【正文】 連接任何 PLC 硬件。 S7 PLCSIM 仿真軟件 仿真軟件 S7 PLCSIM 集成在 STEP7 中，用于模擬 PLC 的 CPU 中用戶程序的執(zhí)行過程，可以在開發(fā)階段發(fā)現(xiàn)和排除錯誤，提高用戶程序的質(zhì)量和降低試車的費(fèi)用。 背景 DB 與共享 DB 沒有本質(zhì)的區(qū)別，它們的數(shù)據(jù)都可以被任何一個 0B、 FC 或 FB讀寫。背景 DB 是和 FB 相關(guān)聯(lián)的，因此在創(chuàng)建背景 DB 時，必須指定它所屬的 FB，而且該 FB 必須已經(jīng)存在。 數(shù)據(jù)塊 (DB)。 FC 和 FB 都是用戶自己編寫的程序模塊，可以被其 他程序塊 (OB、 FC 和 FB)調(diào)用。 OB1 是對應(yīng)于循環(huán)執(zhí)行的主程序的程序塊，它是 STEP／程序的主干，其他大多數(shù)OB 則對應(yīng)于不同的中斷處理程序 (另外還有啟動程序和背景程序等非中斷類的 OB)。／中的實(shí)現(xiàn)形式就是 OB。 組織塊 (OB)在 CPU 中，用 戶程序由啟動程序、主程序和各種中斷響應(yīng)程序等不同的程序模塊構(gòu)成。上電后首先執(zhí)行 OB100，再執(zhí)行 OBl。 OB：功能塊，相當(dāng)于主程序，常用的有 OB1 和 OB100； FC、 FB：功能塊，相當(dāng)于子程序；在編完子程序后，必須在主程序中調(diào)用子程序。每種塊類型許可的塊 數(shù)目和塊長度由 CPU 決定。除分配給功能塊的數(shù)據(jù)外，共享數(shù)據(jù)塊也可由任何一個塊來定義和使用。它們在編譯期間自動創(chuàng)建。 功能塊 (FB) 基于 PLC 的全自動包裝的系統(tǒng)設(shè)計 14 功能 (FC) FC 包含頻繁使用功能的例行程序。 組織塊和程序結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)功能塊 (SFB)和系統(tǒng)功能 (SFC) SFB和 SFC集成在 S7 CPU中，可以用來訪問一些重要的系統(tǒng)功能。 STEP7 中的塊 在 S7 用戶程序內(nèi)可使用多種類型的塊 如表 31 所示。 模塊在出廠時帶有預(yù)置的參數(shù)，或稱為默認(rèn)的參數(shù)，一般可以 采用這些預(yù)置的參數(shù)。在 PLC 啟動時 CPU 自動地向其他模塊傳送設(shè)置的參數(shù)，因此在更換 CPU 之外的模塊后不需要重新對它賦值。硬件組態(tài)確定了 PLC 輸入 /輸出變量的地址，為設(shè)計用戶程序打下了基礎(chǔ)。確定了系統(tǒng)的硬件組成后，需要在 STEP7中完成硬件配置工作。例如 CPU 模塊與電源模塊的型號，輸入 /輸出模塊（即信號模塊 SM）、功能模塊（ FM）和通信處理模塊（ CP），各種模塊的型號和每種型號的數(shù)量等。在此期間應(yīng)與當(dāng)?shù)匚鏖T子代表處聯(lián)系，以獲得丟失授權(quán)的替換授權(quán)。 沒有授權(quán)也可以使用 STEP7，以便熟悉用戶接口和功能，但是在使用時每隔一段時間將會搜索授權(quán)，提醒使用者安裝授權(quán)，只有安裝了授權(quán)才能有效地使 STEP7 工作。每安裝一個授 權(quán)，授權(quán)磁盤上的授權(quán)計數(shù)器減 1，當(dāng)計數(shù)值為 0 時，不能用這張磁盤再安裝授權(quán)。 STEP7 的授權(quán)存放在一張只讀的授權(quán)軟盤中。 3．點(diǎn)擊【 Properties… 】按鈕，可以設(shè)置計算機(jī)與 PLC 通信的參數(shù)。 2．在中間的選擇框中，選擇實(shí)際使用的硬件接口。計算機(jī)的工業(yè)以太網(wǎng)通信卡 CP1512（ PCMCIA 卡）或 CP1612（ PCI 卡），通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計算機(jī)與 PLC 的通信。除了 PC 適配器，還需要一根標(biāo)準(zhǔn)的 RS232C 通信電纜。 STEP7 的硬件接口 PC/MPI 適配器用于連接安裝了 STEP7 的計算機(jī) RS232C 接口和 PLC 的 MPI 接口。 STEP7 用 SIMATIC 管理器對項目進(jìn)行集中管理，它可以方便地瀏覽 SIMATIC S M C7 和 WinCC 的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn) STEP7 各種功能所需的SIMATIC 軟件工具都集成在 STEP7 中。 基于 PLC 的全自動包裝的系統(tǒng)設(shè)計 12 STEP7 軟件概述 STEP7 是目前世界上使用最為廣泛的自動化軟件之一， STEP7 編程軟件用于SIMATIC S M C7 和基于 PC 的 WinCC，是用于編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具。隨著工廠自動化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。 5．通信聯(lián)網(wǎng)?？梢酝瓿蓴?shù)據(jù)的采集、分析及處理。 4．?dāng)?shù)據(jù)處理。 PLC 可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。閉環(huán)過程控制是指對存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量 (即模擬量 )。開關(guān)量邏輯控制可取代傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制電路，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量控制、順序控制；既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)的自動控制，其應(yīng)用領(lǐng)域已遍布各行各業(yè)。 6．編程設(shè)備 西門子 PLC 采用安裝了編程軟件 STEP7 的計算機(jī)作為編程設(shè)備，在顯示器屏幕上編輯文本程序和圖形程序，也可從 CPU 將程序上載到編程設(shè)備或下載程序到 CPU，通過網(wǎng)絡(luò)可對 PLC 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離編程。 5．通信模塊 通信模塊用于 PLC 之間， PLC 與遠(yuǎn)程 I／ 0 之間， PLC 與計算機(jī)和智能設(shè)備之間的通信，可以將 PLC 接人 MPI， PROFIBUS。數(shù)字量輸出模塊用來控制接觸器、閥體、報警裝置等，而模擬量輸出模塊用來控制變頻器、電動調(diào)節(jié)閥等。 3．?dāng)?shù)字量和模擬量輸入輸出模塊 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 11 輸入模塊用來采集輸入信號。 2．電源模塊 電源模塊用于將交流 220V 轉(zhuǎn)變成直流 24V。可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)的設(shè)計安裝調(diào)試量少等特點(diǎn)，硬件配套齊全，用戶使用方便。 圖 22 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 中央處理 單元 CPU 檢測 元件 控制 元件 執(zhí)行 元件 輸 入 輸 出 （ I/O）單 元 基于 PLC 的全自動包裝的系統(tǒng)設(shè)計 10 第 3 章 STEP7 編程軟件 SIMATIC S7300 基本構(gòu)成 西門子 PLC 采用超大規(guī)模集成電路和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝進(jìn)行生產(chǎn)。 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 系統(tǒng) 控制總框圖 系統(tǒng)硬件配置機(jī)構(gòu)框圖如圖 22 所示，包括中央處理單元及 I/O 擴(kuò)展單元、檢測元件（光電開關(guān)和接近開關(guān)等）、控制元件（交流接觸器和電磁閥）以及執(zhí)行元件（電動機(jī)）等幾部分。 根據(jù)包裝機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，本 設(shè)計 采用自動運(yùn)行和手動運(yùn)行兩種方式，還必須考慮停止運(yùn)行方式的設(shè)計，可編程控制器的停運(yùn)方式有正常停運(yùn)，暫時停運(yùn)和緊急停運(yùn)三種。 2． 自動：按下啟動按鈕，程序完成一個周期的動作后又接著從第一步開始運(yùn)動，自動循環(huán)。 系統(tǒng)運(yùn)行方式 系統(tǒng)運(yùn)行方式分為手動和自動 。由于橫封和縱封的存在，所以還要有加熱管。要使傳感器工作，要用一個 24V 的電源模塊給電路中的電磁閥和 A/D 模塊供電。要判別橫封和縱封的最低溫度和最高溫度，所以要采用溫度傳感器去檢測。 此全自動包裝機(jī)控制系統(tǒng)中最主要的就是 PLC。 PLC 除完成以上對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制外，還要同時檢測其他過載信號，同時聲光報警，提醒工作人員檢修。所以我們選擇 PLC 控制的方案是：在控制系統(tǒng)確定后，利用傳感器收集的信號通過 PLC 去控制其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在高速運(yùn)動中，傳統(tǒng)方式中各部分的動作精確度不夠，而采用 PLC 控制的電機(jī)完成此項工作是比較容易的?？v封運(yùn)動 和橫封運(yùn)動中要牽涉溫度的控制。輸出信號有：走袋電動機(jī)、打印電磁閥、刮板電磁閥、切刀電磁閥、動盤電磁閥、供料電動機(jī)、冷卻電動機(jī)、橫封加熱管、縱封加熱管、空氣壓縮機(jī)和聲光報警等。物料通過下料筒流入袋膜中進(jìn)行上橫封，上、下橫 封工序完成后，裝有物料的袋膜通過自重落入溜板輸出機(jī)外。物料通過漏斗的料位檢測，電控系統(tǒng)自動控制上料機(jī)得啟停使漏斗內(nèi)的物料保持一定的高度，形成穩(wěn)定的料壓，以保證計量的精度的穩(wěn)定性。 當(dāng)薄膜通過打印器時，可自動打印上需要的日期。全自動小袋包裝機(jī)是具有日期打印、縱封運(yùn)動、裝料、橫封運(yùn)動、切斷袋膜等功能的包裝設(shè)備。傳統(tǒng)的繼電器已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的要求了，所以研制高效、經(jīng)濟(jì)的新型包裝機(jī)械是市場的迫切需要。在電氣控制部分設(shè)計時，充分考慮到用戶的功能需求和與本系統(tǒng)機(jī)械部分的配合需求，在具體實(shí)現(xiàn)的過程中，又以系統(tǒng)的可靠性與易用性為準(zhǔn)則，盡量把本系統(tǒng)設(shè)計成為一個功能齊全、可靠性高且易于使用的包裝設(shè)備。 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 7 第 2 章 全自動包裝機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計 第一章介紹了可編程控制技術(shù)的一些概要情況，下面就具體結(jié)合包裝機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際來看一下它的應(yīng)用。 隨著 PLC 技術(shù)的推廣應(yīng)用， PLC 將向兩個方面發(fā)展：一方面向著大型化的方向發(fā)展，另一方面則向著小型化的方向發(fā)展。 4． 第四階段：開放階段（ 80 年代中期至今） 通信系統(tǒng)開放，使各制造廠商的產(chǎn)品可以通信，通信協(xié)議開始標(biāo)準(zhǔn)化，使用戶得益。 3． 第三階段：通信階段（ 70 年代中末期至 80 年代中期） 基于 PLC 的全自動包裝的系統(tǒng)設(shè)計 6 PLC 隨著計算機(jī)通信的發(fā)展，形成了分布式通信網(wǎng)絡(luò)。增加了數(shù)字運(yùn)算功能，能完成模擬量的控制。 CPU 由中小規(guī)模集成電路組成，存儲器為磁芯存儲器。 1． 第一階段 ：初級階段（ 1969 至 70 年代中期） 主要是邏輯運(yùn)算、定時和計數(shù)功能，沒有形成系列。 5． 體積小、功耗低 集成電路模塊使可編程控制器達(dá)到小型化或超小型化，使其易于裝入機(jī)械電子設(shè)備內(nèi)部，這是產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的關(guān)鍵 。編程器直接或由電纜插入 PLC 的相應(yīng)插座，程序由鍵盤輸入并有液晶顯示，可工作在編程、運(yùn)行和監(jiān)控的不同狀態(tài)下，用于現(xiàn)場調(diào)試和在線修改是非常方便的。操作方便。 PLC 提供了多種面向用戶的編程語言：梯形圖、指令語句表、功能圖等，其中梯形圖語言的表達(dá)方式與繼電器控制系統(tǒng)的電氣線路圖類似，極易被工廠電氣技術(shù)人員接受和掌握。這是 PLC 得到各行各業(yè)廣泛應(yīng)用的重要原因。模塊吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 式結(jié)構(gòu)具有擴(kuò)展的靈活性，用戶可根據(jù)實(shí)際控制要求選用和組合模塊，方便地進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計、修改和安裝。 可編程控制器的柔性 表現(xiàn)為：由于采用程序控制方式，所以在因產(chǎn)品改型而改變工藝流程或更換生產(chǎn)設(shè)備時，只需通過程序的編制和更改即可適應(yīng)生產(chǎn)要求，而不必改變控制裝置?？梢?PLC 具有極高的可靠性，這也是 PLC 得到用戶認(rèn)可的首要因素?？删幊炭刂破髟趷毫庸ぷ鳝h(huán)境中應(yīng)用的高可靠性，由以下設(shè)計得到保證：硬件接線元件少，且采用精選、冗余、集成化、模塊化等措施，使元件壽命長、故障少、故障易于查找；采用多層次的抗干擾措施，如對 CPU 模 塊的電磁屏蔽，在電源電路和 I/O模塊中設(shè)置濾波電路和在輸入輸出電路中采用信號光電耦合，使 PLC 可與強(qiáng)電設(shè)備在同一環(huán)境下可靠工作；因編程簡單、操作方便而使失誤減少；設(shè)置了掉電保護(hù)、監(jiān)控、報警、故障檢測等電路和程序，能夠及時發(fā)現(xiàn)和排除故障。例如，配置擴(kuò)展 I/O 模塊，可增加輸入輸出點(diǎn)數(shù)，配置智能 I/O 模塊可使 PLC增加伺服電機(jī)控制、閉環(huán)過程控制、溫度控制、遠(yuǎn)程通信等專項特殊功能 。 5． 監(jiān)控和自診斷功能 PLC 設(shè)置有報警和運(yùn)行信息的顯示，它在系統(tǒng)發(fā)生異常時自動停止運(yùn)行并發(fā)出報警信號，能夠保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場，還能通過軟件進(jìn)行故障檢測和程序校驗(yàn)。 3． 數(shù)據(jù)發(fā)送和接收功能 ——通信功能 PLC 設(shè)置有數(shù)據(jù)發(fā)送和接收指令，可與計算機(jī)、其它 PLC 和外設(shè)之間建立鏈接，具有通信聯(lián)網(wǎng)功能。 2． 數(shù)據(jù)處理和數(shù)字量與模擬量的轉(zhuǎn)換功能 ——模擬量控制功能 基于 PLC 的全自動包裝的系統(tǒng)設(shè)計 4 PLC 設(shè)置有數(shù)據(jù)傳送、比較、運(yùn)算、移位、位操作、數(shù)制轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)處理指令和打印輸出指令，并可對存儲器間接尋址。定時值和計數(shù)值可由用戶編程時設(shè)定，并可在運(yùn)行中被讀出或修改。這種由繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)有著明顯的缺點(diǎn)：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運(yùn)行速度不高，尤其是對生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性更差，一旦生產(chǎn)任務(wù)和工藝發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計，并改變硬件結(jié)構(gòu)，造成了時間和資金的嚴(yán)重浪費(fèi) 。目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、計時、計數(shù)等順序控制功