1、基于 PLC 的自动调平系统南京化工职业技术学院毕业论文（设计）课 题 基于 PLC 的自动调平系统专 业 机电设备维修管理 年 级 机电设备 0821 班 学 号 0802170142 姓 名 陈晨 导 师 仲崇生 定稿日期： 2011 年 月 日基于 PLC 的自动调平系统 第页摘要设计自动调平控制系统，满足所需精度。以德国西门子（Siemens）公司生产的 SIMATIC S7-300 可编程逻辑控制器为主控制器件，设计一种自动调平系统，给出系统的硬件构成，设计系统的控制软件。经实验验证，达到了预期的控制指示。所述的控制方案可广泛应用于各种调平系统中。关键词：可编程逻辑控制器（PLC）
2、，自动调平系统 ，承载平台基于 PLC 的自动调平系统 第页AbstractTo design a control system of automatic leveling , and meet the needed accuracy in need . An automatic leveling system designed with SIMTIC S7-300 control device of SIEMENS as master-control device , the hardware of the system , and its corresponding software ar
3、e described . Through experiment , it is proved to be able to satisfy the expected control goal . The control plan can be widely applied to different kinds of leveling system .Keywords: programmable logic controller，automatic leveling ， bearing plumber基于 PLC 的自动调平系统目 录第一章 绪论 .11.1 控制任务 .11.2 任务描述 .1
4、第二章 系统的硬件构成及工作原理 .22.1 硬件组成 .22.2 工作原理 .22.3 系统的结构图 .2第三章 系统的软件设计 .33.1 硬件组态 .33.2 输入输出分配表 .43.3 系统的基本指令 .53.4 系统的梯形图 10第四章 仿真软件 WinCC 的应用 114.1 WinCC 的简介 114.2 系统的 WinCC 组态变量 114.3 系统的 WinCC 组态画面 124.4 组态画面的动态演示 13结论 .27参考文献 .28致谢 .29基于 PLC 的自动调平系统 第 1 页第一章 绪论1.1 控制任务某承载平台在其进行承载工作时需要达到一定的水平度(前后及左右倾
5、角不得大于5),且控制过程不能经历太长时间(调整时间不得大于2min)。承载平台由4条调平支腿和一条承载工作时使用的辅助支腿组成,调平工作时辅助支腿不落地.待调平后,进行承载时,辅助支腿才和调平支腿一起参加支撑平台的工作。系统要求具有自动调节和手工调节两种工作状态。1.2 任务描述按下启动按钮，主电磁阀工作，同时读取“前后、左右的倾角值” ；之后主继电器动作（倘若主继电器不动作，则无法进行下面的调节操作） ；接着选择是“手动调节” ，还是“自动调节” 。当选择“自动调节” ，则先执行“动作 1”，“伸前腿，伸左腿” ；运行 3s 后，换成“收后腿，收右腿 ”。运行 6s 后，执行“动作 2”，
6、 “伸后腿，伸右腿” ；再运行 3s 后，换成 “收前腿，收左腿” ，保持这个状态，运行到两个倾角值都小于或等于 5 度。之后，调平腿工作；经传感器检测调平腿是否着地；一旦调平腿着地，调平腿停止动作，辅助腿动作；接着就有传感器送出信号，是伸辅助腿，还是收辅助腿；当达到要求后，按下停止按钮。当选择“手动调节” ，则下面的操作都必须手动操作；接着就是选择“动作 1 或者动作 2”；当选择“动作 1”后，接着就根据前后、左右的倾角值来判断哪些腿动作；假如前后倾角值小于或等于 5 度，那么前腿、后腿是不会工作的；只有在大于 5 度的情况下，那些支腿才会动作；一旦两个倾角值都小于或等于 5 度时，则调平
7、腿自动动作；接着由传感器检测调平腿是否着地；当调平腿着地后，调平腿停止动作，按下“辅助腿动作”按钮，则辅助腿动作；当辅助腿动作后，就由传感器检测送出信号，有“伸辅助腿动作”和“收辅助腿动作”两种情况。一旦达到要求，按下停止按钮，停止调节；其间，在调整四条支腿时，调整时间不会超过 2min。基于 PLC 的自动调平系统 第 2 页第二章 系统的硬件构成及工作原理2.1 硬件组成前已述及，本系统的主控元件选 Siemens 公司的 SIMATIC S7-300 系列的PLC，其中包括：中央处理单元（CPU314 ）一块，数字量输入模块（DI SM321）一块，数字量输入模块（DO SM322）一块
8、，模拟量输入模块（AI SM331）一块。中央处理单元（CPU314 ）可进行高速及中等规模的 I/O 配置，可用于安装中等规模指令执行速度的程序；数字量输入模块（DI SM321）具有32 点输入，并使用光耦合器与背板总线隔离；数字量输出模块（DO SM322）具有 32 点输出，使用光耦合器与背板总线隔离；模拟量输入模块（AI SM331）两路输入，具有反极性保护，此外模拟量输入端还有水平传感器的变送电路，主要包括集成运放和相敏整流。2.2 工作原理系统的水平传感器选用三极玻璃液体电门，它具有一个公共电极和两个控制电极。当水平面水平度为 0 时，两电极输出地电流相等，均为 9mA；当电门偏
9、离水平面时，两控制电极输出相应的差值信号；当平面水平度大于 15 度时，传感器进入饱和状态，输出电流为 12mA。系统的各个支腿上安装有液电压力开关，用以反映各支腿着地与否的情况。其最高工作压力为 350Mpa，每分钟切换频率 80 次。支腿着地时，液电压力开关闭合；支腿悬空时，液电压力开关断开。各支腿的升高与降低的动作均由带电磁铁操作的直动方式方向提升阀完成，开关频率为 15000 次/h 。2.3 系统的结构图整个系统的结构图如图 2-1 所示。图 2-1 自动调平系统的硬件结构图基于 PLC 的自动调平系统 第 3 页第三章 系统的软件设计本系统的软件设计使用 Siemens 公司生产的
10、与 PLC 配套使用的 SIMATIC STEP V5.1 的编程软件。在用户程序中，设置了一个“组织块” （OB1）和两个“功能（块） ”（FC1,FC2） 。 “组织块” （OB1）是操作系统和用户程序之间的接口，它由操作系统调用，并控制循环和中断驱动程序的执行及 PLC 的启动模式。“功能（块） ”（FC）是无存储区的逻辑块， FC 的临时变量存储在局域数据堆栈中，当 FC 在执行结束后，这些数据就丢失了。 “FC1”是实现平台自动调平的子程序段；“FC2”是实现平台手工调节的子程序段。此两段程序均由“组织块” （OB1）根据操作面板上的控制指令按键进行程序的调用。SIMATIC STE
11、P V5.1 的编程软件提供了三种编程工具，分别是：语句表（STL） 、功能图（FBD）和梯形图（ LAD） 。一般而言，使用梯形图（LAD ）完成程序设计。3.1 硬件组态硬件组态如图 3-1、3-2 所示。图 3-1 系统的硬件组态基于 PLC 的自动调平系统 第 4 页图 3-2 系统的硬件组态3.2 输入输出分配表输入输出分配表见表 3-1、表 3-2。表 3-1 输入分配表数字量输入 模拟量输入名称自动调节手动调节启动停止主继电器动作K1辅助腿动作K2前腿动作K3后腿动作K4左腿动作K5右腿动作K6前后倾角值BF左右倾角值LR地址I2.0I2.1I0.6I0.7I1.0I1.1I1.
12、2I1.3I1.4I1.5PIW752PIW754表 3-2 输出分配表基于 PLC 的自动调平系统 第 5 页数字量输出名称主电磁阀DT1辅助腿电磁阀DT2调平腿电磁阀DT3调平腿着地DT4动作1电磁阀DT5动作2电磁阀DT6伸辅助腿动作DT7收辅助腿动作DT8伸前腿动作DT9收前腿动作DT10伸后腿动作DT11收后腿动作DT12伸左腿动作DT13收左腿动作DT14伸右腿动作DT15收右腿动作DT16地址Q4.0Q4.1Q4.2Q4.3Q4.4Q4.5Q4.6Q4.7Q5.0Q5.1Q5.2Q5.3Q5.4Q5.5Q5.6Q5.73.3 系统的基本指令1、模拟量输入模拟量输入如图 3-3、图
13、 3-4 所示。图 3-3 模拟量前后倾角值的输入PIW752 是模拟量前后倾角值的输入地址；MD10 输出转换后的物理量。基于 PLC 的自动调平系统 第 6 页图 3-4 模拟量左右倾角值的输入PIW754 是模拟量左右倾角值的输入地址；MD20 输出转换后的物理量。2、实数比较实数比较如图 3-5、图 3-6 所示。图 3-5 判断前后倾角值与 5.0 的关系当 MD10 的值大于 5.0 时，M1.0 得电。基于 PLC 的自动调平系统 第 7 页图 3-5 判断左右倾角值与 5.0 的关系当 MD20 的值大于 5.0 时，M1.1 得电。3、前腿的控制控制前腿的梯形图，如图 3-6
14、 所示。图 3-6 前腿的梯形图在手动调节的情况下，当 I1.2 动作，M2.0 接通时，则前腿伸动作；当I1.2 动作，M2.1 接通时，则前腿收动作。在自动调节的情况下，则不需要I1.2 动作。M2.0 与 M2.1 是否得电，可以自动控制，也可以手动控制。4、后腿的控制控制后腿的梯形图，如图 3-7 所示。基于 PLC 的自动调平系统 第 8 页图 3-7 控制后腿的梯形图在手动调节的情况下，当 I1.3 动作，M2.0 接通时，则后腿收动作；当I1.3 动作，M2.1 接通时，则后腿伸动作。在自动调节的情况下，则不需要I1.3 动作。M2.0 与 M2.1 是否得电，可以自动控制，也可
15、以手动控制。后腿的控制与前腿的控制相反。5、左腿的控制控制左腿的梯形图，如图 3-8 所示。图 3-8 控制左腿的梯形图在手动调节的情况下，当 I1.4 动作，M2.0 接通时，则左腿伸动作；当I1.4 动作，M2.1 接通时，则左腿收动作。在自动调节的情况下，则不需要I1.4 动作。M2.0 与 M2.1 是否得电，可以自动控制，也可以手动控制。6、右腿的控制控制右腿的梯形图，如图 3-9 所示。基于 PLC 的自动调平系统 第 9 页图 3-9 控制右腿的梯形图在手动调节的情况下，当 I1.5 动作，M2.0 接通时，则右腿收动作；当I1.5 动作，M2.1 接通时，则右腿伸动作。在自动调
16、节的情况下，则不需要I1.5 动作。M2.0 与 M2.1 是否得电，可以自动控制，也可以手动控制。右腿的控制与左腿的控制相反。7、实数递减实数递减的梯形图，如图 3-10、图 3-11 所示。图 3-10 前后倾角值递减至小于或等于 5 度当前后倾角值大于或等于 5 度时，经过执行此指令，将数值减小；直至角度减至不大于 5 度。基于 PLC 的自动调平系统 第 10 页第四章 仿真软件 WinCC 的运用4.1WinCC 的简介SIMATIC WinCC 是第一个使用最新的 32 位技术的过程监视系统，具有良好的开放性和灵活性。通用的应用程序，适合所有工业领域的解决方案；多语言支持，全球通用
17、 ；可以集成到所有自动化解决方案内；内置所有操作和管理功能，可简单、有效地进行组态；可基于 Web 持续延展，采用开放性标准，集成简便；集成的Historian 系统作为 IT 和商务集成的平台；可用选件和附加件进行扩展 ；“全集成自动化” 的组成部分，适用于所有工业和技术领域的解决方案。4.2 系统的 WinCC 组态变量系统的 WinCC 组态变量如图 4-1、图 4-2 所示。图 4-1 系统 WinCC 的组态变量基于 PLC 的自动调平系统 第 11 页图 4-2 系统 WinCC 的组态变量4.3 系统的 WinCC 组态画面系统的组态画面如图 4-3 所示。基于 PLC 的自动调
18、平系统 第 12 页图 4-3 系统 WinCC 的组态画面4.4 组态画面的动态演示假设模拟量输入两个值，按下启动按钮，经检测，如图 4-4 所示。图 4-4 系统启动时的状态接着，按一下“主继电器动作”按钮；倘若不按，则无法进行下面的操作；当按下之后，先选择调节方式：手动调节或者自动调节；假如先选择自动调节，则系统进行自动调节，不需要认为操作；首先进行动作 1 的调节，先是“伸前腿，伸左腿” （如图 4-5 所示） ；运行 3s 之后，会换成“收后退，收右腿” 。基于 PLC 的自动调平系统 第 13 页图 4-5 选择自动调节的运行过程经过 6s 会换成动作 2 调节，先是“伸后腿，伸右
19、腿” （如图 4-6 所示） ；运行后，会换成“收前腿，收左腿” 。基于 PLC 的自动调平系统 第 14 页如图 4-6 所示 选择自动调节的运行过程经过一段时间运动后，两个倾角值都减到小于或等于 5 度，则动作 1、动作 2 都停止工作；此时会放下调平腿，如图 4-7 所示。基于 PLC 的自动调平系统 第 15 页图 4-7 倾角值都小于或等于 5 度时，调平腿工作接着，就由传感器检测调平腿是否着地；之后送一个信号给系统；一旦调平腿着地，调平腿停止动作，则辅助腿就会跟着动作，如图 4-8 所示。基于 PLC 的自动调平系统 第 16 页图 4-8 调平腿着地后，辅助腿动作当辅助退动作时，
20、就存在两种可能，有可能是伸动作（如图 4-9 所示） ，也有可能是收动作（如图 4-10 所示） 。基于 PLC 的自动调平系统 第 17 页图 4-9 辅助腿伸动作基于 PLC 的自动调平系统 第 18 页图 4-10 辅助腿收动作当达到要求后，按下停止按钮，系统停止调节，如图 4-11 所示。基于 PLC 的自动调平系统 第 19 页图 4-11 系统停止状态再次进行调试，这次选择手动调试，如图 4-12 所示。基于 PLC 的自动调平系统 第 20 页图 4-12 系统选择手动调节的状态手动调节与自动调节不一样；手动调节，在系统调节时，先要选择“动作1”，还是“动作 2”；“动作 1”，
21、可以执行“伸前腿、收后腿、伸左腿、收右腿”四个动作；“动作 2”，可以执行“收前腿、伸后腿、收左腿、伸右腿”四个动作；假设选择“动作 1”，而且要求后腿跟右腿动作，则如图 4-13 所示。基于 PLC 的自动调平系统 第 21 页图 4-13 手动调节的某一过程当两个倾角值都小于或等于 5 度时， “动作 1、动作 2”均不可调节；此时放下调平腿。如图 4-14 所示。基于 PLC 的自动调平系统 第 22 页图 4-14 倾角值小于或等于 5 度时，调平腿动作接着，就由传感器检测调平腿是否着地；之后送一个信号给系统；一旦调平腿着地，调平腿停止动作，如图 4-15 所示。基于 PLC 的自动调
22、平系统 第 23 页图 4-15 调平腿着地的状态当调平腿着地后，按下“辅助腿动作”按钮；如果不按，则辅助退不会动作；按下“辅助腿动作”按钮，如图 4-16 所示。基于 PLC 的自动调平系统 第 24 页图 4-16 调平腿着地后，按下辅助腿动作当辅助退动作时，就存在两种可能，有可能是伸动作（如图 4-17 所示） ，也有可能是收动作（如图 4-18 所示） 。基于 PLC 的自动调平系统 第 25 页图 4-17 辅助腿伸动作基于 PLC 的自动调平系统 第 26 页图 4-18 辅助腿收动作在判别调平腿是否着地和辅助退是伸动、作还是手动作这些方面，手动调节跟自动调节是没有区别的，它们都需要传感器检测；然后将检测到的信号送到系统中；达到要求后，按下停止按钮，系统停止调节，如图 4-19。
