng)這些標(biāo)準(zhǔn)，或者開發(fā)與之相應(yīng)的新產(chǎn)品。 2) IEC 制訂了基于 Windows 的編程語言標(biāo)準(zhǔn) IEC611313，它規(guī)定了指令表(IL)、梯形圖 (LD)、順序功能圖 (SFC)、功能塊圖 (FBD)、結(jié)構(gòu)化文本 (ST)五種編程語言。這是以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的可編程序邏輯控制裝置在高層次上走向開放性的標(biāo)準(zhǔn)化文件。雖然 PLC 開發(fā)上 各工具仍不兼容，但基于這些標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)系統(tǒng)，使用戶在應(yīng)用過程中，可以較方便地適不同品牌的產(chǎn)品。 3) OPC 基金會推出了 OPC(OLE for Process Control)標(biāo)準(zhǔn)，這進(jìn)一步增強了軟硬件的互操作性，通過 OPC 一致性測試的產(chǎn)品，可以實現(xiàn)方便的和無縫隙數(shù)據(jù)交換。目前，多數(shù) PLC 軟件產(chǎn)品和相當(dāng)一部分儀表、執(zhí)行機構(gòu)及其它設(shè)備具有了 OPC 功能。 OPC 與現(xiàn)場總線技術(shù)的結(jié)合，是未來控制系統(tǒng)向 FCS 技術(shù)發(fā)展的趨勢。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 7 PLC 的功能進(jìn)一步增強，應(yīng)用范圍越來越廣泛。 PLC 的網(wǎng)絡(luò)能力、模擬量處理能 力、運算速度、內(nèi)存、復(fù)雜運算能力均大大增強，不再局限于邏輯控制的應(yīng)用，而越來越應(yīng)用于過程控制方面，有人統(tǒng)計，除石化過程等個別領(lǐng)域， PLC均有成功能應(yīng)用， PLC 在相當(dāng)多的應(yīng)用取代了昂貴的 DCS，從而使原來 PLC(順序控制 )＋ DCS(過程控制 )的模式變成