自动送料装车系统组态设计.docx
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自动送料装车系统组态设计
编号
信息职业技术学院
毕业论文
题目
自动送料装车系统组态设计
学生姓名
*****
学号
院系
电气工程系
专业
电气自动化
班级
2班
指导教师
顾问教师
二〇一三年六月
摘要
自动送料装车控制系统在冶金、采矿运输、和生产制造等许多领域中都得到了普遍的应用，它通过自动输送设备实现物料的传输、接收、装运、处理、装配和存储的自动化，把工厂的各个生产部门、各个储存点联系起来。
送料装车控制系统的工作环境通常比较恶劣，设备所处环境一般粉尘较大、操作分散，所以对送料装车控制系统工作的安全性、可靠性、维护简便性要求比较高。
用可编程序控制器（PLC）控制的自动送料装车动作稳定，具备连续可靠的工作的能力。
本文以西门子S7-200系列PLC为主控制器控制运料小车的自动往返顺序的控制，实现了送料车的装料、送料、卸料的功能。
次系统主要是由基本设备、运料存储装置和控制系统三大部分组成，重点研究自动化生产线的控制。
关键词：
自动送料装车PLC组态王
Abstract
Automaticfeedloadingcontrolsystemhasbeenwidelyappliedinmanyfieldsofmetallurgy,mining,transportandmanufacturingand,throughtransmission,automaticconveyingdeviceformaterialreceiving,shipping,handling,assemblyandstorageofthefactoryautomation,variousproductiondepartments,eachsavepointlink.Feedloadingcontrolsystemworkingenvironmentisverybad,equipmentoperationenvironmentbigdust,dispersed,sothefeedloadingcontrolsystemworkingsafety,reliability,easymaintenance,highdemand.Theapplicationofprogrammablecontroller（PLC）automaticmaterialloadingactiondeliverystabilitycontrol,continuousandreliableworkingability.BasedonS7-200seriesPLCandSiemensautomaticsequencecontrolcontrollertocontrolthecarriage,thecarriageloading,feeding,dischargingfunction.Systemismainlycomposedofbasicequipment,materialtransportstoragedeviceandcontrolsystemhasthreemajorcomponents,controlfocusesonautomaticproductionline.
关键词：
自动送料装车PLC组态王
Keywords:
automaticfeedloadingPLCKingview
第一章绪论
随着工业自动化技术的发展，人们对自动化检测、监控系统的要求越来越高。
一方面希望可靠性、实时性强，界面友好、操作简单，另一方面又要求开发周期短，系统便于升级改造。
所谓自动控制，就是指在没有人直接操作的情况下，通过控制器使一个装置或过程（统称为控制对象）自动地按照给定的规律运行，使被控物理量或保持恒定或按一定的规律变化，其本质在于无人干预。
系统是指按照某些规律结合在一起的物体（元部件）的组合，它们互相作用、互相依存，并能完成一定的任务。
为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有机组合体称为自动控制系统。
自动控制技术的广泛应用，不仅使生产过程实现了自动化，极大地提高了劳动生产率和产品质量，改善了劳动条件，并且在探索新能源、发展空间技术和改善人民生活方面等都起着极为重要的作用。
随着经济和科学技术的不断发展，现代化的生产任务也变得越来越复杂，同时，对各种自动化生产的要求（如对工艺对象的控制）也越来越高。
在此环境下，各种自动化生产过程的可视化变得尤为重要。
1.1自动送料装车系统简介
自动送料装车控制系统通过自动输送设备实现物料的传输、接收、装运、处理、装配和存储的自动化，把工厂的各个生产部门、各个储存点联系起来。
由给料器、传送带、运料小车等单体设备组合来完成特定的过程。
系统的控制需要动作稳定，具备连续可靠工作的能力。
通过电机和传送带、料斗、运料小车等的配合，稳定有效地进行自动送料装车过程。
本次自动送料装车系统采用了PLC控制，采用组态王仿真软件对整个系统进行组态模拟仿真。
1.2自动送料装车系统的发展
1.2.1自动送料装车系统的发展阶段
送料装车设备广泛地应用于建材、冶金、煤炭、电力、化工、轻工等工业生产部门。
老式送料装车设备因为没有计量而存在多装、少装的问题。
特别是在运输的过程中，不允许车辆超载，多装了，得卸掉，少装了，得进行二次装车，使得装车工作进行非常缓慢。
随着当今社会科学技术的发展，各类物料输送的生产线对自动化程度的要求越来越高，原有的生产送装料设备已经远远的不能满足当前高度自动化的需要。
由于控制系统的不断发展和革新，使得生产线的运输控制也将得到不断的改善和生产效率的不断提高，送料装车的控制经历了以下几个阶段：
1.手动控制：
在20世纪60年代末70年代初期，便有一些工业生产采用PLC来实现送料装车的控制，但是限于当时的技术还不够成熟，只能采用手动的控制方式来控制机器设备，而且早期送料装车控制系统多为继电器和接触器所组成的复杂控制系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，几乎无数据处理和通信功能，必须要有专人负责操作。
2.自动控制：
在20世纪80年代，由于计算机的价格普遍下降，这时的大型工控企业将PLC充分的与计算机相结合，通过机器人技术，自动化设备终于实现了PLC在送料装车控制系统中自动控制方面的应用。
3.全自动控制：
现阶段，由于PLC技术向高性能、高速度、大容量发展，大型PLC大多数采用多CPU结构，不断向高性能、高速度、大容量方向发展。
将PLC运用到送料装车控制系统中，可实现送料装车的全自动控制，降低了系统的运行费用。
PLC控制的送料装车自动控制系统具有连线简单、控制速度快、精度高、可靠性和可维护性好、维修和改造方便等优点。
1.2.2自动送料装车系统在国内外的发展现状
在国内，大多数还是还是人工管理，智能控制及需普及，国外工程机械产品以电子、信息技术为先导，开发出各种工程机械相匹配的软、硬件系统，使工程机械向信息化、智能化前进。
国外大多数PLC品牌都有与之相应的开发平台和组态软件，软件和硬件的相互结合使系统的性能大幅度的提高，人机界面更加的友好。
通讯技术的发展、现场总线的发展及以太网的发展时通讯能力大大加强。
在国外的送料装车控制系统中已经广泛的应用PLC控制系统，而采用可靠性比较高的FX2N系列PLC软件来控制该系统,实现送料装车系统的自动控制过程,满足了系统可靠性、稳定性和实时性的要求。
1.3自动送料装车系统设计的目的和意义
送料装车控制系统的工作环境通常比较恶劣,设备周围所处的环境一般粉尘比较大、空气湿度相对高且操作分散,所以对送料装车控制系统工作的安全性、可靠性、维护简便性要求比较高。
在早期的送料装车控制中通常都采用继电器逻辑控制,继电器控制系统中大多数采用分立的继电器、接触器等电器元件作为控制元件,其控制系统复杂、操作难度大,并且安装接线时工作量大、修改控制策略难、维护量大等问题，严重影响了正常的工业生产。
PLC所控制的系统可以方便地通过改变用户程序，以实现各种控制功能，从根本上解决了电器控制系统控制电路难以改变的问题。
同时，PLC控制的系统不仅能够实现逻辑运算，还具有数值运算及过程控制等复杂的控制功能。
对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积相当于几个继电器大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2～1/10。
PLC的配线比继电器控制系统的配线要少得多，从而可以节省下大量的配线和附件，减少了大量的安装接线工作时，可以减少大量费用。
PLC不仅用于开关量控制，还可用于模拟量及数字量的控制，可采集与存储数据，还可对控制系统进行监控；还可联网、通讯，实现大范围、跨地域的控制与管理。
PLC已日益成为工业控制装置家族中一个重要的角色。
第二章组态王软件
2.1组态王软件概述
组态王软件是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。
它基于MicrosoftWindowsXP/NT/2000操作系统，用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。
采用组态王软件开发工业监控工程，可以极大地增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的消耗。
它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。
组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成。
工程管理器：
工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。
工程浏览器：
工程浏览器是一个工程开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。
运行系统：
工程运行界面，从采集设备中获得通讯数据，并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面，实现人与控制设备的交互操作。
2.2组态王软件的现状及发展
随着Internet科技日益渗透到生产、生活的各个领域，自动化软件的e趋势已发展成为整合IT与工厂自动化的关键。
亚控科技一直是这个领域的开拓者，组态王6.5的Internet版本立足于门户概念，采用最新的JAVA2核心技术，功能更丰富，操作更简单。
整个企业的自动化监控将以一个门户网站的形式呈现给使用者，并且不同工作职责的使用者使用各自的授权口令完成各自的操作，这包括现场的操作者可以完成设备的起停、中控室的工程师可以完成工艺参数的整定、办公室的决策者可以实时掌握生产成本、设备利用率及产量等数据。
组态王6.5的Internet功能逼真再现现场画面，使人们在任何时间任何地点均可实时掌握企业的每一个生产细节得以实现，现场的流程画面、过程数据、趋势曲线、生产报表（支持报表打印和数据下载）、操作记录和报警等均轻松浏览。
当然必须要有授权口令才能完成这些。
用户还可以自己编辑发布的网站首页信息和图标，成为真正企业信息化的Internet门户。
组态王6.5是亚控科技在组态王6.0x系列版本成功应用后，广泛征询数千家用户的需求和使用经验，采取先进软件开发模式和流程，由十多位资深软件开发工程师历时一年多的开发，及四十多位用户试用一年多的实际现场考验。
使用更方便，功能更强大，性能更优异，软件更稳定，质量更可靠。
2.3组态王6.52
组态王6.52是一个具有丰富功能的HMI/SCADA软件。
可用于工业自动化的过程控制和管理监控。
组态王6.52为系统工程师提供了集成、灵活、易用的开发环境和广泛的功能，能够快速建立、测试和部署自动化应用，来连接、传递和记录实时信息。
使用户可以实时查看和控制工业生产过程。
组态王的主要功能：
（1）丰富的人机界面功能，可视化操作界面，真彩显示图形、丰富的图库
（2）强大的通讯能力
（3）先进的报警和事件管理
（4）强大的网络和冗余功能
2.3.1人机界面功能
（1）丰富的可扩充的图形库
组态王6.52提供了全新的图形库，包含了大量预先建立好的组合图形对象，比如控制按钮、指示表、阀门、电机、泵、管路和其他标准工业元件。
图库中的元素称为“图库精灵”，使用“图库精灵”将极大地加快应用系统的构造。
为了满足不同行业用户的需要，图库被设计成可扩充的。
设计者可以创建图库精灵，把它们加入到图库中去，或者把不再需要的精灵从图库中删除。
设计者还可以创建新的图库。
（2）对多媒体的支持
组态王6.52进一步完善了对多媒体的支持。
充分利用这些特性，用户可以设计出更容易被接受和使用的人机界面:
①组态王可以嵌入图片
②可以播放声音文件
③播放动画
④支持视频采集设备
（3）趋势曲线控件
实时曲线控件可以通过TCP/IP获得实时数据，数据服务器可以是任何一台运行组态王的机器，而不需要进行组态王网络配置，并能同时显示16条曲线。
历史趋势曲线将用于查看过程参数的所有数据，历史趋势曲线控件不但可以连接组态王内置历史库，也可以实现ODBC数据库中数据记录的曲线绘制，而且在运行状态下，可以实现在线动态增加/删除曲线、曲线图表的无级缩放、曲线的动态比较、曲线的打印等等。
（4）组态王集成的报表系统
组态王6.52提供一套全新的、集成的报表系统，内部提供丰富的报表函数，例如：
日期和时间函数、逻辑函数、统计函数等，用户可创建多样的报表。
用户可以根据工程的需要任意改变报表的外观。
报表能够进行组态，例如有日报表、月报表、年报表、实时报表的组态，操作简单，功能齐全。
例如：
日报表的组态只需用户选择需要的变量和每个变量的收集间隔时间。
另外，提供报表模板，方便用户调入其它的表格。
Excel是Windows下最为流行的电子表格程序，功能非常强大。
利用组态王提供的历史数据库编程接口和DDE数据交换，应用系统中的数据可以方便地在Excel中形成报表及产品报告。
操作者可以充分利用Excel的功能以不同方式对历史数据进行分析，绘制图表并打印输出。
分析后的结果还可以通过DDE传回来。
（5）配方管理
在制造领域，配方用来描述生产一件产品所用的不同配料之间的比例关系，是生产过程中一些变量对应的参数设定值的集合。
例如，一个面包厂生产面包时有一个基本的配料配方，此配方列出所有生产面包的配料成份（如水，面粉，糖，鸡蛋，香油等），另外，也列出所有可选配料成份（如水果，果核，巧克力片等）。
组态王为这些需要配方的工程项目提供了全面的配方管理。
用户可以在开发系统中定义配方。
（6）强大的通讯能力
组态王目前能连接PLC、智能仪表、板卡、模块、变频器等上千种工业自动化设备。
支持设备之多之广可与国外优秀同类软件相媲美。
组态王通过驱动程序和这些工控设备通讯，所有的驱动程序存在于一张光盘上，在用户购买组态王时做为软件包的组成部分提供。
（7）高效的数据采集
作为关键技术之一，组态王对通讯程序做了多种优化处理，尽量使通讯瓶颈对系统的影响最小，同时保证数据传递的及时和准确。
组态王采取的优化措施包括：
①变量分组采集的策略
以每55毫秒为一个级别，优先级越高的变量采集的次数越多，保证关键变量的采集，如一个定义采集频率为110毫秒的变量和一个定义为220毫秒的变量相比，在后一个变量采集一次的情况下，前一个变量必须保证两次采集。
对于变量要求同时采集的情况，组态王中对于属于同一结构成员的，且连接在同一设备上的结构变量以成员变量的最小采集频率对所有成员进行同时采集。
②动态优化的通讯方式
组态王对全部通讯过程采取动态管理的方法，如果变量没有定义历史记录或报警，则只有在数据被上位机需要时才进行采集；对于那些暂时不需要更新的数据则尽可能减少通讯。
这种方式可以大大缓解串口通讯速率慢的矛盾，提高系统的效率。
③动态优化
组态王把对一个设备的多种通讯请求（动画显示、历史数据记录、报表生成等）尽可能的合并，一次采集的数据将满足多个功能模块的需要。
④打包优化
大多数的下位机都支持多个数据一次采集完成。
组态王将尽可能地把需要采集的变量进行优化组合，在一次采集过程中得到大量有效数据。
这种优化方式也有效地减少了通讯的次数。
（8）强大的硬件测试功能和完善的检测手段
为保证用户对硬件的方便使用，在完成设备配置与连接后，组态王6.52在开发环境中可以对硬件设备进行测试，即在不启动运行系统的情况下，完成对硬件设备的读写操作。
（9）支持使用GPRS与设备进行通讯
GPRS具有通信速度快、通信费用低、组网灵活等特点。
亚控公司开发的GPRS服务程序支持通过GPRS数传终端（简称GPRSDTU）与亚控开发的串口设备驱动程序之间的通讯。
目前支持国内多数厂商的大多数型号的DTU设备。
（10）先进的报警和事件管理
组态王是通过报警和事件这两种方式来通知操作人员过程的活动情况。
组态王的事件驱动的报警方式和紧凑高效的结构使得报警信息可以被完整地记录，即使突然发生大量的报警也不会遗漏。
报警是过程状态出现问题时发生的警告，同时要求操作人员做出响应。
组态王报警系统具有方便、灵活、可靠、易于扩展的特点。
组态王分布式报警管理提供多种报警管理功能。
包括：
丰富的报警方式、基于事件的报警、报警分组管理、报警优先级、报警过滤、死区和延时，系统运行过程中报警功能动态使能控制，以及通过网络的远程报警管理等功能。
事件说明了系统的正常状态信息，不要求操作人员响应。
除报警事件外，组态王还可以记录应用程序事件和操作员操作信息。
（11）真正基于网络的报警系统
组态王6.52的报警系统是真正基于网络的分布式报警系统，在设定为报警服务器的站点上产生所有的报警。
其他任何站点都可作为客户端，直接浏览报警服务器中的报警信息。
2.3.2强大的网络和冗余功能
（1）分布式网络结构
一台PC机通过TCP/IP网络协议可以和多个远程计算机（即远程节点）进行通讯。
在“组态王”的网络结构中，直接参与现场控制的PC机作为网络服务器，其他站点作为网络客户机共享服务器中的数据。
许多系统操作通过分级的方式防止网络中单一的计算机遭受系统瘫痪的问题。
组态王的结构允许工厂的整个应用程序分配给多个服务器，在各服务器上分散重要的功能，构成一个分布式处理的柔性结构。
每个服务器是完全独立的工作站，独立执行所分配的任务,能获取网络上其他机器的数据。
这种方式的一个优点是当单一服务器脱离网络时不会引起整个网络的中断，另外能够分散整个系统的负荷。
（2）组态王的ForInternet功能
组态王6.52全面支持Internet/Intranet。
采用基于WebServer的三层结构。
允许您在任何时间、任何地点查看工厂信息。
通过Internet/Intranet，管理和生产人员可以方便地实现工厂信息可视化，并根据一定的权限进行不同的查询和操作。
（3）画面发布
组态王的WEB画面发布采用分组式发布，网站式浏览的形式，设计者和操作人员无需做更多的事情。
WEB发布的安全管理分为两级，普通用户只能浏览画面，不能修改数据；而高级用户则可以看到所有发布的画面，而且可以读写相关数据和操作原画面中的有权限设置的图素等
（4）数据发布
组态王的web数据发布包括：
实时数据、历史数据、数据库数据的WEB发布。
发布的数据以数据视图和曲线两种形式体现。
使用组态KvWEB功能进行数据发布时，IE服务端需安装IE5.0以上版本和MSIIS3.0以上版本，在客户端，只需在IE的地址栏中输入相应的服务器地址信息，就可浏览发布的信息。
（5）丰富的冗余功能
在单主机、单网络或单设备系统中，机器或设备出现检修或故障时，整个系统都将停止运行，给生产造成损失。
为了克服这种局限，用户可以利用冗余系统。
组态王充分考虑到现场的各种需要，提供多种冗余手段，用户可自由选择多种冗余方式来构造自己的可靠系统。
组态王提供三种冗余方式：
双设备冗余、双机热备、双网冗余。
2.4制作一个工程的一般过程
建立新组态王工程的一般过程是：
（1）设计图形界面（定义画面）
（2）定义设备
（3）构造数据库（定义变量）
（4）建立动画连接
（5）运行和调试
需要说明的是，这五个步骤并不是完全独立的，事实上，这四个部分常常是交错进行的。
在用组态王画面开发系统编制工程时，要依照此过程考虑三个方面：
图形：
用户希望怎样的图形画面？
也就是怎样用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。
数据：
怎样用数据来描述工控对象的各种属性？
也就是创建一个具体的数据库，此数据库中的变量反映了工控对象的各种属性，比如温度，压力等。
连接：
数据和图形画面中的图素的连接关系是什么？
也就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行，以及怎样让操作者输入控制设备的指令。
第三章PLC简介
3.1PLC的定义
PLC英文全称ProgrammableLogicController，中文全称为可编程逻辑控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
3.2PLC的基本结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。
（1）中央处理单元
中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。
这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
（2）存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
PLC常用的存储器类型：
①RAM（RandomAssessMemory）这是一种读/写存储器（随机存储器），其存取速度最快，由锂电池支持。
②EPROM（ErasableProgrammableReadOnlyMemory）这是一种可擦除的只读存储器。
在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。
（在紫外线连续照射下可擦除存储器内容）。
③EEPROM（ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemory）这是一种电可擦除的只读存储器。
使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。
PLC存储空间的分配：
虽然各种PLC的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域：
①系统程序存储区。
②系统RAM存储区（包括I/O映象区和系统软设备等）。
③用户程序存储区。
系统程序存储区：
在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。
包括监控程序、管理程序、命令解释
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