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1、金陵科技学院学生毕业设计 目录目 录 中文摘要英文摘要1绪论3 1.1课题来源及现实意义3 1.1.1课题来源3 1.1.2 现实意义3 1.2设计任务与总体方案的确定3 1.2.1设计任务3 1.2.2总体设计方案的确定32 PLC与自动化软件42.1 PLC的发展历史42.2 PLC的硬件和软件4 2.2.1 PLC的硬件构成4 2.2.2 PLC的软件构成52.3 PLC系统的辅助设备62.4 PLC的通讯联网62.5 PLC的注意事由62.6自动化软件发展历史及定义.72.7发展趋势.82.8监控组态软件WINCC的简介和应用.92.8.1 WINCC简介.92.8.2 WINCC的特
2、点 103自动配料系统简介.123.1自动配料系统的特点.123.2自动配料系统的组成.123.3配料技术的最新进展.124自动配料系统设计.144.1配料系统的设计.144.1.1 称重方式选择144.1.2 给料方式选择154.1.3 生产线结构.154.2配料系统的组成.154.3 输送装置的设计.164.4 计量系统的设计.164.4.1 称重元件设计164.4.2 测速元件的设计.185控制系统设计.205.1 控制系统硬件设计.205.1.1 PLC的选配.205.1.2 称重仪表的选配.215.1.3 操作站的选配.225.2 控制系统软件设计.235.2.1称量仪表参数设定.2
3、3 5.2.2 PLC程序编制.236操作站wincc组态.277 总结31参考文献32附录A：PLC原程序梯形图3336金陵科技学院学生毕业设计 PLC概论 1 绪论 1.1课题的来源及现实意义 1.1.1 课题的来源 自动配料系统是一个针对各种不同类型的物料（固体或液体）进行输送、配比、加热、混合以及成品包装等全生产过程的自动化生产线。广泛应用于化工、冶金、建材、食品、饲料加工等行业。在氧化铝生产及其它工业生产中，经常会遇到多种物料配比控制的情况。在手动控制状态下，需要根据生产情况，计算出各物料的配比，再根据配比，分别计算出各物料的理想下料量，对各台设备分别设定，来满足配比的要求。当生产情
4、况发生变化，需要改变下料量时，则需要再次分别计算各物料的设定值，再次分别设定。这种人工操作方式计算,操作时间长，且容易出错，给生产带来不良因素。而采用PLC控制方式以及新颖的变频调速喂料机构，配合配料控制软件包，实现物料传送、配料控制、配方设计、生产数据管理等功能。并可以通过网络实现多个配料系统的集合控制。1.2设计任务与总体方案的确定1.2.1设计要求使用siemens公司的可编程序控制器及Wincc组态软件。设计满足控制要求的自动配料控制系统。并完成：1主电路设计，并画出接线示意图。2. 分配I/O地址，列出分配表。3. 设计系统控制的程序框图。4. 根据程序框图设计该系统的控制梯形图。
5、5. 上机调试通过。6. 利用Wincc组态软件对系统进行模拟运行1.2.2 控制要求本设计针对氧化铝生产工艺中的自动配料系统。1. 自动配料将完成3种物料（石灰石、铝矿石、无烟煤）的自动配比控制；2. 控制方式为主从比例控制方式；3. PLC要实现各种物料下料量的采集、喂料装置的启停、物料下料量的控制；4. 组态操作界面能显示设备的运行、停车、故障；5. 操作界面要求显示每种物料的下料设定值、实际下料值；通过界面上设置的启动、停车按钮实现整个系统的开停；2 PLC与自动化软件2.1 PLC的发展历史在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护
6、动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。 个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。 PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：
7、可编程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。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、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，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序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。 上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、
8、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。2.2 PLC的硬件和软件2.2.1 PLC的硬件构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。CPU的构成：CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场
9、输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进
10、行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。I/O模块：PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。 开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变
11、化的量。常用的I/O分类如下： 开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。电源模块：PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电
12、源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。2.2.2 PLC的软件构成1.系统软件系统软件包含3个部分：（1）.系统管理程序。其作用一是运行时间管理，控制可编程控制器何时输入，何时输出，何时计算，何时自检，何时通信。二是存储空间管理，规定个中参数，程序的存放位置，以生成用户环境。三是系统自检程序，包括各种系统出错检验，用户程序语法检验，句法检验，警戒时钟运行。用户指令解释程序。用户指令解释程序是联系高级语言程序和机器码的桥梁。标准程序模块及其调用程序。这是许多独立的程序块，各程序块具有不同的功能。（2）.用户程序用户程序即是应用程序，使PLC的使用者针对具体控制要求编制的程序。根据不同的控制要求编制不同的程序，这相当于改变PLC的用途，相当于继电器控制设备的硬接线线路，也正是所谓“可编程”一词的基本含义。2.3 PLC系统的辅助设备1.编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当
