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1、皮带秤控制系统 PLC 软件设计方案第一章 总体设计方案1.1皮带秤的工作原理通过产臂上皮带装置及料的重量测定流量，由电磁振动给料机控制给料量，连续计量秤。优点连续计量，缺点动态计量影响精度。称重给料机将经过皮带上的物料，通过称重秤架下的称重传感器进行检测重量，以确定皮带上的物料重量；重量信号送入皮带给料机控制器，产生并显示累计量/瞬时量。给料控制器将该量与设定量进行比较,由控制器输出信号控制变频器，实现定量给料的要求。可由上位PC机设定各种相关参数，并与PLC实现系统的自动控制。它可以采用两种运行方式：自动方式和半自动/手动方式。图 1-1 系统控制流程图1.2 系统的基本功能监控功能：对皮
2、带称配料过程的瞬时流量、日累计、月累计、年累计等参数进行检测和监视；画面显示：通过计算机显示器可显示配料过程中有关控制参数的运行状况，以及显示实时配料曲线和表格；通讯功能：工控机与 PLC 和仪表之间进行可进行双向数据及信息交换；数据处理：配料系统可自动对采集的信号进行运算处理，并输出到相应的控制量； 控制功能：根据操作前相应的设定值，自动控制设备的正常运行，包括 PID 调节； 报警功能：上位机以画面方式和声光信号方式对各种参数超限或设备状态异常进行报警。1.3系统的组成自动配料系统中，设置上位机进行配料、料流计量控制，建立配料模型，统计打印， 下位机采用 PLC 进行皮带顺序控制、电磁振动
3、给料机变频控制。皮带输送机用变频器驱动控制，确保系统配料误差0.5 %。配料系统由 8 条皮带秤配料线组成，8 台皮带秤分别编号为 1#, 2#, 3#、4#、5#、6#、7#、8#，每台秤上分别输送不同的料。系统中每台秤均由可编程控制器(PLC)和上位机(主机)实现两级控制。整个配料混合系统由料仓、混合机、称重模块、电磁振动给料机、放料闸门等装置及控制系统构成。控制系统采用 PLC 控制、上位机管理的方式设计。(1)工业现场工业现场包括驱动皮带的电动机，皮带秤秤体，称重传感器、控制电振给料机的变频器，料斗料位传感器，各种电磁阀，西门子可编程控制器及其扩展模块等。PLC 采集电机、电磁阀、变频
4、器等有关的控制对象的信息，经过对输入信息的处理， 反馈控制监控对象，将信息送入上一级监控机(上位机)。另一方面接受监控机(上位机) 的控制指令，通过对输入和操作指令的分析、判断，进行综合处理，输出控制信号，控制变频系统的工作，完成监控机对监控对象的实际控制。本系统中，实行一台变频器对一台电振给料机控制。用PLC 输出的数字量信号作为变频器的控制端输入信号，通过接受PLC 的信号控制电机转速大小，并且向PLC 反馈自身工作状态信号;当发生故障时，向 PLC 及上位机发出报警信号。变频器对电振给料机的控制具有完善的自我保护和电机保护功能。为了保证系统的可靠性，应采用较高性能的 PLC，选择合适的工
5、业现场应用的数据采集模块，选用合适的变频器。(2)控制室由一台控制计算机(PC)以及打印机、组态软件等组成。上位 PC 接受 PLC 采集的信息，对监控对象进行故障报警以及参数显示，向下属 PLC 发送控制信息。在本系统中， 它具有生产工艺流程图显示、电机启动停止控制、变频器工作状态显示、事故报警显示、变频器运行参数设置和显示等功能。图1-2 系统结构示意图第二章 相关内容简介2.1 PLC 的结构和工作原理2.1.1 PLC 的结构PLC 的实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上是与微型计算机相同的，如下图所示。1.中央处理单元(CPU)图 2-1 PLC 的结构中央处理单元(C
6、PU)是 PLC 的控制中枢。它按照 PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/0 以及警戒定时器的状态， 并能诊断用户程序中的语法错误。2.存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。3.电源PLC 的电源在整个系统中起着十分重要的作用。一般交流电压波动在 10%-15%范围内，可以不采取其它措施而将 PLC 直接连接到交流电网上去。4.输入输出元件(I/O 模块)I/O 模块是 CPU 与现场 I/O 装置或其它外部设备之间的连接部件。将外部输入信号变换成CPU 能接受的信号，或将 CPU 的输出信号变
7、换成需要的控制信号去驱动控制对象，以确保整个系统正常工作。5.编程器编程器适用于用户程序的编制、编辑、调试检查和监视，还可以通过其键盘去调用和显示 PLC 的一些内部状态和系统参数。它通过通讯端口与CPU 联系，完成人机对话连接。6.外部设备一般 PLC 都配有盒式录音机、打印机、EPA 写入器、高分辨率屏幕彩色图形监控系统等外部设备。2.1.2 PLC 的工作原理PLC 采用了一种不同于一般计算机的运行方式，即扫描方式。1.工作过程当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段，如下图所示。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PL
8、C 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1)输入采样阶段图 2-2 PLC 的工作过程在输入采样阶段，PLC 以扫描方式依次读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映象区中相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。2)用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各
9、触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对
10、排在其上面的程序起作用。3)输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC 就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU 按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时才是 PLC 的真正输出1 。2.扫描周期PLC 的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示。一个周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间之和。2.1.3 PLC 的分类图 2-3 PLC 的扫描周期1.小型 PLC小型 PLC 的 I/O 点数一般在 128 点以下，具有体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O 以外，还可以连接模拟量I/O 以及其它各种特殊功
11、能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。2.中型 PLC中型 PLC 采用模块化结构，其 I/O 点数一般在 2561024 点之间。I/O 的处理方式除了采用一般 PLC 通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。3.大型 PLC大型 PLC I/O 点数一般在 1024 点以上。大型 PLC 的软、硬件功能极强，具有极强的自诊断功能;通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生
12、产管理自动化。大型PLC 还可以采用三 CPU 构成表决式系统，使机器的可靠性更高。我国市场上流行的有如下几家产品:1)施耐德公司，包括早期天津仪表厂引进莫迪康公司的产品，目前有 Quantum、Premium、Momentum 等产品;2)罗克韦尔公司(包括 AB 公司)PL 产品，目前有 SLCMicro Logix、Control Logix等产品;3)西门子公司的产品，目前有 SIMATIC S7-400/300/200 系列产品;4)GE 公司的产品;5)日本欧姆龙、三菱、富士、松下等公司产品，其中使用较多的是三菱公司 FX1、FX2、Q 等系列产品。在此，考虑到西门子 (Sieme
13、ns)PLC 在中国市场的占有率较高，故选用西门子(Siemens)系列的 PLC；再考虑到系统本身功能实现的要求（要求响应迅速、精度高），故选用模块化的 S7-300 PLC。2.2 STEP 7综述PLC控制软件使用西门子STEP7软件开发，STEP7是用于SIMATIC可编程逻辑控制器的组态和编程的标准软件包。STEP7 中集成的 SIMATIC 编程语言和语言表达式符合EN61131-3或IEC 1131-3标准。标准软件包运行再操作系统Windows下并与Windows的图形对象和面向对象的操作原则相匹配。标准软件包的功能: 标准软件支持自动任务创建过程的各个阶段 。基于此，本设计选
14、用STEP7 V5.1进行程序开发。使用 STEP 7 软件可对 S7300 进行编程。而且，能简单方便的将 S7300 全部功能加以利用。STEP 7 包含了自动化项目中从项目的启动、实施到测试以及服务，每一阶段所需的全部功能。2.2.1 STEP 7 的组成STEP 7 是用于 SIMATIC PLC 组态和编程的基本软件包。它包括功能强大、适用于各种自动化项目任务的工具。使用 STEP 7 可完成一些比较大或比较复杂的应用。STEP 7 包括以下组件：1 SIMATIC 管理器，用于集中管理所有工具以及自动化项目数据2 程序编辑器，用于以 LADFBD 和 STL 语言生成用户程序3 符
15、号编辑器，用于管理全局变量4 硬件组态，用于组态和参数化硬件5 硬件诊断，用于诊断自动化系统的状态6 NetPro，用于组态 MPI 和 PROFIBUS 等网络连接 32.2.2 工程创建基本任务和步骤我们先来了解一下 STEP7 V5.1 工程创建的基本任务和基本步骤：（1）基本任务当用 STEP 7 创建一个自动化解决方案时，有一系列的基本任务。下图所示为大多数项目需要执行的任务，并把这些任务分配到基本程序中。它会对我们整个工程的设计起一个基本的指导作用。设计控制器组态生成用户程序在程序中调用块定义局域符号启动 STEP7 并创建一个项生成参考数据组态硬件连接连网各个站组态模版组态硬件和连接下载程序定义符号测试程序并调试打印和其它图 2-4 创建一个自动化项目的基本步骤西门子开发的 STEP 7 是西门子的 S7-300 系列 PLC 所用的编程语言，它是一种可运行于通用微机中，在WINDOWS 环境下进行编程的语言。将它通过计算机的串行口即可进行相互间的通信。通过 STEP 7 编程软件，不仅可以非常方便地使用梯形图和语句表等形式进行离线编
