发布时间 : 星期三 文章毕业论文《物料输送线PLC控制系统设计》更新完毕开始阅读
化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。如图2—2所示，最底层的Infranet控制网即FCS，各控制器节点下放分散到现场，构成一种彻底的分布式控制体系结构，网络拓扑结构任意，可为总线形、星形、环形等，通讯介质不受限制，可用双绞线、电力线、无线、红外线等各种形式。FCS形成的Intranet控制网很容易与Intranet企业内部网Internet全球信息网互连，构成一个完整的企业网络三级体系结构。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，己经受到世界范围的关注，成为工业自动化领域广为关注的焦点课题，国际上现场总线的研究、开发，使测控系统冲破了长期封闭系统的禁锢，走上开放发展的征程，这对我国现场总线控制系统的发展是个极好的机会，也是一次严峻的挑战。现场总线技术是控制、计算机、通讯技术的交叉与集成，涉及的内容十分广泛，自动化系统的网络化是发展的大趋势，现场总线技术受计算机网络技术的影响是十分深刻的。现在网络技术日新月异，发展十分迅猛，一些具有重大影响的网络新技术必将进一步融合到现场总线技术之中，这些具有发展前景的现场总线技术有：智能仪表与网络设备开发的软硬件技术：组态技术，包括网络拓扑结构、网络设备、网段互连等；网络管理技术，包括网络管理软件、网络数据操作与传输、人机接口；软件技术、现场总线系统集成技术。现场总线属于尚在发展之中的技术，我国在这一技术领域还刚刚起步，了解国际上该项技术的现状与发展动向，对我国相关行业的发展，对自动化技术、设备的更新，无疑具有重要的作用。总体说来，自动化系统与设备将朝着现场总线体系结构的方向前进，这一发展趋势是肯定的。既然是总线，就要向着趋于开放统一的方向发展，成为大家都遵守的标准规范，但出于这一技术所涉及的应用领域十分厂泛，几乎覆盖了所有连续、离散工业领域，如过程自动化、制造加工自动化、楼宇自动化、家庭自动化等等。大千世界，众多领域，需求各异，一个现场总线体系下可能不止容纳单一的标准。另外，从以上介绍也可以看出，几大技术均具有自己的特点，已在不同应用领域形成了自己的优势。加上商业利益的驱使，它们都各自正在十分激烈的市场竞争中求得发展。有理由认为：在从现在起的未来10年内，可能出现几大总线标准共存，甚至在一个现场总线系统内，几种总线标准的设备通过路由网关互连实现信息共享的局面。在连续过程自动化领域内，今后10年内，FF基金会现场总线将成为主流发展趋势，
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LonWorks将成为有力的竞争对手，RT作为过渡性产品也能有一定的市场。这3种技术是从这一领域的工业需求出发，其用户层的各种功能是为专业连续过程设计的，而且充分考虑到连续工业的使用环境，如支持总线供电，可满足本质安全防爆要求等。另外，FF基金会几乎集中了世界上主要自动化仪表制造商；LonWorks形成了全面的分工合作体系。这些因素对成为这一领域的主流技术是十分关键的。
由于RT建立在目前广泛采用的模拟系统之上，它可以充分照顾到现有设备和已有投资的效益，技术上也充分考虑连续过程使用环境的需要。目前它己经占有一定的市场份额，其技术本身还在不断完善与更新，如提高传输速率等。目前用外HART仪表的市场份额还在不断增长，呈上升趋势，但是它毕竞是过渡性产品，其生存周期不会很长。国内则由于很多项目都是新项目，所以对兼容性的考虑较少，而对先进性的考虑较多，相信HART在国内的市场份额不会很大。国内市场与国外市场会有比较大的差异。一方面国外市场上占优势的产品会不断渗透到国内：另一方面，由于国内厂商的规模相对较小，研发能力较差，更多的是依赖技术供应商的支持，比较容易受现场总线技术供应商(芯片制造商等)对国内的支持和市场推广力度的影响。国内目前仅LonWorks技术有实质性的市场活动。所以大部分国内厂商将首先将接受LonWorks技术。尽管FF号称仪器仪表行业的未来标准，但是由于没有明确的市场策略和在国内的积极的市场活动，市场份额将会受到很大影响。而且事实表明，所有的现场总线基金会(FF)会员在研制符合FF标准的同时，都同时推出采用LonWorks技术的应用，由此可见LonWorks技术的生命力十分顽强。在离散制造加工领域，由于行业应用的特点和历史原因，其主流技术会有一些差别。Profibus和CAN在这一领域具有较强的竞争力。他们己经在这一领域形成了自己的优势。
现场总线的主要特点：1，全数字化通信，传统的现场层设备与控制器之间采用一对一I/O接线方式，I/O模块接收或送出4-20mA信号。采用现场总线技术后用一条通信电缆就可以将控制器与现场设备连接起来，信号传输时是全数字化的，实现了检错、纠错的功能，提高了信号的可靠传输。2，实现彻底的分散性和分布性，采用现场总线的控制系统FCS,它的控制单元全都可以分散到现场，控制器系统由现场设备来实现，因此FCS可被认为是彻底的分布式控制系统。3，具有较强的信息集成能力，传统的自动化控制系统控制器获取的信息是有限的，采用现场总线后，连接的可以是智能化设备，控制器就可以从现场获取大量的信息，实现设备状态、故障、参数信息的一体化传送。4，降低费用，采用现场总线控制可以节省连接导线，降低
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安装和维护费用。5，具有互操作性和互换性，传统的自动化系统不开放，系统的软硬件一般只能使用一家的产品，不同厂家不同产品间缺乏互操作性和互换性。采用现场总线后，可以实现互联设备间，系统间的信息传送和沟通，不同生产厂家的性能类似的设备都可以进行互换。 2.1.3 控制系统方案的确定
鉴于对DCS系统与FCS系统的比较，分析了这两种控制系统的结构、优缺点，从技术可行、高效节能、资金利用等多方面全方位的考虑，再结合PLC的特点分析得出用PLC更适用作物料输送系统主控制器。因而设计一个由PLC构成的现场总线控制系统，来控制关于物料输送的皮带系统。
2.2 总体结构的确定
2.2.1 综述
一般情况下，监控系统是由现场控制级设备、过程控制级设备、监控管理级设备组成多级体系，它们通过网络互相连接。过程级设备从过程对象采集实时数据，按预先组态好的控制策略，接受操作人员的控制指示，从而实现对过程对象实时控制；操作人员通过监控级设备，监视过程对象及控制装置的运行情况，并通过网络，向过程级发出指令，干预过程对象的控制，同时可进行数据分析和报表打印；管理级设备可以接受监控管理级按规定的格式远传过来的数据，供统一调度。
本系统的设计中，整个系统主要由就地控制箱、PLC集中控制柜及上位远程监控终端3部分组成。
(1)现场操作控制箱：每个现场设备配置一现场就地操作控制箱，用于设备的现场就地控制和保护。就地控制箱的设置主要是考虑到现场设备的的检修和试运行，可以通过就地集中转换开关实现就地控制和集中控制的转换。在就地控制方式下，可以通过控制箱面板上的启停按钮，手动控制设备的启停；在集中控制方式下，通过PLC集中控制柜上的按钮控制整个系统或者是单个设备的启停。
(2)PLC集中控制柜：实现现场各个设备的集中控制。实时采集现场各设备的启停故障等状态信息，并对各信息进行分析、处理，同时负责将所有信息上传给上位监控机，实现上位机的实时数据采集、画面显示。接收、处理上位发来的控制命令信号，实现设备的控制。
(3)上位监控终端：主要由一台监控计算机及打印机等外围设备组成，监控系统
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终端安装西门子WinCC上位监控软件，实现各状态信息的显示及各设备远程控制、故障报警、报表打印、趋势图显示等。 2.2.2 系统结构
为实现集中监控的要求，完成实时数据采集、自动控制和上位监控的功能，将监控系统分成两大部分：下层的过程控制级，上层的监控管理级。
在过程控制在这一部分的设计中，我们采用西门子公司的S7—200系列PLC。系统采用SIMATIC S7—200PLC，它是模块化中小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。具有模块化，无排风扇结构，易于实现分布，易于用户掌握等特点，因此成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的方案，应用领域相当广泛。
物料输送线通过皮带侧面的激光传感器来检测输送线上是否有产品从皮带上掉下来，在皮带的侧面安装距离传感器来检测皮带的位置是否跑偏及时将信息传输给控制器，在爬坡的皮带处对产品的数量进行计数。电机通过变频器进行控制，可以使电机的启动更能够稳定同时也可以更方便的调节电机的速度。所有信息都要送到控制器PLC中。
在控制系统中我们选用CPU-224XP作为控制中心，在CPU-224XP中有两个通讯口，分别可以与上位机进行通信，同时也可以与现场的人机界面进行通信。
上层管理级实现对在现场物料输送系统中，经常需要对各种工业现场的工作参数进行监控，例如，电机的输出速度及相关的参数，因此必须对其进行实时监控管理。监控软件采用西门子公司的WinCC软件。SIMATIC WincC(视窗控制中心)，是西门子(SIEMENS)在自动化领域中的先进技术和Microsoft的强大功能相结合的产物。它有各种有效功能用于自动化过程，是用于个人计算机上的，按价格和性能分级的人机界面。可以容易的结合标准和用户程序生成人机界面，准确的满足实际要求，它在很多方面的特性使得它优于其他的监控系统。
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