【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(zhēng)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(yíng)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?jī)?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(guó)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(chǎng)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ⅰＨ鐖D 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(yǔ)言的時(shí)候有 STL、 LAD、 FBD，選擇自己會(huì)用，適用的編程語(yǔ)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(jiǎn)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(yǔ)言非常豐富。該軟件的標(biāo)準(zhǔn)版支持 STL（語(yǔ)句表）、 LAD（梯形圖）及 FBD（功能塊圖） 3 種基本編程語(yǔ)言，并且在 STEP 7 中可以相互轉(zhuǎn)換。不同的編程語(yǔ)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(yǔ)言。 1．梯形圖 LAD（ Ladder Diagram）簡(jiǎn)稱梯形圖， LAD 是使用最多的 PLC 編程語(yǔ)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(yǔ)句表 STL（ Statement List）簡(jiǎn)稱語(yǔ)句表， STL 是一種類似于微機(jī)匯編語(yǔ)言的一種文本編程語(yǔ)言，由多條語(yǔ)句組成一個(gè)程序段。語(yǔ)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(yǔ)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(jiǎn)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(kù)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(kù)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(kù)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。可調(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(cè)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(cè)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(cè)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(shì)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(guó)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. 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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(chǎng)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