基于PLC的自控轧钢机监控系统设计含外文翻译.docx
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基于PLC的自控轧钢机监控系统设计含外文翻译
DesignOFControlledrollingmillcontrolsystemBasedonplc
PLChasbeenwidelyusedinvariousindustriesathomeandabroad,withtherapiddevelopmentofmodernindustry,PLCinthefactoryhasbeenveryimportant,notonlytoimproveefficiencyandreduceunnecessaryinvestment.ThesubjectismadetothedesignofthecontrolledrollingmillbasedonPLCcontrolsystem,itisveryimportantinthesteelproductionprocess,mainlyS7-200seriesmodelsforprogramdesign,thesoftwareautomaticallywithConfigurationscreenrollingmachinegroup前 言1
第1章绪论2
1.1课题研究的背景及意义2
1.1.1课题研究的背景2
1.1.2课题研究来源3
1.1.3课题研究的意义3
1.2课题主要研究的内容3
第2章PLC的基本结构及原理4
2.1PLC的基本结构4
2.1.1PLC的硬件结构4
2.1.2PLC的软件结构7
2.2工作原理7
2.3西门子S7-200系列PLC9
2.3.1S7-200PLC特性9
2.3.2S7-200主要功能模块介绍10
2.3.3S7-200PLC工作原理11
第3章系统设计12
3.1硬件设计12
3.1.1控制系统I/O地址分配12
3.1.2电气控制系统原理图12
3.2软件设计14
第4章轧钢机监控系统设计17
4.1画面的开发方法17
4.1.1监控画面的开发方法17
4.1.2组态软件17
4.2监控画面的设计18
4.2.1组态工程的建立18
4.2.2创建组态画面21
4.2.3定义IO设备23
4.2.4构建数据库27
4.2.5建立动画连接29
4.2.6运行调试32
第5章软硬件调试33
谢辞36
参考文献37
外文资料翻译38
前 言第1章绪论
第2章PLC的基本结构及原理
可编程控制器的结构多种多样,但其组成的一般原理基本相同,都是以微处理器为核心的结构,其功能的实现不仅基于硬件的作用,更要靠软件的支持,实际上可编程控制器就是一种新型的工业控制计算机。
2.1.1PLC的硬件结构
微处理器(CPU)——控制器的核心
存储器(RAM、ROM)
输入、输出部件(I/O部件)——连接现场设备与CPU之间的接口电路
电源部件——为PLC内部电路提供能源
整体结构的PLC——四部分装在同一机壳内
模块式结构的PLC——各部件独立封装,称为模块,通过机架和总线连接而成
I/O的能力可按用户的需要进行扩展和组合(扩展机)
另外,还必须有编程器——将用户程序写进规定的存储器内
图2-1plc的硬件结构
1.中央控制处理单元(CPU)
可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。
通用微处理器有8080、8086、80286、80386等;单片机有8031、8096等;位片式微处理器的AM2900、AM2903等。
FX2可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机。
2.存储器
可编程控制器配有两种存储器:
系统存储器和用户存储器。
系统存储器:
存放系统管理程序,用只读存储器实现。
用户存储器:
存放用户编制的控制程序,一般用RAM实现或固化到只读存储器中。
3.输入输出接口
作用:
连接用户输入输出设备和PLC控制器,将各输入信号转换成PLC标准电平供PLC处理,再将处理好的输出信号转换成用户设备所要求的信号驱动外部负载。
对输入输出接口的要求:
良好的抗干扰能力;对各类输入输出信号(开关量、模拟量、直流量、交流量)的匹配能力。
PLC输入输出接口的类型:
模拟量输入输出接口、开关量输入输出接口(直流、交流及交直流)。
用户应根据输入输出信号的类型选择合适的输入输出接口。
1开关量输入接口电路
各种输入接口均采取了抗干扰措施。
如带有光耦合器隔离使PLC与外部输入信号进行隔离;并设有RC滤波器,用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。
通常有三种类型:
直流(12∽24)V输入、交流(100∽120)V输入与交流(200∽240)V输入和交直流(12∽24)V输入。
直流输入模块的电源一般由机内24v电源提供,输入信号接通时输入电流一般小于10mA;交流输入模块的电源一般由用户提供。
如图2-1PLC的硬件结构。
如图2-2直流输入接口。
图2-2直流输入接口
②开关量输出接口电路
有三种形式,即继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。
开关量输出端的负载电源一般由用户提供,输出电流一般不超过2A。
开关量输出端的负载电源一般由用户提供,输出电流一般不超过2A,如图2-3交直流输出接口。
输出端子的两种接法:
●隔离式
输出各自独立,无公共点:
各输出端子各自形成独立回路。
●汇点式
全部输入点(输出点)共用一个公共点。
或者将输入点(输出点)分成几组,组内各点共用一个公共点。
各组的公共点之间相互隔离。
组内的各点必须使用同一电压类型和同一电压等级,各组可使用不同电压类型和等级的负载。
4.电源
PLC的供电电源一般是市电,也有用直流24V电源供电的。
编程器、
利用编程器可将用户程序输入PLC的存储器,还可以用编程器检查程序、修改程序;利用编程器还可以监视PLC的工作状态。
6.用户输入输出设备:
用户输入器件有控制开关和检测元件,即各种开关、按钮、传感器等;用户输出设备主要有
在可编程控制器中,PLC的软件分为两大部分:
1.系统监控程序:
用于控制可编程控制器本身的运行。
主要由管理程序、用户指令解释程序和标准程序模块,系统调用。
2.用户程序:
它是由可编程控制器的使用者编制的,用于控制被控装置的运行。
2.2工作原理
1.基本工作模式:
PLC有运行模式和停止模式。
运行模式:
分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段。
停止模式
当处于停止工作模式时,PLC只进行内部处理和通信服务等内容。
2.PLC工作过程:
1)内部处理阶段:
在此阶段,PLC检查CPU模块的硬件是否正常,复位监视定时器,以及完成一些其它内部工作。
2)通信服务阶段
在此阶段,PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令,更新编程器的显示内容等,当PLC处于停状态时,只进行内容处理和通信操作等内容。
3)输入处理阶段
输入处理也叫输入采样。
在此阶段顺序读取所有输入端子的通断状态,并将所读取的信息存到输入映象寄存器中,
4)程序处理阶段
按先上后下,先左后右的步序,对梯形图程序进行逐句扫描并根据采样到进行逻辑运算,运算结果再存入有关映像寄存器中。
但遇到程序跳转指令,则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。
5)输出刷新阶段
程序处理完毕后,将所有输出映象寄存器中各点的状态,转存到输出锁存器中,再通过输出端驱动外部负载。
在运行模式下,PLC按上述五个阶段进行周而复始的循环工作,称为循环扫描工作方式。
3.PLC工作方式与特点
引起输出滞后的因素:
输入模块的滤波时间、输出模块的滞后时间、扫描方式引起的滞后。
3)由于PLC是集中采样,在程序处理阶段即使输入发生了变化,输入映象寄存器中的内容也不会变化,要到下一周期的输入采样阶段才会改变。
4)由于PLC是串行工作,所以PLC的运行结果与梯形图程序的顺序有关。
这与继电器控制系统“并行”工作有质的区别。
避免了触点的临界竞争,减少繁琐的联锁电路。
S7-200PLC特性
S7-200主要功能模块介绍
模拟量输入/输出扩展模块EM235有4路模拟量输入/1路模拟量输出。
S7-200PLC工作原理
CPU从输入电路的输出端读出个电路状态,并将其写入输入映像寄存器;在程序执行阶段,CPU从输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出各继电器的状态,并根据此状态执行用户程序,执行结果再写入元件映像寄存器中;在紧接着的下一个I/O刷新阶段,将输出映像寄存器的状态写入输出锁存电路,再经输出电路传递到输出端子,从而控制外接器件动作。
第3章系统设计
序号
输入点
输入地址
序号
输出点
输出地址
1
I0.0
1
Q0.0
电机M1正转(KM1)
2
I0.1
停止开关SB1
2
Q0.1
电机M1反转(KM5)
3
I0.2
3
Q0.2
电机M2正转(KM2)
4
I0.3
4
Q0.3
电机M2反转(KM6)
5
Q0.4
电机M3正转(KM3)
6
Q0.5
电机M3反转(KM4)
7
Q1.1
A灯亮
8
Q1.2
B灯亮
9
Q1.3
C灯亮
图3-2外围硬件接线图
3.2软件设计
图3-3轧钢机梯形图语句表为:
//NetworkComment
LDI0.0
OQ0.1
OQ1.4
ANI0.1
ANI0.3
=Q0.1
=Q0.2
Network2
LDI0.0
OQ1.1
ANI0.1
ANT37
=Q1.1
Network3
LDQ1.1
TONT37,+30
Network4
LDI0.0
OQ0.6
ANI0.1
=Q0.6
Network5
LDI0.2
OQ0.4
ANQ0.5
ANI0.3
AQ0.1
=Q0.4
Network6
LDI0.3
OQ1.2
ANC52
LPS
ANT38
=Q1.2
LPP
ANQ1.2
AT38
=Q1.3
Network7
LDQ0.7
TONT38,+88
Network8
LDI0.3
OQ0.0
ANQ0.1
ANC52
AQ0.5
=Q0.3
=Q0.0
Network9
LDI0.3
OQ0.5
ANQ0.4
ANC52
ANI0.1
ANQ1.4
=Q0.5
Network10
LDQ1.2
OQ0.7
ANI0.1
AQ0.6
=Q0.7
Network11
LDQ1.3
OQ1.0
AQ0.6
AQ0.7
ANI0.1
=Q1.0
Network12
LDI0.2
AQ0.7
ANC52
=Q1.4
Network13
LDI0.3
LDI0.0
CTDC52,
第4章轧钢机监控系统设计
4.2.1组态工程的建立弹出选择菜单“文件\新建工程”或单击“新建”按钮,弹出如下图4-2所示。
单击“下一步”继续。
弹出“新建工程向导之二对话框”,如下图4-3所示。
在工程路径文本框中输入一个有效的工程路径,或单击“浏览…”按钮,在弹出的路径选择对话框中选择一个有效的路径。
单击“下一步”继续。
弹出“新建工程向导之三对话框”,如下图4-4所示。
在工程名称文本框中输入工程的名称(基于PLC自控轧钢机监控系统设计),该工程名称同时将被作为当前工程的路径名称。
在工程描述文本框中输入对该工程的描述文字。
工程名称长度应小于32个字节,工程描述长度应小于40个字节。
单击“完成”完成工程的新建。
系统会弹出对话框,询问用户是否将新建工程设为当前工程,如下图4-5所示。
图4-5新建工程三6单击“否”按钮,则新建工程不是工程管理器的当前工程,如果要将该工程设为新建工程,还要执行“文件\设为当前工程”命令;单击“是”按钮,则将新建的工程设为组态王的当前工程。
定义的工程信息会出现在工程管理器的信息表格中。
双击该信息条或单击“开发”按钮或选择菜单“工具\切换到开发系统”,进入组态王的开发系统。
如下图4-6所示。
进入新建的组态王工程,选择工程浏览器左侧大纲项“文件\画面”,在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标,弹出对话框如下图4-7所示。
在“画面名称”处输入新的画面名称(基于PLC自控轧钢机监控系统),其它属性目前不用更改。
点击“确定”按钮进入内嵌的组态王画面开发系统。
如下图4-8所示。
3在组态王开发系统中从“工具箱”中分别选择“矩形”和“文本”图标,绘制一个矩形对象和一个文本对象,如下图4-9所示。
选择工程浏览器左侧大纲项“设备\COM1”,打开定义IO设备的窗口,如下图4-10所示。
2在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标,处输入新的画面名称(基于PLC自控轧钢机监控系统),其它属性目前不用更改。
弹出“设备配置向导一”,如下图4-11所示。
3在“设备配置向导一”中,选择PLC/西门子/SS系列/S7-200/PPI选项,如“设备配置向导二”。
如下图4-12所示。
4在“设备配置向导三”中,为外部设备取一个名称,如下图4-13所示。
图4-13
5在“设备配置向导四”中,为设备选择连接串口,设为COM1,如下图4-14所示。
图4-14设备配置向导四
6在“设备配置向导五”中,填写设备地址,设为2,如下图4-15所示。
图4-15设备配置向导五
7在“设备配置向导六”中,设置通信故障恢复参数(一般情况下使用系统默认设置即可),如下图4-16所示。
图4-16设备配置向导六
8请检查各项设置是否正确,确认无误后,单击“完成”。
如下图4-17所示。
图4-17设备配置向导六
设备定义完成后,可以在工程浏览器的右侧看到新建的外部设备“PLC”。
在定义数据库变量时,只要把IO变量连结到这台设备上,它就可以和组态王交换数据了。
1回到Explorer界面,选择“数据库\数据词典”,弹出工程浏览器窗口,如下图4-18所示。
图4-18工程浏览器窗口
2在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标,弹出“定义内存
图4-19定义内存变量属性
变量属性”对话框例如,在“变量名”处输入变量名,如a;在“变量类型”处选择变量类型如:
内存整型,其它属性目前不用更改,单击“确定”即可。
如下图4-19所示。
3上面的对话框可以对数据变量完成定义、修改等操作,以及数据库的管理工作。
例如,在“变量名”处输入变量名,如a;在“变量类型”处选择变量类型如:
内存整型,其它属性目前不用更改,单击“确定”即可。
下面继续定义一个IO变量属性,如下图4-20所示。
图4-20定义IO变量属性
4上面的对话框可以在“变量名”处输入变量名,如a;在“变量类型”处选择变量类型如IO整数;在“连接设备”中选择先前定义好的IO设备新建IO设备;在“寄存器”中定义为Q0.6;在“数据类型”中定义为bit类型。
其它属性目前不用更改,单击“确定”即可。
弹出窗口如下图4-21所示。
图4-21工程浏览器窗口
根据以上数据库的构建过程,把组态图中的各个图形进行定义,如a、a1、a2、gd等等。
1继续上面的工程。
双击图形对象——即矩形,可弹出“动画连接”对话框,如下图4-22所示。
图4-22动画连接窗口
2用鼠标单击“填充”按钮,弹出对话框如下图4-23所示。
图4-23动画连接窗口
3在“表达式”处输入“a”,“缺省填充刷”的颜色改为黄色,其余属性目前不用更改,如下图4-24所示。
图4-24表达式窗口
4单击“确定”,再单击“确定”返回组态王开发系统。
为了让矩形动起来,需要使变量即a能够动态变化,选择“编辑\画面属性”菜单命令,弹出对话框如下图4-25所示。
图4-25画面属性窗口
单击“命令语言…”按钮,弹出画面命令语言对话框,如下图4-26所示。
图4-26画面命令语言窗口
在编辑框处输入命令语言可将“每3000毫秒”改为“每500毫秒”,此为画面执行命令语言的执行周期。
单击“确认”,及“确定”回到开发系统。
双击文本对象“####”,可弹出“动画连接”对话框,如下图4-27所示。
图4-27动画连接窗口
7用鼠标单击“模拟值输出”按钮,弹出对话框如下图4-28所示。
图4-28模拟值输出连接窗口
8在“表达式”处输入“b”,其余属性目前不用更改。
单击“确定”,再单击“确定”返回组态王开发系统选择“文件\全部存”菜单命令。
4.2.6运行调试
组态王工程已经初步建立起来,进入到运行和调试阶段。
在组态王开发系统中选择“文件\切换到View”菜单命令,进入组态王运行系统。
在运行系统中选择“画面\打开”命令,从“打开画面”窗口选择“Test”画面。
显示出组态王运行系统画面,即可看到矩形框和文本在动态变化。
第5章软硬件调试
结论
1.全文总结
2.展望
谢剑英,贾青.微型计算机控制技术.北京:
国防工业出版社,2001ConfigurationSoftware
3.通讯实用程序可以使用以太网、RS485、RS232、PSTN等多种通讯介质或网络实现其功能。
实用通讯程序组件可以划分为Server和Client两种类型,Server是数据提供方,Client是数据访问方,一但Server和Client建立起了连接,二者间就可以实现数据的双向传送。
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