（代做Wincc Flexible的仿真设计）S7-200smartPLC的十字滑台伺服控制系统Wincc Flexible的仿真设计
摘要:本文主要进行S7-200smart PLC的十字滑台伺服控制系统设计（软件）的设计。通过对各种控制方法的对比进行选择了用可编程控制器来控制伺服电机，以达到十字滑台的工作效果。主要内容有十字滑台伺服控制系统控制任务分析研究、电气系统设计、PLC硬件设计、PLC及触摸屏软件设计以及十字滑台伺服控制系统安装调试。
关键字：可编程控制器 伺服电机
Abstract:The design of cross slide servo control system in this paper, S7-200smart PLC (software design). In order to achieve the cross slide. The results based on various control methods are compared and choose with programmable controller to control the servo motor.The main contents of the cross slide servo control system control task analysis research, electrical system design, PLC hardware design, PLC and touch screen software design and cross slide servo control system installation and commissioning.
Keywords：Programmable logic controller servo motor
目录
第一章 绪 论 6
1.1课题背景 6
1.1.1 伺服电机优点 6
1.1.2 控制系统 PLC 7
1.2 研究目的和意义 7
第二章 可编程序控制器的基础知识 8
2.1 西门子PLC S7-200 smart简介 8
2.2 PLC的发展趋势 9
2.3 PLC的工作原理 10
2.4 PLC的软件组成 11
第三章 十字滑台介绍 11
3.1 十字滑台的系统构造 11
3.2 十字滑台装配图 13
3.3 伺服驱动器 16
3.4电气原理图 21
第四章 smart软件编写程序 22
第五章 Wincc Flexible以及HMI 30
5.1 HMI 30
5.2 Wincc Flexible编写HMI工程 31
5.3 Wincc Flexible的仿真设计 39
总结 41
第一章 绪 论
1.1课题背景
门子公司一直致力于工业自动化最新技术的研发、推广及应用，在过去的 160 多年里，为广大的工业客户带来了可靠高效的自动化产品，完善的自动化解决方案，提高了客户的生产效率，增强了客户的市场竞争力。西门子 SIMATIC 控制器系列是一个完整的产品组合，包括从最基本的智能逻辑控制器LOGO！以及 S7 系列高性能可编程控制器，再到基于 PC 的自动化控制系统。无论多么严苛的要求，它都能根据具体应用需求及预算，灵活组合、定制，并一一满足。SIMATIC S7-200 SMART 是西门子公司经过大量市场调研，为中国客户量身定制的一款高性价比小型 PLC 产品。结合西门子 SINAMICS 驱动产品及 SIMATIC 人机界面产品，以 S7-200 SMART 为核心的小型自动化解决方案将为中国客户创造更多的价值。
1.1.1伺服电机优点
伺服电机是闭环控制（通过编码器反馈等完成），即会实时测定电机的速度：电机上装有旋转编码器，反馈控制精度，转矩一般要大。
伺服电机的启动转矩很大，即启动快。很短的时间内就可以达到额定速度。适宜频繁启停而且有启动转矩要求的情况，同时伺服电机的功率可以做到很大，在生产中用的很广泛。
步进电机的启动，就比较慢，要经过频率从低到高的过程。
步进电机一般不具备过载能力，而伺服电机的过载可是很厉害的。所以，我们选用伺服电机。
从伺服系统的三大部件：伺服电机、编码器、驱动器的各自发展来看，交流伺服电机还会是主流。电机本身将向高性能、高功率密度的方向发展。在相同功率输出的条件下，电机本身的体积将会越来越小。如1.5KW以下的小功率AC伺服电机的体积现已只有原先传统的三相感应电机的1/10左右。这主要得益于电机制造技术本身的不断提高。如：高性能的磁性材料的采用，定子分割法工艺的集中绕组高密度绕线的采用，定子叠片的粘结工艺的采用。磁路的不断优化设计和热解析技术的应用使得电机的冷却性能也得到了不断提高。
与此同时，由于各种行业的特殊需求，伺服电机也会从通用的FA行业转向差异化，定向设计的道路。如免维修、无尘、防爆、无转矩脉动超高或超低额定转速微小型化，电机内部直接装有制动器、减速机、滚珠丝杠、联轴节、转矩温度传感器，编码器甚至驱动控制器的ALLINONE一体化的伺服功能部件。
1.1.2 控制系统 PLC
PLC编程的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要装置之一，在工业生产的所有领域得到了广泛的使用，在其他领域(例如民用和家庭自动化)的应用也得到了迅速的发展。
国际电工委员会(IEC)在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：“是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”从上述定义可以看出，PLC是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制功能外，还有与其他计算机通信联网的功能。
PLC编程的推广应用在我国得到了迅猛的发展，它已经大量地应用在各种机械设备和生产过程的电气控制装置中，各行各业也涌现出了大批应用PLC改造设备的成果。了解PLC的工作原理，具备设计、调试和维护PLC控制系统的能力，已经成为现代工业对电气技术人员和工科学生的基本要求。
1.2 研究目的和意义
本课题研究的重要意义在现在科技的大力发展，现代社会对各种控制 方式的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长，而如何准确而又迅速的提高这些参数，就需要受制于现在的各类控制方式。对于现在的控制方式，我们有必要进行更高的精确要求。对伺服系统的深入研究，对于我国制造业，国防工业，空间技术的发展，缩小与世界先进国家的差距，能源节约都有着重要的意义。
Smart PLC伺服驱动器是为经济型车床及铣床提供的一种驱 动产品。这也正符合现代人的需求，既经济又耐用。而且现在人们对于控制系统的要求越来越高，我觉得我们应该熟悉、学习它。对伺服系统的进一步学习，使自己能够灵活的应用它。对于控制理论也会进一步的了解。对PLC、电路、控制理论将会更加熟悉。使我们将书本上的知识转换到实际中去,学以致用。
第二章 可编程序控制器的基础知识
2.1 西门子PLC S7-200 smart简介
西门子PLC?S7-200系列的应用范围非常广泛，从简单到复杂的自动化控制系统中，都可以通过它来满足各种工艺要求。西门子PLC?S7-200性能强大，运行速度快，体积小，通讯功能强，性价比高，这些特点决定了它在自动化控制系统中占据着重要地位。本文下面就对西门子PLC?S7-200系列的性能特点，供用户在使用时进行参考。???
西门子PLC?S7-200系列性能：???
（1）西门子PLC?S7-200系列的所有CPU都分有两种类型，即AC/DC/继电器和DC/DC/DC两种，分别代表输入电压是220V交流，输出为24V或220V和输入电压是24V直流，输出为24V。???
（2）西门子PLC?S7-200是SMIATIC?S7家族中的小型可编程控制器，适用于各行各业、各种应用场合中的检测、监测及控制的自动化。西门子PLC?S7-200系列的使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制，到极复杂的自动化控制，应用领域极为广泛。西门子PLC?S7-200的应用范围覆盖所有与自动检测、自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等。西门子PLC?S7-200在全世界拥有数以百万计的成功应用案例，无论是单独运行，还是联网应用。???
（3）西门子PLC?S7-200系列将高性能与小体积集成一体，运行快速，并且提供了丰富的通信选项，具有极高的性能/价格比。西门子PLC?S7-200的系统的硬件、软件都易于使用。西门子PLC?S7-200系统坚持一贯的模块化设计，不但能够经济地满足目前的项目要求，也为将来扩展提供了开放的接口。
（4）西门子PLC?S7-200易于编程，引入了编程工具箱概念，设计了许多编程向导以方便用户完成一些比较复杂的程序设计工作。???
西门子PLC?S7-200的出色性能表现在：???
1.?具有超高高的可靠性;???
2.?具有丰富的指令集;???
3.?用起来容易掌握，炒作很便捷;???;???
4.?具有丰富的扩展模块。?
西门子PLC?S7-200系列为用户提供了多种自动化控制系统解决方案，用户可以根据实际的自动化控制系统需求来进行选择。西门子PLC?S7-200系列应用广泛，用户可以参考本文提供的西门子PLC?S7-200系列的性能特点进行选择和使用维护成本。
2.2PLC的发展趋势
2.2.1 当代PLC技术的发展趋势
发展迅速，产品更新换代；开发各种智能化模块，不断增强过程功能；PLC与个人计算机（PC）结合；通信联网功能不断增强；发展新的编程语言，增强容错功能。
2.2.2 当代PLC技术的发展动向
美国通用汽车以用户身份提出新一代控制器应具备十大条件，这十大条件是：
1. 编程方便，可在现场修改程序；
2. 维修方便，最好是插件式；
3. 可靠性高于继电器控制柜；
4. 体积小于继电器控制柜；
5. 可将数据直接送入管理计算机；
6. 在成本上可与继电器控制竞争；
7. 输入可以是交流115V；
8. 输出为交流115V/2A以上，能直接驱动电磁阀；
9. 在扩展时，原有系统只要很小变更；
10. 用户程序存储容量至少能扩展到4K字节。
1969年美国数字设备公司成功研制世界第一台可编程序控制器PDP-14，并在GM公司的汽车自动装配线上首次使用并获得成功。接着美国MODICON公司也研制出084控制，从此，这项新技术迅速在世界各国得到推广应用。1971年日本从美国引进这项技术，很快研制出第一台可编程序控制器DSC-18。1973年西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。我国从1974年开始研制，1977年开始工业推广应用。进入20世纪70年代，随着微电子技术的发展，尤其是PLC采用通讯微处理器之后，这种控制器就不在不局限于当初的逻辑运算了，功能得到更进一步增强。进入20世纪80年代，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16位和少数32位微处理器构成的微机化PLC，使PLC的功能增强，工作速度快，体积减小，可靠性提高，成本下降，编程和故障检测更为灵活，方便。
2.3PLC的工作原理
PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束，然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描，在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。
PLC在输入采样阶段:首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入，随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。
PLC在程序执行阶段:按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。
输出刷新阶段:当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式(继电器、晶体管或晶间管)输出，驱动相应输出设备工作。
一、选题简介、意义
西门子公司一直致力于工业自动化最新技术的研发、推广及应用，在过去的 160 多年里，为广大的工业客户带来了可靠高效的自动化产品，完善的自动化解决方案，提高了客户的生产效率，增强了客户的市场竞争力。西门子 SIMATIC 控制器系列是一个完整的产品组合，包括从最基本的智能逻辑控制器LOGO！以及 S7 系列高性能可编程控制器，再到基于 PC 的自动化控制系统。无论多么严苛的要求，它都能根据具体应用需求及预算，灵活组合、定制，并一一满足。SIMATIC S7-200 SMART 是西门子公司经过大量市场调研，为中国客户量身定制的一款高性价比小型 PLC 产品。结合西门子 SINAMICS 驱动产品及 SIMATIC 人机界面产品，以 S7-200 SMART 为核心的小型自动化解决方案将为中国客户创造更多的价值。
三、设计（论文）体系、结构（大纲）
第一章 绪 论
1.1课题背景
1.2研究目的和意义
第二章 可编程序控制器的基础知识
2.1 西门子PLC S7-200 smart简介
2.2 PLC的发展趋势
2.3 PLC的工作原理
2.4 PLC的软件组成
第三章 十字滑台简单介绍
3.1 十字滑台的系统构造
3.2 十字滑台装配图
3.3 伺服驱动器
3.4 电气原理图
第四章 smart软件编写程序
第五章 Wincc Flexible以及HMI
5.1 HMI
5.2 Wincc Flexible编写HMI工程
5.3 Wincc Flexible的仿真设计
总结
