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1、分布式控制课程设计分布式控制课程设计 设 计 题 目 冷加工生产线上钻孔动力头的加工过程 学 校 院 系 机械工程学院 设 计 人 员 指 导 教 师 目目 录录 任务描述任务描述 1 控制任务和要求控制任务和要求 1 方案分析方案分析 2 硬件配置及硬件配置及 I O 接线图接线图 2 1 PLC 外部接线图 2 2 系统硬件配置 2 I 0 地址分配地址分配 4 程序设计程序设计 5 1 创建符号表 5 2 创建组织块 OB1 6 STEP 7 仿真调试及运行仿真调试及运行 7 1 调试方案确定 7 2 软件仿真调试 7 WINCC 介绍介绍 7 1 简介 7 2 突出优点 7 SIMAT
2、IC WINCC 仿真仿真 8 1 创建新的驱动程序 8 2 建立变量表 8 3 创建运行画面 9 设计总结设计总结 11 参考文献参考文献 14 1 任务描述任务描述 在各种形式的工件加工过程中 以快进 工进 快退作为生产流动方式的工艺过程得到 了广泛的应用 设计控制器的原则是 1 可以根据实际工艺过程 设定具体的控制点 2 各具体要求的工艺过程能够很好的保持彼此间的关系 3 根据总体规模的大小要求 能够自由调整控制点个数 为简单起见 将限位开关假设为一开关按钮 系统组成如图 1 所示 在每动力头碰到限 位开关时 相应的按钮被按下 图 1 系统组成 控制任务和要求控制任务和要求 1 动力头在
3、原为 压下限位开关 SL0 时 按启动按钮 接通电磁阀 YV1 动力头快 进 2 动力头碰到限位开关 SL1 后 接通电磁阀 YV1 和 YV2 动力头由快进转为共进 3 动力头碰到限位开关 SL2 后 延时 3s 4 延时时间到 接通电磁阀 YV3 动力头快退 2 5 动力头退回到原位后 碰到限位开关 SL0 停车 方案分析方案分析 动力头加工过程控制装置是由两大部分组成 电动机起停和限位开关 电动机起停主要 有关不同工位电动机的开关与工件所在位置的关系 能完成任务中的相应要求 避免不工作 的工位电机也保持转动 限位开关主要用于判断工件所处的工位 两个主要块在编写程序的 过程中需注意以下几点
4、 a 各工位要有准确的顺序 不能存在逻辑上的混乱 b 当退回是 一定要确保进位电磁阀保持断开 形成互锁 以免破坏系统 c 尽可能的简短 PLC 的扫描周期 以便提高系统的运算速度 d 减少暂时不产生作 用却仍处接通状态的继电器的数量 以此减少能耗 使程序更加合理 硬件配置及硬件配置及 I O 接线图接线图 1 PLC 外部接线图 根据控制要求 控制台设计描述 PLC 外部接线图如图 2 所示 用小开关模拟各输入 信号 通过观察 LED 及蜂鸣器 检查程序的运行情况 图 2 PLC 的输入 输出接线图 2 系统硬件配置 本系统对 PLC 的 I O 总要求为 6 个开关量输入点 5 个开关量输出
5、点 综合考虑各方 3 面因素及进一步发展的要求 设计选择西门子 S7 300 系列 PLC 为控制核心 CPU 模块可选 用 CPU315 2 图 3 系统硬件配置状况 I 0 地址分配地址分配 开关量输入 输出模块的位置 决定了接入系统中模块 I O 端子的物理地址 以便于程 序设计 本系统的 I O 地址分配如图 5 所列 图 4 I O 地址分配表 程序设计程序设计 应用程序是 PLC 控制系统设计的关键环节之一 对于一个较复杂的控制系统 在具体设 计应用程序之前 一般先要选择合理的程序结构 合理的程序结构 不但能使编程工作简化 程序执行效率高 可读性强 可维护性好 而且还能起到事半功倍
6、的效果 线性化程序结构式小型 简单控制系统最常使用的结构 其特点是整个控制程序都放在 组织块 OB1 中 4 图 5 程序设计流程图 图 6 指示灯和音响运行图 1 创建符号表 用 STEP7 符号表定义控制装置的全局变量 已在图 4 中定义 2 创建组织块 OB1 控制装置系统的主程序循环块 OB1 中的梯形图程序如图 7 所示 5 图 7 控制装置的 OB1 程序 STEP 7 仿真调试及运行仿真调试及运行 1 调试方案确定 6 在使用 S7 PLCSIM Simulating Modules STEP7 组件正式运行之前 先定义各种运 行状态 以便查找程序可能产生的错误 先接通 M0 0
7、 观察 a Q0 0 是否接通 b 电磁阀 YV1 是否接通并亮灯 先断开 M0 0 接通 M0 1 同时接通 M0 2 观察 a Q0 1 Q0 2 触点是否保持接通 b 电磁阀 YV1 YV2 触点是否接通并亮灯 c 其他中间继电器是否处于关闭状态 保持接通 M0 1 断开 M0 2 再接通 M0 3 观察 a 中间继电器 Q0 4 是否置位为 1 b 电磁阀 YV1 YV2 触点是否断开并停止亮灯 c 计下 T1 的计时状态 看是否达到要求 在 T1 达到计时结束时 M0 1 是一直保持接通的 观察 a 电磁阀 YV3 是否得电亮灯 b 中间继电器 Q0 4 是否复位 断开 M0 1 观
8、察 a 观察 Q0 4 是否断开接通 b 电磁阀 YV3 是否得停止亮灯 2 软件仿真调试 用组件 S7 PLCSIM Simulating Modules 对所编写的程序仿真调试 按照确定的调 试方案 结果如下图所示 图 8 系统开始按下 SB 开始按钮状态图 图 9 动力头碰到限位开关 SL1 状态图 图 10 动力头碰到限位开关 SL2 后 T1 计时状态图 7 图 11 T1 计时完毕状态图 图 12 动力头碰到限位开关 SL0 状态图 WinCC 的简介的简介 1 简介 从面市伊始 用户就对 SIMATICWinCC Windows Control center 印象深 刻 一方面
9、是其高水平的创新 它使用户在早期就认识到即将到来的发展趋势并予以实现 另一方面 是其基于标准的长期产品策略 可确保用户的投资利益 凭籍这种战略思想 WinCC 这一运行于 Microsoft Windows 2000 和 XP 下的 Windows 控制中心 已发展成为欧洲市场中的领导者 乃至业界遵循的标准 如果你想使设备和机器 最优化运行 如果想最大程度地提高工厂的可用性和生产效率 WinCC 当是上乘之选 2 突出优点 多功能 通用的应用程序 适合所有工业领域的解决方案 多语言支持 全球通用 可以集成 到所有自动化解决方案内 内置所有操作和管理功能 可简单 有效地进行组态 可基于 Web
10、持续延展 采用开放性标准 集成简便 集成的 Historian 系统作为 IT 和商务集成的 平台 可用选件和附加件进行扩展 全集成自动化 的组成部分 适用于所有工业和技 术领域的解决方案 实例证明 WinCC 集生产自动化和过程自动化于一体 实现了相互之间的整合 这在大量应用和各 种工业领域的应用实例中业已证明 包括 汽车工业 化工和制药行业 印刷行业 能源供 应和分配 贸易和服务行业 塑料和橡胶行业 机械和设备成套工程 金属加工业 食品 饮料和烟草行业 造纸和纸品加工 钢铁行业 运输行业 水处理和污水净化 其他作用 WinCC 是 SIMATIC PCS 7 过程控制系统及其它西门子控制系
11、统中的人机界面组件 WinCC 还为垂直市场解决方案提供有丰富的选件 options 和附加件 add ons 通过利用 FDA 选件 并在工程与组态时采取适当的措施 这在白皮书中已阐明 SIMATIC WinCC 符合制药和食品行业 FDA 21 CFR Part 11 的要求 FDA 美国食品和药物管 理局 众多的任选件 将使工厂认证更为容易 而这种认证为这些工业领域的各种要求更 是提供了非常有说服力的全面响应 例如 已开发出了一些应用于垂直市场 如供水行业的 WinCC 附加件 应用 Sinaut ST7cc 的远程控制系统 应用 PM Aqua 的归档和记录系统 应用 Siwa Pla
12、n 的运行成本优化 系统 应用 FunkServer Pro 的报警管理系统等 8 SIMATIC WinCC 仿真仿真 WinCC 是 SIMATIC PCS 7 过程控制系统及其他西门子公司的控制系统中的人机界面组件 WinCC 为垂直市场的解决方案提供了丰富的选件和附加件 众多的选件将使工厂认证更为容 易 而这种认证更是对工业领域的各种要求做出了非常有说服力的全面相应 为了集成到任何公司内的任何自动化解决方案中 WinCC 提供了所有最重要的通信通道 用于连接到 SIMATIC S5 S7 505 控制器的通信 以及如 ProfibusDP FMS DDE 等非专用通道 亦能以选件的形式
13、获得其他通信通道 由于所有的控制器制造商都为其硬件提供了相应的 OPC 服务器 因而事实上可以不受限制地将各种硬件连接到 WinCC 1 创建新的驱动程序 在 WinCC 中创建新的驱动连接 并在 MPI 中改变与 STEP7 中相同的机架号与插槽号 使 WinCC 与 STEP7 建立连接 2 建立变量表 在新建立的 cong 中建立如图 16 所示的变量名称 及相应的变量类型和参数 并且 该些变量必须与绘图编辑器产生连接 也要与 STEP7 中编写的变量一一对应 3 创建运行画面 使用 WinCC 软件创建运行画面 如图 17 所示 创建的运行画面既是现实的仿真画面 与现实情况相类似 并在
14、画面中的按钮分别与 2 中建立的变量建立连接 以产生运行效 果 最后将该画面 保存 后设为 启动画面 图 13 创建新的驱动程序 9 图 14 建立新的 WinCC 变量 图 15 创建仿真运行画面 10 图 16 系统开始按下 SB 开始按钮状态图 图 17 动力头碰到限位开关 SL1 状态图 11 图 18 动力头碰到限位开关 SL2 后 T1 计时完毕的状态 图 19 动力头碰到限位开关 SL0 状态图 设计总结设计总结 成果终于出来了 丛理论上来说还不错 就是有一点可惜就是没有好好的去做人机界面 优化 客户端等等 事实上我们接触这个软件还是第一次 时间还是这么的紧 任务很艰巨 12 同
15、时由于软件版本的问题 不能根据自己查的资料来顺利的进行人机界面设计 其实我自己 也感到挺遗憾的 好不容易有个机会来做点实用的东西 却是不能好好的把它给完善 心里 也挺遗憾的 看着自己做出来的东西还不够想象中的完美 你可以想象这种失落感 时间有 限 资料有限 等等 通过这次设计实践 我加深了对 PLC 的基本编程方法的认识 对 PLC 的工作原理和使用 方法也有了更深刻的理解 在对理论的运用中 提高了我们的工程素质 在没做实践设计以 前 我们对知道的都是思想上的 对一些细节不加重视 当我们把自己想出来的程序用到 PLC 中时 问题出现了 不是不能运行 就是运行的结果和要求结果不相符合 通过解决一
16、 个个在调试中出现的问题 我们对 PLC 的理解得到了加强 看到了实践与理论的差距 学习 探索 查资料 再学习 一次又一次的学习 我们慢慢地在体会 研究和感悟 终于体会到了做成一件真正属于自己的东西的那种喜悦感 成就感无与伦比 就是这种感觉 我很喜欢 以后我们的生活就是为之而奋斗 兴趣是自发形成的 而默契是慢慢培养出来的 当前的社会 科技迅速发展 知识更新速度大大加快 当今世界还有很多的领域有待开发 有待研究 只要我们共同去研究 去探索 就能用自己的双手去征服一片天空 用我们的力 量去打造一片创新的领域 参考文献参考文献 1 1 王兆义 杨新志 小型可编程控制器实用技术 北京 机械工业出版社 2006 10 2 2 廖常初 S7 300 400 PLC 应用技术 北京 机械工业出版社 2011 12 3 3 西门子 中国 自动化与驱动集团编 深入浅出西门子 S7 300 PLC 北京 北 京航空航天大学出版社 2004 8 4 4 甄立东 西门子 WinCC V7 基础与应用 机械工业出版社 2011 1 5
