基于组态王和三菱FX2NPLC的自动充填系统
基于组态王和三菱FX2NPLC的自动充填系统[20200419160824]
摘要
本设计基于组态王和三菱FX2N PLC的自动充填系统设计。本设计主要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仿真设计。硬件系统以三菱FX2N系列的可编程控制器为控制核心，由称重模块、西门子MM440变频器、电机、A/D模块、上位机、RS232串行接口等组成。PLC部分的程序采用梯形图编程，人机界面部分则采用组态王软件进行界面设计，并通过通信协议实现了串行通信。该自动充填仿真系统能实现变频器两段频率控制电机下料速度、称重信号的实时采集、针对不同物料实时显示充填速度，充填重量，目标范围、充填发生越限时给予报警等功能。随着工业自动化和管理现代化的进展，自动化充填系统在生产业有了很大的发展。在生产中采用新技术，开发各种自动充填系统，物料充填时采用这种自动系统不但提高动态充填的准确度，还加强生产高效率性。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:PLC组态王变频器自动充填
目 录
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 课题研究的发展状况 1
1.3 课题研究发展的趋势 2
第2章 方案的总体设计 3
2.1 本课题的主要研究内容 3
2.2 控制方案的确定 3
2.3 控制系统工作原理 3
2.4 系统总体设计框图 4
第3章 自动充填系统硬件设计 5
3.1 可编程控制器选型 5
3.1.1PLC的介绍 5
3.1.2PLC的概述与选型 5
3.2 硬件说明与选型 6
3.2.1称重传感器的选型 6
3.2.2称重显示器的选型 6
3.2.4变频器 8
第4章 自动充填系统软件设计 12
4.1 编程软件选型 12
4.1.1三菱编程软件概述 12
4.1.2建立工程项目 12
4.2 自动充填流程图 13
4.3 子程序说明与解析 15
4.4.1A/D模块部分 15
4.2.2称重模块部分 15
4.4.3充填部分 16
4.4.5物料标志部分 18
4.4.6偏差值模块部分 18
第5章 上位机组态王监控界面的设计 20
5.1 组态王软件的概述 20
5.2 组态王监控界面的设计 21
5.3 建立数据库 22
5.4 动画连接 22
5.5 报警设计 27
第6章 系统的调试与运行 29
6.1 通讯的设计与调试 29
6.1.1通讯方式的简介与选择 29
6.1.2RS232通讯的设置 29
6.2 系统的调试与运行 30
6.2.1系统的调试 30
6.2.2系统的运行 32
总结 36
参考文献 37
附录 38
致谢 48
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
自动称量系统是自动化工业生产线中一个重要的过程。有些物料比如说火药，人工填充时具有高危险性。还有石灰，会产生很大的粉尘，采用人工填充时，操作人员不采取防护措施会把粉尘吸入肺部，对人体造成很大伤害。采用PLC控制颗粒状物料称量与包装，对工业生产具有重要意义。近年来，由于PLC系统的可靠性、稳定性以及易维护性的优点，使PLC技术得到了迅速的发展，PLC在生产制造系统的研制中也得到了广泛应用，可用于石油化工、化肥、饲料、建材等行业。利用此种技术提高生产效率，降低劳动强度，保证人身安全等优点。
在工业生产中一个重要的生产核心是物料称重与测量。随着时代的发展，国民经济的持续、快速增长，实现工业生产自动化、快速化，商品流通不断扩大，称重测量的需求也日益增多。称重装置或测量装置是一个不可缺少的测量工具。以往的机械杠杆秤的使用已无法满足生产的自动化和管理现代化的要求。自六十年代以后，由于传感器技术和电子技术的飞速发展，电子称重技术慢慢接近人性化，并逐步取代机械秤粗略测量。特别是在七十年代初期，微处理机的出现使电子称重技术得到了进一步的发展。现代称重技术有几个最显著特点：误差范围缩小、功能多样化、快速、操作方便且安全。称重装置不仅是提供一个单一重量数据仪表，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，称重装置起到几项优良的作用，例如操作作用时间缩短、改善操作条件、降低能源和材料消耗、提高产品质量和加强企业管理、提高管理水平。称重装置应用己遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。然而，我国在这方面的产品少且功能不齐全，所以改善现有称重装置、开发自动称重系统，使功能完善是势在必行的。
1.2 课题研究的发展状况
充填系统是根据生产前设定每种物料的量进行充填，按照每种生产需求使用皮带传输物料使之参杂在一起，在各个领域都有涉及，尤其在工业和农业上有很大的用处。随着时代的发展，持续的，国民经济的快速增长，实现工业自动化的快速，已和人们的生活有着千丝万缕的联系。近年来，随着时代的发展，国民经济的持续、快速增长，实现工业生产自动化、快速化，充填自动控制技术也经历了划时代的发展。传统的手动控制物料配比不仅会导致充填误差大，如果操作人员操作不当也会导致人身安全，而且人工充填控制过程持续的时间长，还耗费大量的人力资源，不但浪费了企业的成本还损害了顾客的利益。随着工业化的发展，物料充填已采用了自动化系统逐渐代替了手动充填，生产流程中只需要人工实时监测就可以完成的自动充填操作，而且最主要的人力大大减少、操作简单方便、充填控制时间也大为缩短、误差范围小，因此降低了能源和材料的消耗。
1.3 课题研究发展的趋势
充填系统起源于?19?世纪末，工业革命以来，各项新技术突飞猛进的发展，随着皮带传输系统的出现，充填系统也应运而来。皮带传输系统称重原理来自于斗式输送机对散状物料连续自动称量的装置，这是最早的皮带传输系统。第二次世界大战之后，随着传感器技术、电子技术的迅猛发展，充填系统的发展也是突飞猛进。?充填系统的发展大致分为四个阶段：第一阶段采用纯机械充填系统，这个充填系统仅具有识别计数和启动功能；第二阶段采用微机智能化的充填系统，这个充填系统逐渐可以实现平衡、识别和累计计算等功能；第三阶段和第四阶段采用电子充填系统，这个充填系统?提高了集成度，可以累计量运算采用累加法代替了积分法。充填系统从最简单的测量、累计计算，到现代精准度计量这段时间的演变与发展，体现出时代不断的进步。
在过去的生产场合中，通过手动去调整充填的时间或者充填的脉冲数来实现充填，但这种作业方式因为受到充填物料密度不均匀的影响导致充填的精度等偏差很大，造成了不必要的损失。随着工业自动化和管理现代化的进展，自动化充填系统在生产业有了很大的发展。?
本课题顺应了称重与测量的发展趋势，设计了自动充填系统针对不同的充填配方通过称重仪表的实时测量，配合充填电机的速度切替，而且针对不同配方设置偏差范围，超过范围时给予报警，使得充填的精度大幅度提高，在节约人工的同时，也可以有效的节约物料，从而杜绝称量中不真实的现象，为企业节约了成本的同时也维护了客户的利益。另外，课题基于组态王可以较为美观且操作方便地观察整个充填过程。
第2章 方案的总体设计
2.1 本课题的主要研究内容
本课题基于组态王与三菱FX2N PLC仿真设计一个自动物料称重充填系统，该仿真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。
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仿真设计，要求模拟实现以下各项功能：
1）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）实现三菱FX2NPLC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；
摘要
本设计基于组态王和三菱FX2N PLC的自动充填系统设计。本设计主要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仿真设计。硬件系统以三菱FX2N系列的可编程控制器为控制核心，由称重模块、西门子MM440变频器、电机、A/D模块、上位机、RS232串行接口等组成。PLC部分的程序采用梯形图编程，人机界面部分则采用组态王软件进行界面设计，并通过通信协议实现了串行通信。该自动充填仿真系统能实现变频器两段频率控制电机下料速度、称重信号的实时采集、针对不同物料实时显示充填速度，充填重量，目标范围、充填发生越限时给予报警等功能。随着工业自动化和管理现代化的进展，自动化充填系统在生产业有了很大的发展。在生产中采用新技术，开发各种自动充填系统，物料充填时采用这种自动系统不但提高动态充填的准确度，还加强生产高效率性。
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关键字:PLC组态王变频器自动充填
目 录
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 课题研究的发展状况 1
1.3 课题研究发展的趋势 2
第2章 方案的总体设计 3
2.1 本课题的主要研究内容 3
2.2 控制方案的确定 3
2.3 控制系统工作原理 3
2.4 系统总体设计框图 4
第3章 自动充填系统硬件设计 5
3.1 可编程控制器选型 5
3.1.1PLC的介绍 5
3.1.2PLC的概述与选型 5
3.2 硬件说明与选型 6
3.2.1称重传感器的选型 6
3.2.2称重显示器的选型 6
3.2.4变频器 8
第4章 自动充填系统软件设计 12
4.1 编程软件选型 12
4.1.1三菱编程软件概述 12
4.1.2建立工程项目 12
4.2 自动充填流程图 13
4.3 子程序说明与解析 15
4.4.1A/D模块部分 15
4.2.2称重模块部分 15
4.4.3充填部分 16
4.4.5物料标志部分 18
4.4.6偏差值模块部分 18
第5章 上位机组态王监控界面的设计 20
5.1 组态王软件的概述 20
5.2 组态王监控界面的设计 21
5.3 建立数据库 22
5.4 动画连接 22
5.5 报警设计 27
第6章 系统的调试与运行 29
6.1 通讯的设计与调试 29
6.1.1通讯方式的简介与选择 29
6.1.2RS232通讯的设置 29
6.2 系统的调试与运行 30
6.2.1系统的调试 30
6.2.2系统的运行 32
总结 36
参考文献 37
附录 38
致谢 48
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
自动称量系统是自动化工业生产线中一个重要的过程。有些物料比如说火药，人工填充时具有高危险性。还有石灰，会产生很大的粉尘，采用人工填充时，操作人员不采取防护措施会把粉尘吸入肺部，对人体造成很大伤害。采用PLC控制颗粒状物料称量与包装，对工业生产具有重要意义。近年来，由于PLC系统的可靠性、稳定性以及易维护性的优点，使PLC技术得到了迅速的发展，PLC在生产制造系统的研制中也得到了广泛应用，可用于石油化工、化肥、饲料、建材等行业。利用此种技术提高生产效率，降低劳动强度，保证人身安全等优点。
在工业生产中一个重要的生产核心是物料称重与测量。随着时代的发展，国民经济的持续、快速增长，实现工业生产自动化、快速化，商品流通不断扩大，称重测量的需求也日益增多。称重装置或测量装置是一个不可缺少的测量工具。以往的机械杠杆秤的使用已无法满足生产的自动化和管理现代化的要求。自六十年代以后，由于传感器技术和电子技术的飞速发展，电子称重技术慢慢接近人性化，并逐步取代机械秤粗略测量。特别是在七十年代初期，微处理机的出现使电子称重技术得到了进一步的发展。现代称重技术有几个最显著特点：误差范围缩小、功能多样化、快速、操作方便且安全。称重装置不仅是提供一个单一重量数据仪表，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，称重装置起到几项优良的作用，例如操作作用时间缩短、改善操作条件、降低能源和材料消耗、提高产品质量和加强企业管理、提高管理水平。称重装置应用己遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。然而，我国在这方面的产品少且功能不齐全，所以改善现有称重装置、开发自动称重系统，使功能完善是势在必行的。
1.2 课题研究的发展状况
充填系统是根据生产前设定每种物料的量进行充填，按照每种生产需求使用皮带传输物料使之参杂在一起，在各个领域都有涉及，尤其在工业和农业上有很大的用处。随着时代的发展，持续的，国民经济的快速增长，实现工业自动化的快速，已和人们的生活有着千丝万缕的联系。近年来，随着时代的发展，国民经济的持续、快速增长，实现工业生产自动化、快速化，充填自动控制技术也经历了划时代的发展。传统的手动控制物料配比不仅会导致充填误差大，如果操作人员操作不当也会导致人身安全，而且人工充填控制过程持续的时间长，还耗费大量的人力资源，不但浪费了企业的成本还损害了顾客的利益。随着工业化的发展，物料充填已采用了自动化系统逐渐代替了手动充填，生产流程中只需要人工实时监测就可以完成的自动充填操作，而且最主要的人力大大减少、操作简单方便、充填控制时间也大为缩短、误差范围小，因此降低了能源和材料的消耗。
1.3 课题研究发展的趋势
充填系统起源于?19?世纪末，工业革命以来，各项新技术突飞猛进的发展，随着皮带传输系统的出现，充填系统也应运而来。皮带传输系统称重原理来自于斗式输送机对散状物料连续自动称量的装置，这是最早的皮带传输系统。第二次世界大战之后，随着传感器技术、电子技术的迅猛发展，充填系统的发展也是突飞猛进。?充填系统的发展大致分为四个阶段：第一阶段采用纯机械充填系统，这个充填系统仅具有识别计数和启动功能；第二阶段采用微机智能化的充填系统，这个充填系统逐渐可以实现平衡、识别和累计计算等功能；第三阶段和第四阶段采用电子充填系统，这个充填系统?提高了集成度，可以累计量运算采用累加法代替了积分法。充填系统从最简单的测量、累计计算，到现代精准度计量这段时间的演变与发展，体现出时代不断的进步。
在过去的生产场合中，通过手动去调整充填的时间或者充填的脉冲数来实现充填，但这种作业方式因为受到充填物料密度不均匀的影响导致充填的精度等偏差很大，造成了不必要的损失。随着工业自动化和管理现代化的进展，自动化充填系统在生产业有了很大的发展。?
本课题顺应了称重与测量的发展趋势，设计了自动充填系统针对不同的充填配方通过称重仪表的实时测量，配合充填电机的速度切替，而且针对不同配方设置偏差范围，超过范围时给予报警，使得充填的精度大幅度提高，在节约人工的同时，也可以有效的节约物料，从而杜绝称量中不真实的现象，为企业节约了成本的同时也维护了客户的利益。另外，课题基于组态王可以较为美观且操作方便地观察整个充填过程。
第2章 方案的总体设计
2.1 本课题的主要研究内容
本课题基于组态王与三菱FX2N PLC仿真设计一个自动物料称重充填系统，该仿真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。
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仿真设计，要求模拟实现以下各项功能：
1）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）实现三菱FX2NPLC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；
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