運(yùn)料小車監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

張晴+任家富+徐廷生+李琳琳

摘要：使用S7—300系列PLC控制運(yùn)料小車的運(yùn)行，應(yīng)用人機(jī)界面對(duì)小車實(shí)現(xiàn)可視化監(jiān)控，PLC與人機(jī)界面通過PROFINET現(xiàn)場總線通訊，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究結(jié)果，為學(xué)生們掌握硬件組態(tài)方法、PLC編程技巧、人機(jī)界面監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)方法，提供了具有一定參考價(jià)值的資料。實(shí)驗(yàn)裝置的調(diào)試方法，有助于提高學(xué)生們的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐環(huán)節(jié)的能力。

關(guān)鍵詞：S7—300；人機(jī)界面；PROFINET現(xiàn)場總線；硬件組態(tài)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）08-0065-02

一、前言

PLC在工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域得到了廣泛的使用[1]。SIMATIC S7—300是西門子生產(chǎn)的中型PLC[2]。人機(jī)界面在現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)場總線是自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展趨勢。西門子的S7—300自動(dòng)化控制實(shí)驗(yàn)裝置為同學(xué)們提供了良好的學(xué)習(xí)平臺(tái)，運(yùn)料小車的控制是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之一，這個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目存在控制功能單一、技術(shù)含量較少等缺點(diǎn)。為了提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平和效果，項(xiàng)目中加入觸摸屏實(shí)現(xiàn)可視化監(jiān)控，增加小車的控制功能。應(yīng)用TIA Portal V13軟件重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。目的是為了同學(xué)們能在實(shí)驗(yàn)過程中掌握更多的理論知識(shí)及其應(yīng)用技術(shù)。

二、控制系統(tǒng)的硬件

1.運(yùn)料小車的結(jié)構(gòu)。運(yùn)料小車由直流電機(jī)通過絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)拖動(dòng)，設(shè)有四個(gè)站點(diǎn)，每個(gè)站點(diǎn)有位置檢測裝置SQ1—SQ4和站點(diǎn)指示燈L1—L4。位置檢測采用二線式接近開關(guān)。在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩個(gè)終端各有一個(gè)限位開關(guān)實(shí)現(xiàn)位置保護(hù)。有啟動(dòng)和停止兩個(gè)本地操作按鈕。

2.系統(tǒng)組成。S7—300系列的緊湊型PLC（CPU314C-2PN/DP）作為控制器。CPU314C-2PN/DP具有2個(gè)PN和2個(gè)DP/MPI通訊端口、24個(gè)數(shù)字量輸入端口、16個(gè)數(shù)字量輸出端口、5個(gè)模擬量輸入通道和2個(gè)模擬量輸出通道。TP700是西門子生產(chǎn)的新一代7英寸精智面板，完全滿足現(xiàn)場總線中復(fù)雜的交互式任務(wù)?？梢灾苯佑?芯或8芯雙絞線把CPU314C-2PN/DP和TP700連接成PROFINET總線網(wǎng)絡(luò)。輸入裝置由啟?？刂瓢粹o和4個(gè)接近開關(guān)組成，用于發(fā)出啟?？刂菩盘?hào)和小車到站信號(hào)。小車驅(qū)動(dòng)模塊控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)。指示裝置顯示小車到站信號(hào)。

三、控制系統(tǒng)的軟件

軟件部分包含系統(tǒng)硬件組態(tài)、監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)和編寫控制程序等三個(gè)。

1.任務(wù)要求。①按下監(jiān)控畫面的復(fù)位按鈕，小車從任何位置返回到A點(diǎn)且中途不停車。復(fù)位操作具有最高優(yōu)先權(quán)。小車復(fù)位時(shí)操作其他按鈕無效。②按下本地啟動(dòng)按鈕或監(jiān)控畫面的啟動(dòng)按鈕，小車按下原先運(yùn)行方向做循環(huán)往返運(yùn)動(dòng)。并在每個(gè)站點(diǎn)停留指定時(shí)間。循環(huán)運(yùn)行時(shí)操作前進(jìn)和后退按鈕無效。③小車在任何位置，按下本地停止按鈕或監(jiān)控畫面的停止按鈕可使小車暫停運(yùn)行；按下啟動(dòng)按鈕，小車?yán)^續(xù)按原先運(yùn)行方向做循環(huán)往返運(yùn)動(dòng)。④小車暫停時(shí)，可以點(diǎn)動(dòng)前進(jìn)和點(diǎn)動(dòng)后退。點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行時(shí)操作啟動(dòng)按鈕無效。⑤小車在A站時(shí)禁止后退，小車在D站時(shí)禁止前進(jìn)。⑥監(jiān)控畫面的小車水平位置隨實(shí)際小車位置變化。

2.硬件組態(tài)。添加CPU314C-2PN/DP和TP700兩個(gè)設(shè)備。單擊CPU的PROFINET接口并使用拖放操作建立到觸摸屏TP700的PROFINET接口的連接。建立CPU和HMI的通訊連接后，就實(shí)現(xiàn)了這兩個(gè)設(shè)備的變量鏈接。CPU的IP地址設(shè)為192.168.2.2，設(shè)備名稱取為plc_1。TP700的IP地址設(shè)為192.168.2.5，設(shè)備名稱取為hmi_1。為PLC添加電源模塊PS307 5A，PLC的數(shù)字量輸入地址設(shè)為0—2（I0.0—I2.7），數(shù)字量輸出地址設(shè)為0—1（Q0.0—Q1.7）。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和硬件組態(tài)見圖1所示。

3.監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)。在畫面中創(chuàng)建按鈕、文本、I/O域和表示檢測開關(guān)、指示燈、小車形狀等圖形對(duì)象，把這些除文本外的圖形對(duì)象與PLC的變量關(guān)聯(lián)起來，并組態(tài)它們的事件或動(dòng)畫功能，就能實(shí)現(xiàn)可視化監(jiān)控。通過畫面指示燈的顏色變化，指示小車的運(yùn)行狀態(tài)。循環(huán)期間小車到站開始停車計(jì)時(shí)，畫面中會(huì)顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間。輸入/輸出域用于修改并顯示停車時(shí)間、畫面小車移動(dòng)延時(shí)時(shí)間。

把畫面小車的X軸坐標(biāo)位置與PLC的變量Move_X關(guān)聯(lián)，小車的動(dòng)畫類型設(shè)定水平移動(dòng)。小車前進(jìn)/后退時(shí)，PLC程序使該變量的值每隔一段時(shí)間加/減1，小車的水平位置也就隨之變化，這樣就能做到小車在屏幕上移動(dòng)的動(dòng)畫效果。

4.PLC程序編寫。編寫程序前建議創(chuàng)建變量，有利于程序的閱讀和理解。創(chuàng)建OB100和OB1兩個(gè)組織塊。主程序OB1根據(jù)接收的指令信號(hào)，控制小車的運(yùn)行方式。同時(shí)使畫面中的小車水平位置隨之變化，并進(jìn)行修正。每個(gè)程序段加上標(biāo)題名稱有助于程序的閱讀和修改。OB100初始化小車的停車時(shí)間和運(yùn)行方向，畫面小車的水平位置及其上下限值和移動(dòng)延時(shí)值?？刂葡到y(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行情況見圖2所示。

四、結(jié)語

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，小車的控制效果和監(jiān)控畫面顯示情況滿足任務(wù)要求。上述的指導(dǎo)內(nèi)容為同學(xué)們掌握現(xiàn)場總線通訊技術(shù)、人機(jī)界面的監(jiān)控畫面布局和動(dòng)畫實(shí)現(xiàn)方法、小車運(yùn)動(dòng)控制的編程技巧，提供了參考資料。新一代集成化軟件TIA Portal V13的應(yīng)用，使同學(xué)們理解并掌握了基于集成化軟件的硬件組態(tài)方法、監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)方法和PLC程序的編寫方法。體會(huì)了新技術(shù)的優(yōu)越性和高效性。激發(fā)了同學(xué)們學(xué)習(xí)的興趣。

參考文獻(xiàn)：

[1]廖常初.S7—300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)[M].3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[2]陳忠平.西門子S7—300/400系列PLC自學(xué)手冊(cè)[Z].北京：人民郵電出版社，2010.