【導(dǎo)讀】畢業(yè)設(shè)計(jì)是自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，立自主地完成設(shè)計(jì)工作。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，應(yīng)能使學(xué)生受到綜合運(yùn)。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(shí)現(xiàn)上下位機(jī)的監(jiān)控。1．按實(shí)際的I/O點(diǎn)數(shù)進(jìn)行地址分配，并畫(huà)出硬件線路圖。驗(yàn)裝置加以實(shí)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(lái)對(duì)鍋爐輸煤系統(tǒng)進(jìn)行控制。卸煤生產(chǎn)線、煤場(chǎng)、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(jì)中主要研究的是其中的輸煤系統(tǒng)部分，即煤塊從給煤機(jī)傳輸?shù)皆簜}(cāng)的過(guò)程。首先，介紹了PLC的一些基本常識(shí)問(wèn)題。詳細(xì)介紹了西門子公司的型號(hào)為S7-200. 之后重點(diǎn)講述了PLC程序設(shè)計(jì)中的啟動(dòng)，停止，位置選擇。面的步驟及方法。

　　

【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 83 頁(yè) 第 33 頁(yè) 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要分為三個(gè)部分，啟動(dòng)部分，停止部分，位置選擇分，及輸出報(bào)警部分 。 系統(tǒng)啟動(dòng)部分設(shè)計(jì) 在啟動(dòng)前 ，應(yīng)首先進(jìn)行 A、 B 系 統(tǒng)的選擇。 A、 B 系統(tǒng)選擇在設(shè)計(jì)中可以用兩種方法選擇，一個(gè)是用手動(dòng)直接選擇，另一個(gè)是用上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程選擇。 （ 1） 手動(dòng)選擇 系統(tǒng)啟動(dòng)前應(yīng)進(jìn)行 A、 B 系統(tǒng)的選擇，將開(kāi)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(kāi)關(guān)的選擇對(duì)系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程尤為重要，建議在啟動(dòng)過(guò)程中不要隨意改變開(kāi)關(guān)的位置，同時(shí)，如果將開(kāi)關(guān)撥至中間位置時(shí)，系統(tǒng)將不能正常 啟動(dòng) 。 （ 2）上位機(jī)選擇 在由組態(tài)王設(shè)計(jì)的界面中點(diǎn)擊系統(tǒng)選擇按鈕 POSITION SLECT，就可以通過(guò) PLC 直接來(lái)控制。系統(tǒng)默認(rèn)為 A 系統(tǒng)，當(dāng)點(diǎn)擊按鈕時(shí)是選擇 B 系統(tǒng)。 將系統(tǒng)選擇開(kāi)關(guān)撥至 A 或 B，按動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始啟動(dòng)。 啟動(dòng)過(guò)程如下 : (1)開(kāi)工響鈴 :用于提示現(xiàn)場(chǎng)各部位操作人員，系統(tǒng)將要啟動(dòng)，響鈴時(shí)間 15 秒。 (2)按照 A、 B 系統(tǒng)的選擇，從 4皮帶開(kāi)始，間隔 5 秒鐘按下列順序進(jìn)行啟動(dòng) (啟動(dòng)順序 ): 4皮帶→ 3皮帶→破碎機(jī)→ 2皮帶→ 1皮帶→給煤機(jī) 這里采用的是逆序啟動(dòng)方式，原因是為了使輸煤皮帶上沒(méi)有多余的煤滯留，否則的話，如果順序啟動(dòng)，當(dāng)某一條皮帶發(fā)生故障時(shí)，就會(huì)在發(fā)生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 83 頁(yè) 第 34 頁(yè) 故障前的幾級(jí)皮帶上堆積大量煤塊，這樣對(duì)設(shè)備是不好的。所以在啟動(dòng)時(shí)采用逆序啟動(dòng)的工作方 式。 現(xiàn)以 4＃皮帶的啟動(dòng)過(guò)程舉例來(lái)說(shuō)明，先看圖 。 圖 4＃皮帶啟動(dòng)程序 在這個(gè)啟動(dòng)程序圖中，各點(diǎn)的含義參看表 ，表 。 是 4＃皮帶的啟動(dòng)信號(hào)，當(dāng)上一級(jí)梯形圖使 置 1 后， 4＃皮帶開(kāi)始啟動(dòng)， 是 4＃ A 皮帶的運(yùn)行信號(hào)， 是 4＃ B 皮帶的運(yùn)行信號(hào)，當(dāng)其中之一置位后，計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí) 5 秒后，把 復(fù)位，并把下一級(jí)的控制信號(hào) 置位，使啟動(dòng)繼續(xù)。 其余的皮帶和破碎機(jī)等設(shè)備的啟動(dòng)程序與這個(gè)基本一樣。詳細(xì)的見(jiàn)附錄 1。 若啟動(dòng)過(guò)程無(wú)故障，通過(guò)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(dòng)過(guò)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(dòng)順序，從 4皮帶到 1皮帶，在啟動(dòng)時(shí)若 某段皮帶 發(fā)生故障，除響鈴報(bào)警外，其相 對(duì) 應(yīng)的 B 系統(tǒng) 皮帶 將自動(dòng)啟動(dòng)，而在其之后的設(shè)備仍 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 83 頁(yè) 第 35 頁(yè) 按照原來(lái)的 A 系統(tǒng)進(jìn)行啟動(dòng)。 (2) 當(dāng)啟動(dòng)給煤機(jī)時(shí)，若發(fā)生故障，則啟動(dòng)過(guò)程無(wú)法繼續(xù)，此時(shí)必須按動(dòng)系統(tǒng)停止按鈕，停止啟動(dòng)，待故障排除后重新啟動(dòng)。 (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(dòng)過(guò)程，例如該放下的犁式卸料器沒(méi)有下放到位，三通分料器本應(yīng)打向 A 側(cè) ，但卻沒(méi)有到位，如果有類似的情況發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)正常的啟動(dòng)過(guò)程將無(wú)法繼續(xù)。這些情況如下所示： ? 在啟動(dòng) 3皮帶時(shí)若為 S13a 運(yùn)行，則犁式卸料器 S23a 必須下放到位；同時(shí)，如果在此之前 4皮帶為 S14a 運(yùn)行，則 S33a 必須為 A側(cè)到位，若 4皮帶為 S14b 運(yùn)行，則 S33a 必須為 B 側(cè)到位。同理，在啟動(dòng) 3皮帶時(shí)若為 S13b 運(yùn)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(yùn)行，則 S33b 必須為 A 側(cè)到位，若 4皮帶為 S14b 運(yùn)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(jī) S4 將不 能啟動(dòng) 。 ? 在啟動(dòng) 2皮帶時(shí)若為 S12a 運(yùn)行，并且在此之前破碎機(jī)為 S4a 運(yùn)行，則犁式卸料器 S22a 必須下放到位；若在此之前破碎機(jī)為 S4b運(yùn)行，則犁式卸料器 S22a 必須抬起到位。同理，在啟動(dòng) 2皮帶時(shí)若為 S12b 運(yùn)行，并且此前破碎機(jī)為 S4a 運(yùn)行，則犁式卸料器S22b 必須抬起到位；若在此之前破碎機(jī)為 S4b 運(yùn)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(dòng)。 ? 在啟動(dòng) 1皮帶時(shí)若為 S11a 運(yùn)行，并且在此之前 2皮帶為 S12a 運(yùn)行，則三通分料器 S31a 必須為 A 側(cè)到位；若 2皮帶 為 S12b 運(yùn)行，則三通 S31a 必須為 B 側(cè)到位。同理，在啟動(dòng) 1皮帶時(shí)若為 S11b運(yùn)行，并且在此之前 1皮帶為 S12a 運(yùn)行，則 S31b 必須為 A 側(cè)到位；若此前 1皮帶為 S11b 運(yùn)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(jī)將不能啟動(dòng) 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 83 頁(yè) 第 36 頁(yè) 系統(tǒng)停止部分設(shè)計(jì) 系統(tǒng)停止部分和啟動(dòng)部分的基本設(shè)計(jì)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(dòng)時(shí)一樣，當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)避免皮帶上堆積煤塊。 按動(dòng)系統(tǒng)停止按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始停止，停止順序如下 : 給煤機(jī)→ 1皮帶→ 2皮 帶→破碎機(jī)→ 3皮帶→ 4皮帶。 由于各皮帶長(zhǎng)度不一，所以停止過(guò)程中的間隔時(shí)間也不一樣，皮帶越長(zhǎng)，其相應(yīng)的停止時(shí)間越長(zhǎng) 現(xiàn)以 1＃皮帶的停止程序?yàn)槔齺?lái)說(shuō)明具體的設(shè)計(jì)思路。程序見(jiàn)圖 。 圖 在這個(gè)小程序中， 是 1 號(hào)皮帶的停止信號(hào)，當(dāng)從上一級(jí)程序得到命令，使 得電后，經(jīng)過(guò)延時(shí)器的調(diào)節(jié)， 1＃皮帶在經(jīng)過(guò) 5 秒鐘后停止，之后使它的停止信號(hào) 復(fù)位，并對(duì)下一級(jí)的停止信號(hào) 置位。使之繼續(xù)執(zhí)行停止命令。 其余的皮帶及破碎機(jī)、給煤機(jī)的停止 程序的設(shè)計(jì)思路與 1＃皮帶的相似 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 83 頁(yè) 第 37 頁(yè) 系統(tǒng)位置選擇及輸出報(bào)警設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的位置選擇是非常重要的，它們基本上是因?yàn)橄到y(tǒng)出現(xiàn)了一些錯(cuò)誤才進(jìn)行選擇的。在啟動(dòng)那一節(jié)，我們已經(jīng)把皮帶的選擇問(wèn)題大致說(shuō)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(wèn)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(dòng)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(dòng)和運(yùn)行時(shí)， A 系統(tǒng)的三通，只有位于其前的 設(shè)備 (按啟動(dòng)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(shí)，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(shí)，才打向 A 側(cè)，否則狀態(tài)不變。 系統(tǒng)停止運(yùn)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(jī) : 系統(tǒng)通電后，所有的犁式卸料機(jī)自動(dòng)抬起 (默認(rèn)狀態(tài) )。系統(tǒng)工作后，所有的犁式卸料機(jī)只有滿足下放條件時(shí)才下放，否則均處于抬起狀態(tài)。各犁式卸料機(jī)下放條件如下所示 : ○ 1 S24a: S12a 皮帶運(yùn)行且 S4a 破碎機(jī)工作。 ○ 2 S24b: S12b 皮帶運(yùn)行且 S4b 破碎機(jī)工作。 ○ 3 S23a: S13a 皮帶運(yùn)行 。 ○ 4 S23b: S13b 皮帶運(yùn)行 。 ○ 5 S22a: S14a 皮帶運(yùn)行每隔 20 分鐘抬起放下 。 ○ 6 S22b: S214b 皮帶運(yùn)行每隔 20 分鐘抬起放下。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 83 頁(yè) 第 38 頁(yè) 輸出報(bào)警是我們作設(shè)計(jì)最關(guān)心的部分，因?yàn)樵O(shè)計(jì)做的完善不完善從這一部分就可以直接看出來(lái)。下面用圖 來(lái)說(shuō)一下輸出報(bào)警的設(shè)計(jì)思路。 圖 在這個(gè)圖中， 代表著 1＃給煤機(jī)的輸出， 是與報(bào)警輸出相連的。 是停止信號(hào)。 當(dāng)啟動(dòng)信號(hào) 和位置選擇信號(hào) 全部得電后， 1＃給煤機(jī)就輸出；當(dāng) 1＃給煤機(jī)輸出有故障時(shí)，即 沒(méi)有得電時(shí)，延時(shí)器開(kāi)始工作，當(dāng)達(dá)到所設(shè)定的報(bào)警時(shí)限后，即上面所要求的 2 秒鐘，報(bào)警信號(hào) 得電置位，系統(tǒng)報(bào)警。報(bào)警后在把它給復(fù)位，待以后如有問(wèn)題時(shí)再報(bào)警。 其它的設(shè)備的輸出及報(bào)警與之相似。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 83 頁(yè) 第 39 頁(yè) 4 操作界面設(shè)計(jì) 工業(yè)組態(tài)軟件 —— 組態(tài)王 組態(tài)王簡(jiǎn)介 組態(tài)的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng) (Distributed Control System 簡(jiǎn)稱 DCS)的出現(xiàn)才開(kāi)始被廣大的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)人員所熟知的。組態(tài)的概念最早來(lái)自英文 Configuration，含義是使用軟件工具對(duì)計(jì)算機(jī)及軟件的各種資源進(jìn)行配置，達(dá)到讓計(jì)算機(jī)或軟件按照預(yù)先設(shè)置自動(dòng)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(tái)工具，具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目，使用方式靈活，功能強(qiáng)大。監(jiān)控組態(tài)軟件最早出現(xiàn)時(shí)， HMI（ Human Machine Interface）或 MMI（ Man Machine Interface）是其主要內(nèi)涵，即主要解決人機(jī)圖形界面問(wèn)題。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)控制、 SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開(kāi)放數(shù)據(jù)接口、對(duì) 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(kāi)發(fā)的一款工業(yè)組態(tài)軟件，是中國(guó)最早的一款組態(tài)工具，也是目前國(guó)內(nèi)的所有國(guó)產(chǎn)組態(tài)軟件中最成熟的一款。組態(tài)王有著強(qiáng)大的硬件設(shè)備支持功能，幾乎目前國(guó)內(nèi)所有的 PLC 設(shè)備都能支持，所以我這次設(shè)計(jì)中的上位機(jī)的操作界面就由組態(tài)王來(lái)做。 關(guān)于組態(tài)王變量 的問(wèn)題 數(shù)據(jù)庫(kù)是“組態(tài)王”最核心的部分。在組態(tài)王運(yùn)行時(shí)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況要以動(dòng)畫(huà)的形式反映在屏幕上，同時(shí)工程人員在計(jì)算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，所有這一切都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為中介環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)庫(kù)是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。 在數(shù)據(jù)庫(kù)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(jì)（論文）報(bào)告紙 共 83 頁(yè) 第 40 頁(yè) 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(jì)語(yǔ)言，比如 BASIC、PASCAL、 C 語(yǔ)言，定義的變量有很大的不同，既能滿足程序設(shè)計(jì)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(jì)中用到最多的變量，數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)型變量， I/O 字符串變量，I/O 長(zhǎng)整數(shù)變量四種。“ I/O 變量”擔(dān)負(fù)著“組態(tài)王”與下位機(jī)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(dòng)態(tài)的，就是說(shuō)：在“組態(tài)王”系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，每當(dāng) I/O 變量的值 改變時(shí)，該值就會(huì)自動(dòng)寫(xiě)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(shí)，“組態(tài)王”系統(tǒng)中的變量值也會(huì)自動(dòng)更新。所以，那些從下位機(jī)采集來(lái)的數(shù)據(jù)、發(fā)送給下位機(jī)的指令，比如“ 1＃皮帶運(yùn)行”、“系統(tǒng)啟動(dòng)”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(shí)型變量，內(nèi)存字符串變量，內(nèi)存長(zhǎng)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(jī)得到數(shù)據(jù)、只在“組態(tài)王”內(nèi)需要的變量，比如計(jì)算過(guò)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(shí)，在變量類型的下拉列表框中會(huì)自動(dòng)列出已定義的結(jié)構(gòu)變量，一個(gè)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(gè)成員，每一個(gè)成員就是一個(gè)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(shí)型、內(nèi)存字符串、 IO 離散、 IO 整型、 IO 實(shí)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(bào)警窗口變量、歷史趨勢(shì)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(jì)（論文）報(bào)告紙 共 83 頁(yè) 第 41 頁(yè) 了“組態(tài)王”系統(tǒng)面向工控軟件、自動(dòng)生成人機(jī)接口的特色。由于本設(shè)計(jì)中不涉及這些， 這里就不作介紹了。 內(nèi)存離散、內(nèi)存實(shí)型、內(nèi)存長(zhǎng)整數(shù)、內(nèi)存字符串、 I/O 離散、 I/O 實(shí)型、 I/O 長(zhǎng)整數(shù)、 I/O 字符串，這八種基本類型的變量是通過(guò) “變量屬性”對(duì)話框定義的，同時(shí)在“變量屬性”對(duì)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(xiàng)數(shù)據(jù)庫(kù)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