基于工业组态软件的PLC实训教学系统的研究与开发

摘要

计算机技术发展迅猛，已广泛地应用于工业、农业、国防等各个领域。近年来，组态软件的出现，使得计算机对工业生产现场的监控技术更加成熟。
　　 本课题以改造和开发本校可编程序控制器（PLC）实验室的实训教学装置为目的，利用工业组态软件实现PLC的远程监控系统，完成了以下工作：
　　 （1）实现了底层现场控制层功能。包括基于RS-485的1：N网络通信系统的构建，实现了主站和从站的网络通信。
　　 （2）实现了监控管理层的控制功能。完成了上位机与PLC的通讯，并以组态王软件为技术平台，构建系统的监视与控制画面，对PLC控制系统的现场单元进行仿真，通过与PLC运行相配合，真实地模拟了现场运行过程，实现了对现场过程数据的动态监视和对异常信号的报警等功能。
　　 （3）实现了远程监控层的功能。把上位机作为系统的Web服务器，在组态王平台上实现Web发布，远程用户能够随时随地访问工程组态画面，查看现场数据和运行情况，对系统实行远程监控。
　　 （4）完成了4个经典的控制系统的设计，包括基于西门子S7-200与组态王的自动送料小车、多种液体自动混合、交通灯和自动物料分拣的虚拟控制系统。
　　 对改造后的实训装置进行了整机运行和综合测试，证明本实训装置设备运行正常，网络通信畅通，监控功能良好，能够及时准确地反映现场设备的工作情况，基本达到设计要求。
　　 通过对实训装置的改造，较好地满足了PLC设备与现场设备通信实训环节的教学要求，减小了实训中的硬件故障率和材料耗损，降低了教学成本。实训过程中，学生能更好的观测PLC控制对象的动作过程，易于学生的理解和掌握，提高了教学效果和学习效果，实现其应用价值。另外，通过对实训装置的改造，也提高了教师的科研能力和水平。
　　 本项目的研究与开发对其他工控课程的教学有很好的推广意义。

目录

文摘

英文文摘

第1章 引言

1.1 课题的背景及意义

1.2 课题的研究现状

1.3 课题的研究内容

1.4 本章小结

第2章 基于工业组态软件的PLC远程监控系统

2.1 基于工业组态软件的PLC远程监控系统的概念

2.2 可编程序控制器(PLC)

2.2.1 PLC的组成

2.2.2 PLC的工作原理

2.2.3 西门子S7-200型PLC

2.3 工业组态软件

2.3.1 工业组态软件的概述

2.3.2 组态王软件简介

2.4 基于组态软件的PLC远程监控系统设计

2.4.1 系统设计要求

2.4.2 系统设计思想

2.4.3 总体设计结构和功能

2.5 本章小结

第3章 PLC实训教学装置的上位机组态的实现

3.1 实验室概况

3.2 上位机与PLC通讯的实现

3.2.1 基本结构

3.2.2 S7-200 PLC的通讯方式、通信协议与参数选择

3.2.3 组态王设备驱动程序的选择

3.3 基于西门子S7-200与组态王的自动送料小车虚拟控制系统

3.3.1 基于西门子S7-200的自动送料小车实际控制系统

3.3.2 基于组态王的自动送料小车虚拟控制系统的实现

3.3.3 整体运行与综合测试

3.4 基于西门子S7-200与组态王的液体混合装置虚拟控制系统

3.4.1 基于西门子S7-200的液体混合装置实际控制系统

3.4.2 基于组态王的混合液位虚拟控制系统的实现

3.4.3 整体运行与综合测试

3.5 基于西门子S7-200与组态王的交通灯虚拟控制系统

3.5.1 基于西门子S7-200的交通灯控制系统

3.5.2 基于组态王的交通灯虚拟控制系统的实现

3.5.3 整体运行与综合测试

3.6 基于西门子S7-200与组态王的自动物料分拣虚拟控制系统

3.6.1 基于西门子S7-200物料分拣实际控制实训装置

3.6.2 基于组态王的自动物料分拣虚拟控制系统的实现

3.6.3 整体运行与综合测试

3.7 上位机组态界面的实现

3.7.1 系统登陆界面的设计

3.7.2 综合测试

3.8 本章小结

第4章 实现PLC虚拟控制系统的网络控制功能

4.1 网络结构

4.2 基于RS-485的PLC现场控制网络

4.2.1 网络结构

4.2.2 工作原理

4.3 WEB发布

4.4 安全管理

4.4.1 工程安全

4.4.2 浏览安全

4.5 实现远程监控

4.6 测试结果分析

4.7 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

致谢