基于S7300 PLC和觸摸屏的吸液率測(cè)定裝置

1、 基于s7-300 plc和觸摸屏的吸液率測(cè)定裝置 摘要可編程控制器是一種應(yīng)用很廣泛的自動(dòng)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，具有控制能力強(qiáng)、操作靈活方便、可靠性高、適宜長(zhǎng)期連續(xù)工作的特點(diǎn)，非常適合吸液率測(cè)定的要求。 在工業(yè)領(lǐng)域，隨著自動(dòng)化程度的迅速提高，用戶對(duì)控制系統(tǒng)的過(guò)程監(jiān)控要求越來(lái)越高，人機(jī)界面的出現(xiàn)正好滿足了用戶這一需求。人機(jī)界面可以對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，包括過(guò)程監(jiān)測(cè)、報(bào)警提示、數(shù)據(jù)記錄等功能，從而使控制系統(tǒng)變得操作人性化、過(guò)程可視化，在自動(dòng)控制領(lǐng)域的作用日益顯著。 本文介紹了一種浸膠過(guò)程的吸液率實(shí)時(shí)測(cè)定裝置，該裝置基于s7-300plc和hmi設(shè)計(jì)。分

2、析了吸液率的測(cè)量原理，對(duì)測(cè)定裝置系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、軟件設(shè)計(jì)和hmi畫面組態(tài)進(jìn)行了較詳細(xì)的說(shuō)明。本裝置設(shè)計(jì)先進(jìn)、功能完善、可靠性高，和同類產(chǎn)品相比，在性能和可靠性方面均處于領(lǐng)先水平。關(guān)鍵詞： 浸膠過(guò)程 吸液率 平均吸液率 s7-300plc 觸摸屏based on s7-300 plc and touch screen for determination of the suction device abstractprogrammable controller is a kind of application is extensive automatic control device, it wi

3、ll traditional relay control technology, computer technology and communication technology is an organic whole, have strong ability to control, convenient operation, high reliability, appropriate long-term continuous working characteristics, very suitable for sucks fluid rate mensuration requirements

4、.in industrial field, with the rapid increase of automation degree, the user to the control system process monitoring demand is higher and higher, man-machine interface appeared just a satisfying user needs. the man-machine interface can of the control system is carried out comprehensive monitoring,

5、 including process monitoring, alarm prompt, data records, and other functions, thus make control system is becoming operating humanized, process visualization, in the role of automatic control field has more and more notable.this paper introduces a kind of soak glue process real-time measurement de

6、vice by absorb fluid rate based on this device s7 - mill and hmi design. analyzed the principle of measurement of the absorb fluid rate to determine equipment system, the hardware structure, software design and hmi screen configuration were detailed instructions. this device is advanced in designing

7、, the perfect function, high reliability, and similar products compare in performance and reliability, are in a leading level.keywords: soak glue process to absorb fluid rate average sucks fluid rate s7 - mill touch screen1 緒論1.1項(xiàng)目背景和意義在我國(guó)隨著社會(huì)的發(fā)展，很早就實(shí)行了自動(dòng)控制。而在我國(guó)液位控制系統(tǒng)也利用得相當(dāng)?shù)膹V泛，特別在鍋爐液位控制，水箱液位控制。由于其具有

8、工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運(yùn)行慣性大、控制滯后等特點(diǎn)，它對(duì)控制調(diào)節(jié)器要求極高。為了解決人工控制的控制準(zhǔn)度低、控制速度慢、靈敏度低等一系列問(wèn)題。從而我們現(xiàn)在就引入了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)溫度控制器的研究進(jìn)行了廣泛、深入的研究，特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，溫度控制器的研究取得了巨大的發(fā)展，形成了一批商品化的溫度調(diào)節(jié)器，如:職能化pid、模糊控制、自適應(yīng)控制等，其性能、控制效果好,可廣泛應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)。在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi),plc（可編程控制器）以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、體積小、能耗低等顯著特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的自動(dòng)控制之中。目前的工業(yè)控制中,常常選用p

9、lc作為現(xiàn)場(chǎng)的控制設(shè)備,用于數(shù)據(jù)采集與處理、邏輯判斷、輸出控制；而上位機(jī)則是利用hmi軟件來(lái)完成工業(yè)控制狀態(tài)、流程和參數(shù)的顯示,實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、管理、分析和存儲(chǔ)等功能。這種監(jiān)控系統(tǒng)充分利用了plc和計(jì)算機(jī)各自的特點(diǎn),得到了廣泛的應(yīng)用。在這種方式的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套溫度控制系統(tǒng)。以基于plc的下位機(jī)和完成hmi功能的上位機(jī)相結(jié)合,構(gòu)建成分布式控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了溫度自動(dòng)控制。plc 不僅具有傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的控制功能，而且能擴(kuò)展輸入輸出模塊，特別是可以擴(kuò)展一些智能控制模塊，構(gòu)成不同的控制系統(tǒng)，將模擬量輸入輸出控制和現(xiàn)代控制方法融為一體，實(shí)現(xiàn)智能控制、閉環(huán)控制、多控制功能一體的綜合控制?，F(xiàn)代plc 以集成度

10、高、功能強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、組態(tài)靈活、工作穩(wěn)定受到普遍歡迎，在傳統(tǒng)工業(yè)的現(xiàn)代化改造中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用,尤其適合液位測(cè)定的要求。此外，隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的迅速提高，用戶對(duì)控制系統(tǒng)的過(guò)程監(jiān)控要求越來(lái)越高，人機(jī)界面（hmi）的出現(xiàn)正好滿足了用戶這一需求。人機(jī)界面可以對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，包括參數(shù)監(jiān)測(cè)、信息處理、在線優(yōu)化、報(bào)警提示、數(shù)據(jù)記錄等功能，從而使控制系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單易懂、操作人性化，深受廣大用戶的喜歡。人機(jī)界面（hmi）在自動(dòng)控制領(lǐng)域的作用日益顯著。hmi正在成為引導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)制造走向成功的重要因素，因?yàn)檫@些系統(tǒng)越來(lái)越多的用于監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程，讓過(guò)程變得更加準(zhǔn)確、簡(jiǎn)潔和快速。 hmi其實(shí)廣義的解釋就

11、是“使用者與機(jī)器間溝通、傳達(dá)及接收信息的一個(gè)接口”。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，在一座工廠里頭，我們要搜集工廠各個(gè)區(qū)域的溫度、濕度以及工廠中機(jī)器的狀態(tài)等等的信息透過(guò)一臺(tái)主控器監(jiān)視并記錄這些參數(shù)，并在一些意外狀況發(fā)生的時(shí)候能夠加以處理。這便是一個(gè)很典型的scada/hmi的運(yùn)用，一般而言，hmi系統(tǒng)必須有幾項(xiàng)基本的能力：實(shí)時(shí)的資料趨勢(shì)顯示把擷取的資料立即顯示在屏幕上。自動(dòng)記錄資料自動(dòng)將資料儲(chǔ)存至數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便日后查看。歷史資料趨勢(shì)顯示把數(shù)據(jù)庫(kù)中的資料作可視化的呈現(xiàn)。報(bào)表的產(chǎn)生與打印能把資料轉(zhuǎn)換成報(bào)表的格式，并能夠打印出來(lái)。圖形接口控制操作者能夠透過(guò)圖形接口直接控制機(jī)臺(tái)等裝置。 警報(bào)的產(chǎn)生與記錄使用者可以定義一

12、些警報(bào)產(chǎn)生的條件。1.2 吸液率的測(cè)定1.2.1吸液率測(cè)定技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 自 70 年代以來(lái)，由于工業(yè)過(guò)程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)吸液率控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在職能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果，在這方面，以日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的液位控制器及儀器儀表,并在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用。它們主要具有如下特點(diǎn):1)適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜液位控制系統(tǒng)的測(cè)定。2)能適應(yīng)于受控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型難以建立的液位控制系統(tǒng)的測(cè)定。3)能適應(yīng)于受控系統(tǒng)過(guò)程復(fù)雜、參數(shù)時(shí)變的液位控制系統(tǒng)的控制。4)這些液位

13、控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用先進(jìn)的算法，適應(yīng)的范圍廣泛。5)液位控制器普遍具有參數(shù)自整定功能。借助計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，液位控制器具有對(duì)控制參數(shù)及特性進(jìn)行自動(dòng)整定的功能。有的還具有自學(xué)習(xí)功能，它能夠根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)及控制對(duì)象的變化情況，自動(dòng)調(diào)整相關(guān)控制參數(shù)，以保證控制效果的最優(yōu)化。6)液位控制系統(tǒng)既有控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)。目前,國(guó)外液位控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能話、小型化等方面快速發(fā)展。 1.2.2 吸液率測(cè)定技術(shù)發(fā)展方向 液位控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛,但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的液位控制器來(lái)講,總體發(fā)展水平仍然不高,同日本、美國(guó)、德

14、國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比仍然有著較大的差距。目前,我國(guó)在這方面總體水平處于20世紀(jì)80年代中后期水平,它只能適應(yīng)一般液位系統(tǒng)控制,難于控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變液位系統(tǒng)控制。而適應(yīng)于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟。形成商品化并在儀表控制參數(shù)的自整定方面，國(guó)外已有較多的成熟產(chǎn)品，但由于國(guó)外技術(shù)保密及我國(guó)開發(fā)工作的滯后，還沒(méi)開發(fā)出性能可靠的自整定軟件?？刂茀?shù)大多靠人工經(jīng)驗(yàn)及我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定。這些差距，是我們必須努力克服的。隨著我國(guó)加入wto，我國(guó)政府及企業(yè)對(duì)此非常重視，對(duì)相關(guān)企業(yè)資源進(jìn)行了重組，相繼建立了一些國(guó)家、企業(yè)的研發(fā)中心，并通過(guò)合資、技術(shù)合作等方式，組建了一批合資、合作及

15、獨(dú)資企業(yè)，使我國(guó)液位儀表等工業(yè)得到迅速的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)液位控制系統(tǒng)的要求愈來(lái)愈高，因此，高精度、智能化、人性化的液位控制系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)外必然發(fā)展趨勢(shì)。1.3 本設(shè)計(jì)完成的主要工作 可編程控制器(plc)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)控制裝置。其性能優(yōu)越，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已成為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱(plc、工業(yè)機(jī)器人、cad/cam)之一。plc的應(yīng)用已成為一個(gè)世界潮流，在不久的將來(lái)plc技術(shù)在我國(guó)將得到更全面的推廣和應(yīng)用。本論文研究的是plc技術(shù)在吸液率測(cè)定系統(tǒng)上的應(yīng)用。從整體上分析和研究了控制系統(tǒng)的硬件配置、電路圖的設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)

16、，參數(shù)的整定，人機(jī)界面的設(shè)計(jì)等。本論文應(yīng)用的是德國(guó)西門子公司的s7-300系列plc控制器，液傳感器將檢測(cè)到的實(shí)際液位轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)并送到plc中，再通過(guò)一定的數(shù)學(xué)運(yùn)算得出簾子布的吸液率和平均吸液率。同時(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)人機(jī)界面（hmi），通過(guò)串行口與可編程控制器通信，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，從而使用戶操作更方便?？傮w上包括的技術(shù)路線：硬件設(shè)計(jì)，軟件編程，參數(shù)整定等。2 plc 和hmi基礎(chǔ) 可編程邏輯控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱plc（programmable logic controller），它使用了可編程序的記憶以存儲(chǔ)指令，用來(lái)執(zhí)行諸如邏輯、順序、計(jì)時(shí)、

17、計(jì)數(shù)和演算等功能，并通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入和輸出，以控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。2.1 可編程控制器（plc）基礎(chǔ)2.1.1可編程控制器的產(chǎn)生與應(yīng)用 20世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)開始應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，由于價(jià)格高、輸入電路不匹配、編程難度大以及難于適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境等原因，未能在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得推廣。1968年，美國(guó)通用汽車公司（gm）為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，要求尋找一種比繼電器更可靠、功能更齊全、響應(yīng)速度更快的新型工業(yè)控制器，并從用戶角度提出了新一代控制器應(yīng)具備的十大條件，立即引發(fā)了開發(fā)熱潮。1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（dec）根據(jù)美國(guó)通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺(tái)可編程控制器，

18、并在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上試用，取得很好的效果。從此這項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)。隨著plc功能的不斷完善，性價(jià)比的不斷提高，plc的應(yīng)用面也越來(lái)越廣。目前，plc在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。plc的應(yīng)用范圍通常可分為開關(guān)邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、機(jī)械加工中的數(shù)字控制、機(jī)器人控制、通信和聯(lián)網(wǎng)等。2.1.2可編程控制器的組成和工作原理plc從組成形式上一般分為整體式和模塊式兩種，但在邏輯結(jié)構(gòu)上基本相同。無(wú)論是整體式還是模塊式，從硬件結(jié)構(gòu)看，plc都是由cpu、存儲(chǔ)器、i/o接口單元及擴(kuò)展接口和擴(kuò)展部件、外設(shè)接口及外

19、設(shè)和電源等部分組成，各部分之間通過(guò)系統(tǒng)總線連接。plc的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：輸入接口中央處理單元cpu輸出接口電源存儲(chǔ)單元 圖2-1 plc基本結(jié)構(gòu)圖1） cpu（中央處理器） cpu是plc的核心，由運(yùn)算器、控制器、寄存器、系統(tǒng)總線，外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路構(gòu)成。它的功能是接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和plc內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等，是plc不可缺少的組成單元。主要功能包括以下幾個(gè)方面。（1）接收從編程器或者計(jì)算機(jī)輸入的程序和數(shù)據(jù)，并送入用戶程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。（2）監(jiān)視電源、plc內(nèi)部各

20、個(gè)單元電路的工作狀態(tài)。（3）診斷編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤，對(duì)用戶程序進(jìn)行編譯。（4）在plc進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取指令，并分析、執(zhí)行該指令。（5）采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的數(shù)據(jù)，并存入指定的寄存器中。（6）按程序進(jìn)行處理，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容。（7）根據(jù)輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關(guān)內(nèi)容，將結(jié)果送到輸出接口。（8）響應(yīng)中斷和各種外圍設(shè)備（如編程器、打印機(jī)等）的任務(wù)處理請(qǐng)求。2） i/o接口 plc是通過(guò)各種i/o接口模塊與外界聯(lián)系的，按i/o點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，i/o模塊可多可少，但其最大數(shù)受cpu所能管理的基本配置能力的限制，即受最大的

21、底板或機(jī)架槽數(shù)限制。i/o模塊集成了plc的i/o電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。plc的對(duì)外功能主要是通過(guò)各種i/o接口模塊于外界聯(lián)系來(lái)實(shí)現(xiàn)的。輸入模塊和輸出模塊是plc與現(xiàn)場(chǎng)i/o裝置或設(shè)備之間的連接部件，起著plc與外部設(shè)備之間的傳遞信息的作用。i/o模塊分為開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、模擬量輸入和模擬量輸出等模塊。3）存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器（內(nèi)存）主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是plc不可缺少的組成單元。一般包括系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器兩部分。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控程序，一般采用只讀存儲(chǔ)器（rom），具有掉電不丟失信息的特性。用戶程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)用戶根

22、據(jù)工藝要求或者控制功能設(shè)計(jì)的控制程序，早期一般采用隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器（ram），需要后備電池在掉電后保存程序。目前則傾向于采用電可擦除的只讀存儲(chǔ)器（eeprom）或閃存(flash memory)，免去了后備電池的麻煩。4）電源模塊 plc中的電源，是為plc各模塊的集成電路提供工作電源。電源可分直流和交流兩種類型，交流輸入220vac或110vac，直流輸入通常是24v。5）智能模塊 除了上述通用的i/o模塊外，plc還提供了各種各樣的特殊i/o模塊，如熱電阻、熱電偶、溫度控制、中斷控制、位置控制、以太網(wǎng)、遠(yuǎn)程i/o控制、打印機(jī)等專用型或智能型的i/o模塊，用以滿足各種特殊功能的控制要求。i/o

23、模塊的類型、品種與規(guī)格越多，系統(tǒng)的靈活性越好，模塊的i/o容量越大，系統(tǒng)的適應(yīng)性就越強(qiáng)。6）編程設(shè)備常見(jiàn)的編程設(shè)備有簡(jiǎn)易手持編程器、智能圖形編程器和基于pc的專用編程軟件。編程設(shè)備用于輸入和編輯用戶程序，對(duì)系統(tǒng)作些設(shè)定，監(jiān)控plc及plc所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程設(shè)備在plc的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試、監(jiān)控運(yùn)行和檢查維護(hù)中是不可缺少的部件，但不直接參與現(xiàn)場(chǎng)的控制。 plc本質(zhì)上就是一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，其工作原理與普通計(jì)算機(jī)類似，具有計(jì)算機(jī)的許多特點(diǎn)。但其工作方式卻與計(jì)算機(jī)有著較大的不同，具有一定的特殊性。plc采用循環(huán)掃描的工作方式。工作時(shí)逐條順序掃描用戶程序，如果一個(gè)線圈接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)

24、不會(huì)立即動(dòng)作，需等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作6。2.1.3可編程控制器的分類及特點(diǎn)根據(jù)plc的結(jié)構(gòu)形式，可將plc分為整體式和模塊式兩類。還有一些plc將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成所謂疊裝式plc。 還可以按i/o點(diǎn)數(shù)分類，根據(jù)plc的i/o點(diǎn)數(shù)的多少，可將plc分為小型、中型、大型和超大型四類: io點(diǎn)數(shù)在256以下為小型plc； io點(diǎn)數(shù)在2561024為中型plc； io點(diǎn)數(shù)大于1024為大型plc； io點(diǎn)數(shù)在4000以上為超大型plc 可編程控制器有可靠性高、編程簡(jiǎn)單易學(xué)、功能強(qiáng)、安裝簡(jiǎn)單、維修方便、采用模塊化結(jié)構(gòu)、接口模塊豐富、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試周期短等特點(diǎn)。2.2人機(jī)界面基礎(chǔ)隨著

25、社會(huì)的進(jìn)步，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)迅猛發(fā)展，控制系統(tǒng)功能越來(lái)越強(qiáng)大，控制過(guò)程也變得越來(lái)越復(fù)雜，系統(tǒng)操作最大透明化已經(jīng)成為一種需要。人機(jī)界面（hmi human machine interface）以其美觀易懂、操作人性化等顯著特點(diǎn)，正好滿足這種需求而得到廣泛的應(yīng)用。2.2.1人機(jī)界面的定義 人機(jī)界面是指連接可編程控制器（plc）、變頻器、直流調(diào)速器、儀表等工業(yè)控制設(shè)備，利用顯示屏顯示，通過(guò)輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器信息交互的數(shù)字設(shè)備,由硬件和軟件兩部分組成。2.2.2人機(jī)界面產(chǎn)品的組成及工作原理 人機(jī)界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯

26、示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存貯單元等，其中處理器的性能決定了hmi產(chǎn)品的性能高低，是hmi的核心單元。根據(jù)hmi的產(chǎn)品等級(jí)不同，處理器可分別選用8位、16位、32位的處理器。hmi軟件分為兩部分，即運(yùn)行于hmi硬件中的系統(tǒng)軟件和運(yùn)行于pc機(jī)windows操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件（如組態(tài)王等）。用戶必須先使用組態(tài)軟件制作“工程文件”，再通過(guò)pc機(jī)和hmi 產(chǎn)品的串行通訊口，把編制好的“工程文件”下載到hmi的處理器中運(yùn)行。2.2.3人機(jī)界面產(chǎn)品的特點(diǎn)(1) 系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程清晰化控制過(guò)程可以動(dòng)態(tài)地顯示在hmi設(shè)備上。例如：爐子加熱通斷可以通過(guò)指示燈亮滅來(lái)顯示，爐子的溫度大小可以用棒圖來(lái)指示等等

27、，使整個(gè)控制系統(tǒng)變得形象易懂，也更加清晰。(2) 系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單化操作員可以通過(guò)監(jiān)控界面來(lái)控制過(guò)程。可從監(jiān)控界面上啟動(dòng)和停止系統(tǒng)、設(shè)定液位上下限等參數(shù)等。(3) 顯示報(bào)警控制過(guò)程達(dá)到臨界狀態(tài)或系統(tǒng)運(yùn)行錯(cuò)誤時(shí)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警，例如，液位上限設(shè)定的參數(shù)小于液位下限。(4) 數(shù)據(jù)歸檔hmi系統(tǒng)可以記錄過(guò)程變量值和報(bào)警信息并歸檔。例如：通過(guò)歸檔數(shù)據(jù)，您可以查看過(guò)去一段時(shí)間的系統(tǒng)運(yùn)行情況，過(guò)程變量等。(5) 報(bào)表系統(tǒng)hmi系統(tǒng)可以輸出報(bào)警和過(guò)程值報(bào)表。例如，您可以在生產(chǎn)某一輪班結(jié)束時(shí)打印輸出生產(chǎn)數(shù)據(jù)。3 簾子布吸液率控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 在掌握了plc的硬件構(gòu)成、工作原理、指令系統(tǒng)以及編程環(huán)境后，就可以plc作

28、為主要控制器來(lái)構(gòu)造plc控制系統(tǒng)。本章主要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)角度，介紹該項(xiàng)目的plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟、plc的硬件配置、外部電路設(shè)計(jì)以及plc控制器的設(shè)計(jì)和參數(shù)的整定。3.1 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟弄懂plc的基本工作原理和指令系統(tǒng)后,就可以把plc應(yīng)用到實(shí)際的工程項(xiàng)目中。無(wú)論是用plc組成集散控制系統(tǒng)，還是獨(dú)立控制系統(tǒng)，plc控制部分的設(shè)計(jì)都可以參考圖3-1所示的步驟。3.1.1 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象(生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程)的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。而在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)原則往往會(huì)涉及很多方面，其中最基本的設(shè)計(jì)原則

29、可以歸納為2點(diǎn)。1. 設(shè)計(jì)原則 (1)完整性原則。最大限度的滿足工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程或機(jī)械設(shè)備的控制要求。 (2)可靠性原則。確保計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性。 (3)經(jīng)濟(jì)型原則。力求控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、實(shí)用、合理。(4)發(fā)展性原則。適當(dāng)考慮生產(chǎn)發(fā)展和工藝改進(jìn)的需要，在i/o接口、通信能力等方面留有余地。評(píng)估控制任務(wù)plc機(jī)型的選擇控制柜設(shè)計(jì)及布線程序設(shè)計(jì)聯(lián)機(jī)調(diào)試plc安裝程序檢查、調(diào)試控制流程的設(shè)計(jì)程序備份修改軟、硬件模擬運(yùn)行投入使用是否滿足要求圖3-1 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 2. 評(píng)估控制任務(wù) 根據(jù)系統(tǒng)所需完成的控制任務(wù)，對(duì)被控對(duì)象的生產(chǎn)工藝及特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，特別是從以下幾個(gè)方面給以考慮。 (1) 控制規(guī)

30、模 一個(gè)控制系統(tǒng)的控制規(guī)?？捎迷撓到y(tǒng)的i/o設(shè)備總數(shù)來(lái)衡量。當(dāng)控制規(guī)模較大時(shí),特別是開關(guān)量控制的i/o設(shè)備較多時(shí)，最適合采用plc控制。 (2) 工藝復(fù)雜程度 當(dāng)工藝要求較復(fù)雜時(shí),采用plc控制具有更大的優(yōu)越性.(3) 可靠性要求目前,當(dāng)i/o點(diǎn)數(shù)在20甚至更少時(shí)，就趨向于選擇plc控制了。(4) 數(shù)據(jù)處理速度若數(shù)據(jù)處理程度較低，而主要以工業(yè)過(guò)程控制為主時(shí)，采用plc控制將非常適宜。3.1.2 plc 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。所謂硬件設(shè)計(jì)，是指plc外部設(shè)備的設(shè)計(jì)，而軟件設(shè)計(jì)即plc應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分以下5步進(jìn)行。 1. 熟悉被控對(duì)象 深

31、入了解被控系統(tǒng)是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)人員必須深入現(xiàn)場(chǎng)，認(rèn)真調(diào)查研究，收集資料，并于相關(guān)技術(shù)人員和操作人員一起分析討論，相互配合，共同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題。這一階段必須對(duì)被控對(duì)象所有功能全面的了解，對(duì)對(duì)象的各種動(dòng)作及動(dòng)作時(shí)序、動(dòng)作條件、必要的互鎖與保護(hù);電氣系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)間的關(guān)系;plc與其他設(shè)備的關(guān)系，plc之間是否通信聯(lián)網(wǎng);系統(tǒng)的工作方式及人機(jī)界面，需要顯示的物理量及顯示方式等。 2. 硬件選擇 具體包括如下： (1) 系統(tǒng)i/o設(shè)備的選擇。輸入設(shè)備包括按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等。輸出設(shè)備包括繼電器、接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈及其它執(zhí)行器等。(2) 選擇plc。plc選擇包括

32、對(duì)plc的機(jī)型、容量、i/o模塊、電源等的選擇。 (3) plc的i/o端口分配。在進(jìn)行i/o通道分配時(shí)應(yīng)給出i/o通道分配表，表中應(yīng)包含i/o編號(hào)、設(shè)備代號(hào)、名稱及功能等。(4) 繪制plc外圍硬件線路圖。畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進(jìn)入plc的控制電路等。由plc的i/o連接圖和plc外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。 (5)計(jì)數(shù)器、定時(shí)器及內(nèi)部輔助繼電器的地址分配。 3. 編寫應(yīng)用程序 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，采用合適的設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)plc程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫實(shí)現(xiàn)各控制功能或各子任務(wù)的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能

33、。程序通常還應(yīng)包括以下內(nèi)容： (1)初始化程序。在plc上電后，一般都要做一些初始化的操作，為啟動(dòng)作必要的準(zhǔn)備，避免系統(tǒng)發(fā)生誤動(dòng)作。初始化程序的主要內(nèi)容有：對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)、計(jì)數(shù)器等進(jìn)行清零，對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，對(duì)某些繼電器進(jìn)行置位或復(fù)位，對(duì)某些初始狀態(tài)進(jìn)行顯示等等。 (2)檢測(cè)、故障診斷和顯示等程序。這些程序相對(duì)獨(dú)立，一般在程序設(shè)計(jì)基本完成時(shí)再添加。 (3)保護(hù)和連鎖程序。保護(hù)和連鎖是程序中不可缺少的部分，必須認(rèn)真加以考慮。它可以避免由于非法操作而引起的控制邏輯混亂。 4. 程序調(diào)試程序調(diào)試分為2個(gè)階段，第一階段是模擬調(diào)試、第二階段是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。程序模擬調(diào)試是，以方便的形式模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)

34、際狀態(tài)，為程序的運(yùn)行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件。根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。 (1)硬件模擬法是使用一些硬件設(shè)備（如用另一臺(tái)plc或一些輸入器件等）模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)，并將這些信號(hào)以硬接線的方式連到plc系統(tǒng)的輸入端，其時(shí)效性較強(qiáng)。 (2)軟件模擬法是在plc中另外編寫一套模擬程序，模擬提供現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，其簡(jiǎn)單易行，但時(shí)效性不易保證。模擬調(diào)試過(guò)程中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能。 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。當(dāng)控制臺(tái)及現(xiàn)場(chǎng)施工完畢，程序模擬調(diào)試完成后，就可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，如不能滿足要求，須重新檢查程序和接線，及時(shí)更正軟硬件方面的問(wèn)題。 5. 編寫技術(shù)文件技術(shù)文件包括

35、設(shè)計(jì)說(shuō)明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電氣元件明細(xì)表、plc程序以及使用說(shuō)明書等。3.2 的選型與硬件配置3.2.1 plc型號(hào)的選著本吸液率控制系統(tǒng)選擇德國(guó)西門子公司的s7-300系列的plc。s7-300 plc屬于小型整體式的plc, 本機(jī)自帶rs-485通信接口、外掛電源和i/o接口。它的硬件配置靈活，既可用一個(gè)單獨(dú)的s7-300 cpu構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字量控制系統(tǒng)，也可通過(guò)擴(kuò)展電纜進(jìn)行數(shù)字量i/o模塊、模擬量模塊或智能接口模塊的擴(kuò)展，構(gòu)成較復(fù)雜的中等規(guī)?？刂葡到y(tǒng)。完整的s7-300系列plc實(shí)物如圖3-2所示。3.2.2 plc cpu的選著 s7-300系列的plc有標(biāo)準(zhǔn)型cpu（c

36、pu313、314、315、315-2dp、316-2dp）、戶外型cpu（cpu312ifm、cpu314ifm）、緊湊型（cpu312c、313c、313c-ptp）等類型。此系統(tǒng)選用s7-300 cpu312c，cpu226集成了di/do（10/6）的數(shù)字i/o。還有16kb程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間空間，8個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器，配有2個(gè)rs485通訊口，具有mpi和自由方式通訊能力，波特率最高為187.5kbit/s，可用于較高要求的中小型控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)的硬件主要有s7300和觸摸屏組成。采用觸摸屏后整個(gè)系統(tǒng)的i/0點(diǎn)數(shù)減少了很多，因此使用小型plc(如s7200)即可完成任務(wù)，但考慮到該系統(tǒng)使

37、用的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較惡劣，說(shuō)以采用了i/o均有隔離措施的s7300plc，和使用小型plc相比，本設(shè)計(jì)選著使用的cpu312c有更高的性能價(jià)格比。系統(tǒng)硬件組成如圖3-3所示。3.2.3 sm331模擬量輸入模塊 本液位控制系統(tǒng)中，通過(guò)差壓傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量膠槽液位，經(jīng)變送器轉(zhuǎn)化為4-20ma的電流信號(hào)，sm331用于將現(xiàn)場(chǎng)模擬量測(cè)量傳感器輸出的直流電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為plc內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)。該模塊主要有a/d轉(zhuǎn)化器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、恒流源、補(bǔ)償電路、光隔離器及邏輯電路等組成。sm331內(nèi)部只有一個(gè)a/d轉(zhuǎn)換器各路模擬信號(hào)可通過(guò)轉(zhuǎn)換開關(guān)的切換，按順序依次完成。其主要功能包括如下幾項(xiàng)：dc24v開關(guān)電源ps

38、cpu di/307 312c do 331tp170b上位機(jī)ac220vdc24v圖3-3系統(tǒng)硬件組成分辨率可調(diào)，可以從9-15位加符號(hào)位。a/d轉(zhuǎn)化器采用積分法，4擋積分時(shí)間為2.5ms,16.7ms,20ms和100ms。測(cè)量范圍廣，電壓和電流傳感器、熱電偶、電阻和電阻式溫度計(jì)均可作為傳感器與之相連。具有極限值診斷和中斷診斷。 sm331目前有8中規(guī)格的模塊，所有模塊內(nèi)部均設(shè)有光隔離電路，輸入一般采用屏蔽電纜，最長(zhǎng)100米或200米。3.2.4 電源模塊 2a ps307 本設(shè)計(jì)使用的是2a的ps307，通過(guò)總線給cpu模塊及a/d模塊供電，并為觸摸屏提供24v直流電源。同時(shí)，ps307

39、電源模塊還具有以下顯著特性： 輸出直流電流2a 輸出電壓24vdc；防短路和開路保護(hù) 連接單相交流系統(tǒng)（輸入電壓120/230vac,50/60hz） 可靠的隔離特性 可用作負(fù)載電源3.2.5 顯示模塊圖片tp170b 該觸摸屏的分辨率為240320，藍(lán)色，顯示面積為11687（wh）mm,背光管無(wú)故障工作時(shí)間（25）500000小時(shí)（6年連續(xù)工作），處理器32-bit risc/66mhz,接口rs232、rs422、rs485，工作環(huán)境-20至60，可支持大約100頁(yè)信息、50幅圖畫、400條信息、按鈕開關(guān)、固定/動(dòng)態(tài)文本及250個(gè)左右的變量，支持配方及趨勢(shì)圖，有400條事件/報(bào)警。3.3

40、 cpu312c i/o 信號(hào)說(shuō)明該液位測(cè)量系統(tǒng)i/o口分配如表3-1輸入觸點(diǎn)功能說(shuō)明輸出觸點(diǎn)功能說(shuō)明i0.0計(jì)數(shù)翻轉(zhuǎn)q0.0注液閥控制繼電器i0.1脈沖輸入q0.1報(bào)警鈴控制繼電器i0.2電令解除q0.2報(bào)警燈i0.3儀表/吸液切換開關(guān)q0.3演算指示燈q0.4注液閥狀態(tài)指示表3-1 系統(tǒng)i/o口分配3-4 plc控制器的設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用plc cpu312c為控制器， 差壓傳感器將檢測(cè)到的實(shí)際膠槽液位轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)sm331模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)并送到plc中，通過(guò)繼電器控制電磁閥的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)膠槽注液。plc和hmi相連接，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 圖3-4系統(tǒng)硬件構(gòu)成 4 pl

41、c控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分，上一章已經(jīng)詳細(xì)介紹了本項(xiàng)目硬件連接。本章在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將詳細(xì)介紹本項(xiàng)目軟件設(shè)計(jì)，主要包括軟件設(shè)計(jì)的基本步驟、方法，編程軟件step7-micro/win的介紹以及本項(xiàng)目程序設(shè)計(jì)。4.1 plc程序設(shè)計(jì)方法編寫plc程序的方法很多，這里主要介紹幾種典型的編程方法。1. 圖解法編程圖解法是靠畫圖進(jìn)行plc程序設(shè)計(jì)。常見(jiàn)的主要有梯形圖法、邏輯流程圖法、時(shí)序流程圖法和步進(jìn)順控法。（1）梯形圖法梯形圖法是用梯形圖語(yǔ)言去編制plc程序。這是一種模仿繼電器控制系統(tǒng)的編程方法，其圖形甚至元件名稱都與繼電器電路十分相似。這種方法很容易

42、地把原繼電器控制電路移植成plc的梯形圖語(yǔ)言。這對(duì)于熟悉繼電器控制的人來(lái)說(shuō)，是最方便的一種編程方法。（2）邏輯流程圖法邏輯流程圖法是用邏輯框圖表示plc程序的執(zhí)行過(guò)程，反映輸入與輸出的關(guān)系。邏輯流程圖會(huì)使整個(gè)程序脈絡(luò)清晰，便于分析控制程序、查找故障點(diǎn)及調(diào)試和維修程序。（3）時(shí)序流程圖法時(shí)序流程圖法是首先畫出控制系統(tǒng)的時(shí)序圖（即到某一個(gè)時(shí)間應(yīng)該進(jìn)行哪項(xiàng)控制的控制時(shí)序圖），再根據(jù)時(shí)序關(guān)系畫出對(duì)應(yīng)的控制任務(wù)的程序框圖，最后把框圖寫成plc程序。這種方法很適合以時(shí)間為基準(zhǔn)的控制系統(tǒng)的編程方法。（4）步進(jìn)順控法步進(jìn)順控法是在順控指令的配合下設(shè)計(jì)復(fù)雜的控制程序。一般比較復(fù)雜的程序都可以分成若干個(gè)功能比較簡(jiǎn)

43、單的程序段，一個(gè)程序可以看成整個(gè)控制過(guò)程的一步。2. 經(jīng)驗(yàn)法編程經(jīng)驗(yàn)法是運(yùn)用自己的或者別人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。多數(shù)是設(shè)計(jì)前先選擇與自己工藝要求相近的程序，把這些程序看成是自己的“試驗(yàn)程序”。結(jié)合自己工程的情況，對(duì)這些“試驗(yàn)程序”逐一修改，使之適合自己的工程要求。3.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)編程計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是通過(guò)plc編程軟件（比如step7-micro/win）在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、離線或在線編程、離線仿真和在線調(diào)試等。使用編程軟件可以很方便的在計(jì)算機(jī)上離線或在線編程、在線調(diào)試，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序的存取、加密以及形成exe文件。4.2 編程軟件step7-micro/win概述step7-micro/w

44、in編程軟件是基于windows的應(yīng)用軟件，由西門子公司專為s7-200系列可編程控制器設(shè)計(jì)開發(fā)，它功能強(qiáng)大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時(shí)也可以實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。它是西門子s7-200用戶不可缺少的開發(fā)工具?，F(xiàn)在加上中文程序后，可在全中文的界面下進(jìn)行操作，用戶使用起來(lái)更加方便。操作主界面如圖4-1所示。4.2.1 step7-micro/win簡(jiǎn)單介紹以step7-micro/win創(chuàng)建程序，為接通step 7-micro/win，可雙擊step 7-micro/win圖標(biāo)，或選擇開始（start） simatic step 7 micro/win 4.0菜單命令。如圖4-1所示，step 7-micro/win項(xiàng)目窗口將提供用于創(chuàng)建控制程序的便利工作空間。工具欄將提供快捷鍵按鈕，用于經(jīng)常使用的菜單命令，可顯示或隱藏工具欄的任何按鈕。瀏覽條給出了多組圖標(biāo)，用于訪問(wèn)step 7-micro/win的不同編程特性。指令樹將顯示