毕业设计（论文）基于PLC的自动运料系统设计.doc

ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 专 科 毕 业 论 文 基于PLC的自动运料装车系统设计Design of PLC based automatic transportation loading system系（院）名称：电子信息与电气工程学院 专 业 班 级 ： 09电气自动化技术 学 生 姓 名 ： # # # 指导教师姓名： # # # 指导教师职称： 副 教 授 目录摘 要I前言II第1章 概 述11.1 可编程控制技术的发展状况11.2 基于PLC控制的自动送料装车系统简介21.3 PLC的特点21.4 PLC的应用领域3第2章 系统硬件设计52.1 自动送系统控制工艺要求52.2基于PLC控制的自动送料装车系统的控制要求62.3主电路的设计72.4 I/O地址分配82.4.1 I/O信号的分析与设计82.4.2 PLC外部接线图的设计9第3章 系统软件设计113.1 系统功能的分析与设计113.2 程序设计的常用方法123.3 PLC程序设计133.3.1 PLC程序流程图133.3.2 PLC梯形图设计15第4章 软件调试184.1 软件调试概述184.2 松下PLC专用通信协议简介194.3 PLC软件测试204.3.1 PLC程序的模拟调试204.3.2 PLC程序下载20第5章 总结265.1 全文总结235.2 展望未来24致谢25参考文献26摘 要随着PLC技术的广泛应用，工业控制系统的深入，在面临规模更大、控制更复杂的控制系统时，人们逐渐意识到自动化程度对生产的重要性，在各个生产环节自动化过程可节约大量的劳动力，从而达到更高的效益。PLC在工业自动化生产中使用节约了大量的劳动力，达到了更高的效率，为企业带来了更高的效益。本文基于PLC在自动运料装车系统中的应用，选用日本松下公司的FP1-C40系列的PLC编程实现自动运料装车系统，本次设计结合PLC易于编程，易于学习和使用的特点和自动运料装车系统结合在一起，从而实现生产第一道程序的自动化，提高生产效率。本次设计详细的介绍了PLC的特点，自动送料装车系统中存在的问题，采用了顺序控制的原理和逻辑设计的方法完成了本次设计。关键词：PLC 自动运料装车系统前言可编程控制器（PLC）是集自动控制、计算机和通信技术三者于一体的工业控制装置。目前，西门子（SIEMENS）、欧姆龙（OMRON）、三菱（MITSUBISH）和松下等几家公司的PLC应用较为广泛,其中西门子PLC的制作工艺比较高，成本较大，价格高，相对而言日本的PLC成本较低，价格适中。综合各方面因素考虑本设计主要用松下公司的FP1系列小型PLC，设计自动送料装车系统。本文从自动送料装车系统的设计工艺和控制要求出发，选择了FP1-C40系列PLC作为主要的编程对象，实现自动送料装置的基本运行。由于时间仓促，加之水平的限制，论文中难免有疏漏和不足之处，恳请老师和读者指正。第1章 概 述1.1 可编程控制技术的发展状况可编程控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置，国际电工协会1987年对它做了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统。专为在工业环境下应用而设计。它采用可以编制程序的存储器，在其内部存储和执行逻辑运算、顺序运算、定时、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，易于扩充其功能的原则而设计。”PLC是60年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司(DEC)为美国通用公司研制开发并应用汽车生产线上，取得了极佳的效果，可编程控制器自此诞生。随着计算机技术的飞速发展，PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也不断朝着智能化方向发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。现代PLC已经成为真正的工业控制设备。最初，PLC主要是用在生产线控制和大型机械的控制上。但不久，德国的西门子(SIEMENS)公司、BBC公司就开始研制PLC，当时主要是用于轧钢机、升降设备等大型设备上。70年代初，日本的欧姆龙（OMRON）也推出了他们的PLC。松下、三菱、日立、富土、东芝、横河、日电等公司也先后加入了PLC制造者的行列。70年代中期，美国和西德首先出现了微电脑化的小型PLC。由于PLC是为工业控制所生产的通用性很强，适合于大批量生产的装置，所以成本迅速下降；加上其是专为工业控制所设计，所以具有极好的抗干扰性能；并且他的使用和维护都极为方便，实现了低水平的操作、高性能的控制，所以在机械制造业深受欢迎。小型PLC开始步入诸如塑料注塑机、包装机械、橡胶机械、纺织机械等轻工机械的控制领域，其成本的低廉和性能的优良对直接使用微机作为控制单元的做法构成了强有力的挑战，更有全面取代传统继电器控制屏的趋势。据国外资料介绍:1982年美国PLC用户中，有48%来自自动程序操作部门(如汽车、拖拉机工业、机械工业等)、13%来自石油化工业、9%来自食品饮料业、7%来自冶金工业、其余部分来自造纸、采矿、污水处理等部门。近年来，随着我国对外开放，日、美、西德等国生产的PLC已通过多种途径进入了我国，引起了各方面的重视并得到应用。如宝钢工程应用了数百台PLC，首钢、武钢、开滦煤矿也分别应用了美国、日本和西德的PLC。1.2 基于PLC控制的自动送料装车系统简介自动送料装车系统是用于物料输送的流水线设备，主要是用于煤粉、细砂等材料的运输。自动送料装车系统一般是由给料器、传送带、小车等单体设备组合来完成特定的过程。这类系统的控制需要动作稳定，具备连续可靠工作的能力。通过三台电机和三个传送带、料斗、小车等的配合，才能稳定、有效率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。从送料小车运行的工艺流程来看，其控制系统属于自动运行的控制系统，因此，此送料小车的电气控制系统设计采用自动扫描循环工作方式。而在程序设计上采用整体式设计方法，这样就可以使读者一目了然地看懂整个程序，从而在一定程度上省去了使用人员阅读并分析程序的大量宝贵时间，同时也使得程序的设计、修改和故障查找工作大为简化。自动送料装车系统控制系统的软件部分（信号显示和故障显示）均采用经验设计法，而自动程序则采用顺序控制法设计。1.3 PLC的特点1. 可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2. 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3. 易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 4. 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 5. 体积小，重量轻，能耗低 以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 1.4 PLC的应用领域 目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 1. 开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2. 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3. 运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4. 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 5. 数据处理 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6. 通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。第2章 系统硬件设计自动化系统所使用的各种类型PLC中，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。PLC控制系统的硬件设计主要是指硬件选型，近十几年来，国内外众多厂家提供了多种系列、功能各异的PLC产品，已有几十个系列、几百种型号。PLC品种繁多，其结构形式、性能、I/O点数、用户程序内存容量、运算速度、指令系统、编程方法和价格各有不同，使用场合也各有侧重。因此，PLC的合理选择，对提高PLC控制系统的技术、经济指针以及对于控制系统都有着重要作用。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力，另一方面要求应用部门在工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。2.1 自动送系统控制工艺要求 自动送料系统是基于PLC控制系统来设计的，控制系统的每一步动作都直接作用于送料小车的运行，因此，送料小车性能的好坏与控制系统性能的好坏有着直接的关系。送料小车能否正常运行、工作效率的高低都与控制系统密布可分。基于这次的送料系统设计，我结合了工厂的实际工作环境和常用的自动送料系统对这次的系统硬件设计需要以下基本设备：三台交流电动机、三层传送带、一个料斗、一个料斗开关、一条输送管道、一个管道开关、三个电动机故障显示灯、一个红灯、一个绿灯、一个车辆检测开关、一个车辆称重开关、一个启动开关、一个紧急停止开关。在电路的设计上一定要规范、合理、安全的设计，确保工作人员在操作过程中的生命财产安全。软件方面采用松下FP1-C40系列的PLC，外部接线部分比较简单，对被控对象的控制作用都是体现在PLC的程序上。因此，PLC程序的设计好坏，直接影响控制系统的性能。所以在程序设计时应严格按照程序设计的步骤，准备好设计前的工作，熟悉被控对象，提高编程的质量。图2-1就是硬件系统工作示意图。图2-1 自动送料系统示意图2.2基于PLC控制的自动送料装车系统的控制要求初始状态：红灯L2灭，绿灯L1亮，表示允许汽车进来装料。此时，进料阀门（K1），送料阀门（K2），电动机（M1、M2、M3）皆为OFF状态。当汽车来到时，车辆检测开关S2接通，红灯L2亮，绿灯L1灭，电动机M3运行，电动机M2在M3接通2秒后运行，电动机M1在M2启动2秒后运行，依次顺序起动整个送料系统。当电动机M3运行后，进料阀门K1打开给料斗进料。当料斗中物料装满时，料斗检测开关S1接通，此时进料阀门K1关闭（设1料斗物料足够运料小车装满一车）。料斗出料阀门K2在电动机M1运行2秒及料斗装满后，打开放料，物料通过传送带PD1、PD2和PD3的传送，装入汽车。当运料小车装满后，称重开关S3动作，送料阀门K2关闭，同时电动机M1延时2秒后停止，电动机M2在M1停止2秒后停止，电动机M3在M2停止2秒后停止。此时绿灯L1亮，红灯L2灭，表示汽车可以开走。故障操作：在带式传输机传送物料过程中，若传送带PD1超载，则送料阀门K2立即关闭，同时停止电动机M1，电动机M2和M3在电动机M1停止4秒后停止；在带式传输机传送物料过程中，若传送带PD2超载，则同时停止电动机M1和M2并关闭送料阀门K2，延时4S后电动机M3停止；在带式传输机传送物料过程中，若传送带PD2超载，则同时停止电动机M1、M2和M3并关闭送料阀门K2。2.3主电路的设计主电路的设计对于本次设计小车自动送料装车系统设计相当重要,只有在主电路设计正确且简便的基础上,系统控制电路及软件设计才能精简方便。根据系统的控制工艺要求，我所设计的电气控制系统主回路原理图如图2-2所示。图中，M1，M2，M3为三台皮带传输送料电动机，交流接触器KM1KM3通过控制三台电动机的运行来控制三个传送带，从而进行对物料的传输。FR1，FR2，FR3为起过载保护作用的热继电器，用于物料传输过程中当传送带过载时断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用。图2-2 自动送料装车系统主电路原理图2.4 I/O地址分配2.4.1 I/O信号的分析与设计PLC的工作环境是工业现场，工业现场的检测信号（如：料斗检测信号、车辆检测信号、称重和故障信号等）多种多样，有模拟量（如：运料小车、物料等），也有开关量（如红灯、绿灯、进/送料阀门等），PLC就以这些现场数据作为对被控对象进行控制的源信息。同时，PLC又将处理的结果送给被控设备或工业生产过程，驱动各种执行机构（进/送料阀门、皮带传输送料电动机）实现控制。因此对I/O信息的分析，就是对后面编程所需要的I/O信号进行详细的分析和定义，并以I/O信息表的形式提供给编程人员。I/O信号分析的主要内容有： （1）定义每一个输入信号并确定它的地址。该设计中以I/O地址表和PLC外部接线图的形式给出，图中也包含对每一个输入点所做的简洁说明，使其一目了然。（2）定义每一个输出信号并确定它的地址。该设计中以I/O地址表和PLC外部接线图的形式给出，图中也包含对每一个输出入点所做的简洁说明，使其一目了然。 （3）审核上述分析设计是否能满足系统规定的功能要求。若不满足，则需修改，直至满足为止。1. 数据结构的分析与设计数据结构设计的任务，就是对程序中所用到的数据结构进行具体的规划和设计，合理地对内存进行估算，提高内存的利用率。PLC应用程序所需的存储空间，与内存利用率、I/O点数、程序编写水平有关。通常把系统中I/O点数和存放用户机器语言所占内存数之比成为内存利用率。高的内存利用率，占用整个系统的内存比较少，可以大大缩短扫描周期时间，从而提到系统的相应速度。同样，用户编写程序的优劣对程序的长短和运行时间都有很大的影响，而数据结构的设计必将直接关系到编程质量。数据结构设计的主要内容有：（1） 按照软件设计要求，将PLC的数据空间做进一步的划分，分为若干个子空间，并对每一个子空间进行具体的定义。当然，这要以功能算法、硬件设备要求、预计的程序结构和占有量为依据，综合考虑来决定。（2） 应为每一子空间留出适当的裕量，以备以后使用。该设计中，实验室提供的CPU型号为FP1-C40，它有40个I/O点数，但是我们只需要9个输入点和10个输出点共19个I/O点数，剩下的I/O点数就可以作为裕量使用。 I/O信号和数据结构的分析与设计为PLC编程人员提供了重要的依据。此次设计，系统占用19个PLC的I/O端口，分别是9个输入端口和10个输出端口，具体的I/O分配如表2-1所示：表2-1 自动送料装置系统I/O地址表输 入输 出启动 X0电机M3Y0车辆检测开关S2X1电机M2Y1称重开关S3X2电机M1Y2装车开关X3送料阀门K2Y3紧急停止X4进料阀门K1Y4料斗检测开关S1X5红灯L2Y5电动机M3故障X6绿灯L1Y6电动机M2故障X7电动机M3故障显示Y7电动机M1故障X8电动机M2故障显示Y8-电动机M1故障显示Y92.4.2 PLC外部接线图的设计该控制系统核心部分是以日本松下FP1-C40为主，CPU模块采用整体式结构，它的体积小、价格低，CPU模 块、I/O模块和电源装在一个箱形机壳内，前盖下面有模式选择开关、模拟量电位器和扩展模块连接器。I/O模块中输入24点，输出16点，可实现高速输入输出响应，内部具有高速计数和中断处理功能。PLC的输入输出端子均接到相应的接线端子排，输入输出信号通过这些接线端子排可由其它地方直接引入，这些接线端子排的布置与 PLC的输入输出端子以及电源端、接地端和公共端的实际位置一一对应。I/O模块接口将输入输出信号引入到控制台上。 PLC外部硬件接线图如图2-3所示 (PLC外部接线图)。 图2-3 PLC自动送料系统I/O接线图第3章 系统软件设计3.1 系统功能的分析与设计PLC软件功能的分析与设计实际上是PLC控制系统的功能分析与设计中的一个重要组成部分。对于控制系统的整体功能要求，可以通过硬件途径、软件途径或者软硬件结合途径来实现。因此，在正式编写程序之前，首先要站在控制系统的整体角度上，进行系统功能要求的分配，弄清楚哪些功能是要通过软件的执行来实现的，即明确应用软件所必须具备的功能。对于一个实用软件，大体上可以从以下两个方面来考虑：（1） 控制功能。（2） 自诊断功能。作为PLC控制系统，其最基本的要求就是如何通过PLC对被控对象实现人们所希望的控制，所以对于以上两方面，控制功能是最基本的，必不可少。对于一些简单的PLC控制系统或许仅此功能就可以了，但对于本次自动送料装车系统的设计远远不够。该系统最主要的功能就是实现物料的自动输送及装载功能，但怎样实现呢？这就要靠及时准确地控制检测开关、阀门、皮带传输送料电动机等元器件来实现。但是针对不同的元器件，我们要根据需要设计出不同的功能。比如用皮带传输送料电动机用于传输物料、用阀门打开与闭合控制物料的进出等。在进行功能的分析、分配之后，要进行具体功能的设计，对于不同的PLC控制系统，其主要依据是根据被控对象和生产工艺要求而定。在该系统中，设法搞清被控设备（运料小车、皮带传输送料电动机、称重检测装置、物料检测装置等）的动作时序、控制条件、控制精度等等，做出明确具体的规定，分析这些规定是否合理、可行。再者就是，要弄清楚，如果电动机出现轴承损坏;发热;绕组对地及相间短路等故障时，我们应该对其做出相应的保护。如果经过分析后，认为达不到预期效果（自动传输物料和物料自动装载以及故障报警显示与处理），则要对其进行修订，其中也可能包括与之配合的硬件系统，直至所有的控制功能都被证明是合理可行为止。第二部分是自诊断功能。它包括PLC自身工作状态的自诊断和系统中被控设备工作状态的自诊断两部分。对于前者可利用PLC自身的一些信息和手段来完成。而对于后者，则可以通过分析被控设备接收到的控制指令及被控工作的反馈信息，来判断被控设备的工作状态。例如在本设计中，我们用三个热继电器FR1FR3来实现故障报警及处理。具体表现为当三个传送带PD1、PD2和PD3中任意一个或多个发生过载时，系统通过不同的信号灯的状态变化实现自动报警，并通过在程序中控制其它被控对象的运行状态来及时准确的处理相应故障。3.2 程序设计的常用方法在工程中，对PLC应用程序的设计有多种方法，这些方法的使用，也因各个设计人员的技术水平和喜好有较大的差异。现将常用的几种应用程序的设计方法简要介绍如下。1. 经验设计法经验设计法也叫凑试法。在掌握一些典型控制环节和电路设计的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选择、组合。这种方法对于一些简单的控制系统的设计是比较凑效的，可以收到快速、简单的效果。但是它没有一个普遍的规律可遵循，具有一定的试探性和随意性，最后得到的结果也不是唯一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验的多少有关。经验设计法的具体步骤如下：（1）确定输入/输出电器；（2）确定输入和输出点的个数、选择PLC机型、进行I/O分配；（3）做出系统动作工程流程图；（4）选择PLC指令并编写程序； （5）编写其它控制控制要求的程序；（6）将各个环节编写的程序合理地联系起来，即得到一个满足控制要求的程序。2. 逻辑设计法工业电气控制线路中，有很多是通过继电器等电器组件来实现的。而继电器、交流接触器的触点都只有两种状态即：断开和闭合，因此用“0”和“1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的。该方法法是根据数字电子技术中的逻辑设计法进行PLC程序的设计，它使用逻辑表达式描述问题。在得出逻辑表达式后，根据逻辑表达式画出梯形图。因此用逻辑设计法也可以适用于PLC应用程序的设计。3. 顺序控制法对那些按动作的先后顺序进行控制的系统，非常适合使用顺序控制设计法进行编程。顺序控制法规律性很强，虽然编程相当长，但程序结构清晰、可读性。在用顺序控制设计法编程时，功能图是很重要的工具。功能图能够清楚地表现出系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。功能图由流程步、有向线段、转移和动作组成，在使用时它有一些使用规则，具体如下：（1）步与步之间必须用转移隔开；（2）转移与转移之间必须用步隔开；（3）转移和步之间用有向线段连接，正常画顺序功能图的方向是从上向下或则从左向右。按照正常顺序画图时，有向线段可以不加箭头，否则必须加箭头。（4）一个顺序功能图中至少有一个出初始步。3.3 PLC程序设计根据可编过程控制器系统硬件结构和生产工艺要求，在软件规格说明书的基础上，用相应的编程语言指令，编制实际应用程序并形成程序说明书的过程就是程序设计。程序设计要对做一些必要的准备工作，首先要了解系统的概况形成整体概念。其次熟悉被控对象、编出高质量的程序。再次，充分利用已有的硬件和软件工具。如果是利用计算机编程，可以大大提高编程的效率和质量。3.3.1 PLC程序流程图 PLC采用计算机控制技术，其程序设计同样可遵循软件工程设计方法，程序工作过程可用流程图3-1表示。由于PLC的程序执行为循环扫描工作方式，因而与计算机程序框图不同点是，PLC程序框图在进行输出刷新后，再重新开始输入扫描，循环执行。 图3-1 PLC控制系统流程图3.3.2 PLC梯形图设计初始状态：以Y6接通，其它都处于断开状态。表示小车可以进入。小车到达：XO闭合，Y0接通同时Y4接通，延时2秒Y1接通，延时2秒，Y2接通。Y5接通，Y6断开。表示小车已经到达。开始装料：X3闭合，Y4断开，Y3接通，表示装料中。装料完毕：X2闭合，Y3断开同时Y0断开，延时2秒Y1断开，在延时2秒Y2断开，Y5断开，Y6闭合。表示小车已经装满并且可以离开。梯形图（一）红绿灯的控制 如梯形图（一）所示，起始状态，红灯Y5灭，绿灯Y6亮，此时汽车可以进来，此时检测开关X1接通，红灯亮绿灯灭。 梯形图（二）电动机的顺序启动如梯形图（二）所示，当启动开关X0接通时，电动机Y0、Y1、Y2开始顺序启动，时间间隔为2秒。梯形图（三）料斗的检测如梯形图（三）所示，当电动机M3运行后，进料阀门K1打开给料斗进料，料斗满时，料斗检测开关接通，此时进料，阀门K1关闭。梯形图（四）车装满当运料小车装满后，称重开关X2动作，送料阀门K2关闭，同时电动机M1、M2、M3顺序停止。梯形图（五）电动机的故障显示当3台电机中的其中一台电动机出现问题时，电机的故障显示和系统中电机的停止顺序。第4章 软件调试4.1 软件调试概述调试是软件开发过程中最艰巨的脑力劳动，调试开始时，软件开发者仅仅面对着错误的征兆，然而在问题的外部现象和内在原因之间往往并没有明显的联系，在组成程序的密密麻麻的元素中，每一个都可能是错误的根源。如何能在浩如烟海的程序元素中找到有错误的那个（或几个）元素，这是调试过程中最关键的技术问题。本设计中调试的方法主要是设置断点跟踪。使用断点跟踪可以找到程序的出错位置，缩小查找错误的范围，提高调试的效率。调试的任务是及时改正测试过程中发现的软件错误。具体地说，调试过程由两个步骤组成，它从表示程序中存在错误的某迹象开始，首先确定错误的准确位置，也就是找出哪个模块或哪个语句引起的错误。然后仔细研究推断代码以确定问题的原因，并设法改正。当然更重要的还是调试的策略。调试的策略主要有以下几种方法：1.试探法调试人员分析错误征兆，猜想故障的大致位置，然后使用调试的技术获取程序中被怀疑的地方附近的信息。这种策略通常是缓慢而低效的。一般不被采用。2.回溯法回溯法是调试人员检查错误征兆，确定最先发现“症状”的地方，然后人工沿程序的控制流往回追踪源程序代码，直到找出错误根源或确定故障范围为止。回溯法对小程序而言是一种比较好的调试策略，但是对于一些大规模的程序来说，就不适合用此方法了。3.对分查找法如果知道每个变量在程序内若干个关键点的正确值，则可以用赋值语句或输入语句在程序中点附近“注入”这些变量的正确值，然后检查程序的输出。如果输出结果是正确的，则故障在程序的前半部分；反之，在后半部分。对于程序中有故障的那部分再重复使用这个方法，直到把故障范围缩小到容易诊断的程度为止。4. 归纳法所谓归纳法就是从个别推断一般的方法，这种方法从线索出发，通过分析这些线索之间的关系而找到故障。5.演绎法是从一般原理或前提出发，经过删除和精化的过程推导出结论。用演绎法调试开始时先列出可能成立的原因或假设，然后依次地排除列举出的原因。最后，证明剩下的原因是错误的根源。以上是一些调试策略的介绍，在这些策略中较普遍的调试策略是归纳法和演绎法。4.2 松下PLC专用通信协议简介通信协议是通信双方就如何交换信息所建立的一些规定和过程。FP1采用松下电工公司专用通信协议MEWTOCOL，它是FP系列PLC网络设计的基础。该协议共分为两部分：一是计算机与PLC之间的命令通信协议MEWTCOCOL-COM。二是PLC与PLC之间及PLC与计算机之间的数据传输协议MEWTOCOL-DATA。MEWTOCOL-DATA协议用于分散型工业局域网H-Link、P-Link及ET-LAN中PLC与PLC之间及PLC及与计算机之间的数据传输。这些局域网之间的通信单元内已配置好符合MEWTOCOL-DATA协议的通信软件，用户只需要在用户程序中使用专用指令实现数据传输，而不考虑MEWTOCOL-DATA协议的使用，因此，其详细内用不在叙述。在FP系列PLC中集成了6种通信子网，这就是ET-LAN以太网、P-Link光纤网、H-Link网络、W-Link网络、F-link(远程I/O网络)和C-NET。每种子网络的构成，都必须配备该种子网络的专用通信模块。但是无论哪种子网，在它们的应用层都遵守着同一通信协议，及松下电工的专用协议MEWTOCOL,而不同子网的底层协议则是各不相同的。除了C-NET网络外，其它5种子昂都可以组合在一起构成符合网络。4.3 PLC软件测试4.3.1 PLC程序的模拟调试将设计好的程序写入PLC后，首先逐条仔细检查，并改正写入时出现的错误。用户程序一般先在实验室模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模拟，各输出量的通/断状态用PLC上有关的发光二极管来显示，一般不用接PLC实际的负载(如接触器、电磁阀等)。可以根据功能表图，在适当的时候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点的接通和断开。对于顺序控制程序，调试程序的主要任务是检查程序的运行是否符合功能表图的规定，即在某一转换条件实现时，是否发生步的活动状态的正确变化，即该转换所有的前级步是否变为不活动步，所有的后续步是否变为活动步，以及各步，被驱动的负载是否发生相应的变化。在调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。4.3.2 PLC程序下载程序编译完之后，STEP 7Micro/WIN 32及PLC之间的通信关系也成功建立，此时可向PLC下载程序，然后收集状态监控或调试程序。STEP 7Micro/WIN 32提供了一套工具来调试和监控程序。1. 选择工作模式选择菜单栏中的“PLC” “运行”或者“PLC” “停止”可进入相对的PLC模式；单击工具栏中的“运行”按钮或“停止”按钮，也可进入相应模式；还可以手工改变位于PLC上的开关或在程序内插入停止指令。当PLC处于停止模式时，可利用图状态或程序状态查看操作数的当前值，也可以利用图状态或程序状态强迫数值(此操作只在梯形图和功能块图程序状态中使用)，还可以利用图状态写入数值或写入和强迫输出，执行有限数目的扫描，通过状态图或程序状态查看影响。在停止模式下，虽然能报告操作数状态，但PLC无法执行用户程序，达不到预期的控制效果。如果想观察程序状态的连续更新，需将PLC转回运行模式。 2. 打开程序状态选择“排错”菜单中的“程序状态”，打开输出窗口；或单击调试工具条中的“程序状态”按钮，短暂停顿后，程序编辑器窗口开始显示状态。如果作数值等于1(位打开)，布尔指令(触点、线圈)将被显示成彩色块，非布尔操作数则以通信速度允许的最快速度显示并更新。3. 执行有限次扫描(1)单次扫描通过指定PLC运行的扫描次数，可以监控程序在改变进程变量时的情况。PLC不支持对运行模式执行循环次数。任何时候PLC从停止模式进入运行模式，该扫描的第一扫描位(SM0.1)将被激活。由于PLC执行的速度很快，从程序状态很难监控到此位的变化，因此可以使用“单次扫描”命令，它使PLC从停止模式转变成运行模式。执行单个扫描，然后再转回停止模式。由于PLC只执行一次扫描，与第一扫描逻辑相关的状态信息不会消失，因此可以查看此信息，进而监控程序。可在程序编辑器窗口显示要监控的程序部分，确定打开程序状态，将PLC置于停止模式，使用“单次扫描”命令。(2)多次扫描单次扫描并不能完全收集系统连续执行时系统状态信息的变化，需要连续或间断地收集状态信息。可以指定PLC执行有限次的程序扫描(从1次扫描至65 355次扫描)。当PLC处于停止模式时，可利用多次扫描特征查看一次或多次扫描。确定PLC为停止模式后，选择菜单栏中的“排错”“多次扫描”，出现执行扫描对话矿，如图？所示。在执行扫描对话框中输入所要进行的扫描次数，单击“确认”按钮。 (3)程序保存当然，要想使自己所编写保密，也可以对其进行保密设置。选择“文件”菜单中的“设置密码” ，打开用密码保护本窗口，在“密码”及“验证”框中输入相应的密码和验证码即可。当然，若不想对自己的程序进行保密设置，就在“密码”及“验证”框中不输入任何数值。选择“文件”菜单中的“保存”选项，之后选择“退出”选项，在出现的项目保存框中选择“是”即可。第5章 总结5.1 全文总结该物料自动控制系统经过调试和运行，其生产物料自动配送能力可以满足各种产品的生产需求，可以满足相关物流公司的设备和生产的高水平和高效率运转的。在现代工业控制中，该系统犹如不知疲惫的搬运工，严格按照程序指令连续不断地进行物料输送。该系统的投入使企业彻底抛弃了手工操作，配料方式进入科学数据化生产，个人也从粉尘、噪音等恶劣的劳动环境中解脱出来。不仅如此，稳定的高质量的配料更带来了产品质量的提高。系统投入后，产品密度、假比重等主要技术指标有较大提高，所以，物流自动控制系统在生产制造和加工领域里，尤其是在大规模、高效率、连续生产的物流公司现场，的确是一项值得推广的技术。整个系统现已投入使用，它对于网络信息时代企事业计算机集成制造过程及网络销售领域等物流自动化系统的开发设计具有重要的参考价值。1. 稳定性高，适应性强：本自动送料系统采用目前比较流行的PLC编程控制，因此适应能力比较强。自动送料装置一般都是在条件比较恶劣的环境下运行，对装置的要求比较高，传统的装置都是用继电器等一些器件组成，这些装置不仅线路复杂，而且在恶劣的环境下稳定性很差，这些线路很容易出现故障，致使