基于組態(tài)軟件的多級皮帶機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文.doc

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1、 理工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于組態(tài)軟件的多級皮帶機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC Control System Design of Multistage Belt Conveyor Based on Configuration Software總計(jì)：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）36 頁表 格： 2 個(gè)插 圖 ： 16 幅 理 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）基于組態(tài)軟件的多級皮帶機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)PLC Control System Design of Multistage Belt Conveyor Based on Configuration Software 學(xué) 院（系）： 電子與電氣

2、工程系 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 指 導(dǎo) 教 師（職稱）： 評 閱 教 師： 完 成 日 期： 理工學(xué)院 Institute of Technology基于組態(tài)軟件的多級皮帶機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于組態(tài)軟件的多級皮帶機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè) 摘 要為了解決對多級皮帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)化控制問題，本文以四級皮帶機(jī)為例設(shè)計(jì)多級皮帶機(jī)PLC控制系統(tǒng)。首先，根據(jù)控制要求，分析控制流程，設(shè)計(jì)以PLC為核心控制器的硬件電路，再采用歐姆龍PLC編寫程序，在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行調(diào)試；同時(shí)，通過上位機(jī)組態(tài)軟件，根據(jù)控制對象和要求,建立組態(tài)監(jiān)控界面，實(shí)現(xiàn)組態(tài)界面與現(xiàn)

3、場數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)通信、交換和顯示，從而最終實(shí)現(xiàn)上位機(jī)組態(tài)軟件對下位機(jī)PLC控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，完成最終的基于組態(tài)軟件的多機(jī)皮帶機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞 歐姆龍PLC；皮帶機(jī)；組態(tài)軟件；監(jiān)控系統(tǒng) PLC Control System Design of Multistage Belt Conveyor Based on Configuration SoftwareElectrical Engineering and Automation Specialty Abstract：This paper takes four-stage belt conveyor for an example

4、to design multi-stage PLC control system in order to solve the problems about real-time monitoring and automation controlling for the transportation system of multilevel belt conveyor. Firstly, according to the control requirements, analyzing control flow, this paper designs the hardware circuit wit

5、h PLC control process for core, and then uses Omron PLC to program, debugs in the experiment box; Meanwhile, according to the control object and request, this paper establishes configuration control interface through the configuration software of upper unit, realizes the real-time communication, exc

6、hanging and displaying of the configuration interface with field data , achieves the upper units configuration software real-time monitoring and management for the lower PLC control system, finishes the PLC Control System design of multistage belt conveyor based on configuration software finally. Ke

7、y words: Omron PLC; belt conveyor; configuration software; monitoring system目 錄1 引言11.1 本課題設(shè)計(jì)意義11.2 本課題的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容及控制要求22 相關(guān)軟件介紹及監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)22.1 歐姆龍PLC簡介22.2 組態(tài)王6.5仿真軟件特點(diǎn)52.3 監(jiān)控系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)63 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)73.1 皮帶輸送機(jī)工作原理73.1.1 多級皮帶機(jī)系統(tǒng)雙向啟動(dòng)控制原理83.1.2 “順流啟動(dòng)”的控制原理83.2 設(shè)備選擇93.3 控制系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)103.4 PLC 開關(guān)量及外部接線的設(shè)計(jì)114 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)124.1

8、 PLC程序設(shè)計(jì)124.1.1 系統(tǒng)功能的分析與設(shè)計(jì)124.1.2 I/O信號的分析與PLC梯形圖設(shè)計(jì)134.2 組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)155 軟件調(diào)試195.1 軟件測試具體步驟195.1.1 程序下載195.1.2 組態(tài)調(diào)試及注意事項(xiàng)205.2 系統(tǒng)組態(tài)運(yùn)行結(jié)果21結(jié)束語24參考文獻(xiàn)25附錄一26附錄二30致謝31II1 引言在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)被認(rèn)為是發(fā)展最快的兩個(gè)分支，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是這兩個(gè)分支相結(jié)合的產(chǎn)物，它是工業(yè)自動(dòng)化的重要支柱。工業(yè)自動(dòng)化的廣泛使用能夠提高工廠裝備的技術(shù)水平、節(jié)約能源、降低能耗、促進(jìn)生產(chǎn)的柔性化和集成化；控制環(huán)境污染、改善勞動(dòng)條件、保證生產(chǎn)安全可靠

9、；提高產(chǎn)品質(zhì)量、發(fā)展品種、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率以及產(chǎn)品的國際競爭力。隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的迅速提高，計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的人性化互動(dòng)與系統(tǒng)定義要求也越來越高。僅僅實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制已經(jīng)無法滿足工業(yè)自動(dòng)化的要求，在對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對其運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)視具有更多的實(shí)際意義，因此對工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行自動(dòng)檢測控制和監(jiān)視管理的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。工控組態(tài)軟件成為開發(fā)工業(yè)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的一件有力武器?；诮M態(tài)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)人機(jī)對話界面簡單明了，宜于操作，實(shí)時(shí)性好，開發(fā)周期短，便于修改、擴(kuò)充、升級。并且它能夠很好的解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，使用戶能根據(jù)自己控制對象和

10、控制目的任意組太，實(shí)現(xiàn)組態(tài)界面與現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)通信、交換和顯示，從而最終實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，完成最終的自動(dòng)化控制工程。基于組態(tài)軟件的自動(dòng)化控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強(qiáng)大、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn).目前，已在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，采用工控組態(tài)軟件和PLC相結(jié)合進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和監(jiān)控已成為工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域一個(gè)必然的趨勢。1.1 本課題設(shè)計(jì)意義皮帶機(jī)是皮帶輸送機(jī)的簡稱，也叫帶式輸送機(jī)。皮帶機(jī)運(yùn)用輸送帶的連續(xù)或間歇運(yùn)動(dòng)來輸送各種輕重不同的物品，既可輸送各種散料，也可輸送各種紙箱，包裝袋等貨件，可單機(jī)輸送，也可多機(jī)組合成水平或傾斜的運(yùn)輸系統(tǒng)來輸送物料，用途廣泛。帶式輸送機(jī)具有輸送距離長、運(yùn)量大、連

11、續(xù)輸送等優(yōu)點(diǎn)，而且運(yùn)行可靠，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和集中化控制。 多機(jī)皮帶機(jī)的控制方式也多種多樣，它可以由單片機(jī)，PLC以及計(jì)算機(jī)來控制，由于以PLC為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強(qiáng)大、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，是目前工業(yè)自動(dòng)的首選控制裝置。為了保證皮帶機(jī)工作正常、物料的安全運(yùn)輸及工作人員的生命安全，對皮帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的全程實(shí)時(shí)監(jiān)控是一項(xiàng)非常重要的工作，對皮帶機(jī)生產(chǎn)現(xiàn)場迫切需要一種可靠、準(zhǔn)確、安全的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，來對物料的卸、堆、取、裝等生產(chǎn)流程進(jìn)行全面的監(jiān)視與控制。而傳統(tǒng)的自動(dòng)化控制方式根本無法滿足生產(chǎn)的不間斷運(yùn)行、控制實(shí)時(shí)性和安全性等要求。所以開展皮帶機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研究，是提高工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化水平和

12、經(jīng)濟(jì)效益，適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，也是促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的需要。運(yùn)用現(xiàn)代通信技術(shù)、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和采組態(tài)監(jiān)控軟件相結(jié)合，把先進(jìn)的工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)監(jiān)控理念應(yīng)用于實(shí)際的皮帶機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，用一臺微型計(jì)算機(jī)作為監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)，通過組態(tài)軟件、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和PLC相連，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的巡回采集、集中處理，從而最終實(shí)現(xiàn)對工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的分散檢測控制與集中監(jiān)控管理1。1.2 本課題的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容及控制要求本次課題的任務(wù)是基于組態(tài)的多級皮帶機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試，根據(jù)要求下面以四級皮帶機(jī)為例來說明具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容和控制要求。設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：（1）控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)。（2）PLC控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)。（3）利用

13、組態(tài)王6.5仿真軟件對多級皮帶機(jī)雙向啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行畫面組態(tài)。（4）系統(tǒng)測試、聯(lián)調(diào)及模擬調(diào)試?？刂埔笕缦拢海?）某一生產(chǎn)線由四級皮帶運(yùn)輸機(jī)組成，四級皮帶機(jī)分別由分別M1,M2,M3,M4四臺電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，有順流啟動(dòng)和逆流啟動(dòng)兩種啟動(dòng)控制方式，并且這兩種控制程序可以隨時(shí)切換。（2）順流啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)有料進(jìn)入皮帶機(jī)后通過一號皮帶機(jī)上的物料檢測傳感器1讓皮帶機(jī)運(yùn)行，并按照M1M2M3M4的順序啟動(dòng)，間隔時(shí)間均為3秒鐘。若無料進(jìn)入皮帶，則通過壓力傳感器1的檢測30秒后讓皮帶機(jī)按M4M3M2M1的順序依次停止否則繼續(xù)運(yùn)行，如此循環(huán)往復(fù)。當(dāng)某條皮帶機(jī)發(fā)生故障時(shí)，所有皮帶機(jī)都立即停止運(yùn)行。逆流啟動(dòng)時(shí)要求一樣。（3）

14、為防止在運(yùn)行時(shí)傳感器誤動(dòng)作，要求按下系統(tǒng)保護(hù)按鈕后，系統(tǒng)才處于待運(yùn)行狀態(tài)，否則傳感器不動(dòng)作。（4）為保障以外發(fā)生時(shí)的安全，還要有急停按鈕，當(dāng)急停按鈕按下時(shí)所有的電機(jī)立即停止運(yùn)行。（5）要有必要的短路、過載、連鎖保護(hù)。2 相關(guān)軟件介紹及監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 歐姆龍PLC簡介（1）OMRON C系列PLC簡介日本OMRON（立石公司）電機(jī)株式會社是世界上生產(chǎn)PLC的著名廠商之一。SYSMAC C系列PLC產(chǎn)品以其良好的性能價(jià)格比被廣泛地應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、食品加工、材料處理和工業(yè)控制過程等領(lǐng)域，其產(chǎn)品在日本其銷量僅次于三菱，居第二位，在我國也是應(yīng)用非常廣泛的PLC之一。OMRON C系列PLC產(chǎn)品門

15、類齊、型號多、功能強(qiáng)、適應(yīng)面廣。大致可以分成微型、小型、中型和大型四大類產(chǎn)品。整體式結(jié)構(gòu)的微型PLC機(jī)以C20P為代表的機(jī)型。疊裝式結(jié)構(gòu)的微型機(jī)以CJ型機(jī)最為典型。OMRON 中型機(jī)以C200H系列最為典型。小型PLC機(jī)以P型機(jī)和CPM型機(jī)最為典型，體積更小、指令更豐富、性能更優(yōu)越，通過I/O擴(kuò)展可實(shí)現(xiàn)10-140點(diǎn)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的靈活配置，并可連接可編程終端直接從屏幕上進(jìn)行編程，CPM型機(jī)是OMRON產(chǎn)品用戶目前選用最多的小型機(jī)。在一般的工業(yè)控制系統(tǒng)中，小型PLC機(jī)要比大、中型機(jī)的應(yīng)用更廣泛。在電氣設(shè)備的控制應(yīng)用方面，一般采用小型PLC機(jī)都能夠滿足需求。本設(shè)計(jì)我們采用OMRON公司CPM1A系

16、列小型機(jī)作為主要設(shè)備。與所有小型機(jī)一樣，CPM1A系列PLC采用整體式結(jié)構(gòu)， 內(nèi)部由基本單元、電源、系統(tǒng)程序區(qū)、用戶程序區(qū)、輸入/輸出接口、I/O擴(kuò)展單元、編程器接口及其它外部設(shè)備組成。PLC基本組成結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖1 PLC的基本組成結(jié)構(gòu)圖可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller）通常稱為可編程控制器，英文縮寫為PLC或PC，是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最多的控制設(shè)備。目前已廣泛用于冶金

17、、能源、化工、交通、電力等行業(yè)，并已躍居現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱（PLC、機(jī)器人和CAD/CAM）的首位。（2）PLC工作原理各種PLC都采用掃描工作方式，具體工作過程大同小異。第一部分是上電處理。機(jī)器通電后，對PLC系統(tǒng)進(jìn)行一次初始化工作，包括硬件初始化，1/0模塊配置檢查和其它初始化處理等。第二部分是掃描過程，分為三個(gè)階段:輸入采樣階段：在PLC的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。在輸入采樣階段，PLC把所有的外部輸入電路的ON/OFF狀態(tài)讀入到輸入映像寄存器，此時(shí)，輸入映像寄存器被刷新。外部的輸入電路閉合時(shí)，對應(yīng)的輸入映像寄存

18、器為“1”狀態(tài)，反之，外部的輸入電路斷開時(shí)，對應(yīng)的輸入映像寄存器為“0”狀態(tài)。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段，輸入映像寄存器與外界隔離，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不變，直到下一掃描周期的輸入采樣階段才讀入這變化。執(zhí)行用戶程序階段：PLC的用戶程序由若千條指令組成，指令在存儲器中按順序排列。根據(jù)梯形圖程序掃描原則，PLC按先左后右、先上后下的順序逐句掃描。程序執(zhí)行時(shí)，若沒有跳轉(zhuǎn)和中斷指令，CPU從第一條開始，逐條順序的執(zhí)行，直到遇到結(jié)束指令。輸出刷新階段：CPU在執(zhí)行完用戶程序后，將輸出映像寄存器的0/l狀態(tài)傳送到輸出鎖存器中，通過一定的方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。為“1”狀態(tài)時(shí)，對應(yīng)的線圈

19、通電，其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。為“O”狀態(tài)時(shí)，對應(yīng)的線圈斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合。第三部分是出錯(cuò)處理。PLC每掃描一次，執(zhí)行一次自診斷檢查，PLC內(nèi)部設(shè)置了一個(gè)監(jiān)視定時(shí)器WDT，其定時(shí)時(shí)間可由用戶設(shè)置為大于用戶程序的掃描周期，PLC在每個(gè)掃描周期的公共處理階段將監(jiān)視定時(shí)器復(fù)位。正常情況下，監(jiān)視定時(shí)器不會動(dòng)作，當(dāng)檢查出異常時(shí)，監(jiān)視定時(shí)器動(dòng)作，運(yùn)行停止，并顯示出來。當(dāng)出現(xiàn)致命錯(cuò)誤時(shí)，CPU被強(qiáng)制為STOP方式，所有的掃描停止。（3） PLC的主要特點(diǎn)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先

20、進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，

21、只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備2。 2.2 組態(tài)王6.5仿真軟件特點(diǎn)組態(tài)軟件是工業(yè)應(yīng)用軟件的一個(gè)組成部分，它是目前國內(nèi)較為流行的通用組態(tài)軟件，具有較好的圖形界面，可以方便地構(gòu)造自己的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它能通過PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；具有報(bào)警、故障查詢及打印功能；組態(tài)畫面真實(shí)反映實(shí)時(shí)狀態(tài)；可方便地進(jìn)行配方的設(shè)定與修改

22、；此外該軟件還設(shè)有不同的訪問權(quán)限，可讓不同權(quán)限的人操作不同的內(nèi)容。組態(tài)軟件已經(jīng)越來越多的應(yīng)用在企業(yè)信息化系統(tǒng)中和生產(chǎn)控制系統(tǒng)之中。（1）工程管理對于系統(tǒng)集成商和用戶來說，一個(gè)系統(tǒng)開發(fā)人員可能保存有很多個(gè)組態(tài)王工程，對于這些工程的集中管理以及新開發(fā)工程中的工程備份等都是比較煩瑣的事情。組態(tài)王工程管理器的主要作用就是為用戶集中管理本機(jī)上的所有組態(tài)王工程。工程管理器的主要功能包括：新建、刪除工程，對工程重命名，搜索指定路徑下的所有組態(tài)王工程，修改工程屬性，工程的備份、恢復(fù)，資料詞典的導(dǎo)入導(dǎo)出，切換到組態(tài)王開發(fā)或運(yùn)行環(huán)境等。另外，組態(tài)王6.5開發(fā)系統(tǒng)提供工程加密，畫面和命令語言導(dǎo)入、導(dǎo)出功能。 （2）

23、畫面制作系統(tǒng)支持無限色和過渡色 組態(tài)王6.5調(diào)色板支持無限色，支持二十四種過渡色效果， 組態(tài)王的任一種繪圖工具都可以使用無限色，大部分圖形都支持過渡色效果，巧妙地利用無限色和過渡色效果，可以使您輕松構(gòu)造面無限逼真、美觀的畫面。 圖庫 使用圖庫具有很多好處：降低了工程人員設(shè)計(jì)接口的難度，縮短開發(fā)周期；用圖庫開發(fā)的軟件將具有統(tǒng)一的外觀，方便工程人員學(xué)習(xí)和掌握。按鈕和圖形組態(tài)王6.5支持按鈕的多種形狀和多種效果，并且支持位圖按鈕， 用戶可以構(gòu)造無限漂亮的按鈕?？梢暬瘎?dòng)畫連接向?qū)В?）報(bào)警和事件系統(tǒng)組態(tài)王6.5報(bào)警系統(tǒng)全新改版，具有方便、靈活、可靠、易于擴(kuò)展的特點(diǎn)。組態(tài)王分布式報(bào)警管理提供多種報(bào)警管理

24、功能。包括：基于事件的報(bào)警、報(bào)警分組管理、報(bào)警優(yōu)先級、報(bào)警過濾、新增死區(qū)和延時(shí)概念等功能，以及通過網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程報(bào)警管理 （4）報(bào)表系統(tǒng) 組態(tài)王6.5提供一套全新的、集成的內(nèi)嵌式報(bào)表系統(tǒng)，內(nèi)部提供豐富的報(bào)表函數(shù)，用戶可創(chuàng)建多樣的報(bào)表。（5）控件組態(tài)王6.5支持Windows標(biāo)準(zhǔn)的Active X控件（主要為可視控件），包括Microsoft提 供的標(biāo)準(zhǔn)Active X控件和用戶自制的Active X控件。（6）安全系統(tǒng)組態(tài)王6.5采用分級和分區(qū)保護(hù)的雙重保護(hù)策略。新增用戶組和安全區(qū)管理，999個(gè)不同級別的權(quán)限和64個(gè)安全區(qū)形成雙重保護(hù)，另外組態(tài)王能記錄程序運(yùn)行中操作員的所有操作3。2.3 監(jiān)控系統(tǒng)

25、的組成結(jié)構(gòu)皮帶機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)依據(jù)分散檢測控制、集中監(jiān)控管理的原則，設(shè)計(jì)為以工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶、由上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和下位機(jī)控制系統(tǒng)兩部分組成的高可靠性實(shí)用系統(tǒng)。本皮帶機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)由集中監(jiān)控層和設(shè)備控制層構(gòu)成的二級集散控制系統(tǒng)。作為集中監(jiān)控層的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，主要是工控機(jī)和觸摸屏，提供友好、豐富的人機(jī)操作界面，處理自動(dòng)化任務(wù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)顯示、設(shè)備工作信息采集、工藝流程控制及報(bào)表輸出等功能，進(jìn)行系統(tǒng)全面的監(jiān)控和管理，并通過監(jiān)控級工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與下位機(jī)交換信息;作為設(shè)備控制層的下位機(jī)控制系統(tǒng)，主要是可編程控制器，與現(xiàn)場電氣設(shè)備和執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接連接，執(zhí)行可靠、有效、具體的分散控制。在監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行過程

26、中，下位機(jī)PLC通過傳感器采集監(jiān)控對象的狀態(tài)數(shù)據(jù)，采集到的信號由屏蔽信號電纜從現(xiàn)場傳送到PLC控制柜的接線端子板上，再經(jīng)由中間繼電器中轉(zhuǎn)送入PLC的輸入模塊，完成現(xiàn)場信號的采集過程;上位機(jī)通過與下位機(jī)PLC通信實(shí)時(shí)獲取監(jiān)控對象的狀態(tài)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的加工后，一方面以圖形方式直觀地顯示在上位機(jī)屏幕上，另一方面按照工藝流程要求和操作人員的指令將控制數(shù)據(jù)送入PLC的輸出模塊，按PLC的用戶程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理后再通過執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)對應(yīng)監(jiān)控對象的電機(jī)、電磁閥等工作，完成現(xiàn)場設(shè)備的控制過程。監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。圖2 監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理圖（1）上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場是由一臺微型計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，通

27、過組態(tài)軟件，建立組態(tài)界面，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與PLC的實(shí)時(shí)通信、交換和顯示，從而最終實(shí)現(xiàn)上位機(jī)組態(tài)軟件對下位機(jī)PLC控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理?；诮M態(tài)軟件的多級皮帶機(jī)PLC控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強(qiáng)大、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。目前，已在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，采用工控組態(tài)軟件和PLC相結(jié)合進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和監(jiān)控已成為工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域一個(gè)必然的趨勢4。（2）下位機(jī)控制系統(tǒng)下位機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場設(shè)備的各種數(shù)據(jù)，同時(shí)接受上位機(jī)發(fā)出的流程控制命令對各生產(chǎn)設(shè)備按工藝流程要求進(jìn)行有效控制。下位機(jī)控制系統(tǒng)的主要控制對象為皮帶輸送機(jī)（本設(shè)計(jì)以四級皮帶機(jī)為控制對象）。（3）監(jiān)控界面設(shè)計(jì)監(jiān)控界面是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的主要組成部分

28、，是系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的主要人機(jī)接口(HMI)，監(jiān)控界面的友好程度是衡量監(jiān)控系統(tǒng)質(zhì)量的重要指標(biāo)。監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)首先應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝流程的要求，同時(shí)界面要友好，形象逼真，便于操作管理。由于皮帶機(jī)的生產(chǎn)規(guī)模大，生產(chǎn)線長，需要監(jiān)控的大型設(shè)備多，所以監(jiān)控系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)全局生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控就必須按照現(xiàn)場設(shè)備的物理位置和功能特點(diǎn)設(shè)計(jì)多個(gè)監(jiān)控界面。監(jiān)控界面被分為三類:工藝流程圖界面(主監(jiān)控界面)、逆流控制界面(流程控制界面)、順流監(jiān)控界面(流程控制界面) 5。系統(tǒng)監(jiān)控界面一般分為三個(gè)部分:總覽部分、現(xiàn)場畫面部分和按鈕部分。在總覽部分一，可組態(tài)畫面標(biāo)題、啟動(dòng)運(yùn)行方式選擇:在按鈕部分可組態(tài)每個(gè)畫面中顯示的固定按鈕;在現(xiàn)場

29、部分可組態(tài)當(dāng)前監(jiān)控的各機(jī)構(gòu)的具體情況。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 皮帶輸送機(jī)工作原理皮帶輸送機(jī)又稱膠帶輸送機(jī)，也稱帶式輸送機(jī)(belt conveyer)。通用帶式輸送機(jī)由輸送帶、托輥、滾筒及驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、張緊、改向、裝載、卸載、清掃等裝置組成。 目前輸送帶除了橡膠帶外，還有其他材料的輸送帶(如PVC、PU、特氟龍、尼龍帶等)。帶式輸送機(jī)由驅(qū)動(dòng)裝置拉緊輸送帶,中部構(gòu)架和托輥組成輸送帶作為牽引和承載構(gòu)件，借以連續(xù)輸送散碎物料或成件品，是一種以摩擦驅(qū)動(dòng)方式連續(xù)運(yùn)輸物料的機(jī)械。應(yīng)用它可以將物料在一定的輸送線上，從最初的供料點(diǎn)到最終的卸料點(diǎn)間形成一種物料的輸送流程。它既可以進(jìn)行碎散物料的輸送，也可以進(jìn)行成件

30、物品的輸送，與各工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)流程中的工藝過程的要求相配合，形成有節(jié)奏的流水作業(yè)運(yùn)輸線。所以帶式輸送機(jī)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化的各種工業(yè)企業(yè)中，可以單機(jī)輸送，也可多機(jī)組合成水平或傾斜的運(yùn)輸系統(tǒng)來輸送物料。另外帶式輸送機(jī)具有輸送距離長、運(yùn)量大、連續(xù)輸送、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、成本低、通用性強(qiáng)、運(yùn)行可靠，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和集中化控制等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已被廣泛地應(yīng)用在冶金、煤炭、交通、水電、化工等部門。3.1.1 多級皮帶機(jī)系統(tǒng)雙向啟動(dòng)控制原理在礦山膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)中，其連鎖控制大都采用“逆流啟動(dòng)”的方式。即從料流的終端開始，逆料流方向依次啟動(dòng)每臺膠帶運(yùn)輸機(jī)，首端膠帶運(yùn)輸機(jī)最后啟動(dòng)。如果參加連鎖的膠帶機(jī)數(shù)量較多，則系統(tǒng)的啟動(dòng)

31、時(shí)間有時(shí)長達(dá)幾十分鐘，此時(shí)設(shè)備空運(yùn)轉(zhuǎn)，造成機(jī)械磨損和能源損耗。為了解決這個(gè)問題，長期以來，人們一直探求“順流啟動(dòng)”的控制方式。即從料流的始端開始，根據(jù)料流情況，順料流方向，依次啟動(dòng)每臺膠帶運(yùn)輸機(jī)。但是，從膠帶運(yùn)輸工藝的特點(diǎn)可知，當(dāng)“緊急停車”(如事故停車)后，由于膠帶上載滿物料，重新啟動(dòng)時(shí)必須改為“逆料流啟動(dòng)”。這就是說，一個(gè)“順流啟動(dòng)”控制系統(tǒng)必須具備“順流啟動(dòng)”和“逆流啟動(dòng)”兩種控制程序，而且這兩種控制程序可根據(jù)需要隨時(shí)轉(zhuǎn)換，以滿足工藝要求。由于膠帶運(yùn)輸機(jī)絕大部分采用繼電器控制系統(tǒng)，其控制程序隨其硬件接線一次性施工而固化，從運(yùn)行管理角度講，要想隨心所欲地改變控制程序是不可能的。但是，PLC

32、具有“可編程序”的功能，使得“順流啟動(dòng)”這一難題迎刃而解。3.1.2 “順流啟動(dòng)”的控制原理本設(shè)計(jì)以四級皮帶輸送機(jī)為例來說明多級皮帶機(jī)雙向啟動(dòng)系統(tǒng)的控制原理。四級皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的工藝流程如圖3所示。圖中Bl、B2、B3、B4.Bn，分別表示膠帶機(jī)代號，箭頭表示料流方向?！绊樍鲉?dòng)”的控制工藝流程如圖3所示。（1）先啟動(dòng)B1，并同時(shí)給料。當(dāng)物料隨膠帶運(yùn)轉(zhuǎn)而到達(dá)距轉(zhuǎn)載點(diǎn)一定距離時(shí)，由程序啟動(dòng)B2，如果B2因其它原因拒啟動(dòng)或啟動(dòng)失敗，B1必須在物料到達(dá)轉(zhuǎn)載點(diǎn)之前停車。圖3 多機(jī)皮帶機(jī)工藝流程圖（2）系統(tǒng)處于正常運(yùn)行中，如果其中一臺膠帶機(jī)突然停機(jī)，逆料流方向，其上部膠帶機(jī)應(yīng)立即停車，其下部膠帶機(jī)可繼續(xù)運(yùn)

33、行。（3）系統(tǒng)正常停機(jī)的程序是按料流方向依次延時(shí)停機(jī)，以保證停機(jī)后膠帶機(jī)空載。（4）系統(tǒng)有載運(yùn)行時(shí)突然停機(jī)后，再次啟動(dòng)時(shí)，必須轉(zhuǎn)為“逆料流啟動(dòng)”程序，以保證轉(zhuǎn)載點(diǎn)不發(fā)生“堵漏”。綜上所述，“順流啟動(dòng)”控制方式的關(guān)鍵是相鄰膠帶之間的關(guān)系?，F(xiàn)以圖3中的B2為例，詳細(xì)分析Bl、B2和B3之間各個(gè)參數(shù)的相互聯(lián)系與制約關(guān)系。在正常情況下，系統(tǒng)開車前，所有皮帶都是停止的，首先啟動(dòng)Bl，并開始下料。當(dāng)物料從O1到達(dá)Nl時(shí)，命令B2啟動(dòng)，當(dāng)物料到達(dá)Ml時(shí)，如果B2啟動(dòng)不成功，Bl應(yīng)立即停機(jī)。如成功，則系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。同理，當(dāng)物料到達(dá)N2時(shí)，啟動(dòng)B3，到達(dá)M2時(shí)，根據(jù)B3的啟動(dòng)情況決定系統(tǒng)停機(jī)或運(yùn)行。根據(jù)上述，為

34、量化物理過程，有必要引入兩個(gè)定義。啟動(dòng)信號：“順流啟動(dòng)”的關(guān)鍵是“料來了才啟動(dòng)”。因此，必須取一個(gè)代表“料流”的信號作為動(dòng)信號。如圖3所示，B2的啟動(dòng)信號(脈沖)是物料到達(dá)N1時(shí)發(fā)出的。為突出問題的實(shí)質(zhì)，把這段時(shí)間(TQBZ)稱為B2的“啟動(dòng)信號”。其值按下式計(jì)算。TQB2=ALl/V1 (1)式中L1為Bl的長度;V1為Bl的運(yùn)行速度;A為系數(shù)，取值0.6一0.8。由圖3可知，TQB2的意義是物料從O1點(diǎn)到達(dá)M1點(diǎn)的時(shí)間。也就是說，在物料到達(dá)M1點(diǎn)(而不是N1點(diǎn))時(shí)，B2就開始啟動(dòng)。顯然，這一信號比真正的料流信號超前一段時(shí)間，使B2有足夠的啟動(dòng)時(shí)間，從而保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。運(yùn)行信號：從上述

35、的控制原則(2)可知，在系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行后，B2的運(yùn)行受B3的制約，即B3停，B2隨之停。因此，B2的控制程序中要有一個(gè)B3運(yùn)行狀態(tài)的信號。或者說，只有B3啟動(dòng)并能正常運(yùn)行，才允許B2繼續(xù)運(yùn)行。但是，在“順流啟動(dòng)”方式中，要求B2先于B3啟動(dòng)運(yùn)行。很顯然B2與B3在“啟動(dòng)”與“運(yùn)行”兩種工作狀態(tài)下，其控制原則恰是相反的。如圖3所示，物料從O2到達(dá)O3這段時(shí)間內(nèi)，B2的運(yùn)行不受B3制約，可以運(yùn)行。因此，在這段時(shí)間內(nèi)發(fā)出一個(gè)信號允許B2運(yùn)行。為突出問題的實(shí)質(zhì)，把時(shí)間參數(shù)稱作“允許運(yùn)行信號”。為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，把物料從O2到達(dá)M2的這段時(shí)間(TYB2)作為B2的“準(zhǔn)許運(yùn)行信號”。其值按下式計(jì)算。

36、TYB2=BL2/V2 (2)式中L2為B2的長度;V2為B2的速度;B為系數(shù)，取值0.6一0.8。(1)、(2)式中A必須小于B。另外A、B應(yīng)從膠帶機(jī)的長度、運(yùn)行速度及電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間等參數(shù)統(tǒng)籌考慮，以保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性6。3.2 設(shè)備選擇（1）PLC機(jī)型與容量的選擇PLC機(jī)型選擇的基本原則是：在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價(jià)格比最優(yōu)的機(jī)型。通常做法是，在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好的場合，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC；對于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主、帶少量仿真量控制的工程項(xiàng)目，一般其控制速度無須考慮，常選用帶A/D轉(zhuǎn)換、D

37、/A轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)就能滿足要求，如西門子公司S7-200系列或歐姆龍公司CPM1A系列。本設(shè)計(jì)選用整體式結(jié)構(gòu)，歐姆龍公司CPM1A系列PLC。PLC容量包括兩方面：一是I/O點(diǎn)數(shù)；二是用戶內(nèi)存容量（字?jǐn)?shù)）7。PLC容量的選擇除了滿足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ浚宰鰝溆?。I/0點(diǎn)數(shù)也應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?。由于目前I/O點(diǎn)數(shù)較多的PLC價(jià)格也較高，若備用的I/O點(diǎn)數(shù)太多，反而使成本增加。根據(jù)被控對象的輸入信號和輸出信號的總點(diǎn)數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，通常I/O點(diǎn)數(shù)按實(shí)際需要的10%-15%考慮備用量。本次設(shè)計(jì)中，實(shí)驗(yàn)室提供的CPU型號為CPM1A-CDR20-A，它有20

38、個(gè)I/O點(diǎn)數(shù)，實(shí)際應(yīng)用只需要10個(gè)輸入點(diǎn)和8個(gè)輸出點(diǎn)共18個(gè)I/O點(diǎn)數(shù)，剩下的I/O點(diǎn)數(shù)就可以作為裕量使用。（2）其他設(shè)備選擇 根據(jù)控制要求，本設(shè)計(jì)使用OMRON CX-Programmer軟件進(jìn)行PLC編程，選用CPM1A-CDR20-A可編程控制器對多機(jī)皮帶機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，同時(shí)用一臺計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)和組態(tài)軟件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對多機(jī)皮帶機(jī)控制系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，最后通過PLC可編程控制器模擬實(shí)驗(yàn)箱對控制系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行模擬顯示。3.3 控制系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)主電路的設(shè)計(jì)對于本次設(shè)計(jì)-多級皮帶機(jī)雙向啟動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相當(dāng)重要,只有在主電路設(shè)計(jì)正確且簡便的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)控制電路及軟件設(shè)計(jì)才能精簡方便。

39、根據(jù)系統(tǒng)的控制工藝要求，本設(shè)計(jì)以四級皮帶機(jī)為例，設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖4所示。圖4 系統(tǒng)主回路原理圖圖中M1，M2，M3，M4為三四臺皮帶傳輸送電動(dòng)機(jī)，交流接觸器KM1-KM4通過控制四臺電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行來控制四個(gè)皮帶輸送機(jī)，從而進(jìn)行對物料傳輸。FR1，F(xiàn)R2，F(xiàn)R3，F(xiàn)R4為起過載保護(hù)作用的熱繼電器，用于物料傳輸過程中當(dāng)皮帶傳輸機(jī)過載時(shí)斷開主電路。FU1為熔斷器，起過電流保護(hù)作用。其他電動(dòng)閥門在本設(shè)計(jì)的其他地方再做詳細(xì)介紹。3.4 PLC 開關(guān)量及外部接線的設(shè)計(jì)（1）該系統(tǒng)占用PLC的20個(gè)I/O口，10個(gè)輸入點(diǎn)，8個(gè)輸出點(diǎn)，具體的I/O分配見表1所示。表1 多機(jī)皮帶機(jī)雙向啟動(dòng)控制系

40、統(tǒng)I/O地址表輸入通道地址DIZHI輸出通道地址急停按鈕00000皮帶機(jī)1開01000系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕00001皮帶機(jī)2開01001順流啟動(dòng)00002皮帶機(jī)3開01002逆流啟動(dòng)00003皮帶機(jī)4開01003物料檢測100004一級皮帶機(jī)故障顯示01004物料檢測200005一級皮帶機(jī)故障顯示01005一級皮帶機(jī)故障00006一級皮帶機(jī)故障顯示01006二級皮帶機(jī)故障00007一級皮帶機(jī)故障顯示01007三級皮帶機(jī)故障00008四級皮帶機(jī)故障00009（2）本設(shè)計(jì)的PLC外部接線圖如圖5所示。圖5 PLC外部接線圖圖中CPM1A-20CDR-APLC的輸入端電源為24V(DC)，輸出端電源為交流2

41、20V。另外，由于PLC輸出端接的是繼電器感性負(fù)載，所以，為了抑制線路斷開時(shí)電感負(fù)載產(chǎn)生的感應(yīng)高電壓對PLC輸出電路產(chǎn)生破壞，在負(fù)載兩端并聯(lián)了保護(hù)電路8，可抑制高電壓的產(chǎn)生。對于交流負(fù)載，常在感性負(fù)載兩端并聯(lián)RC吸收線路。一般取R:0.5W、100120；C：0.1Uf。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 PLC程序設(shè)計(jì) 4.1.1 系統(tǒng)功能的分析與設(shè)計(jì)PLC軟件功能的分析與設(shè)計(jì)實(shí)際上是PLC控制系統(tǒng)的功能分析與設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分。對于控制系統(tǒng)的整體功能要求，可以通過硬件途徑、軟件途徑或者軟硬件結(jié)合途徑來實(shí)現(xiàn)。因此，在正式編寫程序之前，首先要站在控制系統(tǒng)的整體角度上，進(jìn)行系統(tǒng)功能要求的分配，弄清楚哪

42、些功能是要通過軟件的執(zhí)行來實(shí)現(xiàn)的，即明確應(yīng)用軟件所必須具備的功能。對于一個(gè)實(shí)用軟件，大體上可以從以下兩個(gè)方面來考慮。（1）控制功能（2）自診斷功能作為PLC控制系統(tǒng)，其最基本的要求就是如何通過PLC對被控對象實(shí)現(xiàn)人們所希望的控制，所以對于以上兩方面，控制功能是最基本的，必不可少。該系統(tǒng)最主要的功能就是實(shí)現(xiàn)多級皮帶機(jī)的雙向啟動(dòng),要靠及時(shí)準(zhǔn)確地控制物料檢測開關(guān)、皮帶傳輸送料電動(dòng)機(jī)等元器件來實(shí)現(xiàn)。但是針對不同的元器件，我們要根據(jù)需要設(shè)計(jì)出不同的功能。比如用皮帶傳輸送料電動(dòng)機(jī)用于帶動(dòng)皮帶機(jī)傳輸物料、用物料檢測傳感器來控制皮帶機(jī)的啟動(dòng)與停止等。在進(jìn)行功能的分析、分配之后，要進(jìn)行具體功能的設(shè)計(jì)，對于不同的

43、PLC控制系統(tǒng)，其主要依據(jù)是根據(jù)被控對象和生產(chǎn)工藝要求而定。該控制系統(tǒng)的工作原理在前面已介紹過，具體控制原理的流程圖如圖6所示。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，如果選擇順流啟動(dòng)（順流啟動(dòng)和逆流啟動(dòng)可隨時(shí)切換），且物料檢測傳感器檢測到有物料，則皮帶機(jī)1啟動(dòng)，如果沒有出現(xiàn)故障報(bào)警，則開始運(yùn)行，TY時(shí)間后，皮帶機(jī)2啟動(dòng)，如果沒有故障報(bào)警，則運(yùn)行TY時(shí)間后，皮帶機(jī)3啟動(dòng)，這樣依次直到皮帶機(jī)4步入正常運(yùn)行，如果有物料（物料檢測傳感器檢測），則皮帶機(jī)一直運(yùn)行下去，如果沒有則間隔TY時(shí)間逆序停止。并且在運(yùn)行中只要有故障報(bào)警，則整個(gè)系統(tǒng)立即停止運(yùn)行。逆流啟動(dòng)時(shí)控制原則和順流時(shí)完全相同。第二部分是自診斷功能。它包括PLC自身工作

44、狀態(tài)的自診斷和系統(tǒng)中被控設(shè)備工作狀態(tài)的自診斷兩部分9。在本設(shè)計(jì)中，我們用四個(gè)個(gè)熱繼電器FR1-FR4來實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警及處理。具體表現(xiàn)為當(dāng)四個(gè)傳送帶中任意一個(gè)或多個(gè)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)通過四個(gè)不同的信號燈顯示來實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警，并通過急停按鈕停止系統(tǒng)運(yùn)行，處理相應(yīng)故障。圖6 四級皮帶機(jī)控制原理流程圖4.1.2 I/O信號的分析與PLC梯形圖設(shè)計(jì) PLC的工作環(huán)境是工業(yè)現(xiàn)場，工業(yè)現(xiàn)場的檢測信號（如：物料檢測信號、故障信號等）多種多樣，有模擬量（如物料、皮帶機(jī)），也有開關(guān)量，PLC就以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為對被控對象進(jìn)行控制的源信息。同時(shí)，PLC又將處理的結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)（皮帶傳輸送

45、料電動(dòng)機(jī)）實(shí)現(xiàn)控制。因此對I/O信息的分析，就是對后面編程所需要的I/O信號進(jìn)行詳細(xì)的分析和定義，并以I/O信息表的形式提供給編程人員10。具體I/O口前面已信號分析的主要內(nèi)容如下。（1） 定義每一個(gè)輸出信號并確定它的地址。該設(shè)計(jì)中具體I/O地址表和PLC外部接線圖在前面已給出。（2）審核上述分析設(shè)計(jì)是否能滿足系統(tǒng)規(guī)定的功能要求。若不滿足，則需修改，直至滿足為止。為了保障系統(tǒng)安全，程序中設(shè)計(jì)了急停按鈕00000，只要任意以及皮帶機(jī)故障報(bào)警，就可以按下急停按鈕使整個(gè)系統(tǒng)停止運(yùn)行。另外順流啟動(dòng)和逆流啟動(dòng)，通過一條跳轉(zhuǎn)指令實(shí)現(xiàn)切換。主程序梯形圖如圖7所示。 圖7 主程序梯形圖當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，按下順流啟

46、動(dòng)按鈕00002，且有物料來時(shí)（物料檢測開關(guān)00004閉合），順流啟動(dòng)程序運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)該控制的程序梯形圖如圖8所示。 圖8 順流啟動(dòng)程序梯形圖當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，按下逆流啟動(dòng)按鈕00003，且有物料時(shí)（物料檢測開關(guān)00005閉合），逆流啟動(dòng)程序開始運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)該控制的程序梯形圖如圖9所示。 圖9 逆流啟動(dòng)程序梯形圖本設(shè)計(jì)總體的PLC程序梯形圖如附錄圖10所示。4.2 組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)對于多級皮帶機(jī)的雙向啟動(dòng)控制系統(tǒng)來說，組態(tài)設(shè)計(jì)是非常重要的一步。在設(shè)計(jì)好硬件設(shè)備和軟件程序之后，我們還不能斷定我們的設(shè)計(jì)是否合理，這就需要一個(gè)平臺去驗(yàn)證，而組態(tài)王6.5就能滿足我們的需要。（1）建立組態(tài)王新工程要建立新的組態(tài)王

47、工程，首先為工程指定工作目錄（或稱“工程路徑”）?！敖M態(tài)王6.5”用工作目錄標(biāo)識工程，不同的工程應(yīng)置于不同的目錄。工作目錄下的文件由“組態(tài)王6.5”自動(dòng)管理。創(chuàng)建工程路徑具體操作如下：啟動(dòng)“組態(tài)王6.5”工程管理器（ProjManager），選擇菜單“文件新建工程”或單擊“新建”按鈕，在彈出圖框中單擊“下一步”繼續(xù)。彈出“新建工程向?qū)еυ捒颉保?在彈出圖框中的工程路徑文本框中輸入一個(gè)有效的工程路徑，或單擊“瀏覽”按鈕，在彈出的路徑選擇對話框中選擇一個(gè)有效的路徑。單擊“下一步”繼續(xù)。彈出“新建工程向?qū)е龑υ捒颉?，在工程名稱文本框中輸入工程的名稱“多機(jī)皮帶機(jī)”，工程名稱長度應(yīng)小于32個(gè)字節(jié)，

48、工程描述長度應(yīng)小于40個(gè)字節(jié)。單擊“完成”完成工程的新建。系統(tǒng)會彈出對話框，詢問用戶是否將新建工程設(shè)為當(dāng)前工程，在彈出圖框中單擊“否”按鈕，則新建工程不是工程管理器的當(dāng)前工程，如果要將該工程設(shè)為新建工程，還要執(zhí)行“文件設(shè)為當(dāng)前工程”命令；定義的工程信息會出現(xiàn)在工程管理器的信息表格中。雙擊該信息條或單擊“開發(fā)”按鈕或選擇菜單“工具切換到開發(fā)系統(tǒng)”，進(jìn)入組態(tài)王的開發(fā)系統(tǒng)。（2）創(chuàng)建組態(tài)畫面進(jìn)入組態(tài)王6.5開發(fā)系統(tǒng)后，就可以為每個(gè)工程建立數(shù)目不限的畫面，在每個(gè)畫面上生成互相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)圖形對象。這些畫面都是由“組態(tài)王6.5”提供的類型豐富的圖形對象組成的。創(chuàng)建具體操作如下。定義新畫面進(jìn)入新建的組

49、態(tài)王工程，選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“文件畫面”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)。在“畫面名稱”處輸入新的畫面名稱，如“多機(jī)皮帶機(jī)雙向啟動(dòng)控制系統(tǒng)”，其它屬性目前不用更改，點(diǎn)擊“確定”按鈕進(jìn)入內(nèi)嵌的組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)11。編輯畫面在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中從“工具箱”中分別選擇相應(yīng)圖標(biāo)，按照相關(guān)步驟，繪制組態(tài)監(jiān)控畫面如圖11所示。選擇“文件全部存”命令保存現(xiàn)有畫面。 圖11 組態(tài)監(jiān)控畫面定義IO設(shè)備組態(tài)王6.5把那些需要與之交換數(shù)據(jù)的設(shè)備或程序都作為外部設(shè)備。外部設(shè)備包括：下位機(jī)（PLC、模塊、模擬試驗(yàn)箱等），它們一般通過串行口和上位機(jī)交換數(shù)據(jù)；其他Windows應(yīng)用程序，它們之間一般通過D

50、DE交換數(shù)據(jù)；外部設(shè)備還包括網(wǎng)絡(luò)上的其他計(jì)算機(jī)。只有在定義了外部設(shè)備之后，組態(tài)王6.5才能通過I/O變量和它們交換數(shù)據(jù)。為方便定義外部設(shè)備，組態(tài)王設(shè)計(jì)了“設(shè)備配置向?qū)А币龑?dǎo)用戶一步步完成設(shè)備的連接。該課題設(shè)計(jì)中使用歐姆龍CPM1A系列PLC和組態(tài)王6.5進(jìn)行通信。CPM1A系列 PLC可以通過PLC為組態(tài)王提供數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)選擇PLC連接在計(jì)算機(jī)的COM1口。定義I/O設(shè)備的具體步驟如下。繼續(xù)上面的工程。選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“設(shè)備COM1”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，運(yùn)行“設(shè)備配置向?qū)А薄Ｔ趶棾鰣D框中選擇“歐姆龍PLC”的“C系列”的“HostLink”項(xiàng)，單擊“下一步”，

51、彈出“設(shè)備配置向?qū)А?，為外部設(shè)備取一個(gè)名稱，輸入新IO設(shè)備，單擊“下一步”，彈出“設(shè)備配置向?qū)А?，為設(shè)備選擇連接串口COM1，單擊“下一步”，彈出“設(shè)備配置向?qū)А?，填寫設(shè)備地址。 在彈出圖框中設(shè)置通信故障恢復(fù)參數(shù)(一般情況下使用系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置即可)，單擊“下一步”，彈出“設(shè)備配置向?qū)А?，請檢查各項(xiàng)設(shè)置是否正確，確認(rèn)無誤后，單擊“完成”。設(shè)備定義完成后，在工程瀏覽器的右側(cè)可看到新建的外部設(shè)備“新IO設(shè)備”。在定義數(shù)據(jù)庫變量時(shí)，只要把IO變量連結(jié)到這臺設(shè)備上，就可以和組態(tài)王6.5交換數(shù)據(jù)了。構(gòu)造數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王6.5”軟件的核心部分，工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況要以動(dòng)畫的形式反映在屏幕上，操作者在計(jì)算機(jī)

52、前發(fā)布的指令也要迅速送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場，所有這一切都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié)，所以說數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。在TouchVew運(yùn)行時(shí)，它含有全部數(shù)據(jù)變量的當(dāng)前值。變量在畫面制作系統(tǒng)組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)中定義，定義時(shí)要指定變量名和變量類型，某些類型的變量還需要一些附加信息。數(shù)據(jù)庫中變量的集合形象地稱為“數(shù)據(jù)詞典”，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息12。構(gòu)造數(shù)據(jù)庫具體步驟如下。繼續(xù)上面的工程。選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)詞典”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出“變量屬性”對話框。此對話框可對數(shù)據(jù)變量完成定義、修改等操作，以及數(shù)據(jù)庫的管理工作。在“變量名”處

53、輸入變量名，例如對變量“系統(tǒng)啟動(dòng)”的定義如下：在“變量類型”處選擇“IO離散”；連接設(shè)備選擇“dianj”；寄存器選“IR000.01”；數(shù)據(jù)類型“Bit”；采集頻率設(shè)為“100ms”；讀寫屬性“讀寫”；其它屬性不用更改，單擊“確定”即可。其它數(shù)據(jù)庫可根據(jù)以上方法一一構(gòu)造，且采集頻率都設(shè)為“100ms”； 讀寫屬性可根據(jù)實(shí)際情況選擇。具體構(gòu)造完的數(shù)據(jù)庫如附錄圖12所示。建立動(dòng)畫連接定義動(dòng)畫連接是指在畫面的圖形對象與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)變量之間建立一種關(guān)系，當(dāng)變量的值改變時(shí)，在畫面上以圖形對象的動(dòng)畫效果表示出來，或者由軟件使用者通過圖形對象改變數(shù)據(jù)變量的值?！敖M態(tài)王6.5”提供了21種動(dòng)畫連接方式如表2

54、所示。表2 動(dòng)畫連接方式表屬性變化線屬性變化、填充屬性變化、文本色變化位置與大小變化填充、縮放、旋轉(zhuǎn)、水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)值輸出模擬值輸出、離散值輸出、字符串輸出值輸入模擬值輸入、離散值輸入、字符串輸入特殊閃爍、隱含滑動(dòng)桿輸入水平、垂直命令語言按下時(shí)、彈起時(shí)、按住時(shí)一個(gè)圖形對象可以同時(shí)定義多個(gè)連接，組合成復(fù)雜的效果，以便滿足實(shí)際中任意的動(dòng)畫顯示需要。建立動(dòng)畫連接的具體步驟如下：繼續(xù)上面的工程。雙擊圖形某對象，可彈出“動(dòng)畫連接”對話框，用鼠標(biāo)單擊“填充”按鈕，彈出對話框。單擊“確定”，再單擊“確定”返回組態(tài)王6.5開發(fā)系統(tǒng)。為了讓圖形動(dòng)起來，需要使該變量能夠動(dòng)態(tài)變化，選擇“編輯畫面屬性”菜單命令，

55、彈出對話框。單擊“命令語言”按鈕，彈出畫面命令語言對話框。在編輯框處輸入相對應(yīng)的命令語言?？蓪ⅰ懊?000毫秒”改為“每500毫秒”，此為畫面執(zhí)行命令語言的執(zhí)行周期。單擊“確認(rèn)”，及“確定”回到開發(fā)系統(tǒng)13。其它被控對象與此類似可一一進(jìn)行動(dòng)畫連接，最終編輯好的整個(gè)仿真系統(tǒng)的命令語言如下所示。if(本站點(diǎn)順啟M1=1 | 本站點(diǎn)逆啟M1=1) 本站點(diǎn)皮帶1=1;else 本站點(diǎn)皮帶1=0;if(本站點(diǎn)順啟M2=1 | 本站點(diǎn)逆啟M2=1) 本站點(diǎn)皮帶2=1;else 本站點(diǎn)皮帶2=0;if(本站點(diǎn)順啟M3=1 | 本站點(diǎn)逆啟M3=1) 本站點(diǎn)皮帶3=1;else 本站點(diǎn)皮帶3=0;if(本站點(diǎn)順

56、啟M4=1 | 本站點(diǎn)逆啟M4=1) 本站點(diǎn)皮帶4=1;else 本站點(diǎn)皮帶4=0;if(本站點(diǎn)順啟M1=1 | 本站點(diǎn)順啟M2=1 | 本站點(diǎn)順啟M3=1 | 本站點(diǎn)順啟M4=1)本站點(diǎn)順流=1;else 本站點(diǎn)順流=0;if(本站點(diǎn)逆啟M1=1 | 本站點(diǎn)逆啟M2=1 | 本站點(diǎn)逆啟M3=1 | 本站點(diǎn)逆啟M4=1)本站點(diǎn)逆流=1;else 本站點(diǎn)逆流=0;if(本站點(diǎn)皮帶1=1 & 本站點(diǎn)順流=1) 本站點(diǎn)角度一=本站點(diǎn)角度一+12;if(本站點(diǎn)角度一360) 本站點(diǎn)角度一=0;if(本站點(diǎn)皮帶2=1 & 本站點(diǎn)順流=1) 本站點(diǎn)角度二=本站點(diǎn)角度二+12;if(本站點(diǎn)角度二360) 本

57、站點(diǎn)角度二=0;if(本站點(diǎn)皮帶3=1 & 本站點(diǎn)順流=1) 本站點(diǎn)角度三=本站點(diǎn) 角度三+12;if(本站點(diǎn)角度三360) 本站點(diǎn)角度三=0;if(本站點(diǎn)皮帶4=1 & 本站點(diǎn)順流=1) 本站點(diǎn)角度四=本站點(diǎn)角度一+12;if(本站點(diǎn)角度四360) 本站點(diǎn)角度四=0;if(本站點(diǎn)皮帶1=1 & 本站點(diǎn)逆流=1) 本站點(diǎn)角度一=本站點(diǎn)角度一-12;if(本站點(diǎn)角度一=0) 本站點(diǎn)角度一=360;if(本站點(diǎn)皮帶2=1 & 本站點(diǎn)逆流=1) 本站點(diǎn)角度二=本站點(diǎn)角度二-12;if(本站點(diǎn)角度二=0) 本站點(diǎn)角度二=360;if(本站點(diǎn)皮帶3=1 & 本站點(diǎn)逆流=1) 本站點(diǎn)角度三=本站點(diǎn)角度三-

58、12;if(本站點(diǎn)角度三=0) 本站點(diǎn)角度三=360;if(本站點(diǎn)皮帶4=1 & 本站點(diǎn)逆流=1) 本站點(diǎn)角度四=本站點(diǎn)角度四-12;if(本站點(diǎn)角度四=0) 本站點(diǎn)角度四=360; 編輯系統(tǒng)畫面命令語言好后，單擊“確定”，再單擊“確定”返回組態(tài)王6.5開發(fā)系統(tǒng)。選擇“文件全部存”菜單命令。至此，該控制系統(tǒng)的組態(tài)界面的設(shè)計(jì)工作基本完成，而組態(tài)的運(yùn)行和調(diào)試將在下一章中詳細(xì)介紹。5 軟件調(diào)試 在長期的軟件開發(fā)實(shí)踐中，人們積累了許多成功的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也總結(jié)出許多失敗的教訓(xùn)。在此過程中，軟件測試的重要性正逐漸被人們所認(rèn)識，現(xiàn)在軟件測試成本在整個(gè)軟件開發(fā)成本中已占有很高的比重。各種不同的軟件有不同的測試方

59、法和手段，但測試的內(nèi)容卻大體相同：（1）檢查程序:按照需求規(guī)格說明書檢查程序。（2）尋找程序中的錯(cuò)誤:尋找程序中隱藏有可能導(dǎo)致失控的錯(cuò)誤。（3）測試軟件:測試軟件是否滿足用戶需求。（4）程序運(yùn)行限制條件:程序運(yùn)行的限制是什么，弄清楚該軟件不能做什么。（5）驗(yàn)證軟件文件。為了保證軟件的質(zhì)量能滿足以上要求，通?？梢园磫卧獪y試、集成測試、確認(rèn)測試和現(xiàn)場系統(tǒng)測試等四個(gè)步驟來完成。5.1 軟件測試具體步驟5.1.1 程序下載（1）選擇工作模式選擇菜單欄中的“PLC”“運(yùn)行”或者“PLC”“停止”可進(jìn)入相對的PLC模式；單擊工具欄中的“運(yùn)行”按鈕或“停止”按鈕，也可進(jìn)入相應(yīng)模式；還可以手工改變位于PLC上

60、的開關(guān)或在程序內(nèi)插入停止指令。當(dāng)PLC處于停止模式時(shí)，可利用圖狀態(tài)或程序狀態(tài)查看操作數(shù)的當(dāng)前值，也可以利用圖狀態(tài)或程序狀態(tài)強(qiáng)迫數(shù)值(此操作只在梯形圖和功能塊圖程序狀態(tài)中使用)，還可以利用圖狀態(tài)寫入數(shù)值或?qū)懭牒蛷?qiáng)迫輸出，執(zhí)行有限數(shù)目的掃描，通過狀態(tài)圖或程序狀態(tài)查看影響。在停止模式下，雖然能報(bào)告操作數(shù)狀態(tài)，但PLC無法執(zhí)行用戶程序，達(dá)不到預(yù)期的控制效果。如果想觀察程序狀態(tài)的連續(xù)更新，需將PLC轉(zhuǎn)回運(yùn)行模式。 （2）打開程序狀態(tài)選擇“排錯(cuò)”菜單中的“程序狀態(tài)”，打開輸出窗口，或單擊調(diào)試工具條中的“程序狀態(tài)”按鈕，短暫停頓后，程序編輯器窗口開始顯示狀態(tài)。如果操作數(shù)數(shù)值等于1(位打開)，布爾指令(觸點(diǎn)、

61、線圈)將被顯示成彩色塊，非布爾操作數(shù)則以通信速度允許的最快速度顯示并更新14。（3）執(zhí)行有限次掃描單次掃描 通過指定PLC運(yùn)行的掃描次數(shù)，可以監(jiān)控程序在改變進(jìn)程變量時(shí)的情況。PLC不支持對運(yùn)行模式執(zhí)行循環(huán)次數(shù)。任何時(shí)候PLC從停止模式進(jìn)入運(yùn)行模式，該掃描的第一掃描位(SM0.1)將被激活。由于PLC執(zhí)行的速度很快，從程序狀態(tài)很難監(jiān)控到此位的變化，因此可以使用“單次掃描”命令，它使PLC從停止模式轉(zhuǎn)變成運(yùn)行模式。執(zhí)行單個(gè)掃描，然后再轉(zhuǎn)回停止模式。由于PLC只執(zhí)行一次掃描，與第一掃描邏輯相關(guān)的狀態(tài)信息不會消失，因此可以查看此信息，進(jìn)而監(jiān)控程序?？稍诔绦蚓庉嬈鞔翱陲@示要監(jiān)控的程序部分，確定打開程序狀態(tài)，將PLC置于停止模式，使用“單次掃描”命令。多次掃描 單次掃描并不能完全收集系統(tǒng)連續(xù)執(zhí)行時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)信息的變化，需要連續(xù)或間斷地收集狀態(tài)信息?？梢灾付≒LC執(zhí)行有限次的程序掃描(從1次掃描至65 355次掃描)。當(dāng)PLC處于停止模式時(shí)，可利用多次掃描一次或多次掃描。確定PLC為停止模式后，選擇菜單欄中的“排錯(cuò)”,“多次掃描”，出現(xiàn)執(zhí)行掃描對話框，在執(zhí)行掃描對話框中輸入所要進(jìn)行的掃描次數(shù)，單擊“確認(rèn)”按鈕。