装配流水线PLC模拟控制实验论文1

装配流水线的PLC模拟控制

【摘要】

本文主要是介绍PLC模拟控制在工业生产中的运用，要求学会使用组态王软件和PLC（SIMEINS S7-200）控制系统连接，采用下位机执行，上位机监控的方法，构建完成装配流水线的模拟控制系统。通过PLC模拟控制和组态王的监控，本文实现了装配流水线的控制和监视。

【关键词】

PLC控制；下位机执行；上位机监控；组态王监控

1 引言

1.1 在工业自动化生产中，由于PLC控制具有一系列的的优点，而且便于控制，

深受企业的喜爱，同时运用组态软件进行监控生产流程，更是让整个过程变得可视化。而且工业自动化通用组态软件-组态王软件系统与最终工程人员使用的具体的PLC或现场部件无关。对于不同的硬件设施，只需为组态王配置相应的通讯驱动程序即可。组态王支持一系列的硬件设备，包括可编程控制器（PLC）、智能模块、板卡、智能仪表、变频器等等。所以在装配流水线上PLC的模拟控制运用的越来越广泛.

1.2 实验目的和具体要求

a、实验目的

学会使用组态软件（推荐选用组态王软件）和PLC（推荐选用SIMEINS S7-200）控制系统连接，采用下位机执行，上位机监控的方法，构建完成装配流水线的模拟控制系统。 b、实验装置与附件

（1）TKPLC-1型实验装置一台

（2）安装了STEP7-Micro/WIN32编程软件和组态王软件的计算机一台 （3）PC/PPI编程电缆一根

（4）连接导线若干。

c、装配流水线模拟控制的实验面板图

装配流水线模拟控制的实验面板图

图中上框中的A～H表示动作输出（用LED发光二极管模拟），下框中的A、B、C、D、E、F、G、H插孔分别接主机的输出点Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7。启动、移位及复位插孔分别接主机的输入点I0.0、I0.1、I0.2。

传送带共有十六个工位，工件从1号位装入，分别在A（操作1）、B（操作2）、C（操作3）三个工位完成三种装配操作，经最后一个工位后送入仓库；其它工位均用于传送工件。

H仓库2 PLC控制系统和组态王软件和介绍 2.1 PLC控制系统

a 基本介绍

PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。它是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC是可编程逻辑电路，也是一种和

硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC。 b PLC的功能 （1）逻辑控制 （2）定时控制 （3）计数控制 （4）步进(顺序)控制 （5）PID控制

（6）数据控制：PLC具有数据处理能力。 （7）通信和联网

（8）其它：PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：

定位控制模块，CRT模块。

c PLC的特点

（1）可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性。 （2）配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 （5）体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

d PLC控制系统的设计基本原则

（1）最大限度的满足被控对象的控制要求。

（2）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。

（3） 保证控制系统安全可靠。

（4） 考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC容量时应适当留有余量。

2.2 组态王软件

A 基本介绍

组态王组态王开发监控系统软件是新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为

试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。 B 具体功能

（1）可视化操作界面，真彩显示图形、支持渐进色、丰富的图库、动画连

接。

（2）无与伦比的动力和灵活性，拥有全面的脚本与图形动画功能。 （3）可以对画面中的一部分进行保存，以便以后进行分析或打印。 （4）变量导入导出功能，变量可以导出到Excel表格中，方便的对变量名称

等属性进行修改，然后再导入新工程中，实现了变量的二次利用，节省了开发时间 。

（5）强大的分布式报警、事件处理，支持实时、历史数据的分布式保存。 （6） 强大的脚本语言处理，能够帮助你实现复杂的逻辑操作和与决策处

理 。

（7）全新的WebServer架构，全面支持画面发布、实时数据发布、历史数

据发布以及数据库数据的发布。

（8）方便的配方处理功能 ，丰富的设备支持库 。 C 使用组态王实现控制仿真 a 基本方法：

(1)图形界面的设计 (2)构造数据库 (3)建立动画连接 (4)运行和调试 b组态王特点:

(1)实验全部用软件来实现,只需利用现有的计算机就可完成自动控制系统课程的实验,从而大大减少购置仪器的经费。

(2)该系统是中文界面,具有人机界面友好、结果可视化的优点。对用户而言,操作简单易学且编程简单,参数输入与修改灵活,具有多次或重复仿真运行的控制

能力,可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线,能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果。 c 对多媒体的支持 （1）组态王可以嵌入图片 （2）可以播放声音文件 （3）播放动画

（4）支持视频采集设备

D 组态王控制过程要考虑以下三个方面

(1)图形,是怎样用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。

(2)数据,就是创建一个具体的数据库,并用此数据库中的变量描述工控对象的各种属性,比如水位、流量等。

(3)连接,就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行,以及怎样让操作者输入控制设备的指令。

3 正文

3 .1 PLC程序（STL语句）

LD I0.2

R Q0.0, 8 ；系统复位 LBL 1 ；程序循环 LD I0.0 ；操作D运行1s AN M5.0 S Q0.3, 1 TON T37, 10

LD T37 ；操作D停止 S M5.0, 1

LD T37 ；操作A自动运行2s O Q0.0 A I0.0

AN M5.1 AN I0.2 S Q0.0, 1 R Q0.3, 1 TON T38, 20

LD T38 ；操作A停止 S M5.1, 1

LD T38 O M0.3 S M0.3, 1 LD I0.1 A M0.3 O Q0.4 A I0.0 AN M5.2 AN I0.2 S Q0.4, 1 R Q0.0, 1 TON T39, 10

LD T39 S M5.2, 1

LD T39 A I0.0 O Q0.1 AN M5.3 AN I0.2 S Q0.1, 1 R Q0.4, 1 TON T40, 20 R M0.3, 1

E运行E运行1s停止 B1s后自动运行2s ；按下移位按钮，操作 ；操作 ；操作

LD T40 ；操作B停止 S M5.3, 1

LD T40 ；按下移位按钮操作F运行1s O M0.4 S M0.4, 1 LD I0.1 A M0.4 O Q0.5 A I0.0 AN M5.4 AN I0.2 S Q0.5, 1 R Q0.1, 1 TON T41, 10

LD T41 S M5.4, 1

LD T41 A I0.0 O Q0.2 AN M5.5 AN I0.2 S Q0.2, 1 R Q0.5, 1 TON T42, 20 R M0.4, 1

LD T42 O M0.5 S M0.5, 1 S M5.5, 1

；操作F停止 ；操作C运行2s C停止 ；操作

LD I0.1 ；按下移位按钮，操作G运行1s A M0.5 O Q0.6 A I0.0 AN M5.6 AN I0.2 S Q0.6, 1 R Q0.2, 1 TON T43, 10

LD T43 S M5.6, 1

LD T43 A I0.0 O Q0.7 AN M5.7 AN I0.2 S Q0.7, 1 R Q0.6, 1 TON T44, 20

LD T44 S M5.7, 1 LD T44 R M5.0, 8 LD T44

JMP 1 3.2 程序梯形图

G停止 H运行2s H停止

；寄存器复位 ；跳至循环开始

；操作 ；按下移位按钮，操作 ；操作

3.3 组态王监控程序

A 组态王监控画面

B 定义组态王中的变量与PLC的连接

C 组态王与设备PLC的连接

D 组态王监控程序

if (\\\\本站点\\操作D||\\\\本站点\\操作E||\\\\本站点\\操作F||\\\\本站点\\操作G==1) {

\\\\本站点\\移动=\\\\本站点\\移位+2; } else {

\\\\本站点\\移动=\\\\本站点\\移动; }

这段程序是指当操作DEFG动作时候，传送带各运行一段距离，当操作ABC运行时候，传送带停止运行，指导动作完成，传送带继续工作。

4 实验小结

测控系列实验是我感觉是大学期间最大的一次实验，因为主要是涉及专业知识的具体运用，我想也应该是最重要的一次实验吧。本次系列实验我们四个人一组，共同合作，一起努力用了一个星期左右的时间完成了实验。从源程序的编写，上机编译下载到测试和检验，以及不断的修改源程序，连接实验电路，检验程序的对错。其间我们遍尝酸甜苦乐，学到了很多东西，感觉收获颇丰。我的收获主要小结如下：

（1）我们学习了更多的有关PLC和组态王的有关知识

虽然我们在之前的课程里有上过PLC的有关课程，但或许是学得不太牢固，掌握的也不是很好。刚开始时，大家都把以前学的知识忘的差不多了，但为了这次实验，我们四人集体学习，把以前所学的知识尽量回顾起来，而且因为是带着目的地去学习，我们对可编程控制的有关知识理解掌握得更深入了。我们熟练掌握了PLC在工业控制系统中的很多具体运用。

此外，在刚开始实验时，我们对组态王软件一点也不懂，但是我们通过网上相关资料的了解，而且把下载安装组态王之后，我们对它也有了比较深的认识，体会到了组态王在工业控制中的具体作用，以及它多生产过程的可视化控制和监测。

（2）提高了动手能力

平时我们都是以理论学习为主，整天看课本虽然学到了不少知识，但心里一直觉得不踏实，毕竟实践才是最重要的；而这次实验给我们提供了一个培养动手能力的绝佳的机会。

该开始上手的时候，我们对软件不熟，对程序中出现的问题也不明白，只能是不断地改，将自己认为有问题的地方都修改直至成功。最后我们终于能较熟练的运用SIMEINS S7-200这个软件并解决一系列编程问题了。 （3）培养了团队合作精神

以前总是习惯于自己思考，自己解决，或许有的问题是能解决的，但毕竟都是自己想的，有着一定的局限性。而在这次实验中，我们四个人在一起，互补所短，发挥所长，四个人想出了很多解决问题的方法，而且大家互相提醒，互相激励，替对方找错，弥补对方的缺陷，所以合作起来比一个人做更加有想法，更加有效率，也能让我们的程序更加精炼，更加完美，功能完成的也更加好了。所以说，团队的力量是无穷的。

（4）养成了勇于吃苦、勤于思考的习惯

这次实验我们花了比较大的精力， 在这段时间里我们还锻炼了自己的意志，在困难面前不退缩，相信万事都有解决的办法，只要我们肯花时间去找资料，去请教别人，自己认真地琢磨，就没有解决不了的问题。

不过，我觉得更重要的是，我们养成了勤于思考的习惯。在实验过程中，我们需要不断地修改、改进，这既让我们认识到细心的重要性，也让我们获得了不少“创新”的灵感。

（5）我们对自己的专业和自己的前途有了更深的把握

以前觉得大学期间只要基本掌握了所学的专业知识，适当应付一下实验就可以了，但在这次实验的过程中，我们发现原来实验本身并不是那么枯燥乏味，只要你肯投入，勇于钻研和挑战，通过实验能让我们学到很多东西。

我想，这一周的实验过程一定会成为我们大学期间宝贵的财富和永久的记忆。 最后，非常感谢老师给我们这样一个机会，让我们学到了很多很多！

5 参考文献

（1） 可编程控制器原理及应用 ——机械工业出版社 【吴中俊、黄永红

主编】

（2） 工控组态软件 ——电子工业出版社 【汪志锋 主编】

（3） 组态软件控制技术 ——北方交通大学出版社 【张文明、刘志军 主

编】

（4） PLC应用开发技术与工程实践 ——人民邮电出版社

（5） S7-300\\400PLC应用技术 ——机械工业出版社【廖常初 主编】