【正文】 的性能價(jià)格比是很突出的特點(diǎn)，也是我們采用它的主要原因。 PLC為此系統(tǒng)的控制核心，此系統(tǒng)的輸入信號有兩部分，一部分是原點(diǎn)、單周期、連續(xù)等面板控制按鈕，另一部分是多種行程開關(guān)，這些面板按鈕信號和傳感器信號作為PLC的輸入變量，經(jīng)過PLC的輸入接口輸入到內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器， 然后在PLC內(nèi)部進(jìn)行邏輯運(yùn)算或數(shù)據(jù)處理后，以輸出變量的形式送到輸出接口，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)來控制行車的運(yùn)行和吊鉤的升降。 I/O分配表及其端子接線圖 I/O地址分配在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們定義的I/O分配表如表22所示。在本設(shè)計(jì)中，我將12個(gè)輸入信號和4個(gè)輸入信號按各自的功能類型分好，選定與之功能相對應(yīng)的元器件，然后再與PLC的I/O點(diǎn)一一對應(yīng)，編排地址如表21所示。數(shù)字量擴(kuò)展模塊的地址分配是從最靠近CPU模塊的數(shù)字量模塊開始，模擬量擴(kuò)展模塊的地址是從最靠近CPU模塊的模擬量模塊開始，在本機(jī)模擬量地址的基礎(chǔ)上從左到右按字遞增。在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，——，—。具體分配見表21所示。表21 I/O分配表序號輸 入序號輸 出1上限位SQ113上升KM12下限位SQ214下降KM23左限位SQ315右行KM34右限位SQ416左行KM45XK1行程開關(guān)SQ56XK2行程開關(guān)SQ67XK3行程開關(guān)SQ78啟動(dòng)Q19停止Q210步進(jìn)Q311單周期SB112連續(xù)SB2 PLC外部接線圖在本設(shè)計(jì)中定義的I/O端子接線圖如圖22所示。由圖表可以看出,PLC控制系統(tǒng)的輸入信號有12個(gè)，均為開關(guān)量。其中單操作按鈕開關(guān)2個(gè)，行程開關(guān)3個(gè)，限位開關(guān)4個(gè)，選擇工作方式開關(guān)3個(gè)。PLC控制系統(tǒng)的輸出信號有4個(gè)，其中2個(gè)用于驅(qū)動(dòng)吊鉤電機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器KMKM2，2個(gè)用于驅(qū)動(dòng)行車電機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器KMKM4。圖22 I/O端子接線圖 小結(jié)在本章中，主要介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，選擇了西門子S7—200作為本設(shè)計(jì)的PLC機(jī)型，既能夠充分發(fā)揮S7—200系列PLC的性能特點(diǎn)，又能夠滿足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。在后續(xù)的章節(jié)中重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)中確定了采用2臺電機(jī)組成系統(tǒng)工作的主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本思路，從而在此基礎(chǔ)上完成了系統(tǒng)的I/O端口分配以及外部端子接線。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第3章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件的組成及作用 PLC內(nèi)部資源內(nèi)部根據(jù)軟元件的功能不同，分成了許多區(qū)域，如輸入/輸出繼電器區(qū)、定時(shí)器區(qū)、計(jì)數(shù)器區(qū)、特殊繼電器區(qū)等，下面分別介紹下[19]。1. 定時(shí)器：電氣自動(dòng)控制的大部分領(lǐng)域都需要用定時(shí)器進(jìn)行時(shí)間控制，靈活地使用定時(shí)器可以編制出復(fù)雜動(dòng)作的控制程序。它是PLC中重要的編程元件，是累計(jì)時(shí)間增量的內(nèi)部器件。定時(shí)器的工作過程與繼電接觸器控制系統(tǒng)的時(shí)間繼電器基本相同，但它沒有瞬動(dòng)觸點(diǎn)。使用時(shí)要提前輸入時(shí)間預(yù)設(shè)值。當(dāng)定時(shí)器的輸入條件滿足時(shí)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)前值從0開始按一定的時(shí)間單位增加；當(dāng)定時(shí)器的當(dāng)前值達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，定時(shí)器觸點(diǎn)動(dòng)作。利用定時(shí)器的觸點(diǎn)就可以得到控制所需的延時(shí)時(shí)間。2. 計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)器可用來累計(jì)輸入脈沖的個(gè)數(shù)，經(jīng)常用于對產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)或者進(jìn)行特定功能的編程。使用時(shí)要提前輸入它的特定植。當(dāng)輸入觸發(fā)條件滿足時(shí)，計(jì)數(shù)器開始累計(jì)它的輸入端脈沖電位上升延的次數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)定的設(shè)定值時(shí)，其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。3. 輸入繼電器：輸入繼電器一般都有一個(gè)PLC的輸入端子與之對應(yīng)，它用于接受外部的開關(guān)信號。當(dāng)外部的開關(guān)信號為閉合時(shí)，輸入繼電器的線圈得電，在程序中常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。4. 輸出繼電器：輸出繼電器一般都有一個(gè)PLC上的輸出端子與之對應(yīng)。當(dāng)通過程序使得輸出繼電器線圈得電時(shí)，PLC上的輸出端開關(guān)閉合，它可以作為控制外部負(fù)載的開關(guān)信號。同時(shí)在程序中其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。5. 內(nèi)部位存儲器：內(nèi)部位存儲器的作用和繼電接觸器控制系統(tǒng)中的中間繼電器相同，它在PLC中沒有輸入/輸出端與之對應(yīng)，因此它的觸點(diǎn)不能驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，這是與輸出繼電器的主要區(qū)別。它主要起邏輯控制作用。以上幾個(gè)是我們在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中可能需要用到的PLC軟元件，另外PLC還有很多其它的軟元件。 PLC編程語言PLC是通過運(yùn)行編寫的用戶程序?qū)崿F(xiàn)控制任務(wù)的。PLC中的程序由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成，系統(tǒng)程序由PLC生產(chǎn)廠家提供，它支持用戶程序的運(yùn)行；用戶程序是用戶為完成特定的控制任務(wù)而編寫的應(yīng)用程序。S7200系列PLC的編程語言非常豐富，有梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖等，用戶可以選擇一種編程語言，如果需要，也可混合使用幾種語言編程。這些編程語言都是面向用戶的，它使控制程序的開發(fā)、輸入、調(diào)試和修改工作大大簡化。我們在本次設(shè)計(jì)中選擇梯形圖編程。以下我們詳細(xì)介紹下梯形圖的概念。梯形圖左邊有一條垂直的線稱作左母線，右邊一條虛線稱為右母線。母線之間是觸點(diǎn)的邏輯連接和線圈的輸出。PLC梯形圖具有以下一些特點(diǎn)。1. PLC的梯形圖是“從上到下”按行繪制的，兩側(cè)的豎線類似電氣控制圖的電源線，通常稱做母線（Bus Bar），大部分梯形圖只保留左母線；梯形圖的每一行是“從左到右”繪制，左側(cè)總是輸入接點(diǎn)，最右側(cè)為輸出元素，觸點(diǎn)代表邏輯“輸入”條件，如開關(guān)、按鈕、內(nèi)部條件等；線圈通常代表邏輯“輸出”結(jié)果，如指示燈、接觸器、中間繼電器、電磁閥等。對S7200系列的PLC來說，還有一種輸出“盒”（功能框），它代表附加的指令，如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器或數(shù)學(xué)運(yùn)算等功能指令。2. 電氣控制電路左右母線為電源線，中間各支路都加有電壓，當(dāng)支路接通時(shí)，有電流流過支路上的觸點(diǎn)與線圈。梯形圖中的假想電流在圖中只能作單方向的流動(dòng)，即只能從左向右流動(dòng)。層次改變（接通的順序）也只能先上后下，與程序編寫時(shí)的步序號是一致的。3. 、而是輸入、輸出存儲器中輸入、輸出點(diǎn)的狀態(tài)，并不是接線時(shí)現(xiàn)場開關(guān)的實(shí)際狀態(tài)；輸出線圈只對應(yīng)輸出映像區(qū)的相應(yīng)位，該位的狀態(tài)必須通過I/O模塊上對應(yīng)的輸出單元才能驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而完成其動(dòng)作。4. 梯形圖中使用的各種PLC內(nèi)部器件，如輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等，也不是真的電器元件，但具有相應(yīng)的功能，因此通常按電氣控制系統(tǒng)中相應(yīng)器件的名稱稱呼它們。梯形圖中每個(gè)繼電器和觸點(diǎn)均為PLC存儲器中的一位，相應(yīng)位為“1”，表示繼電器線圈通電、常開接點(diǎn)閉合或常閉接點(diǎn)斷開；相應(yīng)位為“0”，表示繼電器線圈斷電、常開接點(diǎn)斷開或常閉接點(diǎn)閉合。5. 梯形圖中的繼電器觸點(diǎn)既可常開，又可常閉，其常開、常閉觸點(diǎn)的數(shù)目理論上是無窮多個(gè)（受存儲容量限制），也不會磨損，因此，梯形圖設(shè)計(jì)中，可不考慮觸點(diǎn)數(shù)量，這給設(shè)計(jì)者帶來很大方便。對于外部輸入信號，只要接入一個(gè)信號到PLC即可。6. 電氣控制電路中各支路是同時(shí)加上電壓并行工作的，而PLC是采用循環(huán)掃描方式工作，梯形圖中各元件是按掃描順序依次執(zhí)行的，是一種串行處理方式。由于掃描時(shí)間很短（一般不過幾十毫秒），所以控制效果同電氣控制電路是基本相同的。但在設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)，對這種并行處理與串行處理的差別有時(shí)候應(yīng)予注意，特別是那些在程序執(zhí)行階段還要隨時(shí)對輸入、輸出狀態(tài)存儲器進(jìn)行刷新操作的PLC，不要因?yàn)閷Υ刑幚磉@一特點(diǎn)考慮不夠而引起偶然的誤操作。 程序流程圖設(shè)計(jì)我們根據(jù)設(shè)計(jì)要求繪制了整個(gè)系統(tǒng)連續(xù)工作和單周期工作的流程圖，以便可以更清楚的認(rèn)識該生產(chǎn)線的生產(chǎn)全過程，工作流程圖如圖31所示。在PLC運(yùn)行時(shí)，先對程序進(jìn)行初始化，然后程序?qū)斎脒M(jìn)行判斷，查看系統(tǒng)是工作在連續(xù)工作狀態(tài)還是單周期工作狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)工作在連續(xù)狀態(tài)時(shí)，程序會按照設(shè)計(jì)不進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而可以一直循環(huán)下去，達(dá)到連續(xù)工作的設(shè)計(jì)要求。當(dāng)系統(tǒng)工作在單周期狀態(tài)時(shí)，按照設(shè)計(jì)程序會進(jìn)行計(jì)數(shù)，在系統(tǒng)完成一個(gè)周期的運(yùn)行后會檢驗(yàn)計(jì)數(shù)結(jié)果，從而結(jié)束整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，即達(dá)到單周期運(yùn)行的控制要求。由于步進(jìn)程序的編寫過程和工作原理是基于以上兩種工作方式的基礎(chǔ)上，通過并行添加程序代碼實(shí)現(xiàn)步進(jìn)工作所需邏輯狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)的，故步進(jìn)工作方式程序流程圖就不再畫出。圖31 電鍍生產(chǎn)線連續(xù)工作和步進(jìn)工作程序流程圖 程序梯形圖設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采取先簡單，后復(fù)雜的處理方法。編程過程中先解決連續(xù)工作和單周期工作的軟件編寫，然后解決步進(jìn)工作方式的軟件編寫，最終完成整個(gè)系統(tǒng)的程序。在連續(xù)工作和單周期工作程序的軟件編寫中采取主程序相同，利用一個(gè)計(jì)數(shù)程序?qū)崿F(xiàn)兩種工作方式。在連續(xù)工作時(shí)程序不計(jì)數(shù)，在單周期工作時(shí)程序會計(jì)數(shù)一次，通過這種方式使兩種工作方式在一個(gè)程序中實(shí)現(xiàn)，從而完成兩種工作方式的設(shè)計(jì)。在步進(jìn)工作方式的軟件編寫中，同樣采取與以上兩種工作方式相同的主程序，只在原來兩種工作方式的軟件程序中并行添加實(shí)現(xiàn)步進(jìn)的各種邏輯條件即可，使步進(jìn)程序的執(zhí)行是在以上兩種程序的基礎(chǔ)上通過附加條件實(shí)現(xiàn)，最終完成整個(gè)軟件程序的編寫。圖32 程序梯形圖 指令表指令編程是另一種PLC編程方法，指令表也可以很容易從梯形圖得到，本設(shè)計(jì)具體指令表如下。19Network 1 LD O AN = Network 2 LD O O = Network 3 LD O AN = Network 4 LD A O AN AN AN AN AN AN AN AN = Network 5 LD A LD CTU C48, 1Network 6 LDN A O LDN A T37AN C48OLDLD A A OLDLDN C48A A OLDAN AN AN AN AN AN AN AN AN AN = Network 7 LDN A O LD A A OLDAN AN AN AN AN AN = Network 8 LDN A LDN A OLDLDN A OLDLDN A OLDLD A A OLDLD A A OLDLD A A OLDLD A A OLDO AN AN AN = Network 9 LD AN TON T37, 50Network 10 LDN A AN LD A A AN OLDO AN AN AN = 小結(jié)本章主要介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，在了解了PLC軟件編程的基本知識和方法步驟后，本設(shè)計(jì)采取了先采用梯形圖編程后，再寫出軟件指令的基本思路，完成系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)中，采用了先簡易、后復(fù)雜的思路。在編寫過程中先完成連續(xù)工作和單周期工作方式的軟件編寫，然后在這兩種工作方式的基礎(chǔ)上結(jié)合步進(jìn)工作方式的具體特點(diǎn)，編寫出步進(jìn)工作方式的程序，然后對照程序梯形圖寫出程序指令表，從而完成整個(gè)系統(tǒng)的軟件編寫工作。第4章 系統(tǒng)組態(tài)畫面設(shè)計(jì) 組態(tài)軟件介紹組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具[17]。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對應(yīng)于原有的HMI（人機(jī)接口軟件，Human Machine Interface）的概念，組態(tài)軟件應(yīng)該是一個(gè)使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具，或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI應(yīng)用，開發(fā)時(shí)間長，效率低，可靠性差；或者購買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶從這些困境中解脫出來，可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的內(nèi)容。組態(tài)軟件的功能和特點(diǎn)可歸納如下：概念簡單，易于理解和使用；功能齊全，便于方案設(shè)計(jì)；實(shí)時(shí)性與并行處理；建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，便于用戶分步組態(tài)，保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行；利用豐富的“動(dòng)畫組態(tài)”功能，快速構(gòu)造各種復(fù)雜生動(dòng)的動(dòng)態(tài)畫面；引入“運(yùn)行策略”的概念[20]。它具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：可視化操作界面，真彩顯示圖形、支持漸進(jìn)色、豐富的圖庫、動(dòng)畫連接；無