【正文】 的性能價格比是很突出的特點，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、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)部進行邏輯運算或數(shù)據(jù)處理后，以輸出變量的形式送到輸出接口，從而驅(qū)動電機來控制行車的運行和吊鉤的升降。 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)計中，我們定義的I/O分配表如表22所示。在本設(shè)計中，我將12個輸入信號和4個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點一一對應(yīng)，編排地址如表21所示。數(shù)字量擴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，在本機模擬量地址的基礎(chǔ)上從左到右按字遞增。在整個系統(tǒng)的設(shè)計中，——，—。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Q19停止Q210步進Q311單周期SB112連續(xù)SB2 PLC外部接線圖在本設(shè)計中定義的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，均為開關(guān)量。其中單操作按鈕開關(guān)2個，行程開關(guān)3個，限位開關(guān)4個，選擇工作方式開關(guān)3個。PLC控制系統(tǒng)的輸出信號有4個，其中2個用于驅(qū)動吊鉤電機正反轉(zhuǎn)接觸器KMKM2，2個用于驅(qū)動行車電機正反轉(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，選擇了西門子S7—200作為本設(shè)計的PLC機型，既能夠充分發(fā)揮S7—200系列PLC的性能特點，又能夠滿足本系統(tǒng)的設(shè)計要求。在后續(xù)的章節(jié)中重點介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計。在硬件設(shè)計中確定了采用2臺電機組成系統(tǒng)工作的主要傳動機構(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（論文）第3章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 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)、定時器區(qū)、計數(shù)器區(qū)、特殊繼電器區(qū)等，下面分別介紹下[19]。1. 定時器：電氣自動控制的大部分領(lǐng)域都需要用定時器進行時間控制，靈活地使用定時器可以編制出復(fù)雜動作的控制程序。它是PLC中重要的編程元件，是累計時間增量的內(nèi)部器件。定時器的工作過程與繼電接觸器控制系統(tǒng)的時間繼電器基本相同，但它沒有瞬動觸點。使用時要提前輸入時間預(yù)設(shè)值。當定時器的輸入條件滿足時開始計時，當前值從0開始按一定的時間單位增加；當定時器的當前值達到預(yù)設(shè)值時，定時器觸點動作。利用定時器的觸點就可以得到控制所需的延時時間。2. 計數(shù)器：計數(shù)器可用來累計輸入脈沖的個數(shù)，經(jīng)常用于對產(chǎn)品進行計數(shù)或者進行特定功能的編程。使用時要提前輸入它的特定植。當輸入觸發(fā)條件滿足時，計數(shù)器開始累計它的輸入端脈沖電位上升延的次數(shù)，當計數(shù)器計數(shù)達到預(yù)定的設(shè)定值時，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。3. 輸入繼電器：輸入繼電器一般都有一個PLC的輸入端子與之對應(yīng)，它用于接受外部的開關(guān)信號。當外部的開關(guān)信號為閉合時，輸入繼電器的線圈得電，在程序中常開觸點閉合，常閉觸點斷開。4. 輸出繼電器：輸出繼電器一般都有一個PLC上的輸出端子與之對應(yīng)。當通過程序使得輸出繼電器線圈得電時，PLC上的輸出端開關(guān)閉合，它可以作為控制外部負載的開關(guān)信號。同時在程序中其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。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)，因此它的觸點不能驅(qū)動外部負載，這是與輸出繼電器的主要區(qū)別。它主要起邏輯控制作用。以上幾個是我們在本次系統(tǒng)設(shè)計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)計中選擇梯形圖編程。以下我們詳細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。母線之間是觸點的邏輯連接和線圈的輸出。PLC梯形圖具有以下一些特點。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，最右側(cè)為輸出元素，觸點代表邏輯“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，如定時器、計數(shù)器或數(shù)學(xué)運算等功能指令。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，當支路接通時，有電流流過支路上的觸點與線圈。梯形圖中的假想電流在圖中只能作單方向的流動，即只能從左向右流動。層次改變（接通的順序）也只能先上后下，與程序編寫時的步序號是一致的。3. 、而是輸入、輸出存儲器中輸入、輸出點的狀態(tài)，并不是接線時現(xiàn)場開關(guān)的實際狀態(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)動現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)，從而完成其動作。4. 梯形圖中使用的各種PLC內(nèi)部器件，如輔助繼電器、定時器、計數(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。梯形圖中每個繼電器和觸點均為PLC存儲器中的一位，相應(yīng)位為“1”，表示繼電器線圈通電、常開接點閉合或常閉接點斷開；相應(yīng)位為“0”，表示繼電器線圈斷電、常開接點斷開或常閉接點閉合。5. 梯形圖中的繼電器觸點既可常開，又可常閉，其常開、常閉觸點的數(shù)目理論上是無窮多個（受存儲容量限制），也不會磨損，因此，梯形圖設(shè)計中，可不考慮觸點數(shù)量，這給設(shè)計者帶來很大方便。對于外部輸入信號，只要接入一個信號到PLC即可。6. 電氣控制電路中各支路是同時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)計梯形圖時，對這種并行處理與串行處理的差別有時候應(yīng)予注意，特別是那些在程序執(zhí)行階段還要隨時對輸入、輸出狀態(tài)存儲器進行刷新操作的PLC，不要因為對串行處理這一特點考慮不夠而引起偶然的誤操作。 程序流程圖設(shè)計我們根據(jù)設(shè)計要求繪制了整個系統(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運行時，先對程序進行初始化，然后程序?qū)斎脒M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)。當系統(tǒng)工作在連續(xù)狀態(tài)時，程序會按照設(shè)計不進行計數(shù)，從而可以一直循環(huán)下去，達到連續(xù)工作的設(shè)計要求。當系統(tǒng)工作在單周期狀態(tài)時，按照設(shè)計程序會進行計數(shù)，在系統(tǒng)完成一個周期的運行后會檢驗計數(shù)結(jié)果，從而結(jié)束整個系統(tǒng)的運行，即達到單周期運行的控制要求。由于步進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現(xiàn)步進工作所需邏輯狀態(tài)來實現(xiàn)的，故步進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)工作和步進工作程序流程圖 程序梯形圖設(shè)計 本系統(tǒng)軟件設(shè)計采取先簡單，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，然后解決步進工作方式的軟件編寫，最終完成整個系統(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，利用一個計數(shù)程序?qū)崿F(xiàn)兩種工作方式。在連續(xù)工作時程序不計數(shù)，在單周期工作時程序會計數(shù)一次，通過這種方式使兩種工作方式在一個程序中實現(xiàn)，從而完成兩種工作方式的設(shè)計。在步進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現(xiàn)步進的各種邏輯條件即可，使步進程序的執(zhí)行是在以上兩種程序的基礎(chǔ)上通過附加條件實現(xiàn)，最終完成整個軟件程序的編寫。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，在了解了PLC軟件編程的基本知識和方法步驟后，本設(shè)計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。在軟件設(shè)計中，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)合步進工作方式的具體特點，編寫出步進工作方式的程序，然后對照程序梯形圖寫出程序指令表，從而完成整個系統(tǒng)的軟件編寫工作。第4章 系統(tǒng)組態(tài)畫面設(shè)計 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（人機接口軟件，Human Machine Interface）的概念，組態(tài)軟件應(yīng)該是一個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，很難與外界進行數(shù)據(jù)交互，升級和增加功能都受到嚴重的限制。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，實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、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；實時性與并行處理；建立實時數(shù)據(jù)庫，便于用戶分步組態(tài)，保證系統(tǒng)安全可靠運行；利用豐富的“動畫組態(tài)”功能，快速構(gòu)造各種復(fù)雜生動的動態(tài)畫面；引入“運行策略”的概念[20]。它具有以下幾個方面的特點：可視化操作界面，真彩顯示圖形、支持漸進色、豐富的圖庫、動畫連接；無