【導(dǎo)讀】獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭議?；蜃珜戇^的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以。本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人完全了解濱州學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定。文）；同意學(xué)校在不以營利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務(wù)系統(tǒng)，公布設(shè)計(jì)（論文）的部分或全部內(nèi)容，允許他人依法合理使用。包裝機(jī)控制系統(tǒng)達(dá)到國際先進(jìn)水平進(jìn)行了較深入的研究。論文充分考慮了成本、維護(hù)可靠。裝機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成。自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)置3個(gè)現(xiàn)場PLC監(jiān)控站和1個(gè)中心操作站?？紤]到全自動(dòng)包裝機(jī)控制對(duì)系統(tǒng)安全性、可靠性、PLC，上位機(jī)選擇工控機(jī)IPC。下位機(jī)編程采用STEP-7軟件包進(jìn)行PLC軟件設(shè)計(jì)。減少勞動(dòng)強(qiáng)度，降低處理成本和節(jié)約能源。全自動(dòng)包裝機(jī)控制系統(tǒng)的建設(shè)將降低生產(chǎn)和維

　　

【正文】 個(gè) AO 2 個(gè) DI 34 個(gè) DO 28 個(gè) 硬件配置 硬件選擇 是設(shè)計(jì)項(xiàng)目整體的構(gòu)架，綜合考慮，價(jià)格和事后維護(hù)，對(duì)數(shù)字量、模擬量的計(jì)算需要有預(yù)量，遵循的規(guī)則點(diǎn)數(shù) =點(diǎn)數(shù) +點(diǎn)數(shù) *20%。 如表 43 所示。 例如： AI 卡點(diǎn)數(shù) =5 個(gè)模擬點(diǎn) +5 個(gè)模擬點(diǎn) *20% 表 43 包裝機(jī) 一硬件配置 序號(hào) 型號(hào)及規(guī)格 注釋 數(shù)量 1 6ES7 3152AH140AB0 CPU3152DP, 128K 內(nèi)存 1 2 6ES7 3071EA010AA0 電源模塊（ 5A） 1 3 6ES7 9538LG110AA0 SIMATIC Micro 內(nèi)存卡 128KByte(MMC) 1 4 6ES7 3211BH020AA0 數(shù)字量輸入卡 (16路 ) 3 5 6ES7 3221BH010AA0 數(shù)字量輸出卡 (16路 ) 2 6 6ES7 3317KF020AB0 模擬量輸入 模塊 (8路 ) 1 7 6ES7 3327ND000AB0 模擬量輸出模塊 (4路 ) 1 8 6ES7 3901AF300AA0 導(dǎo)軌 1 硬件組態(tài) 建立項(xiàng)目 方法一 當(dāng)雙擊 S7300 的快捷方式的時(shí)候，自動(dòng)會(huì)出現(xiàn)建立項(xiàng)目的向?qū)?，可以根?jù)向?qū)е鸩酵晟平?。如圖 41 所示。 基于 PLC 的全自動(dòng)包裝的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 圖 41 項(xiàng)目向?qū)? 注意：在您建立項(xiàng)目的時(shí)候，不要用中文起名，有時(shí) S7300 會(huì)不識(shí)別。在選擇語言的時(shí)候有 STL、 LAD、 FBD，選擇自己會(huì)用，適用的編程語言即可。 方法二 當(dāng)雙擊 S7300 的時(shí)候， 出現(xiàn)項(xiàng)目向?qū)?，直接點(diǎn)擊取消 。直接進(jìn)入到組態(tài)界面建立項(xiàng)目步驟如下： SIMATIC MANAGER（管理器），新建一個(gè)項(xiàng)目，以項(xiàng)目名稱為項(xiàng)目名，保存路徑為 C:\Program Files\Sie=mens\Step7\s7proj，然后點(diǎn)擊 OK。 SIMATIC Manager 窗口：選中菜單“ Insert”（插入）→“ Station”（站點(diǎn)） →“ SIMATIC 300 Station/SIMATIC 400 Station”或者用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊項(xiàng)目名稱，在下拉列表菜單中選中“ Insert New Object”（插入新對(duì)象） →“ SIMATIC 300 Station/SIMATIC 400 Station”，就可以在當(dāng)前項(xiàng)目下插入一個(gè)新的硬件站，系統(tǒng)自動(dòng)為該站分配一個(gè)名稱，如： SIMATIC Station 300（ 1）。用戶可以根據(jù)需要改寫站名。硬件站的插入如圖 42 所示。 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 42 新站的建立 硬件組態(tài) 將項(xiàng)目左面的 +點(diǎn)開，選中 SIMATIC 300 站，然后選中硬件并雙擊 /或右鍵點(diǎn) OPEN OBJECT（打開對(duì)象），硬件組態(tài)畫面即可打開如圖 43 所示。 在硬件組態(tài)畫面右邊是 硬件目錄窗口，可用菜單命令“ View”（查看）中“ Catalog”（目錄）打開或關(guān)閉它。將硬件目錄窗口中 SIMATIC 300 左面的 +點(diǎn)開，點(diǎn)擊 SIMATIC 300，選中 RACK300,然后將 Rail 拖入到左邊空白處 /或雙擊 Rail，生成空機(jī)架（為中央機(jī)架），如有擴(kuò)展機(jī)架可再雙擊生成擴(kuò)展機(jī)。 在 SM300 的文件夾中為我們準(zhǔn)備了 IO 卡件，在選中所需要的卡件時(shí)， 右下角會(huì)對(duì)卡件作簡要的說明。并且明確的標(biāo)注了卡的型號(hào)，卡的通道數(shù)。 注意：配卡時(shí)候需要考慮經(jīng)濟(jì)，但更需要注意的是卡件在背板總線上消耗的電流量，由于電 源提供給 CPU 5A 的電流， CPU 輸出的帶載總電流最大只有 。一般卡件總消耗不允許超過 800mA。 基于 PLC 的全自動(dòng)包裝的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 圖 43 機(jī)架的硬件組態(tài) 右側(cè)區(qū)域是硬件組態(tài)的卡件。 依次按照配置的硬件將電源模塊、 CPU 模塊、信號(hào)模塊放置在相應(yīng)槽的位置，注意配置時(shí)要清楚各種模塊的型號(hào)和訂貨號(hào)，在硬件組態(tài)過程中注意每個(gè)模塊地址分配的情況，將配置好的硬件組態(tài)保存編譯并退出硬件組態(tài)畫面，包裝機(jī)硬件配置 結(jié)果如圖 44 所示。 當(dāng)用戶選擇了所需的卡件時(shí)，用鼠標(biāo)單擊卡，在軟件的右下角會(huì)出現(xiàn)一些卡的介紹，比如是不是可以安裝在惡劣的環(huán)境下或者 有什么特殊的功能及用途。 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 圖 44 包裝機(jī)硬件配置 STEP 7 編程 STEP 7 是 S7300/400 系列 PLC 應(yīng)用設(shè)計(jì)軟件包，所支持的 PLC 編程語言非常豐富。該軟件的標(biāo)準(zhǔn)版支持 STL（語句表）、 LAD（梯形圖）及 FBD（功能塊圖） 3 種基本編程語言，并且在 STEP 7 中可以相互轉(zhuǎn)換。不同的編程語言可供不同知識(shí)背景的人員采用。其中 LAD、 STL 和 FBD 是三種基本編程語言。 1．梯形圖 LAD（ Ladder Diagram）簡稱梯形圖， LAD 是使用最多的 PLC 編程語言。因與繼電器電路很相似，具 有直觀易懂的特點(diǎn)，很容易被熟悉繼電器控制的電氣人員所掌握，特別適合于數(shù)字量邏輯控制 ,也適合于熟悉繼電器電路的人員使用。 2． 語句表 STL（ Statement List）簡稱語句表， STL 是一種類似于微機(jī)匯編語言的一種文本編程語言，由多條語句組成一個(gè)程序段。語句表適合于經(jīng)驗(yàn)豐富的程序員使用，可以實(shí)現(xiàn)某些梯形圖不能實(shí)現(xiàn)的功能。 STL 適用于喜歡用匯編語言編程的人員使用。 3． 功能塊圖 基于 PLC 的全自動(dòng)包裝的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 FBD（ Function Block Diagram）簡稱功能塊圖，功能塊圖使用類似于布爾代數(shù)的圖形邏輯符號(hào)來表示控制邏輯，一些 復(fù)雜的功能用指令框表示。 FBD 適合于有數(shù)字電路基礎(chǔ)的編程人員使用。 編輯子程序 本系統(tǒng)結(jié)合控制要求開發(fā)了 模擬量輸入轉(zhuǎn)換程序 FC 模擬量輸出轉(zhuǎn)換程序 FC單動(dòng)子程序編制 FC PID 控制子程序 OB35 等。 1．建立功能 FC 的步驟 將項(xiàng)目左面的 “ +” 點(diǎn)開，再將 SIMATIC 300 站左邊的 +點(diǎn)開，再將 CPU3152DP 左邊的 +點(diǎn)開，然后選中塊，在右側(cè)的空白處點(diǎn)鼠標(biāo)右鍵，選插入新對(duì)象，再用鼠標(biāo)左鍵選功能。具體操作如圖 47 所示。 圖 47 建立功能（ FC） 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 2．建立數(shù)據(jù)塊 DB 的步驟 將項(xiàng)目 左面的 +點(diǎn)開，再將 SIMATIC 300 站左邊的 +點(diǎn)開，再將 CPU3152DP 左邊的+點(diǎn)開，然后選中塊，在右側(cè)的空白處點(diǎn)鼠標(biāo)右鍵，選插入新對(duì)象，再用鼠標(biāo)左鍵選數(shù)據(jù)塊，如圖 48 所示 。之后將會(huì)彈出數(shù)據(jù)塊屬性對(duì)話框，在名稱和類型欄中寫入 DB1,在符號(hào)名那欄寫入模入，然后根據(jù)點(diǎn)表把模擬量輸入 DB 塊中。具體操作如圖 49 所示。 圖 48 建立數(shù)據(jù)塊（ DB） 圖 49 數(shù)據(jù)塊屬性 基于 PLC 的全自動(dòng)包裝的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 3．組織塊 OB 建立步驟 將項(xiàng)目左面的 +點(diǎn)開，再將 SIMATIC 300 站左邊的 +點(diǎn)開，再將 CPU3152DP 左邊的+點(diǎn) 開，然后選中塊，在右側(cè)的空白處點(diǎn)鼠標(biāo)右鍵，選插入新對(duì)象，再用鼠標(biāo)左鍵選組織塊，與數(shù)據(jù)塊的建立類似，之后將會(huì)彈出組織塊屬性對(duì)話框，在名稱和類型欄中寫入OB35，結(jié)果如圖 410 所 示。 圖 410 組織塊 OB35 4． FC1 子程序編制 在 FC1 塊中編輯的是模擬量輸入轉(zhuǎn)換程序，用的是 FC105 模塊， SCALE 功能接受一個(gè)整型值 (IN)，并將其轉(zhuǎn)換為以工程單位表示的介于下限和上限 (LO_LIM 和 HI_LIM)之間的實(shí)型值。將結(jié)果寫入 OUT。 具體方法是雙擊 FC1，在左側(cè)的庫中調(diào)用 FC105，在標(biāo)題處寫入模擬量的 名稱，在 IN 引腳處寫入該模擬量的物理地址，在 OUT 引腳處寫入該模擬量的實(shí)際地址，在 LO_LIM 引腳處寫入轉(zhuǎn)換量程的下限，在 HI_LIM 引腳處寫入轉(zhuǎn)換量程的上限，具體結(jié)果如圖 411 所示： 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 411 模擬量輸入轉(zhuǎn)換模塊 計(jì)算公式如下： OUT = [ ((FLOAT (IN) – K1)/(K2–K1)) * (HI_LIM–LO_LIM)] + LO_LIM 5． FC2 子程序編制 在 FC2 塊中編輯的是模擬量輸出轉(zhuǎn)換程序，用的是 FC106 模塊， UNSCALE 功能接收一個(gè)以工程單位表示、且標(biāo)定于下限和上 限 (LO_LIM 和 HI_LIM)之間的實(shí)型輸入值(IN)，并將其轉(zhuǎn)換為一個(gè)整型值。將結(jié)果寫入 OUT。 具體方法是雙擊 FC2，在左側(cè)的庫中調(diào)用 FC106，在標(biāo)題處寫入模擬量的名稱，在 IN 引腳處寫入該模擬量的實(shí)際地址，在OUT 引腳處寫入該模擬量的物理地址，在 LO_LIM 引腳處寫入轉(zhuǎn)換量程的下限，在HI_LIM 引腳處寫入轉(zhuǎn)換量程的上限，具體結(jié)果如圖 412 所示 。 基于 PLC 的全自動(dòng)包裝的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 圖 412 模擬量輸出轉(zhuǎn)換模塊 計(jì)算公式如下： OUT = [ ((IN–LO_LIM)/(HI_LIM–LO_LIM)) * (K2–K1) ] + K1 6． OB35 子程序編制 在 OB35 塊中編輯的是調(diào)節(jié)回路程序，用的是 FB58 模塊， FB58“ TCONT_CP”用于控制有連續(xù)或脈沖控制信號(hào)的溫度處理過程?？梢栽O(shè)置參數(shù)以啟動(dòng)或者禁用 PID 控制器子函數(shù)，使其適應(yīng)處理過程?？梢栽趨?shù)分配工具中很方便地設(shè)定這些參數(shù)。在項(xiàng)目中，雙擊 SIMATIC 管理器中的背景數(shù)據(jù)塊即可啟動(dòng)此設(shè)置。具體方法是雙擊 OB35，在左側(cè)的庫中調(diào)用 FB58，將 DB3 中的各量的地址對(duì)應(yīng)寫入“ SP_INT”、“ MAN”“ MAN_ON”引腳。 在“ PV_IN”引腳寫入回路中輸入量的 實(shí)際地址，在“ LMN”引腳寫入回路中輸出量的實(shí)際地址，在 FB58 的頂部處寫入新的 DB 塊，完成后將出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框，提示 是否生成新的 DB 塊，點(diǎn)擊確定即可完成 FB58 的編輯。結(jié)果如圖 413 所示： 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 圖 413 FB58 的編輯 6． 單動(dòng)子程序編制 將數(shù)字量程序編輯在 FC3。雙擊 FC3，在左側(cè)的位邏輯處調(diào)用常開觸點(diǎn)， 變量 為 1 時(shí) ，常開觸點(diǎn)處于閉合狀態(tài)。 調(diào)用常開觸點(diǎn)結(jié)束后再調(diào)用輸出線圈， 輸出線圈的 工作方式與繼電器邏輯圖中線圈的工作方式類似。如果有能流通過線圈 (RLO = 1)， 將輸出有效 。 在其上方寫入 地址 。其結(jié)果如圖 414 所示 ： 圖 414 數(shù)字量編程 基于 PLC 的全自動(dòng)包裝的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 主程序 OB1 編制 CPU 的操作系統(tǒng)定期執(zhí)行 OB1。執(zhí)行 OB1 后，操作系統(tǒng)將再次啟動(dòng)它。完成啟動(dòng)后，將啟動(dòng) OB1 的循環(huán)執(zhí)行?？烧{(diào)用 OB1 中的其它功能塊 (FB、 SFB)或功能 (FC、 SFC)。 主程序的編輯就是將各個(gè)子程序的調(diào)用到 OB1 當(dāng)中。 首先雙擊 OB1 塊，在 OB1 塊中左側(cè)的 FC 塊點(diǎn)開，將會(huì)出現(xiàn)之前所編輯的三個(gè)功能塊。我們分別雙擊三個(gè)功能塊即可完成功能塊的調(diào)用。結(jié)果如圖 415 所示： 圖 415 主程序的編輯 上 位機(jī)設(shè)置 添加驅(qū)動(dòng)連接，設(shè)置參數(shù)。打開 WINCC 工程在 Tag ManagementSIMATIC S7 PROTOCOL SUITEMPI，右鍵單擊 MPI，在下拉菜單中，點(diǎn)擊 New Driver Connection，如圖 所示，在彈出的 Connection properties 對(duì)話框中點(diǎn)擊 Properties 按鈕，彈出Connection parametersMPI 屬性對(duì)話框，如圖 416 所示： 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 圖 416 wincc 添加驅(qū)動(dòng) 重要的參數(shù)如下所示： Station Address： MPI端口地址 Rack Number： CPU所處機(jī)架號(hào)，除特殊復(fù)雜使用的情況下，一般填入 0 Slot Number： CPU 所處的槽號(hào) 圖 417 wincc設(shè)置 基于 PLC 的全自動(dòng)包裝的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 連接測試與通訊診斷 通過 WINCC 工具中的通道診斷程序 WinCC Channel Diagnosis 即可測試通訊是否建立。注意：此時(shí) PLC 必須處于運(yùn)行狀態(tài)，老版本的 PLC 必須處于 RUNP 或者 RUN 狀態(tài)， WINCC 必須激活運(yùn)行，根據(jù)圖 418 所示的位置，進(jìn)入通道診斷工具，檢測通訊是否成功建立。如圖 419 所示，綠色的 ―√ ‖表示通訊已經(jīng)成功建立。 圖 418 圖 419 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 至此 WINCC 通過 MPI 連接 PLC 的過程完畢。 在線調(diào)試及仿真 在 PG/PC 上完成的硬件組態(tài)和用戶程序必須通過編程電纜下載到 PLC 中，并且經(jīng)過軟硬件的調(diào)試才能夠最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制任務(wù)。 1．程序下載 STEP 7 可以將用戶程序（ OB、 FC、 FB 和 DB）和硬件組態(tài)信息（ SDB）等下載到PLC 的 CPU 中。在不同的應(yīng)用程序組件中，下載功能都可以通過單擊工具欄上的下載按鈕 實(shí)現(xiàn)。 在 SIMATIC Manager 中，選中需要下載的對(duì)象，單擊下載按鈕 ， 就可以將相應(yīng)對(duì)象的內(nèi)容下載到 CPU。選中一個(gè)塊時(shí)，下載該塊；選中 Blocks 目錄時(shí)，下載整個(gè)目錄中所有的塊；選中 PLC 站，則下載該站內(nèi)的所有用戶程序塊和硬件組態(tài)信息。在下載過程中， STEP 7 會(huì)提示用戶相關(guān)信息，例如：是否覆蓋已有的內(nèi)容、是否停止 CPU 工作等，根據(jù)這些提示做出選擇，即可完成下載。 2．仿真調(diào)試 點(diǎn)擊 STEP7 工具欄上的 ，將完成的下位機(jī) STEP7 組態(tài)程序下裝到 S7PLCSIM 仿真軟件的 CPU 中后便可點(diǎn)擊 ，之后出現(xiàn) S7PLCSIM 仿真軟件，根據(jù)自己所建立的輸入輸出量進(jìn)行仿真，如圖 41圖 418 所示： 圖 417 下位機(jī)在線調(diào)試 基于 PLC 的全自動(dòng)包裝的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 上位機(jī)設(shè)計(jì)的監(jiān)事及操作畫面： 圖 418 上位機(jī)監(jiān)視畫面 在上微機(jī)建立了趨勢曲線，讓操作人員更直觀的知道，系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)行的穩(wěn)定程度。 圖 417 上位機(jī)在線監(jiān)控 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 參考文獻(xiàn) [1] 劉美俊 .西門子 S7系列 PLC的應(yīng)用與維護(hù) [M]. 西安：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 [2] 王萬強(qiáng) ,陳國金 ,張俊芳 .S7300PLC 和 WinCC 組態(tài)軟件在電廠的應(yīng)用 [J].機(jī)電工程 ,2020,(07):2629. [3] 崔堅(jiān) .西門子 S7可編程序控制器 ——STEP7編程指南 [M].機(jī)械工業(yè)出版社 ,. [4] 王偉 .可編程控制器的使用和維護(hù) [M].北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 ,2020. [5] 楊大勇 ,劉瑩 .過程裝備計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)探討 [J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理 ,2020. [6] 陳宏 .可編程控制器的選型 [J].化工進(jìn)展 ,2020,22(12):154156. [7] 鄭龍 , 龔 紅 梅 , 王智 .Intouch 與 S7300PLC 的 通 訊 [J]. 石 油 化 工 自 動(dòng)化 ,2020,(1).. [8] 劉橋 .集散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) [J].現(xiàn)代 電子技術(shù) ,2020,(13):8993. [9] Kuo, B C. automatic control systems [M]. New york: Prenticehall, . [10] Dale E, Seb. A. perspective on advanced strategies for process control[M].New York: Academic . [11] Kenh C. State Language for Machine Control[J]. Crater Control Technology Corporation. 2020,(11):5761. 基于 PLC 的全自動(dòng)包裝的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34 結(jié) 論 在本次課題工作中，除了鍛煉自己的能力外，也積累了不少的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)有不少值得改進(jìn)的地方，現(xiàn)總結(jié)如下： 完成了控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)工作，使系統(tǒng)能夠按預(yù)期的目標(biāo)正常地運(yùn)行。程序設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)清晰，易于檢查和修改。而且為以后軟件的維護(hù)和改進(jìn)提供了方便。對(duì)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了充分的考慮，加入了各種的保護(hù)措施，盡量消除了 各種可能的事故隱患。 PLC 非常利于小型自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，用 PLC 作為下位機(jī)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的信號(hào)輸入和實(shí)時(shí)控制，是執(zhí)行可靠，而且有效地實(shí)現(xiàn)了分散控制。 包裝機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠形象逼真的反應(yīng)實(shí)際操作和控