计算机本科论文SIMATIC方静瑜热打印机程序.docx
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计算机本科论文SIMATIC方静瑜热打印机程序
摘要
本文介绍了热打印机控制系统设计开发过程,其开发环境是Windows,开发工具是SIMATIC,西门子公司可视化编程工具STEP75.0。
论文详尽论述了从需求分析,可行性研究,PLC系统设计,程序设计方法详细设计、硬件组套,以及调试的整个开发过程,总结开发过程中的经验以及改进方法遵循可编程控制器PLC的编程方法。
本系统开发成功后可以对热打印机进行处全自动操作,改变以往用继电器对生产过程的控制,自动控制可靠性高,抗干扰能力强并且故障低,发生故障后,能够自动报警,PLC程序有完善的诊断功能和显示功能,开发的PLC程序可以随工艺要求的变化而进行添加、删除、修改等维护操作简单易行,在工业自动化中广泛的使用PLC,通过PLC编程对设备进行全自动的控制,提高工作效率和产品质量,减少人力资源,采用可视化编程工具,使开发的目标程序具有良好的人机界面,简单、易用,方便用户操作等特点,达到满足实际应用的需要。
论文从软件工程的角度描述了系统的开发过程,从计划期的问题定义一直到开发期原程序代码都进行比较详细的介绍,这将为系统今后随工艺要求进行修改,维护以及进一步开发提供重要的参考资料。
关键词:
可编程控制器(PLC)热打印机STEP7
Abstract
Thistextintroducedthehotprintercontrolsystemdesignthedevelopmenttheprocess,itstheenvironmentofdevelopmentisaWindows,developpingthetoolisaSIMATIC,thecompanyofSiemensisconsiderabletoturntoweavethedistancetoolSTEP75.0.
Thethesisdiscussesindetailstoanalyzefromtheneed,thepossibilitystudies,thesystemofPLCdesigns,theproceduredesignmethodisdetailedtodesign,hardwareawholetheprocessofdevelopmentfor,andadjustingtrying,thesummarydevelopstheexperienceintheprocessandimprovesthemethodfollowstheplaitdistancemethodoftheprogrammablecontrollerPLC.Thissystemcanproceedacontrolforfull-automaticoperation,changingbeforeusingafterelectricappliancestoproductionlinetothehotprinterafterdeveloppingthesuccess,theautomaticcontroldependableishigh,theanti-interferenceabilityisstrongandbreakdownlow,takeplaceafterbreakingdown,canreporttothepoliceautomatically,theprocedureofPLCcontainperfectdiagnosisfunctionwithshowthefunction,theprocedureofPLCofthedevelopmentcanwiththevarietythatcraftrequestbuttheproceedingincrease,sdeleteandmodifyetc.maintenancetheoperationissimpleeasyatargetfor,inindustryautomateextensiveusagePLC,passingPLCweavingdistancetotheequipmentsproceedingfull-automaticcontrol,increasingworkefficiencywithproductquantity,decreasehumanresource,adoptingcanseeingturningweavingdistancetool,makingdevelopmentprocedurehasthegoodman-machineinterface,simple,useeasily,convenientcustomeroperationetc.characteristics,attainsatisfyactualapplieddemand.
Thethesisdescribedtheprocessofdevelopmentofthesystemfromtheangleofthesoftwareengineering,fromtheproblemthatplantheperiodthedefinitiontohasbeenarrivingtodeveloptheoriginalprocedureinperiodcodetoproceedthedetailedintroduction,thiswillforsystemfromnowonwithcraftrequestproceedthemodification,supportandfurtherdeveloptoprovidetheimportantreference.
Keywords:
Programmablecontroller(PLC),hotprinter,STEP7
目录
绪论1
第一章PLC的硬件组成及编程语言概述3
1.1PLC的组成与基本结构3
1.1.1PLC的基本组成3
1.1.2PLC各组成部分3
1.2PLC编程语言描述4
1.2.1语句表编程概述5
1.2.2STEP7语句表指令及其结构简介5
第二章问题与定义8
2.1引言8
2.1.1编写目的8
2.1.2背景8
2.2问题的提出8
2.3课题名称及问题描述9
2.4课题目标9
第三章可行性研究10
3.1.1热打印机系统结构概述及控制原理进行可行性研究10
3.1.2热打印机动作说明11
3.2PLC控制热打印机不同工作过程12
3.3使用STEP7编程工具编写PLC程序的可行性分析12
3.4STEP7编程的开发环境及目标13
第四章系统设计14
4.1可编程序控制器的系统设计14
4.1.1系统要求和过程或设备分解15
4.1.2创建功能说明书15
4.1.3设计安全回路16
4.1.4确定操作员站16
4.1.5确定PLC系统配置17
第五章程序设计19
5.1引言19
5.2程序结构设计19
5.2.1线性程序结构19
5.2.2分部程序结构20
5.2.3结构化程序结构20
5.3数据结构设计20
5.4编程21
5.5程序调试22
致谢23
参考文献24
程序源代码25
绪论
可编程控制器(ProgammableController)简称PC,主要应用于并关量的逻辑控制,在办公自动化和工业自动化中广泛使用个人计算机(RersonalComputer)也简称PC,为避免混淆,现在一般将可编程逻辑控制器简称为PLC((ProgammableLogicController)
在可编程控制器诞生前,继电器控制系统广泛用于顺序型的设备和生产过程控制中,一个复杂的电气控制系统中可能使用成百上千继电器,如果工艺要求发生变化,控制柜内元件和接线需要作相应的变动,继电器控制系统须重新设计、安装,这种变化工期长、费用高,就需要一种新的控制装置来取代继电器控制系统,使其工作更加可靠、经济、容易维修,适应经常变动的工艺要求。
可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统,专为工艺环境下应用而设计,工业控制器采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算,顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各类机械生产过程。
可编程控制器(PLC)的微处器为基础,结合计算机技术自动控制技术和通信技术,用面向控制过程,面向用户的“自然语言”编程,是一种简装易懂,操作方便,可靠性高的新一代通用工业控制装置。
PLC自问世以来,经过20多年发展成为最受欢迎的工业控制畅销产品,用设计编写PLC程序控制机械设备运行,成为自动控制系统发展一个方向和潮流,现代PLC发展有两个主要趋势,其一向体积更小、速度更快,功能更强、微小型发展;其二是向大型网络化、高可靠性好的兼容性、多功能方面发展。
PLC编程语言向高层次发展,西门子SIMATICS7-300PLC的编程语言STEP7,可运行在个人计算机Windows环境下,界面极为友好,提供强劲的梯形图和语句表,功能块图的三种形成编程,调试诊断等功能并备用丰富的随机帮助信息,可支持位、字节、字、双字、字符串、整数、双整数、实数、日期、数组和结构等数据类型。
SIMATICM7则使用C/C++等高级语言进行编程。
可编程控制器应用主要有以下几类:
1、位置控制用于机床、装配、机械、机器人和电梯过程控制,对温度、压力、流量等连续变化的摸拟量闭环控制;2、数据处理具有数学运算、数据位置、转换、排序、查表、位操作,数据采集、分析、处理;3、通信联网,PLC之间通信PLC与上位工控机,PLC与其它智能设备间的通信;4、开关量的逻辑控制,这是PLC最基本最广泛应用领域实现逻辑控制,顺序控制,用于单机控制,多机群控,自动化生产线控制如注塑机、印刷机、组合机床、包装生产线、电镀流水线,而本论文主要叙述了通过PLC编程控制使热打印机对生产的产品进行自动打印其日期、型号的自动控制过程。
第一章PLC的硬件组成及编程语言概述
1.1PLC的组成与基本结构
1.1.1PLC的基本组成[6]
PLC是一种以微处理器为核心的用作控制的特殊计算机,组成部分与一般微机装置类似,它主要由中央处理单元,输入接口、输出接口,通信接口等部分组成,其中CPU是PLC核心,I/O部件连接现场设备与CPU之间接口电路,通信接口用于与编程器和上位机连接整体式PLC,所有部件装在同一机壳内,而模块式PLC,各功能部件独立封装,称为模块,各模块通过现场总线连接,安排在机架或导轨上,整体式PLC逻辑框图:
如图1.1所示
接收现场信号驱动受控元件
图1.1plc逻辑框图
模块式PLC逻辑框图:
如图1.2所示
现场总线
------------------------------------------------------------------------
图1.2PLC逻辑框图
1.2PLC各组成部分
1、中央处理单元CPU[6]
中央处理单元是PLC主要部分,系统的核心,它通过输入装置读入外设状态,由用户程序去处理,根据处理结果通过输出装置去控制外设。
一般中型可编程序器为双微处理器系统,一个是字处理器,另一个是位处理器。
字处理器处理字节操作指令,控制系统总线内部计数器、定时器、监视扫描时间,位处理器主要作用处理位操作指令和在机器操作系统的管理下实现PLC编程语言向机器语言转换。
2、存储器
存储器主要存放系统程序,用户程序及工作数据。
3、输入输出部件(I/O)模块
PLC通过I/O模块与工业生产过程现场联系,通过I/O接口检测被控对象或被控生产过程各种数据,这些现场数据作为PLC对被挖对象进行控制信息依据。
同时,PLC又通过I/O接口将处理结果送给被控设备或工业生产过程,以实现现场控制。
4、编程装置和编程软件
(1)专用编程器
(2)PLC编程软件包
PLC开发系统软件包括编程软件、数据采集和分析软件,实时操作接口软件、仿真软件。
5、外部设备
(1)人/机接口装置
(2)外存储器(3)EPROM写入器
6、智能接口模块
智能接口模块种类有高速计数模块、闭环控制模块,运动控制模块,阀门控制模块,通信模块
7、电源部件
PLC配有开关式稳压电源,供内部电路使用,稳定性好,抗干扰能力强,还向外提供24VDC的稳压电源,用于对外部传感器供电
1.2PLC编程语言概述
PLC编程语言一般有三种方式:
1、梯形图其表达式与电气操作原理图相对应形象,直观实用,为广大电气技术人员熟知,是PLC主要编程语言之一;2、功能块图编程,是一种类似于数字逻辑电路结构的编程语言,有数字电路基础的人很容易掌握。
3、语句表编程是一种与汇编语言类似的助记符编程表达方式,用一系列PLC操作命令组成语句表将梯形图控制逻辑描述出来,并通过编程器输入到PLC的硬件中,不同的厂家PLC采用不同的语句表符号集。
1.2.1语句表编程的概述[2]
语句是用户程序的基础单元,每个控制功能由一条或多条语句组成的用户程序来完成,每条语句是规定CPU如何动作的指令,它的作用和微机的指令一样而且PLC的语句也由操作码和操作数组成,使其表达指令的方式:
PLC的语句:
操作码+操作数
操作码用来指定要执行的功能、告诉CPU该进行什么操作。
操作数内包含为执行该操作所有必须的信息,告诉CPU用什么地方的数据来执行引操作。
操作数应该给CPU指明为执行某一操作所需信息的所在地,所以操作数的分配原则通过是:
(1)为了让CPU区别不同的编程元素每个独立的元素应指定一个互不重复的地址
(2)所指定的地址民用工业须在该型机器允许的范围之内,超出机器允许的操作参数,PLC不予响应并以出错处理。
命令语句编程有键入方便,编程灵活的优点,在编程支路中元素数量一般受限制。
S7的编程语言中,语句表是一个完备的指令系统,支持结构化编程方法指令系统包括位逻辑操作(二进制操作),数字运算,组织功能和功能块编程。
1.2.2STEP7语句表指令及其结构简介[4]
1、语句指令内一个操作码和一个操作数组成如AI1.0该指令是一条位逻辑操作指令,其中“A”是操作码表示执行与“操作”。
“I1.0”是操作数,指出对输入信号I1.0进行操作
NOT指令取反指令,不带操作数对逻辑操作结果(RLO)取反
最基本的指令表:
如表1.1所示
位逻辑指令
含义
A
与指令
AN
与非指令
O
或指令
ON
或非指令
X
异或指令
XN
异或非指令
NOT
取反指令
LAD
装载指令
S
置位指令
R
复位指令
表1.1基本指令表
比较指令的含义:
如表1.2所示
指令
含义
〈
小于
〈=
小于等于
〉
大于
〉=
大于等于
==
等于
〈〉
不等于
表1.2比较指令
在语句表中有整数、差整数、实数的比较
程序控制指令含义:
如表1.3所示
指令
含义
CALL
该指令在程序中无条件执行,调用FB,FC,SFB,SFC
UC
该指令在程序中无条件调用功能功(一般指FC,SFC)不能传递参数
CC
RLO=1调用动能块(一般是FC)不能传递参数
BEU
该指无条件结束当前块扫描,将控制返还给调用块
-(JMP)
用于无条件跳转或以RLO=1为跳转条件
-(JMPN)
当RLO=0时跳转,请OR,FC,置位STA,RLO
JU
无条件跳转
NOP0
空操作0,不进行任何操作
NOP1
空操作1,不进行任何操作
-(MCRA)
激活MCR区,该指令表明一个按MCR方式操作区域开始
-(MCRD)
激活MCR区(与MCRA成对使用)指令表明一个按MCR方式操作结束
-(MCR〈)
主控继电器,该指令将RLO保存于MCR堆线中,产生一条子母线,其后指令与子母线相连
-(MCR〉)
恢复RLO,结束子母线,返回主母线
表1.3程序控制指令
以上指令是STEP7语句表中最基本,也是比较重要的指令,通过以上指令才能完成对程序编写及修改。
第二章问题定义
2.1引言
随着信息技术的迅速发展以及计算机控制系统在工业控制的广泛运用,我国工业自动化控制技术发展步伐也在加快,可编程控制器(PLC)技术也迅速发展起来,逐渐代替继电器接触器控制系统,利用可编程控制器技术大大提高企业的生产效率广泛的应用在自动化生产线的控制领域。
问题定义阶段必须回答的问题是“需解决的问题是什么”
2.1.1编写目的
在此部分中,主要是弄清本课题解决的根本问题,以及设计所需要的资源等,这也是每个程序设计的第一步,是有了解每个项目所必需要做的事,才能把项目继续下去,为此我们要对所做的课题进行一下基本的了解,要了解本课题真正要“做什么”
2.1.2编写背景
为了提高企业的生产效率,设计开发热打印机对生产的产品进行自动打印其日期,规格型号的控制程序系统。
2.2问题的提出
在当今的社会,企业之间的竞争越来越激烈,如何降低产品的成本,提高产品的质量,显得越来越重要,而在用电磁继电器控制的设备和生产,复杂的系统使用成百上千个各式各样继电器,由密如蛛网的成千上万根导线用复杂的方式连接起来,执行相当复杂的控制任务。
出现故障后的查找和排除故障非常困难,要花费大量时间、人力,如果工艺的变化,控制柜内元件和接线需要作相应的变动,改造工期长,费用高,显然需要寻求一种新控制装置来取代老式继电器控制系统,使电气控制系统的工作更加可靠,更容易维修,更能适应经常变动的工艺要求,而计算机的飞速发展给自动控制系统广泛的发展空间,可编程控制器是进行数字运算的电子系统,能直接应用于工业环境下的计算机,以微处理为基础,结合计算机技术,自动控制技术和通信技术,用面向控制过程,面向用户“自然语言”编程是一种简单易懂,操作方便,可靠性高的新一代通用工业控制装置。
2.3课题名称及问题的描述
1.课题名称:
运用可编程控制器控制热打印系统
2问题描述
使用西门子SIMATICS7-300PLC的编程语言STEP7作为开发工具,开发PLC控制热打印机系统,要求具有如下功能
(1)工作方式:
要求热打印机作为整条生产线中的一个工作环节,有三种工作方式:
手动方式、半自动方式和全自动方式。
(2)触摸屏的作用:
要求热打印机配有SIEMENSTP/70A触摸屏一个,主要用以设置热打印机所需要的各个参数
(3)热打印机的打印方式设定:
热打印机对产品的打印方式可以运用压力设定方式和行程设定方式
2.4问题目标
利用PLC编程对热打印机自动控制,自动操作,改变以继电器控制系统同时做到对液压系统的监控和对设备保障进行的自动报警。
适应工艺变动要求,减少人力资源,降低查找和排除故障的时间,提高产品质量和生产效率。
第三章可行性研究
3.1.1热打印机系统结构概述及控制原理可行性研究
热打印机结构由主机、液压系统,电气控制系统三部分组成PLC控制,主要针对热打印机控制系统而设计的,而我们后面要介绍系统操作方式,及控制原理
一、热打印机工作方式设定为手动,半自动和自动三种工作方式,压制方式为设定压力和设定行程两种选择。
(1)半自动状态
调整好接近开关及滑块行程位置,工作方式设在半自动位置,首先按下对中开按钮,被打印件在摆臂和轨道作用下移到打印位置,将对中结束灯亮后按下打印开始按钮,滑块块下,经过系统设定的快转慢位置后,滑块进入压制状态。
当滑块达到系统设定压力或位置时,系统进入保压状态,达到保压时间后,系统卸压,滑块块回,当滑块到达快回转慢回位置时,滑块进行慢回动作,到达设定的上限位时滑块停止动作,初始原位灯亮,系统单循环运行结束。
若在打印过程中按打印停止按钮,可以使半自动状态运行滑块停留在安全限度内的任意位置。
按紧急停止按钮,设备停止工作,滑块停止运动,所有按钮均失去作用,直到解除紧急停止按钮。
(2)自动状态
按下打印开始按钮,设备执行自动对中和半自动状态下的动作,中间不需要人工参与,打印结束后,打印机发出打印完成信号。
二、触摸屏的使用
配有SIEMENSTP/70A触摸屏,主要用以设置打印机所需要参数如压力参数、行程参数
(1)滑块行程设定
打印机滑块原始位置可自由设定,默认零位是工作台面,屏上显示的数字行程是字头底部与工作台之间距离。
滑块位置根据装在打印机设备上接线式行程检测位感器所检测到模拟量来确定,两者之间是线性关系,线性比例(LINE-K)是根据拉线式行程检测传感器本身的性能来确定,而线性关系偏移量(LINE-B)为设置提供用来确定工作零点位置。
(2)滑块压力设定和对中压力设定
热打印机的工作压力在5Mpa—25Mpa之间自由设定,如果超出这个范围,PLC则会报警,压力的检测通过安装在油路系统上的压力传感器检测的,压力传感器的工作原理和拉线式行程检测传感器是一样的,线性关系的比例也是由压力传感器本身性能决定。
(3)行程设定
热打印机自动运行时需要四位置,设定其为上限停止位(SXW)快下转慢下位(XZW),定程停止位(TZW)和快回转慢回位(HZW)滑块由SXW快下运行到XZW转为慢下,压机增压,当压力达到设定值或滑块到达设定行程TZW后开始按照设定压力保压,保压时间结束后快回到HZW,然后转为慢回,电后停止在SXW,一个工作循环结束.
3.1.2热打印机动作说明
热打印机有如下动作,滑块块下,滑块压制,滑块块回,滑块慢回,对中开始,对中结束。
(一)在手动状态以上动作可由按动操作面板上按钮实现
(二)在半自动和自动状态下,对中动作完成后,压机开始一次打印循环,由以下动作组成:
1、滑块快下,按打印机开始按钮,滑块由上限停止位(SXW)开始快下直到滑块到达快下转慢下(XZW)位置。
2、滑块慢下,滑块快下到快下转慢下位置后转为慢下,直到达到定程停止位,设定位置(定程方式)或压力设定值(定压方式)。
3、滑块快回,当滑块到达定程停止位(定程方式)或压机压力(定压方式)压机开始快回直到快回转慢回位置。
4、滑块慢回,滑快快回到快回转慢回位置后开始变为慢回,停止在设定的上限停止位置。
3.2PLC控制热打印机不同工作过程
1、手动方式下,操作方式为即按即用式,释放按钮则动作停止,滑块上行极限位置是上限位报警位,下行极限是下限报警位,即滑块只可在上、下限位之间运行。
手动方式下,按动滑块快回按钮时滑块只能到达上限停止位。
2、半自动方式下,若热打印机初始原位置灯亮,对中退回到位灯亮,被打印工件到达可对中区域,按钮开始按钮,此时对中臂自动对中动作直到对中压力
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