【導(dǎo)讀】畢業(yè)設(shè)計是自動化專業(yè)教學(xué)計劃中重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，立自主地完成設(shè)計工作。通過畢業(yè)設(shè)計，應(yīng)能使學(xué)生受到綜合運。1．了解PLC的工作原理及發(fā)展?fàn)顩r；2．了解西門子公司SIMATICS7-200系列PLC的硬件結(jié)構(gòu)；握S7-200系列可編程控制器的指令系統(tǒng)；器，用“組態(tài)王”軟件繪制操作界面，實現(xiàn)上下位機的監(jiān)控。1．按實際的I/O點數(shù)進行地址分配，并畫出硬件線路圖。驗裝置加以實現(xiàn)。自2021年3月28日起，至2021年6月25日止。本文介紹的是用PLC來對鍋爐輸煤系統(tǒng)進行控制。卸煤生產(chǎn)線、煤場、輸煤系統(tǒng)、破碎與篩分、配煤系統(tǒng)以及一些輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)。設(shè)計中主要研究的是其中的輸煤系統(tǒng)部分，即煤塊從給煤機傳輸?shù)皆簜}的過程。首先，介紹了PLC的一些基本常識問題。詳細(xì)介紹了西門子公司的型號為S7-200. 之后重點講述了PLC程序設(shè)計中的啟動，停止，位置選擇。面的步驟及方法。

　　

【正文】 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 83 頁 第 33 頁 系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計主要分為三個部分，啟動部分，停止部分，位置選擇分，及輸出報警部分 。 系統(tǒng)啟動部分設(shè)計 在啟動前 ，應(yīng)首先進行 A、 B 系 統(tǒng)的選擇。 A、 B 系統(tǒng)選擇在設(shè)計中可以用兩種方法選擇，一個是用手動直接選擇，另一個是用上位機進行遠(yuǎn)程選擇。 （ 1） 手動選擇 系統(tǒng)啟動前應(yīng)進行 A、 B 系統(tǒng)的選擇，將開關(guān)撥至左側(cè)為 A 系統(tǒng)，右側(cè)為 B 系統(tǒng)。值得注意的是：該開關(guān)的選擇對系統(tǒng)的啟動過程尤為重要，建議在啟動過程中不要隨意改變開關(guān)的位置，同時，如果將開關(guān)撥至中間位置時，系統(tǒng)將不能正常 啟動 。 （ 2）上位機選擇 在由組態(tài)王設(shè)計的界面中點擊系統(tǒng)選擇按鈕 POSITION SLECT，就可以通過 PLC 直接來控制。系統(tǒng)默認(rèn)為 A 系統(tǒng)，當(dāng)點擊按鈕時是選擇 B 系統(tǒng)。 將系統(tǒng)選擇開關(guān)撥至 A 或 B，按動系統(tǒng)啟動按鈕，系統(tǒng)開始啟動。 啟動過程如下 : (1)開工響鈴 :用于提示現(xiàn)場各部位操作人員，系統(tǒng)將要啟動，響鈴時間 15 秒。 (2)按照 A、 B 系統(tǒng)的選擇，從 4皮帶開始，間隔 5 秒鐘按下列順序進行啟動 (啟動順序 ): 4皮帶→ 3皮帶→破碎機→ 2皮帶→ 1皮帶→給煤機 這里采用的是逆序啟動方式，原因是為了使輸煤皮帶上沒有多余的煤滯留，否則的話，如果順序啟動，當(dāng)某一條皮帶發(fā)生故障時，就會在發(fā)生 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 83 頁 第 34 頁 故障前的幾級皮帶上堆積大量煤塊，這樣對設(shè)備是不好的。所以在啟動時采用逆序啟動的工作方 式。 現(xiàn)以 4＃皮帶的啟動過程舉例來說明，先看圖 。 圖 4＃皮帶啟動程序 在這個啟動程序圖中，各點的含義參看表 ，表 。 是 4＃皮帶的啟動信號，當(dāng)上一級梯形圖使 置 1 后， 4＃皮帶開始啟動， 是 4＃ A 皮帶的運行信號， 是 4＃ B 皮帶的運行信號，當(dāng)其中之一置位后，計時器開始計時，當(dāng)計時器計時 5 秒后，把 復(fù)位，并把下一級的控制信號 置位，使啟動繼續(xù)。 其余的皮帶和破碎機等設(shè)備的啟動程序與這個基本一樣。詳細(xì)的見附錄 1。 若啟動過程無故障，通過各設(shè)備指示 燈的顯示，可以看出系統(tǒng)的工作“路徑”。 若啟動過程中有故障，分以下幾種情況 :(以選擇 A 系統(tǒng)為例 ) (1)按啟動順序，從 4皮帶到 1皮帶，在啟動時若 某段皮帶 發(fā)生故障，除響鈴報警外，其相 對 應(yīng)的 B 系統(tǒng) 皮帶 將自動啟動，而在其之后的設(shè)備仍 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 83 頁 第 35 頁 按照原來的 A 系統(tǒng)進行啟動。 (2) 當(dāng)啟動給煤機時，若發(fā)生故障，則啟動過程無法繼續(xù)，此時必須按動系統(tǒng)停止按鈕，停止啟動，待故障排除后重新啟動。 (4)系統(tǒng)其它設(shè)備 (三通分料器和犁式卸料器 )的工作狀態(tài)也將影響到系統(tǒng)的啟動過程，例如該放下的犁式卸料器沒有下放到位，三通分料器本應(yīng)打向 A 側(cè) ，但卻沒有到位，如果有類似的情況發(fā)生時，系統(tǒng)正常的啟動過程將無法繼續(xù)。這些情況如下所示： ? 在啟動 3皮帶時若為 S13a 運行，則犁式卸料器 S23a 必須下放到位；同時，如果在此之前 4皮帶為 S14a 運行，則 S33a 必須為 A側(cè)到位，若 4皮帶為 S14b 運行，則 S33a 必須為 B 側(cè)到位。同理，在啟動 3皮帶時若為 S13b 運行，則犁式卸料器 S23b 必須下放到位；而在此之前 4皮帶為 S14a 運行，則 S33b 必須為 A 側(cè)到位，若 4皮帶為 S14b 運行，則 S33b 必須為 B 側(cè)到位。如果以上條件均不滿足，則在此之后的破碎機 S4 將不 能啟動 。 ? 在啟動 2皮帶時若為 S12a 運行，并且在此之前破碎機為 S4a 運行，則犁式卸料器 S22a 必須下放到位；若在此之前破碎機為 S4b運行，則犁式卸料器 S22a 必須抬起到位。同理，在啟動 2皮帶時若為 S12b 運行，并且此前破碎機為 S4a 運行，則犁式卸料器S22b 必須抬起到位；若在此之前破碎機為 S4b 運行，則犁式卸料器 S62b 必須下放到位。如果以上條件均不滿足，則在此之后的1皮帶將不能啟動。 ? 在啟動 1皮帶時若為 S11a 運行，并且在此之前 2皮帶為 S12a 運行，則三通分料器 S31a 必須為 A 側(cè)到位；若 2皮帶 為 S12b 運行，則三通 S31a 必須為 B 側(cè)到位。同理，在啟動 1皮帶時若為 S11b運行，并且在此之前 1皮帶為 S12a 運行，則 S31b 必須為 A 側(cè)到位；若此前 1皮帶為 S11b 運行，則 S31b 必須為 B 側(cè)到位。如果以上條件均不滿足，則在此之后的給煤機將不能啟動 。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 83 頁 第 36 頁 系統(tǒng)停止部分設(shè)計 系統(tǒng)停止部分和啟動部分的基本設(shè)計思路是一樣的，最大的區(qū)別是停止采用的是順序停止的工作方式。其原因也和逆序啟動時一樣，當(dāng)發(fā)生錯誤時避免皮帶上堆積煤塊。 按動系統(tǒng)停止按鈕，系統(tǒng)開始停止，停止順序如下 : 給煤機→ 1皮帶→ 2皮 帶→破碎機→ 3皮帶→ 4皮帶。 由于各皮帶長度不一，所以停止過程中的間隔時間也不一樣，皮帶越長，其相應(yīng)的停止時間越長 現(xiàn)以 1＃皮帶的停止程序為例來說明具體的設(shè)計思路。程序見圖 。 圖 在這個小程序中， 是 1 號皮帶的停止信號，當(dāng)從上一級程序得到命令，使 得電后，經(jīng)過延時器的調(diào)節(jié)， 1＃皮帶在經(jīng)過 5 秒鐘后停止，之后使它的停止信號 復(fù)位，并對下一級的停止信號 置位。使之繼續(xù)執(zhí)行停止命令。 其余的皮帶及破碎機、給煤機的停止 程序的設(shè)計思路與 1＃皮帶的相似 。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 83 頁 第 37 頁 系統(tǒng)位置選擇及輸出報警設(shè)計 系統(tǒng)的位置選擇是非常重要的，它們基本上是因為系統(tǒng)出現(xiàn)了一些錯誤才進行選擇的。在啟動那一節(jié)，我們已經(jīng)把皮帶的選擇問題大致說了一下了，本節(jié)主要討論的是三通分料器和犁式卸料器的選擇原則及應(yīng)注意的問題。 （ 1） 三通分料器 : 系統(tǒng)通電后 所有的三通分料器均按照其默認(rèn)狀態(tài)動作 ， 即 A 系統(tǒng)的三通分料器打向 A 側(cè)， B 系統(tǒng)的三通分料器則打向 B 側(cè)。 系統(tǒng)啟動和運行時， A 系統(tǒng)的三通，只有位于其前的 設(shè)備 (按啟動順序 )發(fā)生故障并切換到 B 系統(tǒng)，并且其后的 設(shè)備 仍為 A 系統(tǒng)時，才打向 B 側(cè)，否則狀態(tài)不變；而 B 系統(tǒng)的三通，只有位于其前的皮帶發(fā)生故障并切換到A 系統(tǒng)，并且其后的皮帶仍為 B 系統(tǒng)時，才打向 A 側(cè)，否則狀態(tài)不變。 系統(tǒng)停止運行后，所有的三通均恢復(fù)至通電后的狀態(tài) ，即恢復(fù)到其默認(rèn)狀 （ 2） 犁式卸料機 : 系統(tǒng)通電后，所有的犁式卸料機自動抬起 (默認(rèn)狀態(tài) )。系統(tǒng)工作后，所有的犁式卸料機只有滿足下放條件時才下放，否則均處于抬起狀態(tài)。各犁式卸料機下放條件如下所示 : ○ 1 S24a: S12a 皮帶運行且 S4a 破碎機工作。 ○ 2 S24b: S12b 皮帶運行且 S4b 破碎機工作。 ○ 3 S23a: S13a 皮帶運行 。 ○ 4 S23b: S13b 皮帶運行 。 ○ 5 S22a: S14a 皮帶運行每隔 20 分鐘抬起放下 。 ○ 6 S22b: S214b 皮帶運行每隔 20 分鐘抬起放下。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 83 頁 第 38 頁 輸出報警是我們作設(shè)計最關(guān)心的部分，因為設(shè)計做的完善不完善從這一部分就可以直接看出來。下面用圖 來說一下輸出報警的設(shè)計思路。 圖 在這個圖中， 代表著 1＃給煤機的輸出， 是與報警輸出相連的。 是停止信號。 當(dāng)啟動信號 和位置選擇信號 全部得電后， 1＃給煤機就輸出；當(dāng) 1＃給煤機輸出有故障時，即 沒有得電時，延時器開始工作，當(dāng)達到所設(shè)定的報警時限后，即上面所要求的 2 秒鐘，報警信號 得電置位，系統(tǒng)報警。報警后在把它給復(fù)位，待以后如有問題時再報警。 其它的設(shè)備的輸出及報警與之相似。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 83 頁 第 39 頁 4 操作界面設(shè)計 工業(yè)組態(tài)軟件 —— 組態(tài)王 組態(tài)王簡介 組態(tài)的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng) (Distributed Control System 簡稱 DCS)的出現(xiàn)才開始被廣大的生產(chǎn)過程自動化技術(shù)人員所熟知的。組態(tài)的概念最早來自英文 Configuration，含義是使用軟件工具對計算機及軟件的各種資源進行配置，達到讓計算機或軟件按照預(yù)先設(shè)置自動執(zhí)行特定任務(wù)、滿足使用者要求的目的。監(jiān)控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（ Supervisory Control and Data Acquisition,SCADA）的軟件平臺工具，具有豐富的設(shè)置項目，使用方式靈活，功能強大。監(jiān)控組態(tài)軟件最早出現(xiàn)時， HMI（ Human Machine Interface）或 MMI（ Man Machine Interface）是其主要內(nèi)涵，即主要解決人機圖形界面問題。隨著它的快速發(fā)展，實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、 SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對 I/O 設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容 。 組態(tài)王是北京亞控公司開發(fā)的一款工業(yè)組態(tài)軟件，是中國最早的一款組態(tài)工具，也是目前國內(nèi)的所有國產(chǎn)組態(tài)軟件中最成熟的一款。組態(tài)王有著強大的硬件設(shè)備支持功能，幾乎目前國內(nèi)所有的 PLC 設(shè)備都能支持，所以我這次設(shè)計中的上位機的操作界面就由組態(tài)王來做。 關(guān)于組態(tài)王變量 的問題 數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王”最核心的部分。在組態(tài)王運行時，工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況要以動畫的形式反映在屏幕上，同時工程人員在計算機前發(fā)布的指令也要迅速送達生產(chǎn)現(xiàn)場，所有這一切都是以實時數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機和下位機的橋梁。 在數(shù)據(jù)庫中存放的是變量的當(dāng)前值，變量包括系統(tǒng)變量和用戶定義的變量。變量的集合形象地稱為“數(shù)據(jù)詞典”，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 83 頁 第 40 頁 使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。 組態(tài)王系統(tǒng)中定義的變量與一般程序設(shè)計語言，比如 BASIC、PASCAL、 C 語言，定義的變量有很大的不同，既能滿足程序設(shè)計的一般需要，又考慮到工控軟件的特殊需要。基本類型的變量一共三類，分為“內(nèi)存變量”、“ I/O 變量”和“結(jié)構(gòu)變量”。 ○ 1 I/O 變量 I/O 變量是這次設(shè)計中用到最多的變量，數(shù)據(jù)庫主要就是 I/O 變量的建立。 I/O 變量分為 I/O 離散變量， I/O 實型變量， I/O 字符串變量，I/O 長整數(shù)變量四種?！?I/O 變量”擔(dān)負(fù)著“組態(tài)王”與下位機設(shè)備或其它應(yīng)用程序（包括 I/O 服務(wù)程序）交換數(shù)據(jù)的重任。這種數(shù)據(jù)交換是雙向的、動態(tài)的，就是說：在“組態(tài)王”系統(tǒng)運行過程中，每當(dāng) I/O 變量的值 改變時，該值就會自動寫入遠(yuǎn)程應(yīng)用程序；每當(dāng)遠(yuǎn)程應(yīng)用程序中的值改變時，“組態(tài)王”系統(tǒng)中的變量值也會自動更新。所以，那些從下位機采集來的數(shù)據(jù)、發(fā)送給下位機的指令，比如“ 1＃皮帶運行”、“系統(tǒng)啟動”等變量，都需要設(shè)置成“ I/O 變量” 。 ○ 2 內(nèi)存變量 內(nèi)存變量又分為內(nèi)存離散變量，內(nèi)存實型變量，內(nèi)存字符串變量，內(nèi)存長整數(shù)變量四種。那些不需要和其它應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)、也不需要從下位機得到數(shù)據(jù)、只在“組態(tài)王”內(nèi)需要的變量，比如計算過程的中間變量，就可以設(shè)置成“內(nèi)存變量”。 ○ 3 結(jié)構(gòu)變量 當(dāng)組態(tài)王工程中定義了結(jié)構(gòu)變量時，在變量類型的下拉列表框中會自動列出已定義的結(jié)構(gòu)變量，一個結(jié)構(gòu)變量作為一種變量類型，結(jié)構(gòu)變量下可包含多個成員，每一個成員就是一個基本變量，成員類型可以為：內(nèi)存離散、內(nèi)存整型、內(nèi)存實型、內(nèi)存字符串、 IO 離散、 IO 整型、 IO 實型、IO 字符串。 除了基本變量外，還有一些特殊變量。特殊變量類型有報警窗口變量、歷史趨勢曲線變量、系統(tǒng)預(yù)設(shè)變量三種。這幾種特殊類型的變量正是體現(xiàn) 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 83 頁 第 41 頁 了“組態(tài)王”系統(tǒng)面向工控軟件、自動生成人機接口的特色。由于本設(shè)計中不涉及這些， 這里就不作介紹了。 內(nèi)存離散、內(nèi)存實型、內(nèi)存長整數(shù)、內(nèi)存字符串、 I/O 離散、 I/O 實型、 I/O 長整數(shù)、 I/O 字符串，這八種基本類型的變量是通過 “變量屬性”對話框定義的，同時在“變量屬性”對話框的屬性卡片中設(shè)置它們的部分屬性。在工程瀏覽器的目錄顯示區(qū)中，用鼠標(biāo)單擊大綱項數(shù)據(jù)庫下的成員數(shù)據(jù)詞典，則在右邊的目錄內(nèi)容顯示區(qū)中列出了數(shù)據(jù)詞典里的所有變量 (包括組態(tài)王的系統(tǒng)變量和用