基于PLC及WinCC的自动送料装车控制系统设计

分布式控制课程设计

设计题目：自动送料装车控制系统设计

学校：

院系：

设计人员：

指导教师：

一、自动送料装车控制系统的设计

摘要：该设计通过西门子小型PLC S7-200编程实现自动送料装车系统的控制，通过上位机组态软件WinCC实现其运行过程的监视，两者通讯即实现对自动送料装车控制系统的监控。

关键字：西门子; PLC ;组态软件; WinCC

二、应用背景

基于PLC和组态软件的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系统广泛应用于现代化工农业生产，因此自动化程度越来越高。电器控制技术是随着科学技术的不断发展，生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的。

在现代化工业生产中，为了提高劳动生产率，降低成本，减轻工人的劳动负担要求整个工艺生产过程全盘自动化，这就离不开控制系统。

控制系统是整个生产线的灵魂，对整个生产线起着指挥的作用。一旦控制系统出现故障，轻者影响生产线的继续进行，重者甚至发生人生安全事故这样将给企业造成重大损失。

送料小车是基于PLC控制系统来设计的控制系统的每一步动作都直接作用于送料小车的运行，因此，送料小车性能的好坏与控制系统性能的好坏有着直接的关系。送料小车能否正常运行、工作效率的高低都与控制系统密不可分。所以对送料小车控制系统的设计要予以重视。

可编程序控制器是结合继电接触器控制和计算机技术而不断发展完善起来的一种自动控制装置，具有编程简单、使用方便、通用性强、可靠性高、体积小、易于维护等优点，在自动控制领域应用得十分广泛。该控制系统，根据实际要求利用PLC的实时控制和顺序处理功能，完成系统控制，在本次论文中给出了控制系统的主电路图及软件设计。西门子S7-200可编程序控制器以其紧凑的设计及强大的功能作为小型PLC的代表有着很高的市场占有率。

组态软件是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件

工具。组态软件支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。西门子的WinCC是西门子HMI的组成部分，也是组态软件中的代表之一。

三、设计内容与要求

本课题的主要设计内容有:熟悉西门子PLC S7-200编程软件STEP 7-Micro/WIN，根据控制过程分配IO口，应用顺序控制设计法先画出描述系统控制过程的顺序功能图（Sequential Function Chart），继而转换为梯形图在编程软件中下载调试，实现预期功能后进行软件组态，设计出自动送料装车系统的形象化监控界面，最后PLC和WinCC通信，实现过程现场与上位机的良好人机交互（HMI）。

确定送料小车控制系统的总体设计方案,设计送料小车拖动电机的电器控制线路原理图；确定送料小车控制系统PLC的型号规格，确定PLC I/O元件列出PLC I/O元件分配表，设计送料小车控制系统的PLC I/O接线图，PLC程序的总体结构图和梯形图，包括公用程序、控制程序、信号显示和故障报警程序等设计目的：

1) 熟练掌握PLC的指令系统学会定时器、计数器和特殊继电器在实际中的应用。

2) 通过设计牢固掌握用功能表图设计梯形图的方法、步骤及绘制梯形图所遵循的规则和设计技巧。学会时序控制程序的设计和调试方法。

3) 学会PLC输入/输出点的分配、接线。

四、可编程序控制器概述

可编程序控制器(Programmable Controller)通常也可简称为可编程控制器,英文缩写为PC或PLC,是以微处理器为基础,综合了计算机技术，自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便的一系列的优点，特别是它的高可靠性和较

强的适应恶劣工作环境的能力,更是得到了用户的好评,因而在冶金、能源、化工、交通、电力等领域中的到了越来越广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）

4.1.可编程控制器的特点

4.1.1.可靠性高，抗干扰能力强

现代PLC采用了集成度很高的微电子器件大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成其可靠程度是使用机械触点的继电器所无法比较的。为了保证PLC能在恶劣的工业环璄下可靠工作，在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件主面的抗干扰措施。

硬件主面采取的主要措施有：

1) 隔离----PLC的输入、输出接口电路一般都采用光电耦合器来传递信号这种光电隔措施使外部电路与PLC内部之间完全避免了电的联系，有效的抑制了外部的干扰源对PLC的影响还可防止外部强电窜入内部CPU。

2) 滤波----在PLC电路电源和输入、输出(I/O)电路中设置多种滤波电路

可有效抑制高频干扰信号。

3) 在PLC内部对CPU供电电源采取屏蔽、稳压、保护等措施防止干扰信号通过供电电源进入PLC内部另外各个输入、输出I/O接口电路的电源彼此独立以避免电源之间的互相干扰。

4) 内部设置连锁、环璄检测与诊断等电路，一旦发生故障立即报警。

5) 外部采用密封、防尘、抗振的外壳封装结构，以适应恶劣的工作环璄。

在软件方面采取的主要措施有：

1) 设置故障检测与诊断程序每次扫描都对系统状态、用户程序、工作环璄和故障进行检测与诊断发现出错后立即自动做出相应的处理以适应恶劣的工作环璄。

2) 对用户程序及动态数据进行电池后备,以保障停电后有相关状态及信息人不会因此而丢失。

采用以上抗干扰措施后一般PLC的抗电平干扰强度可达峰值1000V脉宽

10US其平均无故障时间可高达30-50万小时以上。

4.1.2.编程简单易学

PLC采用与继电器控制线路图非常接近的梯形图作为编程语言它既有继电器电路清淅直观的特点又充分考虑到电气工人和技术人员的读图习惯对于使用者来说几乎不需要专门的计算机知识因此易学易懂程序改变也容易修改。

4.1.3.功能完善，适应性强

目前PLC产品已经标准化、系列化和模块化不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能还具有 A/D、D/A转换、算术运算及数据处理、通信联网和生产过程监控等功能。它能根椐实际需要，方便灵活地组装成大小各异、功能不一的控制系统既可控制一台单机、一条生产线、以可以控制一个机群、多条生产线；既可以现场控制，以可以远程控制。

针对不同的工业现场信号如交流或直流、开关量或模拟量、电流或电压、脉冲或电位、强电或弱电等PLC都有相应的I/O接口模块与工业现场控制器件和设备直接连接，用户可以根据需要方便地进行配置，组成实用、紧凑的控制系统。

4.2.可编程控制器的编程语言

PLC的编程语言有梯形图语言、助记符语言、流程图语言和布尔代数语言等。其中前两种语言用得较多流程图语言也在许多场合被采用。在此介绍梯形图语言和助记符语言的编程及其特点。

4.2.1.梯形图语言

梯形图结构沿用继电控制原理图的形式，采用了常开触点、常闭触点、线