基于组态王和S7200的自动充填系统设计
摘 要
本文介绍了基于组态王和PLC-200的自动充填系统的构成、主要功能，PLC变频器称重传感器，三相异步电机的介绍和选型，系统整体方案的设计，PLC的程序设计，组态王的设计等。通过对充填系统的程序设计，实现了实现称重信号的实时采集，S7-200与组态王的通信，在组态王上实时显示充填速度，充填重量，目标范围，针对不同的充填配方，实现充填速度，充填过程，目标范围的设置，对充填发生越限时给予报警等功能。通过对软件程序的编译、硬件的连接以及组态王和PLC的通信，使得充填系统在仿真运行过程中直观的体现出来，实现了对物料的自动充填。
本课题的主要实现的功能：对外部充填物料的重量的实时采集并自动对充填过程进行控制，达到充填的预先设定范围。并能针对不同工作任务设置变更基准的作业要求，且具有即时报警等功能。
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关键字:PLC自动充填组态王变频器三相异步电机
目 录
1.绪论 1
1.1 引言 1
1.2 本设计的主要要求与内容 1
1.2.1设计要求 1
1.2.2 设计内容 1
2.自动填充系统硬件电路设计 2
2.1 系统总体设计方案 2
2.2填充系统工作原理 3
2.3 系统主电路设计 3
2.4 PLC的选型及功能分配 4
2.4.1 PLC的介绍 4
2.4.2 PLC的选型 4
2.4.3 PLC输入输出量分配表 5
2.5变频器的选型及参数设置 6
2.5.1变频器的简介 6
2.5.2 变频器的选型 6
2.5.3 变频器参数设置 7
2.6称重传感器 8
2.6.1称重传感器的基本简介 8
2.6.2 称重传感器的原理 8
2.6.3 称重传感器的选型 9
2.7 三相异步电动机 9
2.7.1 三相异步电动机的结构 9
2.7.2 三相异步电动机的工作原理 10
3.下位机PLC部分软件设计 12
3.1 plc编程软件介绍 12
3.2 plc部分主要设计要求 12
3.3 PLC控制程序编写 12
4.上位机部分软件设计 18
4.1组态王软件简介 18
4.2组态王部分主要设计要求 19
4.3人机界面（HMI）设计 19
4.3.1新建工程 19
4.3.2 主监控界面设计 20
4.3.3系统实时曲线界面设计 21
4.3.4 报警界面的设计 21
4.4 建立变量 22
4.5变量的连接 23
5.系统调试 24
5.1 组态王与s7-200的通信 24
5.2系统调试 26
5.3 运行监控 27
6.结语 28
参考文献 29
致谢 30
附录 31
1.绪论
1.1 引言
在颗粒状充填的工业生产进行称重及装入，是一种非常常见的生产工艺。有一些散装物料，比如说火药，化肥等一些化学物品，这些物料都有较强的腐蚀性，人工充填拥有很高的危险性。还有面粉石灰等，会产生很大的粉尘，若是采用人工充填，工作人员会把大量的粉尘吸入体内，对身体伤害巨大。因此使用自动充填系统填充颗粒状粉末状物料，不仅可以提高生产效率，降低人工劳动强度，提高经济效益，而且还很大程度的保证了工作人员的人身安全。本文介绍了西门子S7-200型PLC在颗粒状物料的自动充填系统中的应用，系统可以实现诸如石灰、面粉、火药等颗粒状填充物自动充填与称重，可以广泛应用于面粉、化肥、饲料、建材等行业粉末状颗粒状物料的自动充填。
1.2 本设计的主要要求与内容
1.2.1设计要求
本设计主要由下位机PLC和上位机组态王组成，由PLC控制整个系统的自动运行，在组态王上实时监控。该系统应具有对外部充填物料的重量的实时采集并自动对充填过程进行控制，达到充填的预先设定范围。并能针对不同工作任务设置变更基准的作业要求，且具有即时报警等功能。具体要求如下：
(1）设计具有基于组态王的较为美观且操作方便的自动物料称重充填系统人机界面；
(2）实现称重信号的实时采集；
(3）实现S7-200与组态王的通信；
(4）在组态王上实时显示充填速度，充填重量，目标范围等；
(5）针对不同的充填配方，实现充填速度，充填过程，目标范围等设置；
(6）对充填发生越限时给予报警。
1.2.2 设计内容
（1）对变频器以及称重传感器等硬件的选择；
（2）进行PLC的选型，分配I/O地址，画出原理图；
（3）PLC编写控制程序，并且进行调试；
（4）编写组态王程序，并且进行通信。
2.自动填充系统硬件电路设计
2.1 系统总体设计方案
课题的主要内容为对自动物料称重充填系统的硬件电路和软件编程进行设计，要求可以实现以下各项功能：
(1）在组态王上设计较为美观且操作方便的自动充填系统的人机界面；
(2）实现称重信号的实时采集；
(3）实现S7-200与组态王的通信；
(4）在组态王上实时显示充填速度，充填重量，目标范围等；
（5）针对不同的充填配方，实现充填速度，充填过程，目标范围等设置；
（6）对充填发生越限时给予报警。
根据系统设计任务要求，确定如图2-1所示的整体框图。
图2-1系统总体框图
2.2填充系统工作原理
自动填充系统要求对不同物料实现不同速度与填充重量的实现，首先选择物料，设定填充速度，这个过程可以快速填充，由于不能对控制物料的绝对停止，当填充到一定重量时，速度减慢，直到填充结束，以减少误差，整个过程实时称重，当填充完毕，对物料重量判断是否符合标准，若达标，填充完成，若未达标，系统自动报警处理。整个系统的运行由组态王实时监控。
2.3 系统主电路设计
本次课题的设计是通过PLC控制器来控制系统的自动运行，根据设计的要求，执行相应的程序，实现系统的自动充填，变速称重，实现填充的称重和报警等功能。
本次课题设计用PLC作为系统的控制器。用变频器来实现两段不同的速度。用三相异步电机带动螺旋杆下料充填。用按钮模块来模拟物料选择，启动等。系统中的启动，停止，报警等的输出量可以用指示灯模拟。通过PLC与组态王的通信，最终可以用设计出来的上位机组态王来对系统的控制并实时监控。如图2-2 所示为系统硬件接线图。
图2-2 硬件接线图
2.4 PLC的选型及功能分配
2.4.1 PLC的介绍
随着科学技术的高速发展，逻辑控制已经远远无法满足设计的要求了，从而出现了这种功能强大的运用微型计算机技术的控制装置，这种装置可以运用编程来实现使用者的需求，所以，如今这种装置称作可编程控制器，简称PC。可是为了避免与个人计算机的简称混同，所以把可编程序控制器简称PLC。
现在，PLC已逐渐成为工厂自动化必不可少的工具，得到了广泛的普和推广应用，具有很多明显的优点：
1）具有很高的可靠性和很强的抗干扰能力；
2）在不同的环境下，具有很好的适应性；
3）编程简单，直观，具有很好的可读性和操作性；
4）接口功能强大，可以使功能很完善。
可编程控制器的硬件结构与计算机基本相似，如图2-3所示的是PLC硬件结构图。
图 2-3 PLC结构框图
2.4.2 PLC的选型
PLC有许多不同的类型，对应着的，PLC的结构形式、容量、编程方式、性能、指令系统、价格等都有差别，适用的场合也不尽相同。所以,选择合适的PLC，对于本课题的研究有着非常重要的意义。
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