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1、洛阳理工学院毕业设计（论文） I 基于 PLC 的自控轧钢机监控系统设计 摘 要 钢铁以成为全球广泛应用的主要基础材料。用轧制方法生产钢材，具有生产率高、 品种多、生产过程连续性强、易于实现机械化和自动化等优点，约90%的钢材都是用轧 制方法生产的。目前，我国已引进了世界上主要的先进轧钢机械和轧制技术，并在不 断创新中逐步推广、应用和发展。PLC在国内外已广泛应用于各个行业， 随着现代工 业的迅速发展，PLC在工厂生产中已经非常重要，不仅提高工作效率，而且减少不必要 的资金投入。本设计是基于PLC的轧钢机控制系统，主要采用S7-200系列机型进行程序 设计，利用组态王软件对自动轧钢机进行画面组
2、态。 关键词： PLC，轧钢机，组态王软件 洛阳理工学院毕业设计（论文） II DESIGN OF CONTROLLED ROLLING MILL CONTROL SYSTEM BASED ON PLC ABSTRACT Wider use of steel in order to become the worlds major basic materials. Production of steel with the rolling method, with high productivity, variety, continuity of the production process, e
3、asy to achieve the advantages of mechanization and automation, about 90% of the steel is produced with the rolling method. At present, China has introduced the worlds leading advanced rolling machines and rolling technology, and gradually promote innovation, application and development. PLC has been
4、 widely used in various industries at home and abroad, with the rapid development of modern industry, PLC in the factory has been very important, not only to improve efficiency and reduce unnecessary investment. This design is based on the PLCs rolling mill control system, mainly for S7-200 series a
5、ircraft program design, use Configuration software for the automatic rolling machine configuration screen. Key words: PLC,Rolling mill ,Configuration software 洛阳理工学院毕业设计（论文） III 目 录 前 言.1 第 1 章 概 述.2 1.1 PLC 的基本组成与各部分的作用.2 1.1.1 PLC 的基本组成.2 1.1.2 PLC 各部分的作用.2 1.2 PLC 的主要特点.3 1.3 PLC 的发展趋势 .4 1.4 轧钢机
6、的简介 .5 1.4.1 轧钢机的发展 .5 1.4.2 轧钢技术的发展前景 .7 第 2 章 硬件设计.8 2.1 PLC 机型选择.8 2.1.1 S7-200 PLC 特性.8 2.1.2 S7-200 主要功能模块介绍.8 2.1.3 S7-200PLC 工作原理.9 2.2 I/O 分配表及其端子接线图.10 2.3 主电路的设计 .12 第 3 章 软件设计.13 3.1 软件的组成及作用 .13 3.1.1 软件的分类 .13 3.1.2 应用软件的编程语言 .13 3.2 工作流程图.13 3.3 梯形图 .15 洛阳理工学院毕业设计（论文） IV 3.4 组态王软件设计 .1
7、8 3.4.1 建立新建工程 .18 3.4.2 构造数据库 .24 第 4 章 软硬件调试实现监控功能.28 总 结.31 谢 辞.32 参考文献.33 附 录.34 外文资料翻译.39 洛阳理工学院毕业设计（论文） 1 前 言 可编程控制器（Programmable Controller,，英文缩写为 PC、后又称为 PLC）是以 微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和 通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。它面向控制过程、面向用户、 适应工业环境、操作方便、可靠性高，成为现代工业控制的三大支柱之一。PLC 控制 技术代表着当前程序控制的先进水
8、平，PLC 装置已成为自动化系统的基本装置。 PLC 是由继电器逻辑系统发展而来，主要用在离散制造、工序控制，初期主要是 代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。PLC 在过程控制的发展将是与现 场总线技术结合，发展向下拓展功能，开放总线。进入 90 年代以来，世界 PLC 的年 平均销售额在 55 亿美元以上，其中我国约占 1%。当前，PLC 在国际市场上已成为最 受欢迎的工业控制畅销产品，用 PLC 设计自动控制系统已成为世界潮流。目前，西门 子、欧姆龙和三菱等几家公司的 PLC 应用较为广泛。本设计主要用西门子公司的 S7- 200 系列小型 PLC 和目前较为流行的组态王 6.5
9、 软件为主要工具，设计自动送料装车 运行及监控系统，实现自动送料装置的基本运行，详细介绍了组态王 6.5 软件的功能及 命令语言的编辑，实现了对系统的监控功能。 本设计是基于 PLC 的轧钢机控制系统，利用传感器 S1 来检测传送带上有无钢板， 若 S1 有信号（即开关为 ON） ，表示有钢板，电机 M3 正转，信号指示灯 MZ 亮。S1 的信号消失（即为 OFF） ，检测传送带上钢板到位的传感器 S2 有信号（为 ON） ，表示 钢板到位，电磁阀动作，电机 M3 反转，指示信号灯 MF 亮。此时，Y 给一向下压下 量，S2 信号消失，S1 有信号，电机 M3 正转如此重复上述过程。 由于时间
10、仓促，加之理论水平的限制，论文中难免有疏漏和不足之处，恳请老师 和读者指正。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 2 第 1 章 概 述 可编程序控制器(Programmable Controller)原本应简称 PC，为了与个人计算专称 PC 相区别，所以可编程序控制器简称定为 PLC(Programmable Logic Controller)，但并 非说 PLC 只能控制逻辑信号。PLC 是专门针对工业环境应用设计的，自带直观简单并 易于掌握编程语言环境的工业现场控制装置1。 1.1 PLC 的基本组成与各部分的作用 1.1.1PLC 的基本组成 PLC 的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，
11、但结构与工作原理则大同小异， 通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成2。 PLC 的硬件系统结构如图 1-1 所示。 电电源源 I I/ /O O 扩扩 展展 单单 元元 输输入入设设备备 输输出出设设备备 输输 出出 接接 口口 输输 出出 接接 口口 外外 部部 设设 备备 接接 口口 输输 入入 接接 口口 I I/ /O O 扩扩 展展 接接 口口 主主机机 P PL LC C 编编程程器器 打打印印机机 磁磁带带机机 算算机机 扫扫描描仪仪 打打印印机机 磁磁带带机机 计计 扫扫描描仪仪 C CP PU U 存存储储器器 用用户户 程程序序 数数
12、据据 C CP PU U 系系统统 程程序序 按按钮钮 行行程程 触触点点 按按钮钮 开开关关 触触点点 电磁阀 指示灯 电磁线圈 图 1-1 硬件系统结构 1.1.2 PLC 各部分的作用 1主机 主机部分包括中央处理器（CPU） 、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 3 CPU 是 PLC 的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断 和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出 端，并响应外部设备（如电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC 的 内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放
13、系统管理和监控程序及对用户 程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序 及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。 2输入/输出（I/O）接口 I/O 接口是 PLC 与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、 传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功 放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等） 。I/O 接口一般采用光电耦合 电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O 点数即输入/输出端子数是 PLC 的一 项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过
14、千点。 3电源 图中电源是指为 CPU、存储器、I/O 接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳 压电源，通常也为输入设备提供直流电源。 4编程 编程是 PLC 利用外部设备，用户用来输入、检查、修改、调试程序或监示 PLC 的 工作情况。通过专用的 PC/PPI 电缆线将 PLC 与电脑联接，并利用专用的软件进行电脑 编程和监控。 5输入/输出扩展单元 I/O 扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机） 连接在一起。 1.2 PLC 的主要特点 1.高可靠性 （1）所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与 PLC 内部电路之 间电气上隔离。 （2
15、）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 （3）采用性能优良的开关电源。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 4 （4）对采用的器件进行严格的筛选。 （5）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU 立即采用有 效措施，以防止故障扩大。 （6）大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统,使可靠 性更进一步提高3。 2丰富的 I/O 接口模块 PLC 针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流； 脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备，如：按钮； 行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈
16、；控制阀等直接连接。 另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网 络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。 3采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型 PLC 以外，绝大多数 PLC 均采用模 块化结构。PLC 的各个部件，包括 CPU，电源，I/O 等均采用模块化设计，由机架及电 缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。 4编程简单易学 PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要 具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。 5安装简单，维修方便 PLC 不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各 种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示 装置，便于用户了解运行情况和查找故障。 由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法， 使系统迅速恢复运行。 1.3PLC 的发展趋势 20 世纪 70 年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引 入可编程控
