毕业设计(论文)基于PLC的槽上自动控制监控系统.doc
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1、摘 要系统的介绍了槽上自动控制监控系统,考虑到工业生产实际情况,以工业现场常见的还原炉为主体,硬件组态使用西门子300PLC,控制卸料小车在生产轨道上的动作,生产轨道上设有槽位信号检测装置,当送料信号来时,判断矿料品种及其对应的槽位号,记录小车的实际位置并根据目标位置,和实际位置比较后实现卸料小车前进和后退运动方向的自动控制。该系统共有两条胶带机和两辆卸料小车,一条胶带机和一辆卸料小车做为一套送料系统,两套系统分为南北方向各自独立运行分别为六个矿槽布料,槽满停止布料,小车运动不能突破左右极限位置,都能实现上位机的集中控制及机旁控制,同时也实现了冶金现场的胶带机和卸料小车的配合控制,使用Step
2、7编写槽上系统的自动控制系统,同时使用WINCC设计一个槽上的监控查询系统,界面简洁,美观,便于操作。关键词:西门子PLC-300;胶带机;卸料小车;槽位AbstractThe system is introduced in the slot automatic control monitoring system ,considering the industrial production practice, with the industrial site common reduction furnace as the main body, hardware configuration us
3、e Siemens 300 PLC, control in production material unloading car track on the movement, the production orbit has slots signal detection device, when feeding signal came when the judge mineral aggregate species and their corresponding to the number of slots, record the actual position and car accordin
4、g to the target position, and the actual position is realized, and the unloading the car back and forward movement of the direction of automatic control. The system has two tape machine and two cars article unloading the small car, a tape machine and a car unloading as a set of feed system car, two
5、sets of system is divided into north and south direction operated independently were six ore slot cloth, tank full stop cloth, car movement about not break through limit position, can realize the PC of centralized control and the machine control, but also to achieve the metallurgy the tape machine a
6、nd unloading the car with control, using Step7 write slot system automatic control system, at the same time use to design a slot on WINCC monitoring of the inquiry system, the interface is simple and beautiful, it is easy to operate.Key words: Siemens PLC-300; tape machine; unloading the small car;
7、slots目 录1 序言11.1 西门子PLC系统概述11.2 可编程控制器的产生21.3 可编程控制器的分类41.4 可编程控制器的特点61.5 PLC的主要功能92 WinCC112.1 WinCC的概述112.2 WinCC和Windows112.3 WinCC主要功能概述133.系统功能设计143.1设计的具体任务143.2设计内容143.3 方案及控制过程144 编写控制程序194.1 卸料小车自动控制程序194.2 胶带机控制程序294.3 模拟量转换324.4上位机画面制作:36参考文献38致 谢391 序言1.1 西门子PLC系统概述大、中型 PLC一般采用模块式结构,用搭积木
8、的方式来组成系统,模块化 PLC由机架和模块组成。S7-300是模块化的中小型 PLC,适用于中等性能的控制要求。品种繁多的 CPU模块、信号模块和功能模块能满足各种领域的自动控制任务,用户可以根据系统的具体情况选择合适的模块,维修时更换模块也很方便。当系统规模扩大和更为复杂时,可以增加模块,对 PLC进行扩展。简单实用的分布式结构和强大的通信联网能力,使其应用十分灵活。S7-300的编程软件 STEP 7功能强大,使用方便,指令集包含 350多条指令。STEP 7通过带标准用户接口的软件工具来为所有的模块设置参数,可以节省用户学习的时间和培训的费用。随着 PLC产品性能的提高,操作员监控技术
9、(HMI人机接口)也得到了广泛应用。 S7-300已将 HMI服务集成到操作系统内,因此大大减少了人机对话的编程要求。 SIMATIC 人机界面(如 WinCC软件)从 S7-300中获得数据,S7-300按用户指定的刷新速度自动地传送这些数据。总之,S7-300 PLC有以下几方面的特点:(1) 模块化微型 PLC系统,满足中、小规模的性能要求。(2) 由不同档次的 CPU、各种各样的功能模块和 I/O模块可供选择,可以非常好地满足和适应自动化控制任务。(3) 简单实用的分布式结构和多界面网络能力,使应用十分灵活。(4) 方便用户,有简易的无风扇设计。(5) 当控制任务增加时,可自由扩展。(
10、6) 大量的集成功能使它功能非常强劲。(7) 扩展温度范围从-25+70。(8) 易于操作、编程、维护和服务。(9) 低成本的自动化系统解决方案。 (10)S7-300 PLC外形如图1.1所示。图1.1 S7-300 PLC (1电源模块 2后备电池 3DC24V连接器 4模式开关 5状态和故障指示灯 6存储器卡 7MPI多点接口 8前连接器 9前盖 )1.2 可编程控制器的产生20世纪 60年代,电子技术的发展推动了控制电路的电子化,晶体管等无触点器件的应用促进了控制装置的小型化和可靠性的提高。60年代中期,小型计算机被应用到过程控制领域,大大提高了控制系统的性能。但当时计算机价格昂贵,编
11、程很不方便,输入 /输出信号与工业现场不兼容,因而没能在工业控制中得到推广与应用。20世纪 60年代末期,西方工业国家出现经济大萧条,作为工业龙头的汽车工业受到沉重打击。美国通用汽车公司(General Motors Corporation,GM)为了在激烈的市场竞争中战胜对手,摆脱困境,制定出多品种、小批量、不断推出新车型来吸引顾客的战略。但原有的控制系统由继电器和接触器等组成,灵活性差,不能满足生产工艺不断更新的需要。 1968年,GM为了改造汽车生产设备的传统控制方式,提出了以下 10条招标的技术指标:(1) 编程简单方便,可在现场修改程序。(2) 硬件维护方便,采用插件式结构。(3)
12、可靠性要高于继电器控制系统。(4) 体积小于继电器控制系统。(5) 可将数据直接送入管理计算机。(6) 成本可与继电器控制系统竞争。(7) 输入可以是 AC115V。(8) 输出在 AC115V、2A以上,能直接驱动电磁阀和接触器等。(9) 扩展时,原有系统只需要很小的改动。(10) 用户程序存储器的容量至少可扩展到 4KB。1969年,美国的数字设备公司(Digital Equipment Corporation,DEC)开发出世界上第一台能满足上述要求的样机,在 GM的汽车装配线上获得成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂、操作方便、可靠性高、使用灵活、体积小、寿命长等一系列优点很快就推
13、广到其他工业领域。随后德国、日本等国相继引进这一技术,使 PLC迅速在工业控制中得到了广泛应用。在可编程控制器的早期设计中虽然采用了计算机的设计思想,但只能进行逻辑(开关量)控制,主要用于顺序控制,所以被称为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller),简称 PLC。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展,微处理器被广泛应用于 PLC的设计中,使 PLC的功能增强,速度加快,体积减少,成本下降,可靠性提高,更多地具有了计算机的功能。除了常规的逻辑控制功能外,PLC还具有模拟量处理、数据运算、运动控制、 PID(Proportional-Integral-Diff
14、erential)控制和网络通信等功能,易于实现柔性制造系统 (Flexible Manufacturing System,FMS),因而与机器人及计算机辅助设计/制造(Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing,CAD/CAM)一起并称为现代控制的三大支柱。此外,可编程控制器在设计中还借鉴了计算机的高级语言,给实际应用带来了方便。为了使其生产和发展标准化,美国电气制造商协会(National Electrical Manufacturers Association, NEMA)经过调查,将其正式命名为 Programmable Con
15、troller,简称 PC,并给 PC作了如下定义。 “PC是一个数字式的电子装置。它使用了可编程的记忆体存储指令,用来执行诸如逻辑、顺序、定时、计数与运算等功能,并通过数字或模拟的输入/输出模块控制各种机械或工作过程。一部数字电子计算机若是从事执行 PC的功能,亦被视为 PC,但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”由于 PC容易与个人计算机(Personal Computer)的缩写相混淆,因而人们仍沿用 PLC作为可编程控制器的简称。国际电工委员会(International Electrotechnical Commission,IEC)颁布的 PLC的定义为:可编程控制器是一种数字运
16、算操作的电子系统,专为在工业环境下的应用而设计。它采用可编程的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出来控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备,都应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设计。总之,可编程控制器是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口,并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器并不针对某一具体工业应用。在实际应用时,其硬件应根据具体需要进行选配,软件则根据实际的控制要求或生产工艺流程进行设计。 1.3 可编程控制器的分类PLC分类方法有多种,按规模(即 I
17、/O点数)可分为大、中、小型,按结构可分为整体式和组合式。在实际应用中通常都按 I/O点数来分类。 (1)根据 I/O点数分类 I/O点数表明 PLC可以从外部接收多少输入量和向外部输出多少个输出量,即 I/O点总数在 256点以下的 PLC称为小型 PLC。小型 PLC体积小,结构紧凑,整个硬件融为一体,是实现机电一体化的理想控制器,也是一种在实际控制中应用得最为广泛的机型。小型 PLC一般有逻辑运算、定时、计数、移位等功能,适用于开关量的控制,可用来实现条件控制、定时 /计数控制、顺序控制等。新一代的小型 PLC都具有算术运算、浮点数运算、函数运算和模拟量处理的功能,可满足更为广泛的需要。
18、 I/O点数在 256点1024点之间的 PLC为中型 PLC。中型 PLC在逻辑运算功能的基础上增加了模拟量处理、算术运算、数据传送、数据通信等功能,可完成既有开关量又有模拟量的复杂控制。中型 PLC的编程器有便携式和带有 CRT/LCD的智能图形编程器供用户选择。后者为用户提供了更直观的编程工具,梯形图能直接显示在屏幕上。用户可以在屏 幕上直观地了解用户程序运行中的各种状态信息,方便了用户程序的编写和调试,提供了良好的监控环境。 I/O点数在 1024点以上的 PLC为大型 PLC。大型 PLC功能更加完善,具有数据处理、模拟调节、联网通信、监视、存储、打印等功能,可以进行中断控制、智能控
19、制、远程控制。大型 PLC的通信联网功能强,可以构成 3级通信网络,并作为分布式控制系统中的上位机,能实现大规模的过程控制,构成分布式控制系统或整个工厂的集散控制系统,实现工厂管理的自动化。大型 PLC的用户程序存储器容量更大,扫描速度更快,可靠性更高,指令更丰富,如功能指令包括浮点运算、三角函数等运算指令,PID可处理多达 32个回路的控制。而且大型 PLC自诊断功能极强,不仅能指示故障的原因,还能将故障发生的时间存储起来,以便于用户事后查询。此外还能采用高级语言(如 BASIC语言等)编写用户程序,能扩展成冗余系统,进一步提高了系统的可靠性。 (2)根据结构分类从结构类型上分,PLC可分为
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