1、毕 业 设 计（论 文）题 目： 基于西门子 PLC200 及组态王的配料生产线控制系统设计（英文）：Design of Ingredients Production Line ControlSystem Based on Siemens PLC200 and Kingview院 别： 自动化学院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： xxx 学 号： xxx 指导教师： xxx 日 期： 2012 年 5 月 基于西门子 PLC200 及组态王的配料生产线控制系统设计摘要随着社会的进步、科技日新月异，从 18 世纪 60 年代的以蒸汽机为主要动力的工业革命开始直到现在，工业的生产线经历过了
2、 300 多年的发展历史，已经发展到了今天的全自动化大批量生产。可以说现代工业已经离不开自动化的生产线了，自动化生产线不仅可以大幅度地提高生产效率，而且还可以提高精度、提高合格率、减轻人的工作量等好处。在工业如此发达的今天，生产线控制系统逐渐地由 PLC 控制代替原来的单片机或机械电气控制，其许多功能是传统的控制技术无法实现的。本设计针对我国一些小型企业的配料生产线控制系统现状，将西门子 S7-200 系列的 PLC 应用于小型的配料生产线，再由组态王作为人机交互的界面作为远程控制和监控作用。本设计通过合理的选择和编程，不仅可以提高配料生产线的生产效率、降低成本、提高安全可靠性，还可以根据不同
3、的配料合理调整 PLC 程序的参数，而且可以直接通过组态王监控、控制和调整参数，实现远程控制，提高人性化。关键词：生产线；PLC ；组态王Design of Ingredients Production Line Control System Based on the Siemens PLC200 and KingviewABSTRACTWith the progress of society and the great changes of science and technology, from the 1760s when the steam engine is acted as the
4、 main power of the beginning of the industrial revolution to now, industrial production lines have experienced 300-year developmental history, and has developed into fully automated mass production currently. It can be said that modern industry has been inseparable from the automated production line
5、. Automatic production line not only can greatly improve the production efficiency, but also can improve the precision, boost qualified rate, reduce the workload. Nowadays industry is developed, and production line control system is r gradually replaced the original single chip computer or electrica
6、l machinery control with the PLC control. Many of its functions can not be achieved just through traditional control technology .This paper aims to small business ingredient production line control system in our country, and applys the PLC of Siemens S7-200 series to small batch production line, and
7、 treats kingview as a human-computer interaction interface for remote control and monitoring function. This paper through the reasonable selection and programming, can not only improve the batching production efficiency, reduce the cost, improve the safety and reliability, and make reasonable adjust
8、ment of PLC program parameters according to the different ingredients , but also can directly via the kingviews monitor, control and adjustment of parameters, to realize the remote control and improve humanization.Key words: Production Line; PLC; Kingview 目 录1 绪论 .11.1 配料生产线的发展概括 .11.2 单片机控制系统特点与存在问
9、题 .21.3 PLC 控制配料生产线的特点 .21.4 组态王的特点 .31.5 课题研究的意义和目的 .42 可编程逻辑控制器（PLC）概要 .52.1 PLC 简介 .52.2 可编程控制器(PLC)的特点 .52.2.1 硬件的可靠性 .52.2.2 编程简单，使用方便 .62.2.3 接线简单，通用性好 .62.2.4 可连接为控制网络系统 .62.2.5 易于安装，便于维护 .72.3 PLC 的硬件结构 .72.3.1 中央处理单元（CPU） .72.3.2 存储器（RAM、ROM） .82.3.3 输入输出单元（I/O 单元） .82.3.4 电源 .82.3.5 编程器 .9
10、2.4 PLC 的工作原理 .93 配料生产线系统分析 .103.1 配料生产线系统的概述与分类 .103.2 配料生产线系统的组成 .113.3 配料生产线的控制要求 .123.4 配料生产线控制系统的流程图 .133.5 配料生产线控制系统的性能及特点 .143.6 配料自动控制过程 .144 配料生产线控制系统的硬件设计 .164.1 配料生产线的工艺 .164.2 可编程控制器 PLC 的选型 .174.2.1 输入输出（I/O）点数的确定 .174.2.2 内存估计 .184.2.3 PLC 的类型 .184.2.4 输入输出模块的选择 .184.2.5 电源的选择 .184.2.6
11、 经济性的考虑 .194.2.7 机型的选择 .194.3 变频器的选择 .204.3.1 变频器的概述 .204.3.2 传送带和搅拌机的电机调速系统 .204.3.3 变频器型号的选择 .214.4 电机的选择 .214.4.1 电机选择的基本内容 .214.4.2 连续工作制的电机容量选择 .234.4.3 电机型号的选择 .244.4.4 系统的硬件框图 .255 配料生产线控制系统的软件设置 .275.1 编程软件 STEP7 的概述 .275.2 程序设计常用方法 .285.2.1 经验设计法 .285.2.2 逻辑设计法 .285.2.3 顺序控制法 .285.3 PLC 地址分
12、配 .295.3.1 输入/输出的分配如下 .295.3.2 PLC 外部接线图 .305.3.3 PLC 符号表 .315.4 各程序段模块分析 .315.4.1 初始化参数 .315.4.2 三种启动方式 .325.4.3 传送带 1 号运料 .345.4.4 搅拌配料与运走配料 .355.4.5 程序的循环设定 .385.4.6 指示灯和报警部分 .406 系统监控画面编程 .436.1 组态王的简介 .436.2 组态王与 PLC 的通讯 .456.3 组态变量 .466.4 主画面 .476.5 实时趋势画面 .496.6 参数调节画面 .496.7 编程语言 .517 结论与展望
13、.537.1 结论 .537.2 心得 .537.3 展望 .54广东技术师范学院本科毕业设计（论文）01 绪论1.1 配料生产线的发展概括随着计算机技术和微电子技术的发展，微机配料控制系统的发展经历了人工手动控制、机械电气控制、单片机控制、工业控制计算机集中 控制等几个阶段。在第一个阶段，微机配料设备庞大，各设备之间互不联系，或者联系甚少，由现场的操作人员只能监视和操作一个至两个计量称，并且手工记录配料的相关数据，在很大程度上产品的质量取决于操作员的熟练程度。在第二阶段，随着电子管、晶体管技术的飞速发展，逐渐出现了各种小型化的微机配料电动组合仪表。但电动组合仪表也存在着两大问题:一是电噪声的
14、问题比较严重，为克服噪声，不得不采用极为复杂的电子线路;另一个问题是由于微机配料系统所控对象、所处环境常常都很恶劣，电子元器件的老化严重，抗干扰的能力和可靠性不高。单片机配料系统是在大规模集成芯片技术成熟的基础上应运而生的。单片机配料系统较之前两种配料系统设计电路复杂程度降低，可靠性大大的提高。而且满足了用户实用性的要求。所以迄今为止，单片机配料系统仍然在一定程度上占据了中小型企业配料生产的主控地位。同时随着我国经济的发展，工业生产规模的扩大，计算机技术的迅猛发展，基于 STD 总线或 PC 总线的工业控制计算机（例如： PLC）应用提上了日程，并且迅速的在中国形成热潮，主要是因为工业控制计算
15、机可靠性高，小巧结构，组成系统功能灵活，组态方便，具有小型化、模块化、组合化、标准化的特点。随着工业控制计算机的广泛应用，基于工控机的配料系统也出现在工业场合。这种配料系统大多采用集中控制方式，计算机除具有工艺流程控制、工况实时显示、提供数据存储、报表打印等功能外，还要完成对各对象的直接控制和数据采集任务。近些年来，随着电工电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电气传动技术面临着一场历史革命，即采用交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术己成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调
16、速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式但在总体上，我国在配料控制系统上存在技术落后、企业平均规模小、综合生产水平低等问题。因此，提高配料的自动化程度基于西门子 PLC200 与组态王的配料生产线控制系统设计1和产品的质量， 成为当前十分紧迫的问题。1.2 单片机控制系统特点与存在问题单片机虽然有一个五脏俱全的微计算机但由于本身无自开发能力，必须借助开发工具来开发应用软件，以及对硬件系统进行诊断。另外，单片机内的 ROM 比较小，所以在设计中系统必须在外面配置 EPROM 电路和扩展电路，所以在该项目中运用该方案必须完成(
17、1) 硬件电路的设计、组装、调试；（2）应用软件的编制、调试；(3)应用软件的链接调试、固化、脱机运行。系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。 依据单片机目前的发展状况，该方案的优点是：(1)成本较低，由于现在单片机的价格相对都比较低，而且外围电路的元器件价格也不高，所以整体设计起来，成本比较低。(2)可以对外部存储容量根据需要进行扩展，设计可以相对比较灵活。(3)由于现存有许多已经设计很完善的子程序，在系统软件设计中可以直接调用，减少较大工作量。其缺点为：(1)系统硬件设计相对比较复杂，运用该方案，该系统硬件设计包含扩展电路部分和系统配置电路部分，所以
18、该系统电路设计工作量相对较大，影响系统开发的时间。(2) 系统的抗干扰能力相对较差，在系统设计中，虽然注意了芯片、器件选择、去耦滤波、电路板的布线，通道隔离以及屏蔽。但由于工厂的条件比较差，很难保证系统的可靠性和稳定性。(3)系统需要自己设计电源，而且不能保证系统的可靠运行。(4) 维护维修相对比较麻烦，维修需要的时间也相对较长。1.3 PLC 控制配料生产线的特点随着社会的不断发展，工业自动生产线越来越发达， PLC 在工业配料生产线控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于 PLC 具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在配料生产控制过程中，各种逻辑开关控制与 PLC 很好
19、的结合，很好的实现了对生产线的控制。本文主要讨论研究利用西门子公司可编程控制器对配料生产线的控制，形成配料生产线控制系统，并用组态王进行远程控制和监控。可编程控制器充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时照顾到现场电气维护人员的技能和习惯，摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达广东技术师范学院本科毕业设计（论文）2方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学、调试和查错都很容易。用户买到所需要的 PLC 后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可以灵活而方便地将 PLC 应用于生产实践
20、，而且用户程序的编制、修改和调试都不需要具有专门的计算机编程语言知识。PLC 现在已经成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT ）之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，日益取代有大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的继电-接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食品、交通等各行各业都得到广泛的应用。总之，配料生产线的控制是比较复杂的，在计算机诞生前的几十年里，继电器控制系统为生产线控制的发展起到了巨大的作用，然而其控制性能与自身的
21、功能已经无法满足与适生产线控制的要求和发展，与 PLC 相比较，存在质的差别。生产线使用继电接触器控制的时代，很难设计出质量优良的配料生产线控制系统，而现在，可编程控制器的使用为配料生产线的控制提供了更广阔的空间。PLC 是专门为工业过程控制而设计的控制设备，使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠、抗干扰性能增强、机械与电气部件被机结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此它已成为生产线运行中的关键技术。1.4 组态王的特点随着现代工业的发展，远程监控和操作越来越重要。组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的
22、集成系统取代传统的封闭式系统。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用 Windows 的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控基于西门子 PLC200 与组态王的配料生产线控制系统设计3
23、制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。本设计就是用组态王与 PLC 通讯，实现对配料生产线的监控与远程操作、参数调节等功能。1.5 课题研究的意义和目的随着人类的进步、社会的发展、科技的创新，自动化生产在现代工业生产中，已经逐步代替手工生产。现代的生产流水线已经越来越自动化了，尤其是生产线上的配料添加。在现代工业生产中，经常需要将多种原料按一定的比例混合，以制造某种产品，这种将一种原料与其它几种原料按事先设定的比例进行混合配料，然后自动送到搅拌机进行生产的配料生产线控制系统在工业生产过程中有着广泛的应用，它能根据事先设定的配料单，将各种不同的原料通过称料传感器把不同的配料进行称量。随着计算机、工控系统、控制系统等相关技术的不错发展和完善，自动化系统得到了极大的完善。然而配料系统在诸多行业的
