【正文】 .............................................................. 25 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................................. 26 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào) 告 3 基于觸摸屏及 PLC 的 貼面熱壓機(jī) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 ： 本文設(shè)計(jì)了 貼面熱壓機(jī) 控制系統(tǒng) ,采用了西門子 S7200 為控制器 ,利用 PLC 控制 、人機(jī)界面監(jiān)控技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn) MODBUS 通信技術(shù)等來(lái)控制 貼面熱壓機(jī) 控制系統(tǒng)。 完成 了 木板的 傳送 ，切割，壓制等控制。該系統(tǒng)的控制部分主要通過 PLC 控制 電機(jī)帶動(dòng)傳送帶實(shí)現(xiàn)木板的傳送，行程開關(guān)實(shí)現(xiàn)位置的限制， PLC 根據(jù)行程開關(guān)提供的信號(hào)按照工藝流程控制木板的切割和壓制 。 在整個(gè)過程中，觸摸屏可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)工藝參數(shù)設(shè)定，報(bào)警信息的顯示及記錄。 關(guān)鍵 詞： 貼面熱壓機(jī) ； PLC（可編程序 控制器） ；人機(jī)界面 （人機(jī)界面） 基于 MCGS 的貼面熱壓機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 第一章 緒言 PLC 的其本概念與基本結(jié)構(gòu) PLC（ Programmable Logic Controller），是可編程邏輯控制器。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller,PLC），它主要用來(lái)代替繼電 器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用 微型計(jì)算機(jī)技術(shù) 的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱 PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（ Personal Computer）的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程序控制器簡(jiǎn)稱 PLC,PLC 自 1969年美國(guó)數(shù)據(jù)設(shè)備公司（ DEC）研制出現(xiàn)，現(xiàn)行美國(guó)，日本，德國(guó)的可編程序控制器質(zhì)量?jī)?yōu)良，功能強(qiáng)大。 PLC 的特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域 PLC 系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，以開關(guān)量控制為其特長(zhǎng)；也能進(jìn)行連續(xù)過程的 PID 回 路控制；并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如 DDC 和 DCS 等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動(dòng)化 。 使用方便，編程簡(jiǎn)單，采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言，而無(wú)需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動(dòng)硬件。能適應(yīng) 各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性強(qiáng)，遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型 。正是 PLC 的這些特點(diǎn)使得 PLC 被廣泛的應(yīng)用在鋼鐵、石油、電力、建材、機(jī)械、汽車 、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂的各個(gè)行業(yè)。 TPC 人機(jī)界面介紹 機(jī)界面（ Human Machine Interaction，簡(jiǎn)稱 HMI），是人與計(jì)算機(jī)之間傳遞、交換信息的媒介和對(duì)話接口，是 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 的重要組成部分。是指人和機(jī)器在信息交換和功能上接觸或互相影響的領(lǐng)域或稱界面所說(shuō)人機(jī)結(jié)合面，信息交換，功能接觸或互相影響，指人和機(jī)器的硬接觸和軟觸，此結(jié)合面不僅包括點(diǎn)線面 的直接接觸，還包括遠(yuǎn)距離的信息傳遞與控制的作用空間。人機(jī)結(jié)合面是 人機(jī)系統(tǒng) 中的中心一環(huán)節(jié)，主要由安全工程學(xué)的分支學(xué)科 安全人機(jī)工程學(xué) 去研究和提出解決的依據(jù)，并過安全工程設(shè)備工程學(xué)，安全管理工程學(xué)以及 安全系統(tǒng) 工程學(xué)去研究具體的解決方法手段措施安全人機(jī)學(xué)?，F(xiàn)在大量運(yùn)用在 工業(yè) 與 商業(yè) 上，簡(jiǎn)單的區(qū)分為 “ 輸入 ” （ Input）與 “ 輸出 ” （ Output）兩種，輸入指的是由人來(lái)進(jìn) 行 機(jī)械 或設(shè)備的操作，如把手、開關(guān)、門、指令（命令）的下達(dá)或保養(yǎng)維護(hù)等，而輸出指的是由機(jī)械或設(shè)備發(fā)出來(lái)的通知，如故障、警告、操作說(shuō)明提示等，好的人機(jī)接口會(huì)幫助使用者更簡(jiǎn)單、更正確、更迅速的操作機(jī)械，也能使機(jī)械發(fā)揮最大的效能并延長(zhǎng)使用壽命，而目前市面上所指的人機(jī)接口則多界狹義的指在 軟件 人性化的操作接口上。 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 4 第二章 貼面熱壓機(jī) 系統(tǒng)構(gòu)成與功能分析 PLC（可編程序控制器）及 HMI（人機(jī)界面）工業(yè)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)貼面熱壓機(jī)系統(tǒng)的可視化、可調(diào)化以及可視化控制。 熱壓系統(tǒng)升溫快，加熱系統(tǒng)、導(dǎo)熱系統(tǒng)輕精心分段設(shè)計(jì)，熱耗能低、導(dǎo)熱均勻機(jī)構(gòu)設(shè)地合理，配件加工精密度高，工藝參數(shù)調(diào)整范圍寬，控制過程設(shè)計(jì)合理，能滿足各種貼面生產(chǎn)的工藝要求。 壓機(jī)的控制要求 為實(shí)現(xiàn) 木板 的準(zhǔn)確切割、 壓制 ，對(duì)該系統(tǒng)提出了以下具體要求： 有手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式， 操作指示一目了然，并有幫助 功能，指示操作； 自動(dòng)的進(jìn)行位置的校準(zhǔn) ； PLC 和界面修改自由，方便功能調(diào)整和技術(shù)升級(jí)，永不落后； 菜單化的操作界面，并有操作提示，操作極奇簡(jiǎn)單； 系統(tǒng)運(yùn)行中也可以調(diào)整各種參數(shù)； 產(chǎn)量 ： 1200 張 /天 。 貼面熱壓 機(jī)結(jié)構(gòu)圖 貼面熱壓機(jī) 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 21 所示。 其組成部件在圖中標(biāo)明。對(duì)于本系統(tǒng)而言，先由升降臺(tái)將木板升起，再由滾筒傳送木板，經(jīng)過除塵機(jī)構(gòu)除塵，再由傳送帶把木板送至下一個(gè)升降臺(tái)，升降臺(tái)升起，木板 由進(jìn)出板一體機(jī)壓制，出來(lái)之后刮邊，最后由移載機(jī)將木板升起，檢測(cè)質(zhì)量，然后把優(yōu) 劣木板分別放到正品升降臺(tái)，次品升降臺(tái)。 圖 21 貼面熱壓機(jī) 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 貼面熱壓機(jī)系統(tǒng)的控制功能的要求 通過 HMI 觸摸屏實(shí)現(xiàn) 壓機(jī) 系統(tǒng)的控制及監(jiān)控。 基于 MCGS 的 貼面熱壓機(jī) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)控制。 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn) 木板前后移動(dòng)，速度的控制 。 在手動(dòng)狀態(tài)， 按工藝流程 按下啟動(dòng)按鈕，對(duì)應(yīng)其電機(jī)啟動(dòng)。按下其停機(jī)按鈕對(duì)應(yīng)的電機(jī)停機(jī)。 在自動(dòng)狀態(tài)，按下啟動(dòng)按鈕， 整個(gè)系統(tǒng)就可以自動(dòng)進(jìn)行木板的加工 。 貼面熱壓機(jī)系統(tǒng) 技術(shù)參數(shù)的要求 通過 HMI 觸摸屏可以進(jìn)行 壓力的 顯示及設(shè)定，對(duì) 壓力 實(shí)現(xiàn)可知、可觀、可設(shè)定的控 制功能。 實(shí)現(xiàn) 壓力 的控制 ，使其在設(shè)定值上下波動(dòng)。 對(duì) 木料 進(jìn)行檢測(cè)，判斷是 有木板 還是 沒有木板 狀態(tài)。 可以 實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工作過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控 。 貼面熱壓機(jī)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)分析 明確系統(tǒng)所要達(dá)到的功能、動(dòng)作流程以及技術(shù)要求。 硬件的設(shè)計(jì)，包括 PLC 的選型、 HMI觸摸屏的選擇，等的選擇等。 上位機(jī)的組態(tài)設(shè)計(jì)。 程序設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)的工作過程分析和程序設(shè)計(jì)框圖， I\O的分配 ， PLC 程序的編寫，控制程序的清單及注釋。 其他元件的選擇及功能調(diào)試 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 6 第三章 貼面熱壓機(jī)系統(tǒng) 的 硬件設(shè)計(jì) 貼面熱壓機(jī)的工作流程 圖 31 貼面熱壓機(jī) 工作示意總圖 如圖 31所示，貼面熱壓機(jī)工作流程可簡(jiǎn)述為 四 個(gè)部分 : 啟動(dòng)后， 木板由升降臺(tái)升起，再在推桿的作用下把木板送經(jīng)除塵機(jī)，進(jìn)行除塵； 除塵之后，經(jīng)過傳送帶，移栽機(jī)，升降臺(tái)，到達(dá)進(jìn)出板一體機(jī) ，木板在進(jìn)出板一體機(jī)中被壓制； 出了進(jìn)出板一體機(jī)，調(diào)整木板的位置，刮邊機(jī)啟動(dòng)進(jìn)行刮邊； 刮邊之后，木板經(jīng)傳送帶抵達(dá)移裝載機(jī)處，由移栽機(jī)吸起來(lái)，進(jìn)行木板的質(zhì)檢，再分別將木板放置到相應(yīng)的位置。 貼面熱壓機(jī) PLC的選型 西門 子 S7 的家族 編程控制器系列包括小型 PLC（ S7200）系列，中低性能系列（ S7300）和中高性能系列（ S7400）。結(jié)合本系統(tǒng)的控制及 性能要求，本文采用小型 S7200 系列 。 S7200 的分類 S7200 PLC 是小型模塊式的 PLC，整機(jī) I\O 點(diǎn)數(shù)從 1040 點(diǎn)，在小型自動(dòng)化設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。從 CPU 模塊的功能來(lái)看，西門子 S7200 系列小型可編程序控制器發(fā)展至今，大致經(jīng)歷了兩代。 第一代產(chǎn)品 CPU 模塊為 CPU 21X，主機(jī)都可進(jìn)行擴(kuò)展，它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的 CPU單元： CPU 21 CPU 21 CPU 215 和 CPU 216。 基于 MCGS 的 貼面熱壓機(jī) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 第二代產(chǎn)品其 CPU 模塊為 CPU 22X，是二十一世紀(jì)初投入市場(chǎng)的，其速度快，具有較強(qiáng)的通信能力。它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的 CPU 單元： CPU 22 CPU 22 CPU 224和 CPU 226，除 CPU 221 之外，其他都可加擴(kuò)展模塊。 S7200 擴(kuò)展模塊簡(jiǎn)介 （ 1） I\O擴(kuò)展模塊： 數(shù)字量 I\O擴(kuò)展模塊： EM22 EM222 和 EM223。 模擬量 I\O擴(kuò)展模塊： EM23 EM232 和 EM235。 （ 2）通信模塊： EM277（ PROFIBUSDP\MPI）、 EM241 模擬音頻調(diào)制解調(diào)器模塊）、CP2431（以太網(wǎng)模塊 ） 、 CP2431IT(帶因特網(wǎng)功能的以太網(wǎng)模塊 )、 CP2432（ ASInterface 主站模塊）、 MD720（ GPRS 通信模塊）。 （ 3）功能模塊： EM253（定位模塊）、 SIWAREX MS(稱重模塊 )。 CPU 型號(hào)的選擇 不同的 CPU模塊的性能有較大的差別，在選擇 CPU 模塊時(shí)應(yīng)考慮 CPU 集成的 I\O點(diǎn)和模塊的擴(kuò)展能力、程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量， CPU 集成的高速計(jì)數(shù)器、高速輸出和中斷的功能，在滿足要求的前提下盡量降低硬件成本。 本文采用新型 6ES7 2162BD230XB8， 24 輸入 /16 輸 出 共 40 字量 I/O 點(diǎn) ， 可連接 7個(gè)擴(kuò)展模塊， 有兩個(gè)模擬電位器， 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 38 路模擬量 I/O 點(diǎn) ， 1024bytes字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間， 有兩個(gè) RS485 通信口，單項(xiàng)高速脈沖輸出頻率提高到 180K，2相高速計(jì)數(shù)器頻率提高到 80K，有 PID自整定功能。這種新型 CPU 增強(qiáng)了 S7200 在運(yùn)動(dòng)控制、過程控制、位置控制、數(shù)據(jù)監(jiān)視和采集（遠(yuǎn)程終端應(yīng)用）和通信方面的功能。 I\O 模塊 的選型 選擇 I\O 模塊之前，應(yīng)確定哪些信號(hào)需要輸入給 PLC，哪些負(fù)載由 PLC 驅(qū)動(dòng)，是數(shù)字量還是模擬量，是直流量還是交流量以及電壓的等級(jí)，是否有特殊的要求，例如快速響應(yīng)等，并建立響應(yīng)的表格。 根據(jù) I\O 表和可供選擇的 I\O模塊的類型，確定 I\O模塊的型號(hào)。選擇 I\O模塊時(shí)， I\O點(diǎn)數(shù)一般應(yīng)留有一定的裕量，以備今后系統(tǒng)改進(jìn)或擴(kuò)充時(shí) 使用， 本設(shè)計(jì)采用EM223CN。 選擇模擬量模塊時(shí)應(yīng)考慮變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的量程是否能與 PLC 的模擬量輸入與輸出模塊的量程匹配，模擬量模塊的 A\D、 D\A 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)反映了模 塊的分辨率，模擬量模塊的轉(zhuǎn)換時(shí)間反映了模塊的工作速度， 本設(shè)計(jì)采用 EM231A12， EM231A14 及EM231AQ2。 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 8 貼面熱壓機(jī)系統(tǒng) HMI的選擇 mcgsTpc 人機(jī)界面組成 人機(jī)界面產(chǎn)品由硬件和 軟件 兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元等 。 其中處理器的性能決定了產(chǎn)品的性能高低，是人機(jī)界面的核心單元。根據(jù)人機(jī)界面的產(chǎn)品等級(jí)不同，處理器可分別選用 8 位 、 16 位、 32 位的處理器。人機(jī)界面軟件一般分為兩部分，即運(yùn)行于人機(jī)界面硬件中的運(yùn)行環(huán)境軟件和運(yùn)行于 PC 機(jī) Windows 操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件。使用者都必須先使用人機(jī)界面的畫面組態(tài)軟件制作 “ 工程文件 ” ，再通過 PC 機(jī)和人機(jī)界面產(chǎn)品的 USB 口 、 網(wǎng)口 或 U 盤 ，把組建好的 “ 工程文件 ” 下載到人機(jī)界面中運(yùn)行。 昆侖通態(tài) mcgsTpc 產(chǎn)品集成了液晶顯示屏、觸摸面板、通訊接口 、 控制單元及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元 。 具有操作控制、狀態(tài)監(jiān)控、 報(bào)表和曲線顯示、 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)表打印、網(wǎng)絡(luò)通訊、視頻監(jiān)控等眾多工控計(jì)算機(jī)的高端功能。產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用高亮度 TFT液晶顯示屏，電阻式觸摸屏，同時(shí)還預(yù)裝微軟嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng) （中文版）和 MCGS嵌入版組態(tài)軟件（運(yùn)行版）。顯示屏尺寸從 7 寸、 寸、 12寸再到 15 寸，為用戶提供專業(yè)全方位的解決方案。 mcgsTpc 產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域包括環(huán)保、