基于組態(tài)軟件的自動(dòng)配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 30 頁(yè) 共 30 頁(yè)1 緒論1.1 課題背景近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)IT技術(shù)趨于成熟，人們對(duì)工業(yè)上快速、精準(zhǔn)的需求，對(duì)自動(dòng)化的要求也不斷增加，所以自動(dòng)化軟件在工業(yè)中逐漸趨于重要的地位。其給工業(yè)信息集中化、生產(chǎn)的自動(dòng)化以及社會(huì)信息集中化帶來(lái)了重要的意義，也使得大量的控制與監(jiān)控系統(tǒng)及設(shè)備在工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的得到了廣泛的應(yīng)用。自動(dòng)化組態(tài)軟件在工業(yè)上的應(yīng)用之所以更好的解決了傳統(tǒng)工業(yè)控制以及手動(dòng)控制上的不足和缺陷，是因?yàn)樽詣?dòng)化人機(jī)界面更好地讓用戶任意組合出自己要控制的對(duì)象以及自動(dòng)化控制的目的。這就是為什么提出自動(dòng)配料系統(tǒng)這樣一個(gè)課題了。1.2 配料系統(tǒng)配料系統(tǒng)廣泛

2、應(yīng)用于化工、飼料、食品、塑料、建材、冶金等工農(nóng)上，自動(dòng)配料技術(shù)可以針對(duì)各種各樣不同類(lèi)型的物料（液體或固體）傳輸、比例配料、加熱、攪拌以及成品裝袋等全過(guò)程或半過(guò)程生產(chǎn)線。配料系統(tǒng)一般由電動(dòng)機(jī)和電磁閥組成，系統(tǒng)能同時(shí)控制多臺(tái)電動(dòng)機(jī)和電磁閥，可以進(jìn)行各種物料（液體或固體）的液體計(jì)量、自動(dòng)配料和流量控制。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，物料配比的精準(zhǔn)是一道非常重要的工序，它對(duì)其產(chǎn)品的質(zhì)量有非常重要的意義。傳統(tǒng)的配料不僅生產(chǎn)效率低下，其配料的精準(zhǔn)性更是難以保證，而且人工操作又將人為的因素帶到了配料系統(tǒng)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，因此使得配料的工藝在生產(chǎn)就很難得到實(shí)現(xiàn)，且阻礙了工藝精準(zhǔn)的提高以及帶來(lái)了產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題，所以高精度和高效

3、率的生產(chǎn)配料系統(tǒng)對(duì)工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)時(shí)尤為重要的。1.3 配料系統(tǒng)的發(fā)展20世紀(jì)50年代起，伴隨著計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)以及通信技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)配料系統(tǒng)從初步形成走向成熟。自動(dòng)配料系統(tǒng)的發(fā)展至今，經(jīng)歷了四個(gè)階段：（1） 人工手動(dòng)控制階段（2） 機(jī)械電氣控制階段（3） 單片機(jī)控制階段（4） 工控機(jī)控制階段1.3.1 人工手動(dòng)控制階段最初，由于配料系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備之間沒(méi)有任何物理鏈接，彼此之間很少通信甚至沒(méi)有通信，基本是各自獨(dú)立的。各個(gè)設(shè)備的控制需要操作人員進(jìn)行控制與監(jiān)測(cè)，因此，一個(gè)人員只能控制與監(jiān)測(cè)一臺(tái)設(shè)備至兩個(gè)設(shè)備，而且需要操作人員進(jìn)行手動(dòng)記錄，人為因素對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量影響非常大。此種配料系統(tǒng)不僅耗費(fèi)人力，而

4、且質(zhì)量得不到保證，它一般用于配料不太精確的場(chǎng)合。1.3.2機(jī)械電氣控制階段電子技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了大量的為配料系統(tǒng)服務(wù)的中小型設(shè)備以及儀器儀表等，但由于電子技術(shù)還未成熟，這些產(chǎn)品不僅電路非常復(fù)雜，抗干擾的能力比較差以及線路容易老化等問(wèn)題，而且維修十分頻繁和維修困難等問(wèn)題，使得這些產(chǎn)品對(duì)地域上有所限制，所以，不能得到大量的使用。1.3.3單片機(jī)控制階段隨著大規(guī)模的集成電路的趨于成熟，單片機(jī)形成并不斷走向成熟。由于單片機(jī)的抗干擾性強(qiáng)、電路簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)使它逐漸取代了機(jī)械電氣成為配料系統(tǒng)的核心控制，也大大的滿足了市場(chǎng)的需求。因此，單片機(jī)控制的配料系統(tǒng)成為了中小企業(yè)首選。1.3.4工控機(jī)控制階段微

5、機(jī)的成熟將配料系統(tǒng)帶入可工控機(jī)的時(shí)代，工控機(jī)優(yōu)化集中優(yōu)化了配料系統(tǒng)，使其結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、操作更加簡(jiǎn)單、人機(jī)界面更加友好。工控機(jī)只需操作人員要簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)和調(diào)試就能完成其復(fù)雜的控制。但由于控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)離生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)較遠(yuǎn)，因此對(duì)其硬件條件穩(wěn)定性的要求非常高，他必須要較完整的抗干擾方法才能使其系統(tǒng)正常運(yùn)行。不然，當(dāng)工控機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)也將崩潰，這樣損失是巨大的。1.4 本課題主要研究的內(nèi)容和任務(wù)實(shí)驗(yàn)室里有現(xiàn)成的組態(tài)軟件和PLC等硬件資源。我們可以利用這些硬件資源完成對(duì)自動(dòng)配料系統(tǒng)控制和監(jiān)查設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，并且運(yùn)用這些硬件對(duì)所設(shè)計(jì)的工程聯(lián)機(jī)驗(yàn)證其正確性。具體設(shè)計(jì)任務(wù)如下：(1) 基于組態(tài)王組態(tài)軟件平臺(tái)的自動(dòng)

6、配料系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)；(2) 自動(dòng)配料系統(tǒng)所需硬件選型以及硬件接線圖的設(shè)計(jì)；(3) 自動(dòng)配料系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)；(4) 自動(dòng)配料系統(tǒng)的部分開(kāi)發(fā)與調(diào)試。1.5 論文的組織結(jié)構(gòu)本文設(shè)計(jì)各章內(nèi)容主要如下所示：第一章 緒論主要闡述了自動(dòng)配料系統(tǒng)的概況，分析了自動(dòng)配料系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域以及發(fā)展的狀況,介紹了論文的組織結(jié)構(gòu)。第二章 主要介紹本文所需要的研究軟硬件的概述及使用要求第三章 主要分析和選擇了自動(dòng)配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)中用到的軟硬件的型號(hào)，并且介紹組態(tài)王6.53軟件的概述及特點(diǎn)。第四章 提出了總體的設(shè)計(jì)方案并且合理設(shè)計(jì)出其流程，并且通過(guò)對(duì)自動(dòng)配料系統(tǒng)的流程圖設(shè)計(jì)出一套較為合理的硬件接線以及設(shè)計(jì)出PLC的梯形圖，然后在

7、實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用西門(mén)子S7-200系類(lèi)的CUP226實(shí)物進(jìn)行監(jiān)控，驗(yàn)證程序的合理性。第五章 主要通過(guò)選用合適的組態(tài)軟件為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，分析加熱的溫度、液位的位置據(jù)的采集系統(tǒng)的功能需求和技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)之上按照預(yù)定的功能利用組態(tài)王6.53組態(tài)軟件與西門(mén)子S7-200的實(shí)物聯(lián)機(jī)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)程序，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，整體地完成系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。2 相關(guān)技術(shù)軟件本文主要利用兩種軟硬件軟件完成對(duì)配料的自動(dòng)控制，兩種軟硬件分別是可編程控制器硬件（PLC）和組態(tài)軟件。2.1 可編程控制器（PLC）可編程控制器又被叫作PLC, 它的英文全稱(chēng)是Programmable logic Controller ,它是新世紀(jì)計(jì)算機(jī)計(jì)算發(fā)展應(yīng)運(yùn)

8、而生的產(chǎn)物，它是一個(gè)新型的計(jì)算機(jī)控制裝置。它可以采用一系列的控制指令對(duì)工業(yè)機(jī)械裝備在其生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行有效的控制。將和他連接的所有的設(shè)備以及儀器儀表形成一個(gè)整體?？删幊炭刂破饔写蟾庞兴氖嗄甑陌l(fā)展歷史了，從它的誕生到現(xiàn)在，是一個(gè)質(zhì)的飛躍。它是一個(gè)過(guò)程，是一個(gè)從無(wú)到有的、從有到優(yōu)的過(guò)程。它將控制系統(tǒng)從電氣時(shí)代帶領(lǐng)到了數(shù)字時(shí)代。在工農(nóng)業(yè)的領(lǐng)域中，可編程控制器逐漸取代了其他控制成為了這個(gè)領(lǐng)域中的重要的地位。如今，我們國(guó)家也可以自主生產(chǎn)自己的編程控制器。不過(guò)，生產(chǎn)的領(lǐng)域還停留在中小型設(shè)備的生產(chǎn)。這些生產(chǎn)的編程控制器大多數(shù)用在機(jī)床上。例如上海的東屋生產(chǎn)的設(shè)備就是應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域的 。2.1.1 PLC的

9、發(fā)展PLC的出現(xiàn)是在上個(gè)世紀(jì)的60年代末，當(dāng)時(shí)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化生產(chǎn)中，都是通過(guò)氣動(dòng)以及電氣設(shè)備或儀器作為開(kāi)關(guān)量，按照一定的邏輯關(guān)系來(lái)進(jìn)行相關(guān)次序控制，從而使整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一系列的按照一定要求動(dòng)作并且還能實(shí)現(xiàn)硬件互鎖功能，同時(shí)還完成離散量的采集功能。由于這些設(shè)備繁多，制作成本高，維修困難等問(wèn)題。為了進(jìn)一步壓縮生產(chǎn)成本，美國(guó)通用汽車(chē)公司提出想運(yùn)用其他方法代替電氣控制的方案。不久，這個(gè)方案就得到實(shí)現(xiàn)，美國(guó)數(shù)據(jù)設(shè)備公司開(kāi)發(fā)出了新的控制，它主要是通過(guò)在集成電路以及電子技術(shù)上的控制設(shè)備，第一次運(yùn)用軟件的方式代替大部分的電氣控制硬件。第一代可編程控制器產(chǎn)生了，當(dāng)時(shí)被叫做Programmable Contro

10、ller，簡(jiǎn)稱(chēng)PC。由于個(gè)人計(jì)算機(jī)的問(wèn)世和發(fā)展，使得與可編控制器的名稱(chēng)有沖突，可編程序控制器被更名為Programmable Logic Controller（PLC），其不但方便人們的記憶更突顯了可編程控制器的功能以及特點(diǎn)。但是，現(xiàn)在仍有人講PLC稱(chēng)之為PC。PLC發(fā)展迅速的時(shí)期是在20世紀(jì)80-90年代中葉，年增長(zhǎng)率總是呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其增長(zhǎng)率大約30%-40%之間。在此期間，由于微電子技術(shù)、通信技術(shù)以及微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PLC的數(shù)據(jù)計(jì)算功能、人機(jī)接口功能、模擬量處理功能以及網(wǎng)絡(luò)功能有著很大的提高。就這樣PLC以獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)逐漸代替了傳統(tǒng)的控制方法在工農(nóng)業(yè)控制領(lǐng)域中處于統(tǒng)治地位。2.1.2 PL

11、C的特點(diǎn)現(xiàn)代PLC的特點(diǎn)比較多。它的這些特點(diǎn)，使得PLC在工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中有著不可撼動(dòng)的地位。 。（1） 使用方法簡(jiǎn)單。用戶在開(kāi)發(fā)自己需要的控制程序時(shí)，并不需要學(xué)習(xí)太復(fù)雜的計(jì)算機(jī)知識(shí)。簡(jiǎn)單明了的梯形圖和指令表讓用戶更為方便的使用它，大大縮短的其開(kāi)發(fā)的時(shí)間，也使得現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試變得更加容易。PLC的程序修改也比較方便，它只需要要在電腦上或者操作板上就能對(duì)程序進(jìn)行修改，不需要拆開(kāi)機(jī)器就能簡(jiǎn)單的完成了。（2） 安裝簡(jiǎn)便，便于維修。在大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，PLC其大多數(shù)環(huán)境下可以直接運(yùn)行，他只需要與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行對(duì)應(yīng)的I/O端的連接就可以直接寫(xiě)入程序就能運(yùn)行了。與其連接的各個(gè)模塊之間都有運(yùn)行裝置和

12、故障警示裝置，能夠讓用戶更準(zhǔn)確的了解生產(chǎn)的運(yùn)行狀況以及便于更快的查找出故障所在。與此同時(shí)，PLC還有非常強(qiáng)大的自我檢查功能，其為用戶提供了更方便的維修環(huán)境。（3） 抗干擾能力和可靠性能力強(qiáng)。PLC的抗干擾的主要措施有兩種，分別是隔離和濾波。其中隔離是指將PLC的各個(gè)輸入輸出口之間的相互分隔開(kāi)，以免各個(gè)供電端口之間相互干擾，保證其供電質(zhì)量。另外，濾波是指將PLC的內(nèi)部電源進(jìn)行濾波處理，使外界的干擾信號(hào)減少對(duì)PLC內(nèi)部的電源的干擾，保證PLC內(nèi)部的電源的供電質(zhì)量。另外，正確的接地地點(diǎn)和比較完善的接地系統(tǒng)也是PLC抗干擾的措施之一。PLC的可靠性強(qiáng)主要體現(xiàn)于其在大多數(shù)惡劣的環(huán)境下，都能正?？煽康墓ぷ?/p>

13、，且使用時(shí)間長(zhǎng)和修復(fù)時(shí)間短。（4） 環(huán)境要求低。生產(chǎn)PLC的技術(shù)要求使得其能在震動(dòng)、電磁干擾等相對(duì)比較惡劣的條件下能夠比較穩(wěn)定的進(jìn)行工作。其也是能在控制領(lǐng)域占領(lǐng)主導(dǎo)地位的原因。2.1.5 系統(tǒng)的其他設(shè)備（1） 編程設(shè)備：編程器可分為簡(jiǎn)易型和智能型。其的作用是PLC的控制指令的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用、監(jiān)測(cè)程序運(yùn)行狀況、檢查和維護(hù)程序等。它不能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)直接控制運(yùn)行。我們一般使用編程器有手持式編程器，但也可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行編程及運(yùn)行。（2） 人機(jī)界面：在最早的PLC的人機(jī)界面非常簡(jiǎn)單。直到后來(lái)，由于微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，觸摸屏式得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。（3） 輸入輸出設(shè)備：它用來(lái)永久性的存放編寫(xiě)的程序的，如輸入模擬量的

14、電位器，打印機(jī)等。2.1.6 PLC的注意事由在運(yùn)行PLC時(shí)，我們需要注意的問(wèn)題如下：（1） 溫度。PLC所需的環(huán)境溫度處于0到55之間。所以要給PLC足夠的散熱空間，不能安裝在發(fā)熱元件的附近，在PLC的控制柜中應(yīng)該裝有通風(fēng)的百葉窗。也不能太陽(yáng)光直接照射在PLC上，如果必要時(shí)應(yīng)該安裝電風(fēng)扇強(qiáng)行通風(fēng)。（2） 濕度。PLC各個(gè)輸入/輸出點(diǎn)之間有著絕緣性能，PLC周?chē)h(huán)境的濕度不能大，否則將會(huì)輸入/輸出點(diǎn)的使用。（3） 震動(dòng)。應(yīng)避免讓PLC靠近強(qiáng)烈的震動(dòng)源，使其的輸入/輸出點(diǎn)與外部設(shè)備之間能正常可靠的連接。如果使用環(huán)境不可避免震動(dòng)，應(yīng)該采取減震措施。（4） 空氣。最好不要靠近高腐蝕性和高易燃性的氣體

15、。如果在此條件下工作，可以將PLC安設(shè)在密閉性較好的控制箱當(dāng)中，必要時(shí)也可以在控制箱中安裝凈化空氣的裝置。（5） 電源PLC本身是能抵抗一般電源線所帶來(lái)的內(nèi)部干擾的。但如果在高可靠性和電磁干擾嚴(yán)重的場(chǎng)合下，必須配備一臺(tái)隔離變壓器，減少PLC與電源之間的干擾，保證其能正?？煽康倪\(yùn)行。2.2 組態(tài)軟件組態(tài)軟件全名叫做組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)（Supervisory Control and Data Acquisition）簡(jiǎn)稱(chēng)為SCADA。它的作用是對(duì)數(shù)據(jù)的采集以及監(jiān)視控制。其實(shí)際意義就是以創(chuàng)建一個(gè)平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建出一個(gè)帶有自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的工具性軟件。簡(jiǎn)單的人機(jī)界面使它在工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到

16、越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。例如：調(diào)溫系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、化工以及石油開(kāi)采等數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視控制和過(guò)程控制的領(lǐng)域。2.2.1組態(tài)軟件的發(fā)展上個(gè)世紀(jì)80年代中葉，組態(tài)軟件得到了基本形成。當(dāng)時(shí)運(yùn)用的主控機(jī)是單片機(jī)，雖然其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是也能完成監(jiān)控的功能。到了90年代中期，由于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，組態(tài)軟件也進(jìn)入了一個(gè)黃金時(shí)代。由于它解決大中規(guī)模系統(tǒng)的監(jiān)控問(wèn)題，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其認(rèn)同率也越來(lái)越高，因此它也逐漸取代了單片機(jī)的組態(tài)軟件成為了現(xiàn)在最受歡迎的組態(tài)軟件。到后來(lái)進(jìn)入21世紀(jì)之后，由于組態(tài)軟件幾乎涵蓋了所有工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，因此其結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜、規(guī)模越來(lái)越大，用戶對(duì)其要求也越來(lái)越多。2.2.2工業(yè)組態(tài)軟件在國(guó)內(nèi)

17、外發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外的組態(tài)軟件分別如下：（1） InTouch是萬(wàn)維公司開(kāi)發(fā)，其開(kāi)發(fā)的時(shí)間比較久遠(yuǎn)，它的開(kāi)發(fā)歷史將近30年了。它是第一個(gè)能在IE瀏覽器中使用的組態(tài)軟件。所以有著強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)化功能，可以實(shí)現(xiàn)工廠內(nèi)和工廠和工廠之間的監(jiān)控。（2） iFIX是Intellution Dynamics自動(dòng)化軟件最重要的組件之一，它基于WindowsNT2000平臺(tái)，具有強(qiáng)大的自動(dòng)化監(jiān)視與控制的功能的軟件。（3） T.A.Engineering公司的AIMAX，同時(shí)提供16位和32位Windows下的不同版本。但是由于它的動(dòng)畫(huà)效果做的不是很好，不太好的直觀動(dòng)畫(huà)效果使使用的客戶覺(jué)得其檔次太低了 。（4） WINCC

18、是德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)開(kāi)發(fā)的。它的功能比較強(qiáng)大，但是由于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜是的管理方面不是太好。 。（5） Citech是悉雅特公司的自動(dòng)化軟件之一，雖然它出現(xiàn)時(shí)間比較晚，但是其不亞于任何一款組態(tài)軟件。其也是操作非常簡(jiǎn)便。不過(guò)唯一不足的是其操作方式面向用戶的較少，更多的是面向程序員的。（6） Movicon由意大利PROGEA公司開(kāi)發(fā)。它以簡(jiǎn)單、開(kāi)放為特點(diǎn)而聞名于自動(dòng)化軟件市場(chǎng)。（7） REVIWE是羅克韋爾公司生產(chǎn)開(kāi)發(fā)的。這款軟件雖然不是被太多人使用，但是羅克韋爾公司還是比較著名的自動(dòng)化軟件供應(yīng)商。國(guó)內(nèi)的組態(tài)軟件分別如下：（1） 世紀(jì)星是世紀(jì)長(zhǎng)秋公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)比較杰出的組態(tài)組態(tài)軟件，其自動(dòng)化程度非常

19、高。這款組態(tài)軟件在中國(guó)行業(yè)里還是備受關(guān)注的。自上世紀(jì)90年代以來(lái)，已經(jīng)銷(xiāo)售近三萬(wàn)套。其軟件廣泛應(yīng)用于、在工業(yè)領(lǐng)域得到了比較廣泛的應(yīng)用。（2） 力控組態(tài)軟件是由北京三維公司推出的力控監(jiān)控組態(tài)軟件。它應(yīng)用范圍比較大，基本上涉足于工農(nóng)業(yè)每一個(gè)行業(yè)當(dāng)中。例如：電力、礦產(chǎn)等 。（3） 組態(tài)王是由北京亞控有限公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的作為國(guó)產(chǎn)。其目標(biāo)是為客戶建立具有易用性較強(qiáng)、動(dòng)畫(huà)效果好、技術(shù)性能卓越、高穩(wěn)定性、高可靠性并且價(jià)格低廉的自動(dòng)化組態(tài)軟件。（4） MCGS又被叫做昆侖通態(tài)。它是由北京昆侖通態(tài)公司生產(chǎn)開(kāi)發(fā)的。MCGS的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、可視化好、易維護(hù)、性能可靠等。通過(guò)用戶窗口，創(chuàng)建人機(jī)交互界面，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)將組

20、態(tài)軟件核心和外部聯(lián)系起來(lái)。2.2.3組態(tài)軟件的特點(diǎn)新一代的組態(tài)軟件有如下特點(diǎn)：（1） 延續(xù)性和可擴(kuò)展性。在組態(tài)軟件在使用過(guò)程當(dāng)中，即使現(xiàn)場(chǎng)和用戶要求發(fā)生改變時(shí)，不必要做太大改動(dòng)就能很快地完成系統(tǒng)的更新以及升級(jí)。（2） 封裝性。用戶所需要的功能都被組態(tài)軟件以一種較為方便的方式包裝起來(lái)了。因此用戶并不需要學(xué)習(xí)太多的高深的編程語(yǔ)言，就能高質(zhì)量的完成一個(gè)較為復(fù)雜的工程。（3） 通用性。在實(shí)際工程中我們需要較多的底層設(shè)備，例如：PLC以及各類(lèi)儀表等。組態(tài)軟件為用戶提供這些設(shè)備的模擬狀態(tài)，方便用戶不需要用實(shí)際的硬件也能完成一個(gè)具有實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)處理、動(dòng)畫(huà)效果、歷史數(shù)據(jù)曲線的工程，且不受其行業(yè)的限制。（4） 實(shí)

21、時(shí)多任務(wù)?？梢詫?shí)行多想的任務(wù)同時(shí)在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上處理，例如：圖形顯示及人機(jī)對(duì)話、實(shí)時(shí)通信等任務(wù)。2.2.4組態(tài)軟件的功能組態(tài)軟件主要有三個(gè)方面的功能，其分別如下：（1） 超強(qiáng)的圖形顯示效果。大多數(shù)的組態(tài)軟件都能在Windows系列的系統(tǒng)下運(yùn)行并且強(qiáng)大的人機(jī)界面使得用戶不需要繁瑣的編程也能創(chuàng)造出豐富的動(dòng)畫(huà)，例如：閃爍、移動(dòng)等效果，讓畫(huà)面更加生動(dòng)、直觀。（2） 優(yōu)越的開(kāi)放性。組態(tài)軟件的開(kāi)放性能使得軟件不再單一可以被多種產(chǎn)品所支持。這也是衡量一個(gè)組態(tài)軟件功能強(qiáng)大的重要標(biāo)準(zhǔn)。（3） 大量的功能模塊。組態(tài)軟件提供大量的控制功能模塊，使用戶能實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，能讓用戶不需要在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)就能進(jìn)行遠(yuǎn)

22、程監(jiān)控。（4） 超強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。組態(tài)軟件配有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)，能存儲(chǔ)各類(lèi)的數(shù)據(jù)量，例如：離散量等，還能與外部數(shù)據(jù)實(shí)行交換并且使用。（5） 強(qiáng)大的命令語(yǔ)言庫(kù)。組態(tài)軟件的命令語(yǔ)言庫(kù)提供了大量的命令語(yǔ)言，能讓用戶根據(jù)自己的要求來(lái)編寫(xiě)自己想要的程序。（6） 強(qiáng)大的安全防范系統(tǒng)。組態(tài)軟件給予不同的用戶操作權(quán)限也是不一樣的，從而保證了系統(tǒng)能的安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。（7） 仿真功能。組態(tài)軟件提供系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的仿真，從而減少了大量的經(jīng)費(fèi)和開(kāi)發(fā)時(shí)間。3 自動(dòng)配料控制系統(tǒng)硬軟件的選型3.1自動(dòng)配料的工作原理及基本結(jié)構(gòu)自動(dòng)配料系統(tǒng)的運(yùn)作是由電磁閥和液位傳感器來(lái)控制的，電磁閥的主要原理是運(yùn)用電磁鐵通電時(shí)的電磁力，使得液體壓力

23、與液體流量連續(xù)且按比例的追蹤控制的信號(hào)，并隨著信號(hào)的變化而變化。 自動(dòng)配料系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。它的組成主要是電動(dòng)機(jī)、加熱器、電磁閥等。PLC控制攪拌機(jī)與電磁閥的啟動(dòng)和停止，它控制準(zhǔn)確，自動(dòng)化水平高。配料的精準(zhǔn)是由傳感器和組態(tài)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控的。圖3.1 自動(dòng)配料簡(jiǎn)圖3.2 電器元件的選型3.2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)（Motors）又稱(chēng)之為電動(dòng)馬達(dá)或者馬達(dá)。它是一種能將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備，其一般是一種旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)器。它的應(yīng)用范圍非常的廣，基本上每一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，都要用到電動(dòng)機(jī)，它是不可取代的。電動(dòng)機(jī)選擇原則：（1） 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載不同以及不同的用途上，選擇適當(dāng)負(fù)載特性的電動(dòng)機(jī)。例如

24、：是氣動(dòng)還是制動(dòng)、是正反轉(zhuǎn)還是調(diào)速等等。（2） 根據(jù)使用環(huán)境的不同選擇不同的電動(dòng)機(jī)。例如：不同的溫度、不同的濕度、有無(wú)灰塵、淋水以及是否處在易燃易爆等環(huán)境下。（3） 根據(jù)負(fù)載的大小來(lái)選擇相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)，這個(gè)時(shí)候我們需要計(jì)算出合適的電動(dòng)機(jī)容量，其通常電動(dòng)機(jī)在75%100%額定負(fù)載率時(shí)效率最高。但有時(shí)候我們必須要選擇額定負(fù)載率在80%90%的電動(dòng)機(jī)，因?yàn)槲覀円紤]電動(dòng)機(jī)溫升限度、過(guò)載能力以及啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩等因素。（4） 為了便于維修、生產(chǎn)中可靠性高以及便于互換等因素，應(yīng)優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)。3.2.2低壓斷路器的選擇低壓斷路器又被叫做空氣自動(dòng)開(kāi)關(guān)，它能接通和斷開(kāi)正常、過(guò)載以及斷路的電流。低壓斷路器能在線路出

25、現(xiàn)故障，可以起到保護(hù)作用，而且可以重復(fù)使用，不用經(jīng)常更換。它以方便、快捷、簡(jiǎn)單、安全等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛的使用。低壓斷路器的選擇原則：（1） 低壓斷路器的額定電壓一定要大于或等于被控制負(fù)載的額定電壓；（2） 低壓斷路器的額定電流一定要大于或等于被控制負(fù)載的額定電流；（3） 脫扣器的額定電流一定要大于或等于被控制負(fù)載的額定電流；（4） 極限分?jǐn)嗄芰σ欢ㄒ笥诨虻扔诳刂齐娏酥凶畲蠖搪冯娏?；?） 電路末端單相對(duì)地短路電流與斷路器瞬間或短延時(shí)，脫扣器整流之比要大于或等于1.25倍；3.2.3 熱繼電器的選擇熱繼電器是對(duì)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載進(jìn)行保護(hù)。因?yàn)槠涑杀据^低、結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、體積較小等特點(diǎn)很適合做電動(dòng)機(jī)的負(fù)載元

26、件，所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用。熱繼電器選用的原則：（1） 熱繼電器的額定電流要大于電動(dòng)機(jī)的額定電流，但是不能太大；（2） 熱繼電器一般用于電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)，所以一定要根據(jù)電動(dòng)的型號(hào)來(lái)選擇合適的熱繼電器；（3） 主要用于保護(hù)電機(jī)用，所以要選用過(guò)電動(dòng)機(jī)的額定功率之后才能選擇合適的熱繼電器；（4） 熱繼電器的動(dòng)作時(shí)間比較長(zhǎng)，所以只要在電動(dòng)機(jī)過(guò)熱燒壞之前都可以選用；（5） 熱繼電器周?chē)沫h(huán)境溫度基本要在一般情況下的溫度；（6） 熱繼電器的整定電流要等于電動(dòng)機(jī)的額定電流才能保證其運(yùn)行。3.2.4接觸器的選擇接觸器它不需要人力，也可以自動(dòng)的通斷主電路電源，大大保證了操作人員的人生安全，被廣泛

27、的應(yīng)用在電力、配電與用電等多種場(chǎng)合下。接觸器的選用原則（1） 選用的接觸器類(lèi)型一定要與電路的其他元件相適應(yīng)；（2） 接觸器的容量等級(jí)選定一定要與電路的負(fù)載相符合；（3） 選用的接觸器允許的動(dòng)、熱穩(wěn)定電流一定要大于或等于電路的三相短路電流；（4） 選用的接觸器的額定電壓、額定電流、電流容量以及輔助觸頭的數(shù)量一定要與電路的負(fù)載相符合；（5） 要根據(jù)電路中其他元器件來(lái)選擇合適的接觸器。3.2.5 電磁閥的選擇電磁閥作用是控制氣體或液體的方向、流量和速度等參數(shù)的執(zhí)行元件。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，方向控制閥等一系列的電磁閥是我們使用最頻繁的。電磁閥的選擇原則：（1） 根據(jù)管道的直徑的大小和接口的形式來(lái)選擇合適

28、的電磁閥；（2） 根據(jù)流體的溫度變化和流體的屬性來(lái)選擇選自合適的電磁閥；（3） 根據(jù)電氣來(lái)選擇合適的電磁閥；（4） 根據(jù)其工作時(shí)間的多久來(lái)選擇合適的電磁閥； （5） 根據(jù)不同的地域選擇合適電磁閥的輔助功能。3.2.6 液位傳感器的選擇液位傳感器作用是將液位高低的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，供PLC使用，它相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)量。液位傳感器的選擇原則：（1） 根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境來(lái)選擇合適的液位傳感器；（2） 根據(jù)其靈敏度的選擇選擇合適的液位傳感器；（3） 根據(jù)頻率的特性選擇合適的液位傳感器；（4） 根據(jù)其線性接線來(lái)選擇合適的液位傳感器；（5） 根據(jù)穩(wěn)定要求的不一樣選擇合適的液位傳感器。根據(jù)上文，我們可以選擇

29、如表2.1所示所需的電氣元件。表2.1 電器元件選型表符號(hào)名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量M1主傳送帶電功機(jī)Y132M-41QF1低壓斷路器NS100N1FR1熱繼電器JR161KM1接觸器CJ20J-25A 1SB1按鈕LA10-K1KA1-KA4電磁閥ZQDF DN254SQ1-SQ3液位傳感器TTC102C33.3 自動(dòng)配料液體輸送的選擇自動(dòng)配料液體輸送系統(tǒng)一般管道輸送采取。輸送的管道外形如圖3.1所示。它的基本特點(diǎn)如下：（1） 不受氣候條件影響可以連續(xù)運(yùn)輸，所以有較高的可靠性；（2） 管道能走捷徑，不需要太遠(yuǎn)的距離；（3） 運(yùn)輸量比較大；（4） 能耗較??；（5） 安全可靠，無(wú)污染，成本低；（6）

30、 封閉式運(yùn)輸，損耗較少。圖3.1管道輸送3.4 PLC的選型在國(guó)內(nèi)外PLC的供應(yīng)商中，我們比較熟悉的是西門(mén)子公司。他的旗下有很多PLC軟硬件。我們只需要運(yùn)用西門(mén)子S7-200 CUP216就能完成自動(dòng)配料的控制系統(tǒng)的要求了。3.5 組態(tài)軟件的選型市場(chǎng)上組態(tài)軟件有很多種類(lèi)型的，有國(guó)外的也有國(guó)內(nèi)的。例如：力控、WINCC等，等本文采用的是組態(tài)王6.53組態(tài)軟件。組態(tài)王6.53組態(tài)軟件是一個(gè)適用于多種場(chǎng)合的工業(yè)監(jiān)控軟件，它適用于所有的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上。它能以Windows系列的操作系統(tǒng)為平臺(tái)，為用戶能創(chuàng)造出高質(zhì)量的監(jiān)控工程。3.5.1 組態(tài)王6.53的主要特點(diǎn)（1） 適應(yīng)性強(qiáng)。組態(tài)王6.53組態(tài)軟件適用

31、于絕大多少的生產(chǎn)場(chǎng)合；（2） 開(kāi)放性好。組態(tài)王6.53組態(tài)軟件可以與多種軟件相連接，支持國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的PLC、變頻器、數(shù)據(jù)采集卡等等；（3） 易于擴(kuò)展；（4） 經(jīng)濟(jì)。組態(tài)王6.53組態(tài)軟件使用成本比較低； （5） 開(kāi)發(fā)周期短。組態(tài)王6.53組態(tài)軟件沒(méi)有太多繁瑣的語(yǔ)言，易懂，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)既簡(jiǎn)單又方便。3.5.2 組態(tài)王6.53組態(tài)軟件的構(gòu)成組態(tài)王6.53主要是由以下部分組成，分別為：（1） 工程管理器。它是用來(lái)創(chuàng)建新工程和對(duì)已有工程進(jìn)行管理、修改等以及一系列優(yōu)化的功能。（2） 工程瀏覽器。它是在已有工程基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)工程工具，它用來(lái)做出一個(gè)具有完整動(dòng)畫(huà)效果和監(jiān)測(cè)等任務(wù)的界面。（3）

32、運(yùn)行系統(tǒng)工程運(yùn)行界面。它將相互連接的各個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行通信，并能按照所設(shè)計(jì)的思想生動(dòng)態(tài)畫(huà)面效果使人能與機(jī)器的相互交流。且能夠直觀的觀察機(jī)器的運(yùn)行狀況。4 自動(dòng)配料系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 4.1 電氣控制的電路設(shè)計(jì)圖4.2中2個(gè)斷路器不僅能引入三相電源，而且能夠?yàn)殡娐诽峁┒搪繁Ｗo(hù)。圖中的一個(gè)熱繼電器FR1可以為電機(jī)提供過(guò)載保護(hù)。圖4.1 電氣控制電路圖4.2 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址的分配PLC對(duì)自動(dòng)配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)其基礎(chǔ)就是PLC硬件接線上對(duì)輸入/輸出信號(hào)地址的分配。要編程就要先分配I/O地址；當(dāng)I/O地址確定后，才可繪制接線圖。輸入/輸出分配如下表4.1所示。表4.1 輸入/輸出分配表輸入端子輸入裝置輸

33、出端子輸出裝置I0.0啟動(dòng)/停止Q0.0A料入閥門(mén)I0.1SL3傳感器Q0.1B料入閥門(mén)I0.2SL2傳感器Q0.2C料入閥門(mén)I0.3SL1傳感器Q0.3加熱系統(tǒng)Q0.4攪拌電機(jī)Q0.5混合液出口閥門(mén)4.3 控制系統(tǒng)的硬件接線圖分配好了I/O地址，我們可以設(shè)計(jì)出硬件接線圖。如圖4.2所示。圖4.2 硬件接線圖4.4系統(tǒng)流程圖自動(dòng)配料的系統(tǒng)流程圖。如圖4.3所示。圖4.3 系統(tǒng)流程圖4.5 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)分析和確定自配料的控制路線和要求后，然后就可以西門(mén)子S7-200編程軟件中編寫(xiě)程序。西門(mén)子S7-200是一個(gè)可在Windows系列下運(yùn)行，應(yīng)用S7-200系列可編程控制器的編程軟件進(jìn)行編程。 如

34、圖4.4所示。圖4.4 新建工程西門(mén)子S7-200PLC的許多基本指令。例如：邏輯、計(jì)數(shù)器等等。在位邏輯編輯器有“與”、“或”、“輸出”等基本指令時(shí)我們經(jīng)常用到的指令。 西門(mén)子S7-200 的PLC是通過(guò)其內(nèi)部的軟延時(shí)繼電器進(jìn)行定時(shí)指令控制的。用“T”來(lái)進(jìn)行表示定時(shí)器，它是對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘計(jì)累計(jì)增量的。根據(jù)自動(dòng)配料的控制要求，自動(dòng)配料部分PLC控制程序如圖4.5所示。圖4.5 自動(dòng)配料的PLC控制程序4.6 PLC系統(tǒng)程序的模擬調(diào)試?yán)梦鏖T(mén)子S7-200 CPU226實(shí)物進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試過(guò)程如下：系統(tǒng)的啟動(dòng)。如圖4.6所示。圖4.6 調(diào)試啟動(dòng) SL3感應(yīng)到，A液體輸送完畢，啟動(dòng)B液體，如圖4.7所示。圖

35、4.7 A液體輸送完畢三種液體輸送完畢之后，開(kāi)啟攪拌機(jī)并且加熱，如圖4.8所示。圖4.8開(kāi)啟攪拌機(jī)并且加熱攪拌、加熱完畢，關(guān)閉攪拌機(jī)和加熱器。如圖4.9所示圖4.9關(guān)閉攪拌機(jī)和加熱器開(kāi)啟液體混合閥，如圖4.10所示。圖4.10開(kāi)啟液體混合閥5 組態(tài)王組態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)組態(tài)軟件通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)IO設(shè)備采集數(shù)據(jù)，操作人員通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，能更好地對(duì)控制過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。自動(dòng)配料系統(tǒng)的上位機(jī)管理和監(jiān)控運(yùn)用了國(guó)產(chǎn)組態(tài)王King VIEW 6.53軟件開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)的。下位機(jī)軟件主要是由PLC、C語(yǔ)言控制下位機(jī)實(shí)現(xiàn)通道的選擇和數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)傳輸則由上與下位機(jī)經(jīng)過(guò)對(duì)串口的操作共同實(shí)現(xiàn)，具有較高的可行性。所以方案基本符合設(shè)

36、計(jì)要求。5.1 液位高低系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思路：以電磁閥和電機(jī)作為被控對(duì)象。用組態(tài)王對(duì)電磁閥和電機(jī)進(jìn)行控制，運(yùn)用安裝在于混合缸里的傳感器對(duì)液體進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。與此同時(shí)把傳感器所采集液位高度送回控制系統(tǒng)進(jìn)行分析、顯示出來(lái)。而且運(yùn)用溫度傳感感器對(duì)溶液的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，即使沒(méi)有攪拌時(shí)間到了，溫度沒(méi)有達(dá)到加熱器還是自動(dòng)加熱。5.2 組態(tài)工程設(shè)計(jì)運(yùn)用組態(tài)王6.53組態(tài)軟件與西門(mén)子S7-200 CUP226實(shí)物聯(lián)機(jī)模擬仿真自動(dòng)配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)。5.2.1 設(shè)計(jì)組態(tài)畫(huà)面創(chuàng)建一個(gè)新的工程打開(kāi)組態(tài)王6.53組態(tài)軟件彈出它的“工程管理器”窗口，如圖5.1所示。圖5.1 工程管理器單擊“新建”就會(huì)彈出“歡迎使用本向?qū)А?，如圖5

37、.2所示圖5.2 新建工程導(dǎo)向之一單擊“下一步”出現(xiàn)“新建導(dǎo)向之二”，如圖5.3所示圖5.3新建導(dǎo)向之二添加工程所在的目錄，單擊“下一步”，并且添加“工程名稱(chēng)”和“工程描述”，單擊“完成”。如圖5.4所示圖5.4 新建導(dǎo)向之三5.2.2 創(chuàng)建新的畫(huà)面選中工程，單擊“開(kāi)發(fā)”后雙擊“新建”，新建一個(gè)工程畫(huà)面，如圖5.5所示。圖5.5 新建畫(huà)面完成上述參數(shù)設(shè)定之后單擊“確定”出現(xiàn)了“開(kāi)發(fā)系統(tǒng)畫(huà)面”，如圖5.6所示圖5.6 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)畫(huà)面建立自動(dòng)配料系統(tǒng)畫(huà)面如圖5.7所示，并且保存后關(guān)閉。圖5.6自動(dòng)配料系統(tǒng)畫(huà)面5.2.3 設(shè)置串口雙擊COM1，設(shè)置數(shù)值。如圖5.7所示圖5.7 串口設(shè)置5.2.4組態(tài)P

38、LC設(shè)置單擊“COM1”，選擇右邊主窗口的“新建”按鈕。并且選擇如圖5.8所示的通信描述。圖5.8 設(shè)置向?qū)螕簟跋乱徊健?，并且輸入名稱(chēng)“PLC1”。如圖5.9所示。圖5.9 選擇串口號(hào)單擊“下一步”，選擇地址為“2”。如圖5.10所示。圖5.10 設(shè)備地址設(shè)置指南單擊“下一步”，選擇通信參數(shù)，如圖5.11所示圖5.11 通信參數(shù)單擊“下一步”，出現(xiàn)“信息總結(jié)”。里面有其設(shè)置的通信參數(shù)單擊，如果需要更改就點(diǎn)擊“上一步”修改,否則就點(diǎn)擊“完成”。5.2.5設(shè)置變量設(shè)置單擊數(shù)據(jù)詞典，再雙擊“新建變量”，設(shè)置參數(shù)。如圖5.12所示圖5.12 定義變量同理，其他變量也同樣設(shè)置。數(shù)據(jù)如表5.1所示。表5.1 定義變量參數(shù)序號(hào)變量名變量類(lèi)型數(shù)據(jù)類(lèi)型連接設(shè)備寄存器1開(kāi)關(guān)I/O離散BitPLCM0.02SL3I/O離散BitPLCM0.13SL2I/O離散BitPLCM0.24SL1I/O離散BitPLCM0.35計(jì)