【導讀】獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權爭議?；蜃珜戇^的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以。本聲明的法律后果由本人承擔。本人完全了解濱州學院關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定。文）；同意學校在不以營利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務系統(tǒng)，公布設計（論文）的部分或全部內(nèi)容，允許他人依法合理使用。包裝機控制系統(tǒng)達到國際先進水平進行了較深入的研究。論文充分考慮了成本、維護可靠。裝機控制系統(tǒng)的構成。自動控制系統(tǒng)設置3個現(xiàn)場PLC監(jiān)控站和1個中心操作站?？紤]到全自動包裝機控制對系統(tǒng)安全性、可靠性、PLC，上位機選擇工控機IPC。下位機編程采用STEP-7軟件包進行PLC軟件設計。減少勞動強度，降低處理成本和節(jié)約能源。全自動包裝機控制系統(tǒng)的建設將降低生產(chǎn)和維

　　

【正文】 個 AO 2 個 DI 34 個 DO 28 個 硬件配置 硬件選擇 是設計項目整體的構架，綜合考慮，價格和事后維護，對數(shù)字量、模擬量的計算需要有預量，遵循的規(guī)則點數(shù) =點數(shù) +點數(shù) *20%。 如表 43 所示。 例如： AI 卡點數(shù) =5 個模擬點 +5 個模擬點 *20% 表 43 包裝機 一硬件配置 序號 型號及規(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 導軌 1 硬件組態(tài) 建立項目 方法一 當雙擊 S7300 的快捷方式的時候，自動會出現(xiàn)建立項目的向?qū)?，可以根?jù)向?qū)е鸩酵晟平?。如圖 41 所示。 基于 PLC 的全自動包裝的系統(tǒng)設計 18 圖 41 項目向?qū)? 注意：在您建立項目的時候，不要用中文起名，有時 S7300 會不識別。在選擇語言的時候有 STL、 LAD、 FBD，選擇自己會用，適用的編程語言即可。 方法二 當雙擊 S7300 的時候， 出現(xiàn)項目向?qū)В苯狱c擊取消 。直接進入到組態(tài)界面建立項目步驟如下： SIMATIC MANAGER（管理器），新建一個項目，以項目名稱為項目名，保存路徑為 C:\Program Files\Sie=mens\Step7\s7proj，然后點擊 OK。 SIMATIC Manager 窗口：選中菜單“ Insert”（插入）→“ Station”（站點） →“ SIMATIC 300 Station/SIMATIC 400 Station”或者用鼠標右鍵點擊項目名稱，在下拉列表菜單中選中“ Insert New Object”（插入新對象） →“ SIMATIC 300 Station/SIMATIC 400 Station”，就可以在當前項目下插入一個新的硬件站，系統(tǒng)自動為該站分配一個名稱，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。 吉林化工學院畢業(yè)設計 19 圖 42 新站的建立 硬件組態(tài) 將項目左面的 +點開，選中 SIMATIC 300 站，然后選中硬件并雙擊 /或右鍵點 OPEN OBJECT（打開對象），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）打開或關閉它。將硬件目錄窗口中 SIMATIC 300 左面的 +點開，點擊 SIMATIC 300，選中 RACK300,然后將 Rail 拖入到左邊空白處 /或雙擊 Rail，生成空機架（為中央機架），如有擴展機架可再雙擊生成擴展機。 在 SM300 的文件夾中為我們準備了 IO 卡件，在選中所需要的卡件時， 右下角會對卡件作簡要的說明。并且明確的標注了卡的型號，卡的通道數(shù)。 注意：配卡時候需要考慮經(jīng)濟，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 的全自動包裝的系統(tǒng)設計 20 圖 43 機架的硬件組態(tài) 右側區(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、信號模塊放置在相應槽的位置，注意配置時要清楚各種模塊的型號和訂貨號，在硬件組態(tài)過程中注意每個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，包裝機硬件配置 結果如圖 44 所示。 當用戶選擇了所需的卡件時，用鼠標單擊卡，在軟件的右下角會出現(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。 吉林化工學院畢業(yè)設計 21 圖 44 包裝機硬件配置 STEP 7 編程 STEP 7 是 S7300/400 系列 PLC 應用設計軟件包，所支持的 PLC 編程語言非常豐富。該軟件的標準版支持 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，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 是一種類似于微機匯編語言的一種文本編程語言，由多條語句組成一個程序段。語句表適合于經(jīng)驗豐富的程序員使用，可以實現(xiàn)某些梯形圖不能實現(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 的全自動包裝的系統(tǒng)設計 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)的圖形邏輯符號來表示控制邏輯，一些 復雜的功能用指令框表示。 FBD 適合于有數(shù)字電路基礎的編程人員使用。 編輯子程序 本系統(tǒng)結合控制要求開發(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 將項目左面的 “ +” 點開，再將 SIMATIC 300 站左邊的 +點開，再將 CPU3152DP 左邊的 +點開，然后選中塊，在右側的空白處點鼠標右鍵，選插入新對象，再用鼠標左鍵選功能。具體操作如圖 47 所示。 圖 47 建立功能（ FC） 吉林化工學院畢業(yè)設計 23 2．建立數(shù)據(jù)塊 DB 的步驟 將項目 左面的 +點開，再將 SIMATIC 300 站左邊的 +點開，再將 CPU3152DP 左邊的+點開，然后選中塊，在右側的空白處點鼠標右鍵，選插入新對象，再用鼠標左鍵選數(shù)據(jù)塊，如圖 48 所示 。之后將會彈出數(shù)據(jù)塊屬性對話框，在名稱和類型欄中寫入 DB1,在符號名那欄寫入模入，然后根據(jù)點表把模擬量輸入 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 的全自動包裝的系統(tǒng)設計 24 3．組織塊 OB 建立步驟 將項目左面的 +點開，再將 SIMATIC 300 站左邊的 +點開，再將 CPU3152DP 左邊的+點 開，然后選中塊，在右側的空白處點鼠標右鍵，選插入新對象，再用鼠標左鍵選組織塊，與數(shù)據(jù)塊的建立類似，之后將會彈出組織塊屬性對話框，在名稱和類型欄中寫入OB35，結果如圖 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)之間的實型值。將結果寫入 OUT。 具體方法是雙擊 FC1，在左側的庫中調(diào)用 FC105，在標題處寫入模擬量的 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，具體結果如圖 411 所示： 吉林化工學院畢業(yè)設計 25 圖 411 模擬量輸入轉(zhuǎn)換模塊 計算公式如下： 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 功能接收一個以工程單位表示、且標定于下限和上 限 (LO_LIM 和 HI_LIM)之間的實型輸入值(IN)，并將其轉(zhuǎn)換為一個整型值。將結果寫入 OUT。 具體方法是雙擊 FC2，在左側的庫中調(diào)用 FC106，在標題處寫入模擬量的名稱，在 IN 引腳處寫入該模擬量的實際地址，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，具體結果如圖 412 所示 。 基于 PLC 的全自動包裝的系統(tǒng)設計 26 圖 412 模擬量輸出轉(zhuǎn)換模塊 計算公式如下： 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)或脈沖控制信號的溫度處理過程。可以設置參數(shù)以啟動或者禁用 PID 控制器子函數(shù)，使其適應處理過程。可以在參數(shù)分配工具中很方便地設定這些參數(shù)。在項目中，雙擊 SIMATIC 管理器中的背景數(shù)據(jù)塊即可啟動此設置。具體方法是雙擊 OB35，在左側的庫中調(diào)用 FB58，將 DB3 中的各量的地址對應寫入“ SP_INT”、“ MAN”“ MAN_ON”引腳。 在“ PV_IN”引腳寫入回路中輸入量的 實際地址，在“ LMN”引腳寫入回路中輸出量的實際地址，在 FB58 的頂部處寫入新的 DB 塊，完成后將出現(xiàn)一個對話框，提示 是否生成新的 DB 塊，點擊確定即可完成 FB58 的編輯。結果如圖 413 所示： 吉林化工學院畢業(yè)設計 27 圖 413 FB58 的編輯 6． 單動子程序編制 將數(shù)字量程序編輯在 FC3。雙擊 FC3，在左側的位邏輯處調(diào)用常開觸點， 變量 為 1 時 ，常開觸點處于閉合狀態(tài)。 調(diào)用常開觸點結束后再調(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 。其結果如圖 414 所示 ： 圖 414 數(shù)字量編程 基于 PLC 的全自動包裝的系統(tǒng)設計 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)將再次啟動它。完成啟動后，將啟動 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子程序的調(diào)用到 OB1 當中。 首先雙擊 OB1 塊，在 OB1 塊中左側的 FC 塊點開，將會出現(xiàn)之前所編輯的三個功能塊。我們分別雙擊三個功能塊即可完成功能塊的調(diào)用。結果如圖 415 所示： 圖 415 主程序的編輯 上 位機設置 添加驅(qū)動連接，設置參數(shù)。打開 WINCC 工程在 Tag ManagementSIMATIC S7 PROTOCOL SUITEMPI，右鍵單擊 MPI，在下拉菜單中，點擊 New Driver Connection，如圖 所示，在彈出的 Connection properties 對話框中點擊 Properties 按鈕，彈出Connection parametersMPI 屬性對話框，如圖 416 所示： 吉林化工學院畢業(yè)設計 29 圖 416 wincc 添加驅(qū)動 重要的參數(shù)如下所示： Station Address： MPI端口地址 Rack Number： CPU所處機架號，除特殊復雜使用的情況下，一般填入 0 Slot Number： CPU 所處的槽號 圖 417 wincc設置 基于 PLC 的全自動包裝的系統(tǒng)設計 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 PLC 必須處于運行狀態(tài)，老版本的 PLC 必須處于 RUNP 或者 RUN 狀態(tài)， WINCC 必須激活運行，根據(jù)圖 418 所示的位置，進入通道診斷工具，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 吉林化工學院畢業(yè)設計 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)試才能夠最終實現(xiàn)自動控制任務。 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 實現(xiàn)。 在 SIMATIC Manager 中，選中需要下載的對象，單擊下載按鈕 ， 就可以將相應對象的內(nèi)容下載到 CPU。選中一個塊時，下載該塊；選中 Blocks 目錄時，下載整個目錄中所有的塊；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 會提示用戶相關信息，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 點擊 STEP7 工具欄上的 ，將完成的下位機 STEP7 組態(tài)程序下裝到 S7PLCSIM 仿真軟件的 CPU 中后便可點擊 ，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行仿真，如圖 41圖 418 所示： 圖 417 下位機在線調(diào)試 基于 PLC 的全自動包裝的系統(tǒng)設計 32 上位機設計的監(jiān)事及操作畫面： 圖 418 上位機監(jiān)視畫面 在上微機建立了趨勢曲線，讓操作人員更直觀的知道，系統(tǒng)及設備的運行的穩(wěn)定程度。 圖 417 上位機在線監(jiān)控 吉林化工學院畢業(yè)設計 33 參考文獻 [1] 劉美俊 .西門子 S7系列 PLC的應用與維護 [M]. 西安：機械工業(yè)出版社， 2020 [2] 王萬強 ,陳國金 ,張俊芳 .S7300PLC 和 WinCC 組態(tài)軟件在電廠的應用 [J].機電工程 ,2020,(07):2629. 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