董海兵+姚勝興

收稿日期：2013-05-28

基金項(xiàng)目：湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目（湘教通[2012]402）

作者簡(jiǎn)介：董海兵（1980—），男，湖北黃岡人，講師，碩士，研究方向：自動(dòng)控制。

通訊聯(lián)系人，E-mail：cooldhb@163.com

文章編號(hào)：1003-6199（2014）03-0018-04

摘 要：運(yùn)料小車在現(xiàn)代化的工廠中普遍存在，傳統(tǒng)的工廠依靠人力推車運(yùn)料，這樣浪費(fèi)了大量的人力物力，降低了生產(chǎn)效率。而現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中大量運(yùn)用PLC控制運(yùn)料小車，并結(jié)合組態(tài)軟件完成數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)管理、人機(jī)界面和數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采樣與處理。鑒于此，本文探討基于西門子公司S7-300系列PLC和亞控公司組態(tài)王組態(tài)軟件的小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，并在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行調(diào)試。結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有快、準(zhǔn)、穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，使生產(chǎn)自動(dòng)化，智能化，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)成本，在工業(yè)小車控制領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：PLC；小車；組態(tài)王；控制； 調(diào)試

中圖分類號(hào)：TP311.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

The Design of Control System of Car Movement Based on Kingview Software

DONG Hai-bing，YAO Sheng-xing

（Elect.& Info. Eng ， Hunan Institute of Technology ， Hengyang，Hunan 421002，China）

Abstract：Carriage is common in modern factories， plants rely on traditional human cart for material， so that waste a lot of manpower and material resources， reduce the production efficiency. The extensive use of modern industrial production car transport materials PLC control， and data communication， network management， human-machine interface and data processing by using configuration software， the real-time sampling and processing of real-time monitoring， data control system. In vi. In view of this， this paper discusses the design Siemens company S7-300 series PLC and Kingview configuration software control company car motion control system based on the scheme， and debugged on the experimental platform. The results show that， this system has the advantage of fast， accurate， stable， the production automation， intelligent， and greatly improves the production efficiency， reduce labor costs， has broad application foreground in the fields of industrial control car.

Key words：PLC； car；kingview；control；debug

1 引 言

本文是基于PLC和組態(tài)技術(shù)的小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要目的是通過(guò)對(duì)運(yùn)料小車設(shè)備的電氣控制裝置的設(shè)計(jì)實(shí)踐，掌握一般電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)要求、完成的工作內(nèi)容和具體設(shè)計(jì)方法。小車是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中用于物料輸送的重要設(shè)備，在傳統(tǒng)的控制方式下，大都采用了人工操縱的半自動(dòng)控制方式[1]。在許多場(chǎng)合，為提高工作效率、促進(jìn)生產(chǎn)自動(dòng)化和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，往往需要實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)化控制，使小車能夠按照預(yù)定順序和控制要求，自動(dòng)完成一系列工作[2]。

2 小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)計(jì)

2.1 小車控制流程

小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種方式，可任意切換選擇方式運(yùn)動(dòng)[3]。小車控制流程如圖1所示。

當(dāng)執(zhí)行程序滿足自動(dòng)運(yùn)行條件時(shí)，小車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行。否則，小車按手動(dòng)控制方式運(yùn)行。手動(dòng)運(yùn)行的過(guò)程為：?jiǎn)?dòng)開(kāi)始按鈕后，小車復(fù)位至可檢測(cè)位置，進(jìn)入手動(dòng)狀態(tài)。點(diǎn)動(dòng)“1、2、3、4”定位按鈕時(shí)，小車能運(yùn)動(dòng)至指定位置。如：當(dāng)小車停止在3號(hào)位置右側(cè)時(shí)，點(diǎn)動(dòng)“3”號(hào)定位按鈕，小車左行至3號(hào)位置；當(dāng)小車停止在3號(hào)位置左側(cè)時(shí)，點(diǎn)動(dòng)“3”號(hào)定位按鈕，小車右行至3號(hào)位置。小車手動(dòng)運(yùn)行的控制流程如圖2所示。

小車的自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程為：小車復(fù)位至4號(hào)位置。隨后小車以快速方式由4號(hào)位置運(yùn)行到3號(hào)位置，接著再以快速方式由3號(hào)位置運(yùn)行到4號(hào)位置；隨后小車以慢速方式由4號(hào)位置運(yùn)行到2號(hào)位置，接著再以慢速方式由2號(hào)位置運(yùn)行到4號(hào)位置；隨后小車以快速方式由4號(hào)位置運(yùn)行到1號(hào)位置，接著再以快速方式由1號(hào)位置運(yùn)行到4號(hào)位置。這樣小車就完成了一個(gè)周期的運(yùn)行，接下來(lái)小車按上述方式進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)運(yùn)動(dòng)。小車自動(dòng)運(yùn)行的控制流程如圖3所示[4]。

2.2 小車控制系統(tǒng)輸入輸出分析

分析小車控制系統(tǒng)可知，該系統(tǒng)的輸入信號(hào)有：“1”號(hào)鍵值信號(hào)、“2”號(hào)鍵值信號(hào)、“3”號(hào)鍵值信號(hào)、“4”號(hào)鍵值信號(hào)、1號(hào)位傳感器信號(hào)、2號(hào)位傳感器信號(hào)、3號(hào)位傳感器信號(hào)、4號(hào)位傳感器信號(hào)、手動(dòng)/自動(dòng)模式選擇開(kāi)關(guān)、啟動(dòng)/停止選擇開(kāi)關(guān)；該系統(tǒng)的輸出信號(hào)有：數(shù)碼顯示控制端子A、數(shù)碼顯示控制端子B、數(shù)碼顯示控制端子C、電機(jī)正轉(zhuǎn)、電機(jī)反轉(zhuǎn)、快速、慢速、報(bào)警等。PLC的接線圖如圖4所示[5，6]。

2.3 下位機(jī)控制程序設(shè)計(jì)

本文下位機(jī)采用西門子S7-300系列PLC，按照上述控制流程編寫好程序后，下載到PLC中。下載程序之前，要正確建立下位機(jī)西門子S7-300PLC和上位計(jì)算機(jī)之間的通信連接。西門子S7-300系列PLC，與PC機(jī)建立通信的方式主要有兩種，分別是：（1）本地DP總線通信連接，通信方式設(shè)置成PROFIBUS方式；（2）通過(guò)遠(yuǎn)程以太網(wǎng)的方式來(lái)建立通信，通信方式設(shè)置成TCP/IP方式。本系統(tǒng)采用第2種方式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載程序[7]。

3 小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)上位機(jī)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一套完整的監(jiān)控系統(tǒng)，除了下位機(jī)的PLC編程以外，上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)的組態(tài)也尤為重要。對(duì)于小車而言，完整的監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖5所示[8]。

本文探討的小車運(yùn)行控制系統(tǒng)上位機(jī)軟件中的通信建立和界面組態(tài)環(huán)境采用組態(tài)王軟件平臺(tái)。組態(tài)王是用于監(jiān)控工控現(xiàn)場(chǎng)的一個(gè)組態(tài)軟件。它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn) ，用戶可以在這個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)境中來(lái)完成不同的畫面設(shè)計(jì)、動(dòng)畫連接等工作，簡(jiǎn)單方便地組成系統(tǒng)監(jiān)控畫面，并且以動(dòng)畫運(yùn)動(dòng)的方式來(lái)顯示系統(tǒng)控制設(shè)備的不同時(shí)期的狀態(tài)，還具有報(bào)警窗口的設(shè)置和實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線的繪制等功能[9]。

3.1 組態(tài)工程建立

在計(jì)算機(jī)桌面上雙擊軟件圖標(biāo)，打開(kāi)組態(tài)軟件新建工程，建立小車運(yùn)動(dòng)控制組態(tài)控制人機(jī)界面文件。

3.2 驅(qū)動(dòng)連接

添加工程中需要的硬件設(shè)備，在組態(tài)王工程瀏覽器樹型目錄中，選擇設(shè)備項(xiàng)中的板卡，該步至關(guān)重要，是確保上位機(jī)人機(jī)界面和下位機(jī)PLC正常通信的基礎(chǔ)。在該界面中選擇正確的PLC機(jī)型，并設(shè)置好在控制程序中已經(jīng)配置好的IP地址。此IP地址是PLC的IP地址，和上位機(jī)的IP地址為同一網(wǎng)段。

3.3 變量定義

接著建立工程的使用變量，其中變量類型和寄存器是最關(guān)鍵的，在組態(tài)王和PLC之間傳輸?shù)淖兞慷际荌/O類型的，寄存器和數(shù)據(jù)類型要與程序中一致，否則組態(tài)王就無(wú)法和PLC建立正確的通信。

3.4 人機(jī)界面組態(tài)

變量定義完畢后進(jìn)行畫面的組態(tài)，在工程瀏覽器界面點(diǎn)擊新畫面建立，進(jìn)入組態(tài)畫面圖形編輯界面，界面有很多工具箱方便編輯圖形使用，點(diǎn)擊界面的圖庫(kù)菜單，選擇打開(kāi)圖庫(kù)，則出現(xiàn)可以選擇的圖形畫面，在窗口中選擇你所需要的圖形，雙擊放到畫面組態(tài)窗口中，用同樣的方法選擇不同的圖形[10]。所有窗口圖形選擇好后，排列好系統(tǒng)組態(tài)圖，并將變量和控制程序中的寄存器進(jìn)行關(guān)聯(lián)。變量關(guān)聯(lián)完成后，整個(gè)界面組態(tài)就完成了，最終的小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)畫面圖如圖6所示。

4 小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)試

4.1 實(shí)物調(diào)試

下位機(jī)控制程序和上位機(jī)人機(jī)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)完成后，可在THNY-2工業(yè)全數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的調(diào)試。THNY-2工業(yè)全數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是由控制系統(tǒng)和對(duì)象模型兩大部分，控制系統(tǒng)包含了西門子S7-Technology系列的CPU、IM174接口模塊、ASi接口模塊、以太網(wǎng)模塊、LOGO！模塊以及ASi接口模塊、共集成了PROFIBUS總線技術(shù)、ASi總線技術(shù)以及運(yùn)動(dòng)工藝控制功能。各分系統(tǒng)獨(dú)立安裝于掛件箱中，模塊上的IO端口均引出到面板的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線插口上，相關(guān)資源可以充分的利用[11]。

4.2 調(diào)試結(jié)果

利用上述實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將編寫好的程序下載到PLC的CPU中，借助組態(tài)王設(shè)計(jì)的人機(jī)界面即可實(shí)現(xiàn)對(duì)小車運(yùn)行的手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。在組態(tài)界面上點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕，小車即完成相應(yīng)的運(yùn)行。比如在“手動(dòng)”狀態(tài)下，點(diǎn)擊 “啟動(dòng)”按鈕后，小車復(fù)位到4號(hào)位置。若再點(diǎn)擊“鍵2”時(shí)，小車即向左運(yùn)行到2號(hào)位置停止。

5 結(jié) 論

本文探討了如何將組態(tài)王軟件和西門子PLC 相結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)小車運(yùn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)這一思路對(duì)小車的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視和控制。以組態(tài)王在PLC小車運(yùn)行控制中的監(jiān)控為設(shè)計(jì)目標(biāo)，針對(duì)PLC和組態(tài)王設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，分別從系統(tǒng)綜合分析、系統(tǒng)板塊的PLC程序設(shè)計(jì)、系統(tǒng)板塊的組態(tài)王仿真設(shè)計(jì)以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行等方面進(jìn)行了闡述。組態(tài)王在PLC小車運(yùn)行控制中的應(yīng)用雖說(shuō)在PLC設(shè)計(jì)方面是比較傳統(tǒng)的領(lǐng)域，但是，它關(guān)系到用戶運(yùn)行系統(tǒng)的的穩(wěn)定性和可靠性，所以關(guān)于它的設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性還是不容小視的。因此，本文對(duì)整個(gè)小車控制系統(tǒng)作了較深入的分析，研究了該系統(tǒng)所承擔(dān)的運(yùn)行情況以及運(yùn)行要求的更改等情況，在已知運(yùn)行狀況下，通過(guò)采用電子驅(qū)動(dòng)和控制，取締以往的繼電器、限位開(kāi)關(guān)等硬件，進(jìn)而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可操作性以及可更改性，盡量地從實(shí)用的角度出發(fā)降低運(yùn)行成本，在PLC程序中做到了“精、簡(jiǎn)”要求，采用組態(tài)王進(jìn)行仿真，能夠真實(shí)可靠地實(shí)時(shí)監(jiān)控小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，極大地提高了對(duì)故障的有效分析和處理。

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2.2 小車控制系統(tǒng)輸入輸出分析

分析小車控制系統(tǒng)可知，該系統(tǒng)的輸入信號(hào)有：“1”號(hào)鍵值信號(hào)、“2”號(hào)鍵值信號(hào)、“3”號(hào)鍵值信號(hào)、“4”號(hào)鍵值信號(hào)、1號(hào)位傳感器信號(hào)、2號(hào)位傳感器信號(hào)、3號(hào)位傳感器信號(hào)、4號(hào)位傳感器信號(hào)、手動(dòng)/自動(dòng)模式選擇開(kāi)關(guān)、啟動(dòng)/停止選擇開(kāi)關(guān)；該系統(tǒng)的輸出信號(hào)有：數(shù)碼顯示控制端子A、數(shù)碼顯示控制端子B、數(shù)碼顯示控制端子C、電機(jī)正轉(zhuǎn)、電機(jī)反轉(zhuǎn)、快速、慢速、報(bào)警等。PLC的接線圖如圖4所示[5，6]。

2.3 下位機(jī)控制程序設(shè)計(jì)

本文下位機(jī)采用西門子S7-300系列PLC，按照上述控制流程編寫好程序后，下載到PLC中。下載程序之前，要正確建立下位機(jī)西門子S7-300PLC和上位計(jì)算機(jī)之間的通信連接。西門子S7-300系列PLC，與PC機(jī)建立通信的方式主要有兩種，分別是：（1）本地DP總線通信連接，通信方式設(shè)置成PROFIBUS方式；（2）通過(guò)遠(yuǎn)程以太網(wǎng)的方式來(lái)建立通信，通信方式設(shè)置成TCP/IP方式。本系統(tǒng)采用第2種方式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載程序[7]。

3 小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)上位機(jī)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一套完整的監(jiān)控系統(tǒng)，除了下位機(jī)的PLC編程以外，上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)的組態(tài)也尤為重要。對(duì)于小車而言，完整的監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖5所示[8]。

本文探討的小車運(yùn)行控制系統(tǒng)上位機(jī)軟件中的通信建立和界面組態(tài)環(huán)境采用組態(tài)王軟件平臺(tái)。組態(tài)王是用于監(jiān)控工控現(xiàn)場(chǎng)的一個(gè)組態(tài)軟件。它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn) ，用戶可以在這個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)境中來(lái)完成不同的畫面設(shè)計(jì)、動(dòng)畫連接等工作，簡(jiǎn)單方便地組成系統(tǒng)監(jiān)控畫面，并且以動(dòng)畫運(yùn)動(dòng)的方式來(lái)顯示系統(tǒng)控制設(shè)備的不同時(shí)期的狀態(tài)，還具有報(bào)警窗口的設(shè)置和實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線的繪制等功能[9]。

3.1 組態(tài)工程建立

在計(jì)算機(jī)桌面上雙擊軟件圖標(biāo)，打開(kāi)組態(tài)軟件新建工程，建立小車運(yùn)動(dòng)控制組態(tài)控制人機(jī)界面文件。

3.2 驅(qū)動(dòng)連接

添加工程中需要的硬件設(shè)備，在組態(tài)王工程瀏覽器樹型目錄中，選擇設(shè)備項(xiàng)中的板卡，該步至關(guān)重要，是確保上位機(jī)人機(jī)界面和下位機(jī)PLC正常通信的基礎(chǔ)。在該界面中選擇正確的PLC機(jī)型，并設(shè)置好在控制程序中已經(jīng)配置好的IP地址。此IP地址是PLC的IP地址，和上位機(jī)的IP地址為同一網(wǎng)段。

3.3 變量定義

接著建立工程的使用變量，其中變量類型和寄存器是最關(guān)鍵的，在組態(tài)王和PLC之間傳輸?shù)淖兞慷际荌/O類型的，寄存器和數(shù)據(jù)類型要與程序中一致，否則組態(tài)王就無(wú)法和PLC建立正確的通信。

3.4 人機(jī)界面組態(tài)

變量定義完畢后進(jìn)行畫面的組態(tài)，在工程瀏覽器界面點(diǎn)擊新畫面建立，進(jìn)入組態(tài)畫面圖形編輯界面，界面有很多工具箱方便編輯圖形使用，點(diǎn)擊界面的圖庫(kù)菜單，選擇打開(kāi)圖庫(kù)，則出現(xiàn)可以選擇的圖形畫面，在窗口中選擇你所需要的圖形，雙擊放到畫面組態(tài)窗口中，用同樣的方法選擇不同的圖形[10]。所有窗口圖形選擇好后，排列好系統(tǒng)組態(tài)圖，并將變量和控制程序中的寄存器進(jìn)行關(guān)聯(lián)。變量關(guān)聯(lián)完成后，整個(gè)界面組態(tài)就完成了，最終的小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)畫面圖如圖6所示。

4 小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)試

4.1 實(shí)物調(diào)試

下位機(jī)控制程序和上位機(jī)人機(jī)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)完成后，可在THNY-2工業(yè)全數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的調(diào)試。THNY-2工業(yè)全數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是由控制系統(tǒng)和對(duì)象模型兩大部分，控制系統(tǒng)包含了西門子S7-Technology系列的CPU、IM174接口模塊、ASi接口模塊、以太網(wǎng)模塊、LOGO！模塊以及ASi接口模塊、共集成了PROFIBUS總線技術(shù)、ASi總線技術(shù)以及運(yùn)動(dòng)工藝控制功能。各分系統(tǒng)獨(dú)立安裝于掛件箱中，模塊上的IO端口均引出到面板的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線插口上，相關(guān)資源可以充分的利用[11]。

4.2 調(diào)試結(jié)果

利用上述實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將編寫好的程序下載到PLC的CPU中，借助組態(tài)王設(shè)計(jì)的人機(jī)界面即可實(shí)現(xiàn)對(duì)小車運(yùn)行的手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。在組態(tài)界面上點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕，小車即完成相應(yīng)的運(yùn)行。比如在“手動(dòng)”狀態(tài)下，點(diǎn)擊 “啟動(dòng)”按鈕后，小車復(fù)位到4號(hào)位置。若再點(diǎn)擊“鍵2”時(shí)，小車即向左運(yùn)行到2號(hào)位置停止。

5 結(jié) 論

本文探討了如何將組態(tài)王軟件和西門子PLC 相結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)小車運(yùn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)這一思路對(duì)小車的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視和控制。以組態(tài)王在PLC小車運(yùn)行控制中的監(jiān)控為設(shè)計(jì)目標(biāo)，針對(duì)PLC和組態(tài)王設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，分別從系統(tǒng)綜合分析、系統(tǒng)板塊的PLC程序設(shè)計(jì)、系統(tǒng)板塊的組態(tài)王仿真設(shè)計(jì)以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行等方面進(jìn)行了闡述。組態(tài)王在PLC小車運(yùn)行控制中的應(yīng)用雖說(shuō)在PLC設(shè)計(jì)方面是比較傳統(tǒng)的領(lǐng)域，但是，它關(guān)系到用戶運(yùn)行系統(tǒng)的的穩(wěn)定性和可靠性，所以關(guān)于它的設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性還是不容小視的。因此，本文對(duì)整個(gè)小車控制系統(tǒng)作了較深入的分析，研究了該系統(tǒng)所承擔(dān)的運(yùn)行情況以及運(yùn)行要求的更改等情況，在已知運(yùn)行狀況下，通過(guò)采用電子驅(qū)動(dòng)和控制，取締以往的繼電器、限位開(kāi)關(guān)等硬件，進(jìn)而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可操作性以及可更改性，盡量地從實(shí)用的角度出發(fā)降低運(yùn)行成本，在PLC程序中做到了“精、簡(jiǎn)”要求，采用組態(tài)王進(jìn)行仿真，能夠真實(shí)可靠地實(shí)時(shí)監(jiān)控小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，極大地提高了對(duì)故障的有效分析和處理。

參考文獻(xiàn)

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2.2 小車控制系統(tǒng)輸入輸出分析

分析小車控制系統(tǒng)可知，該系統(tǒng)的輸入信號(hào)有：“1”號(hào)鍵值信號(hào)、“2”號(hào)鍵值信號(hào)、“3”號(hào)鍵值信號(hào)、“4”號(hào)鍵值信號(hào)、1號(hào)位傳感器信號(hào)、2號(hào)位傳感器信號(hào)、3號(hào)位傳感器信號(hào)、4號(hào)位傳感器信號(hào)、手動(dòng)/自動(dòng)模式選擇開(kāi)關(guān)、啟動(dòng)/停止選擇開(kāi)關(guān)；該系統(tǒng)的輸出信號(hào)有：數(shù)碼顯示控制端子A、數(shù)碼顯示控制端子B、數(shù)碼顯示控制端子C、電機(jī)正轉(zhuǎn)、電機(jī)反轉(zhuǎn)、快速、慢速、報(bào)警等。PLC的接線圖如圖4所示[5，6]。

2.3 下位機(jī)控制程序設(shè)計(jì)

本文下位機(jī)采用西門子S7-300系列PLC，按照上述控制流程編寫好程序后，下載到PLC中。下載程序之前，要正確建立下位機(jī)西門子S7-300PLC和上位計(jì)算機(jī)之間的通信連接。西門子S7-300系列PLC，與PC機(jī)建立通信的方式主要有兩種，分別是：（1）本地DP總線通信連接，通信方式設(shè)置成PROFIBUS方式；（2）通過(guò)遠(yuǎn)程以太網(wǎng)的方式來(lái)建立通信，通信方式設(shè)置成TCP/IP方式。本系統(tǒng)采用第2種方式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載程序[7]。

3 小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)上位機(jī)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一套完整的監(jiān)控系統(tǒng)，除了下位機(jī)的PLC編程以外，上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)的組態(tài)也尤為重要。對(duì)于小車而言，完整的監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖5所示[8]。

本文探討的小車運(yùn)行控制系統(tǒng)上位機(jī)軟件中的通信建立和界面組態(tài)環(huán)境采用組態(tài)王軟件平臺(tái)。組態(tài)王是用于監(jiān)控工控現(xiàn)場(chǎng)的一個(gè)組態(tài)軟件。它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn) ，用戶可以在這個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)境中來(lái)完成不同的畫面設(shè)計(jì)、動(dòng)畫連接等工作，簡(jiǎn)單方便地組成系統(tǒng)監(jiān)控畫面，并且以動(dòng)畫運(yùn)動(dòng)的方式來(lái)顯示系統(tǒng)控制設(shè)備的不同時(shí)期的狀態(tài)，還具有報(bào)警窗口的設(shè)置和實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線的繪制等功能[9]。

3.1 組態(tài)工程建立

在計(jì)算機(jī)桌面上雙擊軟件圖標(biāo)，打開(kāi)組態(tài)軟件新建工程，建立小車運(yùn)動(dòng)控制組態(tài)控制人機(jī)界面文件。

3.2 驅(qū)動(dòng)連接

添加工程中需要的硬件設(shè)備，在組態(tài)王工程瀏覽器樹型目錄中，選擇設(shè)備項(xiàng)中的板卡，該步至關(guān)重要，是確保上位機(jī)人機(jī)界面和下位機(jī)PLC正常通信的基礎(chǔ)。在該界面中選擇正確的PLC機(jī)型，并設(shè)置好在控制程序中已經(jīng)配置好的IP地址。此IP地址是PLC的IP地址，和上位機(jī)的IP地址為同一網(wǎng)段。

3.3 變量定義

接著建立工程的使用變量，其中變量類型和寄存器是最關(guān)鍵的，在組態(tài)王和PLC之間傳輸?shù)淖兞慷际荌/O類型的，寄存器和數(shù)據(jù)類型要與程序中一致，否則組態(tài)王就無(wú)法和PLC建立正確的通信。

3.4 人機(jī)界面組態(tài)

變量定義完畢后進(jìn)行畫面的組態(tài)，在工程瀏覽器界面點(diǎn)擊新畫面建立，進(jìn)入組態(tài)畫面圖形編輯界面，界面有很多工具箱方便編輯圖形使用，點(diǎn)擊界面的圖庫(kù)菜單，選擇打開(kāi)圖庫(kù)，則出現(xiàn)可以選擇的圖形畫面，在窗口中選擇你所需要的圖形，雙擊放到畫面組態(tài)窗口中，用同樣的方法選擇不同的圖形[10]。所有窗口圖形選擇好后，排列好系統(tǒng)組態(tài)圖，并將變量和控制程序中的寄存器進(jìn)行關(guān)聯(lián)。變量關(guān)聯(lián)完成后，整個(gè)界面組態(tài)就完成了，最終的小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)畫面圖如圖6所示。

4 小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)試

4.1 實(shí)物調(diào)試

下位機(jī)控制程序和上位機(jī)人機(jī)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)完成后，可在THNY-2工業(yè)全數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的調(diào)試。THNY-2工業(yè)全數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是由控制系統(tǒng)和對(duì)象模型兩大部分，控制系統(tǒng)包含了西門子S7-Technology系列的CPU、IM174接口模塊、ASi接口模塊、以太網(wǎng)模塊、LOGO！模塊以及ASi接口模塊、共集成了PROFIBUS總線技術(shù)、ASi總線技術(shù)以及運(yùn)動(dòng)工藝控制功能。各分系統(tǒng)獨(dú)立安裝于掛件箱中，模塊上的IO端口均引出到面板的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線插口上，相關(guān)資源可以充分的利用[11]。

4.2 調(diào)試結(jié)果

利用上述實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將編寫好的程序下載到PLC的CPU中，借助組態(tài)王設(shè)計(jì)的人機(jī)界面即可實(shí)現(xiàn)對(duì)小車運(yùn)行的手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。在組態(tài)界面上點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕，小車即完成相應(yīng)的運(yùn)行。比如在“手動(dòng)”狀態(tài)下，點(diǎn)擊 “啟動(dòng)”按鈕后，小車復(fù)位到4號(hào)位置。若再點(diǎn)擊“鍵2”時(shí)，小車即向左運(yùn)行到2號(hào)位置停止。

5 結(jié) 論

本文探討了如何將組態(tài)王軟件和西門子PLC 相結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)小車運(yùn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)這一思路對(duì)小車的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視和控制。以組態(tài)王在PLC小車運(yùn)行控制中的監(jiān)控為設(shè)計(jì)目標(biāo)，針對(duì)PLC和組態(tài)王設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，分別從系統(tǒng)綜合分析、系統(tǒng)板塊的PLC程序設(shè)計(jì)、系統(tǒng)板塊的組態(tài)王仿真設(shè)計(jì)以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行等方面進(jìn)行了闡述。組態(tài)王在PLC小車運(yùn)行控制中的應(yīng)用雖說(shuō)在PLC設(shè)計(jì)方面是比較傳統(tǒng)的領(lǐng)域，但是，它關(guān)系到用戶運(yùn)行系統(tǒng)的的穩(wěn)定性和可靠性，所以關(guān)于它的設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性還是不容小視的。因此，本文對(duì)整個(gè)小車控制系統(tǒng)作了較深入的分析，研究了該系統(tǒng)所承擔(dān)的運(yùn)行情況以及運(yùn)行要求的更改等情況，在已知運(yùn)行狀況下，通過(guò)采用電子驅(qū)動(dòng)和控制，取締以往的繼電器、限位開(kāi)關(guān)等硬件，進(jìn)而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可操作性以及可更改性，盡量地從實(shí)用的角度出發(fā)降低運(yùn)行成本，在PLC程序中做到了“精、簡(jiǎn)”要求，采用組態(tài)王進(jìn)行仿真，能夠真實(shí)可靠地實(shí)時(shí)監(jiān)控小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，極大地提高了對(duì)故障的有效分析和處理。

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