1、基于PLC的農(nóng)產(chǎn)品加工機械 性能檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計指導(dǎo)老師： 王麗萍 姓名： 呂娟娟班級： 電信本052班摘 要 基于PLC的農(nóng)產(chǎn)品加工機械性能檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計,主要包括兩部分：一是PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計及PLC與臺達VFD-M變頻器之間通過MODBUS協(xié)議的實現(xiàn)，二是采用組態(tài)王軟件進行的人機界面設(shè)計。其中PLC控制系統(tǒng)的程序主要實現(xiàn)檢測現(xiàn)場提升電動機、被測電動機等機器的啟動/停止，以及通過RS485串口通信控制變頻器的輸出頻率從而控制電動機的原料流量。 檢測系統(tǒng)總體概述 農(nóng)產(chǎn)品加工機械性能檢測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)兩大部分組成。其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由傳感器、變送器、數(shù)據(jù)采集卡、研華

2、工控機等設(shè)備組成，其系統(tǒng)組成框圖如圖1-1所示。PLC控制系統(tǒng)由臺達DVP系列的PLC、變頻器等設(shè)備組成。系統(tǒng)組成框圖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的傳感器(變送器)把現(xiàn)場需要測量的信號從非電量信號轉(zhuǎn)化成電量信號，然后傳送到數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡將采集到的模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號傳送到上位工控機。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集各個實驗階段的有關(guān)參數(shù)并在研華工控機的人機界面上實時顯示;PLC控制系統(tǒng)主要完成在實驗過程中對現(xiàn)場機械的啟停、被測機械的軸承溫度、撥板給料電動機的原料流量等的控制。 PLC控制系統(tǒng)中的核心器件PLC作為下位機，上位工控機與下位機PLC之間通過RS232C串口進行串行通信，PLC控制電機的啟停以及原料

3、的流量控制。光電耦合隔離傳感器測量被測電機的主軸轉(zhuǎn)速，主軸轉(zhuǎn)速經(jīng)光電耦合隔離傳感器轉(zhuǎn)換成電脈沖信號并傳送到PLC的高速計數(shù)端X2, X3，由PLC內(nèi)部的高速計數(shù)器CR237, CR238統(tǒng)計光電耦合隔離傳感器傳來的脈沖數(shù)，從而采集被測機的主軸轉(zhuǎn)速和主軸轉(zhuǎn)速 。PLC與變頻器之間通過RS485串口進行串行通信，變頻器改變撥板給料電動機(異步交流電動機)的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)對原料的流量控制。 負載測量時，通過可編程控制器PLC與變頻器的RS-485串口通信可以實時改變變頻器的頻率指令，隨著變頻器輸出頻率的變化，撥板給料電動機的頻率也跟著變化，撥板給料電動機的轉(zhuǎn)速隨著其電源頻率的變化而變化，電動機的轉(zhuǎn)速與頻

4、率之間的關(guān)系表達式: 額定轉(zhuǎn)速/額定頻率=實際轉(zhuǎn)速/工作頻率 因此電動機的轉(zhuǎn)速隨著變頻器頻率的變化而變化，使得由撥板給料電動機帶動的葉片旋轉(zhuǎn)式閥門的轉(zhuǎn)速也跟著變化，從而達到控制原料流量大小的目的。 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 本系統(tǒng)中軟件設(shè)計的數(shù)學(xué)模型采用一元一次方程 y=km/t+b 其中y代表給料電動機的工作頻率，k是在現(xiàn)場調(diào)試中需要給定的一個常數(shù)，m/t是成品質(zhì)量的變化率，b是給定給料電動機的初始頻率，即給料電動機的工作頻率和成品質(zhì)量的變化率成正比。因為給料電動機的轉(zhuǎn)速與工作頻率成正比，故給料電動機的轉(zhuǎn)速與成品質(zhì)量的變化率成正比。 控制系統(tǒng)流程圖第三章 PLC與變頻器之間通信的實現(xiàn)3.1 MOD

5、BUS 通信協(xié)議 MODBUS 協(xié)議的數(shù)據(jù)通訊通過主機與從機之間用命令/應(yīng)答方式實現(xiàn)，主機發(fā)出數(shù)據(jù)請求消息，從機接受到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到主機以響應(yīng)請求；主機也可以直接發(fā)消息修改從機的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)雙向讀寫。本系統(tǒng)中PLC為主站，變頻器為從站，主站主動讀寫從站的存儲區(qū)。 3.2 ASC模式的通信數(shù)據(jù)格式 MODBUS協(xié)議系統(tǒng)中有兩種有效的傳輸模式：ASC(美國標準信息交換碼)模式各RTU(遠程終端裝置)模式。本文中用的是ASC模式，ASC模式通信時，在消息中的每8bit字節(jié)都作為兩個ASC字符發(fā)送。ASC模式的通信字符傳輸格式為1個起始位，7位數(shù)據(jù)位，1位偶校驗位，1位停止位。 3.4 PL

6、C控制變頻器的流程圖第四章 人機界面的設(shè)計4.1 組態(tài)王的功能概述 監(jiān)控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集(supervisory control and data acquisition, SCADA)的軟件平臺工具，具有豐富的設(shè)置項目，使用方式靈活，功能強大?！敖M態(tài)王6.5”軟件是運行于MicrosoftWindows98/2000/NT/XP中文平臺的中文界面的人機界面的軟件,采用了多線程、COM+組件等新技術(shù)，實現(xiàn)了實時多任務(wù)，軟件運行穩(wěn)定可靠。 “組態(tài)王6.5”軟件由工程瀏覽器(TouchExplorer)、工程管理器(ProjManager)和畫面運行系統(tǒng)(TouchVew)三部分組成。

7、在工程瀏覽器中可以查看工程的各個組成部分，也可以完成數(shù)據(jù)庫的構(gòu)造、定義外部設(shè)備等工作；工程管理內(nèi)嵌畫面管理系統(tǒng)，用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理。4.2.1數(shù)據(jù)采集卡設(shè)備的配置 數(shù)據(jù)采集卡類邏輯設(shè)備實際上是組態(tài)王內(nèi)嵌的板卡驅(qū)動程序的邏輯名稱，內(nèi)嵌的數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序以DLL形式供組態(tài)王調(diào)用，這種內(nèi)嵌的數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序?qū)?yīng)著實際插入計算機總線插槽中的I/O設(shè)備，因此，一個數(shù)據(jù)采集卡邏輯設(shè)備也就代表了一個實際插入計算機插槽中的I/O板卡。組態(tài)王與板卡類邏輯設(shè)備之間的關(guān)系如圖所示。 選擇工程管理器/設(shè)備/板卡/研華/PCL813，然后按照提示為板卡設(shè)備指定板卡的設(shè)備地址（220H，出廠設(shè)置）、初始

8、化字（無）、A/D轉(zhuǎn)換器的輸入方式（單端）等配置。如圖所示。 4.2.2 串口類設(shè)備的配置串口類邏輯設(shè)備實際上是組態(tài)王內(nèi)嵌的串口驅(qū)動程序的邏輯名稱，內(nèi)嵌的串口驅(qū)動程序以DLL形式提供組態(tài)王調(diào)用，這種內(nèi)嵌的串口驅(qū)動程序?qū)?yīng)著實際與計算機串口相連的I/O設(shè)備，因此，一個串口邏輯設(shè)備也就代表了一個實際與計算機串口相連的I/O設(shè)備。組態(tài)王與串口類邏輯設(shè)備PLC之間的關(guān)系如圖所示。選擇工程管理器/COM1/PLC/巨騰anco/delta/串口，然后按照提示為板卡設(shè)備指定PLC的設(shè)備邏輯名、設(shè)備地址、通訊方式等配置，如圖所示。配置好以上信息后，雙擊工程管理器/設(shè)備/COM1，設(shè)置串口COM1的通訊參數(shù)，

9、波特率9600bps/s,數(shù)據(jù)位7位，停止位1位，校驗位為偶校驗，通信方式為RS232。 4.2.3 DDE設(shè)備的配置 動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）是WINDOWS平臺上的一個完整的通信協(xié)議，它使應(yīng)用程序能彼此交換數(shù)據(jù)和發(fā)送指令。DDE過程可以比喻成兩個人的對話，一方向另一方提出問題，然后等待回答。提問的一方稱為“顧客“（Client）,回答的一方稱為“服務(wù)器”（Server）,一個應(yīng)用程序可以同時是“顧客”和“服務(wù)器” ；當它向其他程序中請求數(shù)據(jù)時，它充當?shù)氖恰邦櫩汀保蝗羰瞧渌绦蛐枰峁?shù)據(jù)，它又成了“服務(wù)器”。 選擇工程管理器/DDE/DDE，然后按照提示給要安裝的DDE設(shè)備指定連接對象名、

10、服務(wù)器名、話題名、數(shù)據(jù)交換方式等配置，如圖所示。4.3 變量定義組態(tài)王中定義變量應(yīng)該與PLC程序中的軟繼電器相匹配，這樣才能完成PLC的控制功能。有些變量直接與工控機通信，使工控機實現(xiàn)某種功能，故定義變量分成內(nèi)部中間變量和數(shù)據(jù)庫I/O變量。在工程瀏覽器的目錄顯示區(qū)中，用鼠標單擊大綱項數(shù)據(jù)庫下的成員數(shù)據(jù)詞典，則在右邊的目錄內(nèi)容顯示中列出了數(shù)據(jù)詞典里的所有變量（包括組態(tài)王的系統(tǒng)變量和用戶自定義）的簡要信息，包括變量名、ID號、變量類型、連接設(shè)備、寄存器。圖形對象可以按照動畫連接的要求改變顏色、尺寸、位置、填充百分數(shù)等，一個圖形對象又可以同時定義多個連接。把這些動畫連接組合起來，應(yīng)用程序?qū)⒊尸F(xiàn)出令人

11、難以想象的圖形動畫效果。動畫連接的屬性框如下所示 4.6 測試動態(tài)畫面的設(shè)計該系統(tǒng)用來對檢測系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)控并具有自動調(diào)整的功能，系統(tǒng)通過將檢測系統(tǒng)各運行參數(shù)實時采集到組態(tài)王Kingview對應(yīng)變量中，由組態(tài)王統(tǒng)一管理，給出系統(tǒng)各部分的實時數(shù)據(jù)及報警事件，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置和一定的控制算法，通過向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制調(diào)節(jié)信號或連鎖信號，保證系統(tǒng)的正常運行。首先配置I/O設(shè)備。檢測監(jiān)控系統(tǒng)由一臺工控機作為人機界面，數(shù)據(jù)采集卡完成數(shù)據(jù)采集并通過數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)傳送給組態(tài)王，PLC控制輸出設(shè)備并通過RS232與工控機進行數(shù)據(jù)交換。I/O設(shè)備地址要與硬件的設(shè)置一致。 其次創(chuàng)建實時數(shù)據(jù)庫。實時數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)的

12、核心，是應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，系統(tǒng)各個部分均以實時數(shù)據(jù)庫為公共區(qū)交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各個部分協(xié)調(diào)工作。設(shè)備窗口通過設(shè)備構(gòu)建驅(qū)動外部設(shè)備，將采集的數(shù)據(jù)送入實時數(shù)據(jù)庫；由用戶窗口組成的圖形對象，與實時數(shù)據(jù)庫中得數(shù)據(jù)對象建立鏈接關(guān)系，以動畫形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。再次是建立動畫連接。 組態(tài)王監(jiān)控畫面 當被測機的主軸轉(zhuǎn)速小于轉(zhuǎn)速的15或者軸承溫度超過1000C時或者變頻器工作于非正常狀態(tài)時，系統(tǒng)產(chǎn)生報警音，報警畫面如下圖所示。結(jié) 論文章中將組態(tài)王界面和PLC程序二者有機的結(jié)合起來，可以使系統(tǒng)正常而有效地工作，達到了使用方便、控制簡單、功能完善、運行理想的效果。PLC和變頻器之間用MODBUS協(xié)議實現(xiàn)了RS485串口通信，采用基于RS485接口的MODBUS通信協(xié)議對變頻器進行控制的方法，大大減少了系統(tǒng)布線，避免了現(xiàn)場可能的各種電磁干擾對控制設(shè)備的影響，