发布时间 : 星期一 文章基于PLC的生产流水线电气控制系统设计更新完毕开始阅读
江苏科技大学本科毕业设计（论文）
图3-2 变频器接线示意图
16
江苏科技大学本科毕业设计（论文）
第四章 控制系统的软件设计
4.1 PLC编程
随着社会的进步与快速发展，微处理器、计算机以及数字通信技术的发展飞速，如今计算机控制几乎已经扩展到了所有的工业领域。在这种情况下，现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，要求生产出小批量、多品种、多规格并且低成本和高质量的产品。因此，为了满足这些要求，生产设备以及自动化生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，PLC编程应运而生，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据按控制要求编制好并储存于用户存储器中的程序，按照指令步序号(地址号)作周期性循环扫描，如果没有跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束，然后再重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描，在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样以及对输出状态的刷新等工作。
PLC的用户程序，是设计人员根据控制系统的工艺控制要求，通过PLC编程语言的编制规范，按照实际需要使用的功能来设计的。只要用户能够掌握某种标准编程语言，就能够使用PLC在控制系统中，实现各种自动化控制功能。
根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准（IEC1131-3），PLC有五种标准编程语言：梯形图语言（LD）、指令表语言（IL）、功能模块语言（FBD）、顺序功能流程图语言（SFC）、结构文化本语言（ST）。其中，梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言[13]。它是与继电器线路类似的一种编程语言。它在形式上沿袭了传统的继电器—接触器控制图，是在原继电接触器控制系统的梯形图基础上演变而来的一种图形语言。它将PLC内部各种编程元件和各种具有特定功能的命令用专用图形符号、标号表示，并且按照逻辑要求及连接规律组合和排列，从而构成了表示PLC输入、输出之间控制关系的图形。因为它在原继电接触器的基础上加进了许多功能强大、使用灵活的指令并且将计算机的特点结合了进去，使得其逻辑关系清晰直观、编程容易、可读性强，可以实现的功能大大超过了传统的继电接触控制电路，所以得到了广泛的欢迎和应用。梯形图编程语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器控制相一致，电气设计人员易于掌握。
梯形图的设计应注意到以下三点：
17
江苏科技大学本科毕业设计（论文）
（1）梯形图按从左到右、自上而下地顺序排列。每一逻辑行（或称梯级）起始于左母线，然后是触点的串、并连接，最后是线圈。
（2）梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是概念电流，从左流向右，其两端没有电源。这个概念电流只是用来形象地描述用户程序执行过程中应该满足线圈接通的条件。
（3）输入寄存器用来接收外部输入信号，而不能由PLC内部其它继电器的触点驱动。因此，梯形图中只出现输入寄存器的触点，而不出现其线圈。输出寄存器则输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出寄存器线圈得电时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而是要通过输出接口的继电器、晶体管或者晶闸管才能实现。输出寄存器的触点也可供内部编程使用。
4.2 编程软件简介
STEP7-Micro/WIN32是运行在计算机Windows系统环境下的西门子S7-200系列PLC的编程软件，其界面简单、实用，功能强大，易于操作人员掌握和使用。其通过PC/PPI编程电缆连接计算机的RS-232串口和S7-200 PLC的RS-485通信接口后，编程软件就可以向PLC下载或从PLC上载所编写的应用程序。程序运行过程中还可以对PLC运行的情况进行监控，或通过强制命令对PLC进行调试。
STEP7-Micro/WIN32的主界面中，系统菜单和工具栏提供各种功能，指令树结构列出了编辑资源，包括程序块、符号表、状态图、数据块、通信块等，还有所有可用指令。在编辑区，可进行程序编辑。这种编程结构使用了模块化编程体系，程序结构简单、组织方便、层次清楚，有利于编写规模较大的程序。
编程软件有如下的具体功能：
（1）可以用梯形图、语句表和功能块图编程。
（2）可以进行符号编程，通过符号表来分配符号和绝对地址，也就是对编程元件定义符号名称，增加程序的可读性，使之易于理解，并可打印输出。
（3）具有易于使用的组态向导，用于PID控制器、CPU间数据传输的通信功能和高速计数器功能。
（4）支持三角函数、对数运算功能。
（5）可用于CPU硬件设置，如输入延时、实时时钟设置、通信系统的网络地址和CPU最近的错误状态。
18
江苏科技大学本科毕业设计（论文）
（6）可通过调制解调器支持S7-200远程编程。
（7）可进行故障检测和诊断、执行单次扫描、强制输出等。 （8）可以同时打开多个窗口显示状态表和信号状态。 （9）有可编辑的变量状态表，易于程序调试。 （10）可导入和导出STEP7-Micro/DOS格式的文件。
4.3 顺序控制继电器（SCR）指令
在工业控制工程中，用梯形图或语句表的一般指令编程，程序简洁但需要一定的编程技巧，特别是对于一个工艺过程比较复杂的控制系统，如一些顺序控制过程，各过程之间的逻辑关系、内部连锁关系复杂，其梯形图冗长，通常要有熟练的电气工程师才能编制出控制程序。此时利用SCR指令编制，顺序控制程序清晰明了，统一性强，适合初学者和不熟悉继电器控制系统的人员运用。其中，所谓顺序控制，是使生产过程按工艺要求事先安排的顺序自动进行控制。
各种型号PLC的编程软件，一般都为用户提供了一些顺序控制指令。S7-200系列PLC的编程软件有三条顺序控制继电器指令，包括LSCR（程序段的开始）、SCRT（程序段的转换）、SCRE（程序段的结束）指令，从LSCR开始到SCRE结束的所有指令组成一个SCR程序段，一个SCR程序段对应一个顺序步。
装载顺序控制继电器指令LSCR标记一个顺序控制继电器(SCR)程序段的开始。LSCR指令把S位（例如S0.1）的值装载到SCR堆栈和逻辑堆栈栈顶，SCR堆栈的值决定该SCR段是否执行，当SCR程序段的S位置位时，允许该SCR程序段工作。顺序控制继电器转换指令SCRT执行SCR程序段的转换，SCRT指令有两个功能，一方面使当前激活的SCR程序段S位复位，以使该SCR程序段停止工作；另一方面使下一个将要执行的SCR程序段S置位，以便下一个SCR程序段工作。顺序控制继电器结束指令SCRE表示一个SCR程序段的结束，它使程序退出一个激活的SCR程序段，SCR程序段必须由SCRE指令结束。
同一地址的S位不可用于不同的程序分区，例如不可把S0.5同时用于主程序和子程序中；在SCR段中不能使用JMP、LBL、FOR、NEXT、END指令，可以在SCR段外使用JMP、LBL指令。
SCR指令应用可以是对单支流程、分支流程和选择性分支流程的控制。通过分析，本课题中生产流水线电气控制系统设计即可运用SCR指令单支流程控制。SCR在应用
19