【文章內(nèi)容簡介】 模集成芯片技術(shù)成熟的基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生的。單片機(jī)配料系統(tǒng)較之前兩種配料系統(tǒng)設(shè)計電路復(fù)雜程度降低，可靠性大大的提高。而且滿足了用戶實(shí)用性的要求。所以迄今為止，單片機(jī)配料系統(tǒng)仍然在一定程度上占據(jù)了中小型企業(yè)配料生產(chǎn)的主控地位。同時隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于 STD 總線或 PC 總線的工業(yè)控制計算機(jī)（例如： PLC）應(yīng)用提上了日程，并且迅速的在中國形成熱潮，主要是因?yàn)楣I(yè)控制計算機(jī)可靠性高，小巧結(jié)構(gòu)，組成系統(tǒng)功能靈活，組態(tài)方便，具有小型化、模塊化、組合化、標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)。隨著工業(yè)控制計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，基于工控機(jī)的配料系統(tǒng)也出現(xiàn)在工業(yè)場合。這種配料系統(tǒng)大多采用集中控制方式，計算機(jī)除具有工藝流程控制、工況實(shí)時顯示、提供數(shù)據(jù)存儲、報表打印等功能外，還要完成對各對象的直接控制和數(shù)據(jù)采集任務(wù)。近些年來，隨著電工電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動技術(shù)面臨著一場歷史革命，即采用交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)己成為發(fā)展趨勢。電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式但在總體上，我國在配料控制系統(tǒng)上存在技術(shù)落后、企業(yè)平均規(guī)模小、綜合生產(chǎn)水平低等問題。因此，提高配料的自動化程度1 / 70和產(chǎn)品的質(zhì)量， 成為當(dāng)前十分緊迫的問題。 單片機(jī)控制系統(tǒng)特點(diǎn)與存在問題單片機(jī)雖然有一個五臟俱全的微計算機(jī)但由于本身無自開發(fā)能力，必須借助開發(fā)工具來開發(fā)應(yīng)用軟件，以及對硬件系統(tǒng)進(jìn)行診斷。另外，單片機(jī)內(nèi)的 ROM 比較小，所以在設(shè)計中系統(tǒng)必須在外面配置 EPROM 電路和擴(kuò)展電路，所以在該項(xiàng)目中運(yùn)用該方案必須完成(1) 硬件電路的設(shè)計、組裝、調(diào)試；（2）應(yīng)用軟件的編制、調(diào)試；(3)應(yīng)用軟件的鏈接調(diào)試、固化、脫機(jī)運(yùn)行。系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多、接線線路復(fù)雜，且觸點(diǎn)容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。 依據(jù)單片機(jī)目前的發(fā)展?fàn)顩r，該方案的優(yōu)點(diǎn)是：(1)成本較低，由于現(xiàn)在單片機(jī)的價格相對都比較低，而且外圍電路的元器件價格也不高，所以整體設(shè)計起來，成本比較低。(2)可以對外部存儲容量根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展，設(shè)計可以相對比較靈活。(3)由于現(xiàn)存有許多已經(jīng)設(shè)計很完善的子程序，在系統(tǒng)軟件設(shè)計中可以直接調(diào)用，減少較大工作量。其缺點(diǎn)為：(1)系統(tǒng)硬件設(shè)計相對比較復(fù)雜，運(yùn)用該方案，該系統(tǒng)硬件設(shè)計包含擴(kuò)展電路部分和系統(tǒng)配置電路部分，所以該系統(tǒng)電路設(shè)計工作量相對較大，影響系統(tǒng)開發(fā)的時間。(2) 系統(tǒng)的抗干擾能力相對較差，在系統(tǒng)設(shè)計中，雖然注意了芯片、器件選擇、去耦濾波、電路板的布線，通道隔離以及屏蔽。但由于工廠的條件比較差，很難保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。(3)系統(tǒng)需要自己設(shè)計電源，而且不能保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。(4) 維護(hù)維修相對比較麻煩，維修需要的時間也相對較長。 PLC 控制配料生產(chǎn)線的特點(diǎn)隨著社會的不斷發(fā)展，工業(yè)自動生產(chǎn)線越來越發(fā)達(dá)， PLC 在工業(yè)配料生產(chǎn)線控制上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在它的邏輯開關(guān)控制功能。由于 PLC 具有邏輯運(yùn)算，計數(shù)和定時以及數(shù)據(jù)輸入輸出的功能。在配料生產(chǎn)控制過程中，各種邏輯開關(guān)控制與 PLC 很好的結(jié)合，很好的實(shí)現(xiàn)了對生產(chǎn)線的控制。本文主要討論研究利用西門子公司可編程控制器對配料生產(chǎn)線的控制，形成配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，并用組態(tài)王進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控。可編程控制器充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)來滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)時控制要求，同時照顧到現(xiàn)場電氣維護(hù)人員的技能和習(xí)慣，擯棄了微機(jī)常用的計算機(jī)編程語言的表達(dá)方式，獨(dú)具風(fēng)格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使用戶程序的編制清晰直觀、方便易學(xué)、調(diào)試和查錯都很容易。用戶買到所需要的 PLC 后，只需按說明書或提示，做少量的安裝接線和用戶程序的編制工作，就可以靈活而方便地將 PLC 應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，而且用戶程序的編制、修改和調(diào)試都不需要具有專門的計算機(jī)編程語言知識。PLC 現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT ）之一，以其可靠性、邏輯功能強(qiáng)、體積小、可在線修改控制程序、具有遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)功能、易與計算機(jī)接口、能對模擬量進(jìn)行控制、具備高速記數(shù)與位控等高性能模塊等優(yōu)異性能，日益取代有大量中間繼電器、時間繼電器、記數(shù)繼電器等組成的繼電接觸控制系統(tǒng)，在機(jī)械、化工、石油、冶金、輕工、電子、紡織、食品、交通等各行各業(yè)都得到廣泛的應(yīng)用?？傊?，配料生產(chǎn)線的控制是比較復(fù)雜的，在計算機(jī)誕生前的幾十年里，繼電器控制系統(tǒng)為生產(chǎn)線控制的發(fā)展起到了巨大的作用，然而其控制性能與自身的功能已經(jīng)無法滿足與適生產(chǎn)線控制的要求和發(fā)展，與 PLC 相比較，存在質(zhì)的差別。生產(chǎn)線使用繼電接觸器控制的時代，很難設(shè)計出質(zhì)量優(yōu)良的配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，而現(xiàn)在，可編程控制器的使用為配料生產(chǎn)線的控制提供了更廣闊的空間。PLC 是專門為工業(yè)過程控制而設(shè)計的控制設(shè)備，使得它的體積大大減小，功能不斷完善，過程的控制更平穩(wěn)、可靠、抗干擾性能增強(qiáng)、機(jī)械與電氣部件被機(jī)結(jié)合在一個設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計算機(jī)的功能綜合在一起。因此它已成為生產(chǎn)線運(yùn)行中的關(guān)鍵技術(shù)。 組態(tài)王的特點(diǎn)隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作越來越重要。組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計算機(jī)軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通常可以把這樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用 Windows 的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控3 / 70制設(shè)備的狀態(tài)，具有報警窗口、實(shí)時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。本設(shè)計就是用組態(tài)王與 PLC 通訊，實(shí)現(xiàn)對配料生產(chǎn)線的監(jiān)控與遠(yuǎn)程操作、參數(shù)調(diào)節(jié)等功能。 課題研究的意義和目的隨著人類的進(jìn)步、社會的發(fā)展、科技的創(chuàng)新，自動化生產(chǎn)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，已經(jīng)逐步代替手工生產(chǎn)?，F(xiàn)代的生產(chǎn)流水線已經(jīng)越來越自動化了，尤其是生產(chǎn)線上的配料添加。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常需要將多種原料按一定的比例混合，以制造某種產(chǎn)品，這種將一種原料與其它幾種原料按事先設(shè)定的比例進(jìn)行混合配料，然后自動送到攪拌機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)的配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程中有著廣泛的應(yīng)用，它能根據(jù)事先設(shè)定的配料單，將各種不同的原料通過稱料傳感器把不同的配料進(jìn)行稱量。隨著計算機(jī)、工控系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)的不錯發(fā)展和完善，自動化系統(tǒng)得到了極大的完善。然而配料系統(tǒng)在諸多行業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)過程中占有極其重要的地位，配料工序的合理性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性以及快速性直接影響到了以后的各生產(chǎn)環(huán)節(jié)。現(xiàn)在 PLC 由于它的可靠性高、效率高、穩(wěn)定性好、編程容易等優(yōu)點(diǎn)，使得它在市場上得到了極大的應(yīng)用。PLC 的極大應(yīng)用提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，在整個配料行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。本論文設(shè)計采用西門子 PLC200 控制配料生產(chǎn)線，運(yùn)用 PLC 與傳感器結(jié)合，實(shí)現(xiàn)配料生產(chǎn)線的自動配料生產(chǎn)。該生產(chǎn)線主要由料倉、倉壁振動器、喂料器、傳送帶、中間倉、混合倉、攪拌機(jī)組成，各振動器、攪拌機(jī)和傳送帶由電機(jī)拖動，采用變頻器實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速，中間倉和混合倉卸料門則由電磁閥控制。當(dāng)某臺電機(jī)過載時電鈴報警并禁止所有輸出，故障排除后才能繼續(xù)工作。另外用組態(tài)王實(shí)現(xiàn)這套系統(tǒng)的監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制，設(shè)計出性價比最高的一套配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，投入社會。2 可編程邏輯控制器（PLC）概要 PLC 簡介PLC 即可編程控制器（ Programmable logic Controller，是指以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在 1987 年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案中對 PLC 做了如下定義：PLC 英文全稱 Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時，計數(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。PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。 可編程控制器(PLC)的特點(diǎn) 硬件的可靠性PLC 是在工業(yè)環(huán)境的惡劣條件下應(yīng)用而設(shè)計的，一個設(shè)計良好的 PLC 能置于有很強(qiáng)的電噪聲、電磁干擾、機(jī)械振動、極端溫度和濕度很大的環(huán)境中。在硬件設(shè)計方面，首先是選用優(yōu)質(zhì)器件，再就是采用合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加固，簡化安裝，使它易于抗振動沖擊，對印制電路板的設(shè)計、加工及焊接都采取了極為嚴(yán)格的工藝措施，而且在電路、結(jié)構(gòu)及工藝上采取了一些獨(dú)特的方式。例如，在輸入/輸出電路中都采用了光電隔離措施，做到電浮空，既方便接地，用提高了抗干擾性能；各個 I/O 端口都除采用了常規(guī)模擬器濾波以外，還加上了數(shù)字濾波；內(nèi)部采用了電磁屏蔽措施，防止輻射干擾；采用了較先進(jìn)的電源電路，以防止由電源回路串入的干擾信號；采用了較合理的電路程序，一旦某模塊出現(xiàn)故障，進(jìn)行在線插拔、調(diào)試時不會影響各機(jī)的正常運(yùn)行。5 / 70由于 PLC 本身具有很高的可靠性，所以發(fā)生故障的部位大多集中在輸入/輸出的部件上，以及如傳感器件、限位開關(guān)、光電開關(guān)、電磁電機(jī)等外圍裝置上。 編程簡單，使用方便用微機(jī)實(shí)現(xiàn)自動控制，常使用匯編語言編程，難于掌握，要求使用者具有一定水平的計算機(jī)硬件和軟件知識。PLC 采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。例如，目前打多數(shù) PLC 均采用的梯形圖語言編程方式，既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀感，又顧及了大多數(shù)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及應(yīng)用微機(jī)的水平很容易被電氣技術(shù)人員所接受，易于編程，程序改變時也容易修改，很靈活方便。這種面向控制過程、面向問題的編程方式，與目前微機(jī)控制常用的匯編語言相比，雖然在 PLC 內(nèi)部增加了解釋程序，增加了程序執(zhí)行時間，但對大多數(shù)的機(jī)電控制設(shè)備來說，這是微不足道的。 接線簡單，通用性好PLC 的接線只需將輸入信號的設(shè)備（按鈕、開關(guān)等）與 PLC 輸入端子連接，將接受輸出信號執(zhí)行控制任務(wù)的執(zhí)行元件（接觸器、電磁閥等）與 PLC 輸出端子連接。接線簡單、工作最少，省去了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)接線和拆線的麻煩。PLC 的編程邏輯提供了能隨要求而改變的“接線網(wǎng)絡(luò)” ，這樣生產(chǎn)線的自動化過程就能隨意改變。這種性能使 PLC 具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。用于連接現(xiàn)場設(shè)備的硬件接口實(shí)際上是 PLC 的組成部分，模塊化的自診斷接口電路能指出故障，并易于排除故障與替換故障部件，這樣的軟硬件設(shè)計就使現(xiàn)場電氣人員與技術(shù)人員易于是用。 可連接為控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)PLC 可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)可分為兩類：一類是低速網(wǎng)絡(luò)，采用主從方式通信，傳輸速率從幾千波特到上萬波特，傳輸距離為 500—2500m；另一類為高速網(wǎng)絡(luò)，采用令牌傳送方式通信，傳輸速率為 1M—10Mbps，傳輸距離為 500—1000m，網(wǎng)上結(jié)點(diǎn)可達(dá) 1024 個。這兩類網(wǎng)絡(luò)可以級連，網(wǎng)上可兼容不同類型的可編程控制器和計算機(jī)，從而組成控制范圍很大的局部網(wǎng)絡(luò)。 易于安裝，便于維護(hù)PLC 安裝簡單而且功能有效，其相對小的體積使之能安裝在通常繼電器控制箱所需空間的一半的地方，在從繼電器系統(tǒng)改換到 PLC 系統(tǒng)的情況下，PLC 小的模塊結(jié)構(gòu)使之能安裝在繼電器附近并將連線向已有接線端，其實(shí)改換很方便，只要將輸入/輸出設(shè)備連向接線端即可。在大型安裝中，長距離輸入/輸出站點(diǎn)安放在最優(yōu)地點(diǎn)。長距離站通過同軸電纜獲雙扭線連向 CPU，這種配置大大減少了物料和勞力，長距離子系統(tǒng)方法也意味著系統(tǒng)不同部分可在到達(dá)安裝場地前由 PLC 制造商預(yù)先連好線，這一方法大大減少了電氣技術(shù)人員的現(xiàn)場安裝時間。從一開始，PLC 便以易維護(hù)作為設(shè)計目標(biāo)。由于幾乎所有器件都是固態(tài)的，維護(hù)時只需更換模塊級插入式部件，故障檢測電路將診斷指示器嵌在每一部件中，就能指示器是否正常工作，借助于編程設(shè)備可見輸入/輸出是 ON 還是 OFF，還可寫編程指令來報告故障。PLC 的這些及其他特性使之成為任何一個控制系統(tǒng)的有益部分。一旦安裝后，其作用立即顯現(xiàn)，其收益也馬上實(shí)現(xiàn)，向其他智能設(shè)備一樣,PLC 的潛在優(yōu)點(diǎn)還取決于應(yīng)用時的創(chuàng)造性。 PLC 的硬件結(jié)構(gòu) 中央處理單元（CPU） CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套 PLC 至少有一個 CPU，它按 PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，