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
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），自动调平系统，承载平台
Abstract
To 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 are 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 ....................................... 错误！未定义书签。
1.1 控制任务 (1)
1.2 任务描述 (1)
第二章系统的硬件构成及工作原理 (2)
2.1 硬件组成 (2)
2.2 工作原理 (2)
2.3 系统的结构图 (2)
第三章系统的软件设计 (3)
3.1 硬件组态 (3)
3.2 输入输出分配表 (4)
3.3 系统的基本指令 (5)
3.4 系统的梯形图 (10)
第四章仿真软件WinCC的应用 (11)
4.1 WinCC的简介 (11)
4.2系统的WinCC组态变量 (11)
4.3 系统的WinCC组态画面 (12)
4.4组态画面的动态演示 (13)
结论 (27)
参考文献 (28)
致谢 (29)
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”，“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。
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，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
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 STEP 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
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
表3-2 输出分配表
3.3 系统的基本指令
1、模拟量输入
模拟量输入如图3-3、图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。
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。
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。
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。
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。
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；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
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。
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”。
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，伸右腿”（如图4-6所示）；运
行后，会换成“收前腿，收左腿”。
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。
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。
图4-8 调平腿着地后，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4-9所示），也
有可能是收动作（如图4-10所示）。