【正文】 說明 具體的 設(shè)計(jì)內(nèi)容和 控制要求 。 設(shè)計(jì)內(nèi)容 如下 ： （ 1）控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)。 （ 2） PLC 控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)。 （ 3） 利用組態(tài)王 仿真軟件對多級皮帶機(jī)雙向啟動系統(tǒng)進(jìn)行畫面組態(tài) 。 （ 4） 系統(tǒng)測試、聯(lián)調(diào)及模擬調(diào)試 。 控制要求 如下 ： （ 1）某一生產(chǎn)線由四級皮帶運(yùn)輸機(jī)組成，四級皮帶機(jī)分別由分別 M1,M2,M3,M4 四臺電動機(jī)拖動，有順流啟動和逆流啟動兩種啟動控制方式，并且這兩種控制程序可以隨時(shí)切換。 （ 2）順流啟動時(shí)，當(dāng)有料進(jìn)入皮帶機(jī)后通 過一號皮帶機(jī)上的物料檢測 傳感器 1 讓皮帶機(jī)運(yùn)行，并按照 M1→ M2→ M3→ M4 的順序啟動，間隔時(shí)間均為 3 秒鐘。若無料進(jìn)入皮帶，則通過壓力傳感器 1 的檢測 30秒后讓皮帶機(jī)按 M4→ M3→ M2→ M1 的順序依次停止否則繼續(xù)運(yùn)行，如此循環(huán)往復(fù)。當(dāng)某條皮帶機(jī)發(fā)生故障時(shí)， 所有皮帶機(jī)都立即停止運(yùn)行。逆流啟動時(shí)要求一樣。 （ 3） 為防止在運(yùn)行時(shí)傳感器誤動作，要求按下系統(tǒng)保護(hù)按鈕后，系統(tǒng)才處于待運(yùn)行狀態(tài)，否則傳感器不動作。 （ 4） 為保障以外發(fā)生時(shí)的安全，還要有急停按鈕，當(dāng)急停按鈕按下時(shí)所有的電機(jī)立即停止運(yùn)行。 （ 5） 要有必要的短路、過 載、連鎖保護(hù)。 2 相關(guān) 軟件 介紹 及 監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 歐姆龍 PLC 簡介 （ 1） OMRON C 系列 PLC 簡介 日本 OMRON（立石公司）電機(jī)株式會社是世界上生產(chǎn) PLC 的著名廠商之一。 SYSMAC C系列 PLC 產(chǎn)品以其良好的性能價(jià)格比被廣泛地應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、食品加工、材料處理和工業(yè)控制過程等領(lǐng)域，其產(chǎn)品在日本其銷量僅次于三菱，居第二位，在我國也是應(yīng)用基于組態(tài)軟件的多級皮帶機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 非常廣泛的 PLC 之一。 OMRON C 系列 PLC 產(chǎn)品門類齊、型號多、功能強(qiáng)、適應(yīng)面廣。大致可以分成微型、小型、中型和大型四大類產(chǎn)品。整體式結(jié)構(gòu)的微型 PLC 機(jī)以 C20P 為代表的機(jī)型。疊裝式結(jié)構(gòu)的微型機(jī)以 CJ 型機(jī)最為典型。 OMRON 中型機(jī)以 C200H 系列最為典型。小型 PLC機(jī)以 P型機(jī)和 CPM 型機(jī)最為典型，體積更小、指令更豐富、性能更優(yōu)越，通過 I/O 擴(kuò)展可實(shí)現(xiàn) 10140 點(diǎn)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的靈活配置，并可連接可編程終端直接從屏幕上進(jìn)行編程， CPM 型機(jī)是 OMRON 產(chǎn)品用戶目前選用最多的小型機(jī)。在一般的工業(yè)控制系統(tǒng)中，小型 PLC 機(jī)要比大、中型機(jī)的應(yīng)用更廣泛。在電氣設(shè)備的控制應(yīng)用方面，一般采用小型PLC 機(jī)都能夠滿足需求。本設(shè)計(jì)我們采用 OMRON 公司 CPM1A 系列 小型機(jī)作為主要 設(shè)備。 與所有小型機(jī)一樣， CPM1A 系列 PLC 采用整體式結(jié)構(gòu)， 內(nèi)部由基本單元、電源、系統(tǒng)程序區(qū)、用戶程序區(qū)、輸入 /輸出接口、 I/O 擴(kuò)展單元、編程器接口及其它外部設(shè)備組成。 PLC 基本組成結(jié)構(gòu)圖如 圖 1所示。 中 央 處 理 單 元 （ C P U ）顯 示 區(qū)系 統(tǒng) 程 序 存 儲區(qū)用 戶 程 序 存 儲區(qū)輸入電路輸出電路 圖 1 PLC 的基本組成結(jié)構(gòu)圖 可編程序邏輯控制器（ Programmable Logic Controller）通常稱為可編程控制器，英文縮寫為 PLC 或 PC，是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控 制裝置。它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，成為工業(yè)自動化領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最多的控制設(shè)備。目前已廣泛用于冶金、能源、化工、交通、電力等行業(yè)，并已躍居現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱（ PLC、機(jī)器人和 CAD/CAM）的首位。 （ 2） PLC 工作原理 各種 PLC 都采用掃描工作方式，具體工作過程大同小異。第一部分是上電處理。機(jī)器通電后，對 PLC 系統(tǒng)進(jìn)行一次初始化工作，包括硬件初始化， 1/0 模塊配置檢查和其它初始化處理等。第二部分是掃描過程，分為三個(gè)階段 : 輸入采樣階段 ： 在 PLC 的存儲器中，設(shè)置了一 片區(qū)域來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。在輸入采樣階段， PLC 把所有基于組態(tài)軟件的多級皮帶機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 的外部輸入電路的 ON/OFF 狀態(tài)讀入到輸入映像寄存器，此時(shí)，輸入映像寄存器被刷新。外部的輸入電路閉合時(shí)，對應(yīng)的輸入映像寄存器為“ 1”狀態(tài)，反之，外部的輸入電路斷開時(shí)，對應(yīng)的輸入映像寄存器為“ 0”狀態(tài)。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段，輸入映像寄存器與外界隔離，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不變，直到下一掃描周期的輸入采樣階段才讀入這變化。 執(zhí)行用戶程序階段 ： PLC 的用戶程序由若千條指令組成，指令在 存儲器中按順序排列。根據(jù)梯形圖程序掃描原則， PLC 按先左后右、先上后下的順序逐句掃描。程序執(zhí)行時(shí)，若沒有跳轉(zhuǎn)和中斷指令， CPU 從第一條開始，逐條順序的執(zhí)行，直到遇到結(jié)束指令。 輸出刷新階段 ： CPU 在執(zhí)行完用戶程序后，將輸出映像寄存器的 0/l 狀態(tài)傳送到輸出鎖存 器中，通過一定的方式輸出，驅(qū)動外部負(fù)載。為“ 1”狀態(tài)時(shí)，對應(yīng)的線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。為“ O”狀態(tài)時(shí)，對應(yīng)的線圈斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合。第三部分是出錯(cuò)處理。 PLC 每掃描一次，執(zhí)行一次自診斷檢查， PLC 內(nèi)部設(shè)置了一個(gè)監(jiān)視定時(shí)器 WDT，其定時(shí)時(shí)間可由用戶設(shè)置為大于用戶程序的掃描周期，PLC 在每個(gè)掃描周期的公共處理階段將監(jiān)視定時(shí)器復(fù)位。正常情況下，監(jiān)視定時(shí)器不會動作，當(dāng)檢查出異常時(shí)，監(jiān)視定時(shí)器動作，運(yùn)行停止，并顯示出來。當(dāng)出現(xiàn)致命錯(cuò)誤時(shí)，CPU 被強(qiáng)制為 STOP 方式，所有的掃描停止。 （ 3） PLC 的主要特點(diǎn) ● 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。 ● 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形 成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來 PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC 等各種工業(yè)控制中。加上 PLC 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 ● 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相 當(dāng)接近，只用 PLC 的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。 ● 體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅基于組態(tài)軟件的多級皮帶機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備 [2]。 組 態(tài) 王 仿真軟件 特點(diǎn) 組態(tài)軟件是工業(yè)應(yīng)用軟件的一個(gè)組成部分，它是目前國內(nèi)較為流行的通用組態(tài)軟件，具有較好的圖形界面，可以方便地構(gòu)造自己的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它 能通過 PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；具有報(bào)警、故障查詢及打印功能；組態(tài)畫面真實(shí)反映實(shí)時(shí)狀態(tài)；可方便地進(jìn)行配方的設(shè)定與修改；此外該軟件還設(shè)有不同的訪問權(quán)限，可讓不同權(quán)限的人操作不同的內(nèi)容。組態(tài)軟件已經(jīng)越來越多的應(yīng)用在企業(yè)信息化系統(tǒng)中和生產(chǎn)控制系統(tǒng)之中。 （ 1）工程管理 對于系統(tǒng)集成商和用戶來說，一個(gè)系統(tǒng)開發(fā)人員可能保存有很多個(gè)組態(tài)王工程，對于這些工程的集中管理以及新開發(fā)工程中的工程備份等都是 比較煩瑣的事情。組態(tài)王工程管理器的主要作用就是為用戶集中管理本機(jī)上的所有組態(tài)王工程。工程管理器的主要功能包括：新建、刪除工程，對工 程重命名，搜索指定路徑下的所有組態(tài)王工程，修改工程屬性，工程的備份、恢復(fù)，資料詞典的導(dǎo)入導(dǎo)出，切換到組態(tài)王開發(fā)或運(yùn)行環(huán)境等。另外，組態(tài)王 ，畫面和命令語言導(dǎo)入、導(dǎo)出功能。 （ 2）畫面制作系統(tǒng) ● 支持無限色和過渡色 組態(tài)王 調(diào)色板支持無限色，支持二十四種過渡色效果， 組態(tài)王的任一種繪圖工具都可以使用無限色，大部分圖形都支持過渡色效果，巧妙地利用無限色和過渡色效果，可以使您輕松構(gòu)造面無限逼真、美觀的畫面。 ● 圖庫 使用圖庫具有很多好處：降低了工程人員設(shè)計(jì)接口的難度，縮短 開發(fā)周期；用圖庫開發(fā)的軟件將具有統(tǒng)一的外觀，方便工程人員學(xué)習(xí)和掌握。 ● 按鈕和圖形 組態(tài)王 支持按鈕的多種形狀和多種效果，并且支持位圖按鈕， 用戶可以構(gòu)造無限漂亮的按鈕。 ● 可視化動畫連接向?qū)? （ 3）報(bào)警和事件系統(tǒng) 組態(tài)王 報(bào)警系統(tǒng)全新改版，具有方便、靈活、可靠、易于擴(kuò)展的特點(diǎn)。組態(tài)王分布式報(bào)警管理提供多種報(bào)警管理功能。包括：基于事件的報(bào)警、報(bào)警分組管理、報(bào)警優(yōu)先級、報(bào)警過濾、新增死區(qū)和延時(shí)概念等功能，以及通過網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程報(bào)警管理 （ 4）報(bào)表系統(tǒng) 組態(tài)王 提供一套全新的、集成的內(nèi)嵌式報(bào)表系統(tǒng)，內(nèi)部提供豐富的報(bào)表函數(shù)，用戶可創(chuàng)建多樣的報(bào)表。 （ 5）控件 基于組態(tài)軟件的多級皮帶機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 組態(tài)王 支持 Windows 標(biāo)準(zhǔn)的 Active X 控件（主要為可視控件），包括 Microsoft提 供的標(biāo)準(zhǔn) Active X 控件和用戶自制的 Active X 控件。 （ 6）安全系統(tǒng) 組態(tài)王 采用分級和分區(qū)保護(hù)的雙重保護(hù)策略。新增用戶組和安全區(qū)管理， 999個(gè)不同級別的權(quán)限和 64 個(gè)安全區(qū)形成雙重保護(hù)，另外組態(tài)王能記錄程序運(yùn)行中操作員的所有操作 [3]。 監(jiān)控系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 皮帶機(jī)監(jiān)控系 統(tǒng)依據(jù)分散檢測控制、集中監(jiān)控管理的原則，設(shè)計(jì)為以工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶、由上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和下位機(jī)控制系統(tǒng)兩部分組成的高可靠性實(shí)用系統(tǒng) 。 本皮帶機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)由集中監(jiān)控層和設(shè)備控制層構(gòu)成的二級集散控制系統(tǒng)。作為集中監(jiān)控層的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，主要是工控機(jī)和觸摸屏，提供友好、豐富的人機(jī)操作界面，處理自動化任務(wù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)動態(tài)顯示、設(shè)備工作信息采集、工藝流程控制及報(bào)表輸出等功能，進(jìn)行系統(tǒng)全面的監(jiān)控和管理，并通過監(jiān)控級工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與下位機(jī)交換信息 。作為設(shè)備控制層的下位機(jī)控制系統(tǒng)，主要是可編程控制器，與現(xiàn)場電氣設(shè)備和執(zhí) 行機(jī)構(gòu)直接連接，執(zhí)行可靠、 有效、具體的分散控制。 在監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，下位 機(jī) PLC 通過傳感器采集監(jiān)控對象的狀態(tài)數(shù)據(jù)，采集到的信號由屏蔽信號電纜從現(xiàn)場傳送到 PLC 控制柜的接線端子板上，再經(jīng)由中間繼電器中轉(zhuǎn)送入 PLC 的輸入模塊，完成現(xiàn)場信號的采集過程 。上位機(jī)通過與下位 機(jī) PLC 通信實(shí)時(shí)獲取監(jiān)控對象的狀態(tài)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的加工后，一方面以圖形方式直觀地顯示在上位機(jī)屏幕上，另一方面按照工藝流程要求和操作人員的指令將控制數(shù)據(jù)送入 PLC 的輸出模塊，按 PLC 的用戶程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理后再通過執(zhí)行器驅(qū)動對應(yīng)監(jiān)控對象 的電機(jī)、電磁閥等工作，完成現(xiàn)場設(shè)備的控制過程。監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理如圖 2 所示。 監(jiān)控對象采 集控 制傳 感 器執(zhí) 行 器狀 態(tài)數(shù) 據(jù)下 位 機(jī)輸 入模 塊輸 出模 塊狀 態(tài)數(shù) 據(jù) 控 制 數(shù) 據(jù)上 位 機(jī)圖 形顯 示操 作命 令通 信網(wǎng) 絡(luò)信 號電 纜控 制數(shù) 據(jù) 圖 2 監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理圖 （ 1）上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 現(xiàn)場 是由一臺微型計(jì)算機(jī)作為上位機(jī) ， 通過組態(tài)軟件，建立組態(tài)界面，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與PLC 的實(shí)時(shí)通信、交換和顯示，從而最終實(shí)現(xiàn)上位機(jī)組態(tài)軟件對下位機(jī) PLC 控制系統(tǒng)的基于組態(tài)軟件的多級皮帶機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理?；诮M態(tài)軟件的多級皮帶機(jī) PLC 控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強(qiáng)大、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn) 。 目前，已在工業(yè)自動化領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，采用工控組態(tài)軟件和PLC 相結(jié)合進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)和監(jiān)控已成為工業(yè)自動控制領(lǐng)域一個(gè)必然的趨勢 [4]。 （ 2）下位機(jī)控制系統(tǒng) 下位機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場設(shè)備的各種數(shù)據(jù)，同時(shí)接受上位機(jī)發(fā)出的流程控制命令對各生產(chǎn)設(shè)備按工藝流程要求進(jìn)行有效控制。下位機(jī)控制系統(tǒng)的主要控制對象為皮帶輸送機(jī) （本設(shè)計(jì) 以四級皮帶機(jī)為控制對象）。 （ 3）監(jiān)控界面設(shè)計(jì) 監(jiān)控界面是整個(gè)監(jiān)控系 統(tǒng)的主要組成部分，是系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的主要人機(jī)接口(HMI)，監(jiān)控界面的友好程度是衡量監(jiān)控系統(tǒng)質(zhì)量的重要指標(biāo)。 監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)首先應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝流程的要求，同時(shí)界面要友好，形象逼真，便于操作管理。 由于 皮帶 機(jī) 的生產(chǎn)規(guī)模大，生產(chǎn)線長，需要監(jiān)控的大型設(shè)備多，所以監(jiān)控系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)全局生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控就必須按照現(xiàn)場設(shè)備的物理位置和功能特點(diǎn)設(shè)計(jì)多個(gè)監(jiān)控界面。監(jiān)控界面被分為 三 類 :工藝流程圖界面 (主監(jiān)控界面 )、 逆流 控制界面 (流程控制界面 )、 順流 監(jiān)控界面 (流程控制界面 ) [5]。 系統(tǒng)監(jiān)控界面一般分為三個(gè)部分 :總覽部分、現(xiàn)場畫 面 部分和按鈕部分 。 在總覽部分一，可