自動緩沖庫的上位組態(tài)設(shè)計

梁 征

（天津市第一輕工業(yè)學(xué)校，天津 300232）

當(dāng)前，社會和工業(yè)領(lǐng)域都進入了全面發(fā)展時期，而可編程序控制器（簡稱PLC），是現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱之首，它的發(fā)展迅速，應(yīng)用極為廣泛。它是一種采用可編程的存儲器，用來存儲用戶指令，通過數(shù)字或模擬的輸入輸出量完成確定的一些功能，實現(xiàn)多種類型生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動化設(shè)備。

一、PLC與組態(tài)軟件

（一）PLCPLC

本文將把PLC與組態(tài)軟件進行有機結(jié)合，敘述了電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。PlC本身具有很多優(yōu)勢，它既是計算機技術(shù)和通信技術(shù)的載體，又是模塊化設(shè)計的突出代表。它本身是一種非常普遍的工業(yè)自動化裝置，作為可編輯邏輯控制器，是工業(yè)控制的核心部分，在世界各地各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。在工業(yè)自動化產(chǎn)業(yè)鏈里，PLC的地位舉足輕重不可或缺。由于工業(yè)實際中的控制單元具有質(zhì)量大、空間占用大、維護成本高昂、設(shè)備單價較高等具體問題，仿真和調(diào)試都比較困難，并且如果實驗配套了減配的相關(guān)器材和設(shè)備，也會因為種類不夠，以及設(shè)備的易損性而難以滿足實驗和設(shè)計的要求。這給學(xué)習(xí)PLC的讀者帶來了一定的困難，而可編程控制器的應(yīng)用技術(shù)實踐性非常強，進行實際操作是掌握技術(shù)的根本途徑，只有通過工程實踐的實際操作，學(xué)習(xí)者才可以掌握PLC的外部接線和程序編輯以及聯(lián)網(wǎng)調(diào)試等應(yīng)用。

（二）組態(tài)軟件

（1）組態(tài)軟件的現(xiàn)狀

組態(tài)軟件的發(fā)展與成長和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展密不可分。工業(yè)控制組態(tài)軟件是一種可以從PLC、回路調(diào)節(jié)器等模塊中采集數(shù)據(jù)以確保時效性，執(zhí)行相關(guān)指令并完成對系統(tǒng)的監(jiān)視以確保其正常運行的程序。該程序可以根據(jù)視窗操作系統(tǒng)的圖形編輯方面的能力，利用提前設(shè)置好的圖案展示目前系統(tǒng)的實時狀態(tài)，完成相關(guān)的控制并有效完成對系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控，具有遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、過程控制等強大功能，較大幅度地提升軟件的可靠性及開發(fā)效率的同時，在工業(yè)監(jiān)控方面也提供了十分便利的技術(shù)支持和開發(fā)平臺，故該軟件能夠在工業(yè)控制領(lǐng)域得到很大的推廣，在自動化系統(tǒng)中占據(jù)主力軍的位置，逐漸成為工業(yè)自動化系統(tǒng)中的靈魂。目前世界上的組態(tài)軟件有幾十種之多，但在我國近幾年才剛剛走向市場，其發(fā)展前景相當(dāng)廣闊。北京亞控科技發(fā)展有限公司開發(fā)的KingView6.5(組態(tài)王6.5)正是該類型自動化設(shè)備的主流監(jiān)控和控制軟件之一。

（2）本文應(yīng)用的組態(tài)軟件

本文介紹的軟件可以運行在Win98及以上視窗操作系統(tǒng)當(dāng)中的中文編輯界面組態(tài)軟件，可以讓PLC、能儀表、智能模塊、變頻器和板卡的驅(qū)程能夠簡潔地規(guī)劃出符合工況的工控軟件。該軟件還支持與其他計算機應(yīng)用程序(如Excel、VB)進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)共享和功能交換，故而能夠方便地列出各種表格(包括日報表、月報表、班級報表等)。另外，該軟件是可以實現(xiàn)組網(wǎng)功能的，通過通信協(xié)議能夠與多個遠程節(jié)點進行信息共享。

本文一方面介紹了組態(tài)監(jiān)控軟件，以便把這一技術(shù)應(yīng)用到以后的科研項目開發(fā)中去；另一方面把組態(tài)軟件應(yīng)用到PLC的教學(xué)中，討論了組態(tài)軟件的監(jiān)控（控制）能力與PLC電氣控制聯(lián)合使用的途徑[1]。

二、該系統(tǒng)當(dāng)中使用到的硬件和軟件

利用組態(tài)軟件全真模擬PLC的控制對象，學(xué)習(xí)者不需要實物而通過微機的顯示器就可檢驗所編程序的正確與否和執(zhí)行結(jié)果，這種新的實驗教學(xué)方式能讓學(xué)習(xí)者更加方便[2]。從教學(xué)意義上來說，實現(xiàn)了被控對象的仿真，既可以避免真實被控對象的局限性，又可以降低成本，使仿真目標(biāo)多元化，以此來擴展課堂的實驗內(nèi)容，提升學(xué)生的綜合實操水平，豐富學(xué)生的工程實踐經(jīng)驗，達到全方位教學(xué)的目的。

（一）硬件

（1）自動緩沖庫的總體組成

自動緩沖庫是由三個緩沖倉庫、兩條傳送帶、運動機械及電氣控制等組成。

（2）機械部分

機械部分主要是由5個電機通過皮帶、鏈條拖動。

（3）PLC

本文將介紹以日本松下公司生產(chǎn)的傳感器、PLC（可編程序控制器）以及電磁閥等器件組成電氣控制部分。日本松下公司使用傳感器來進行數(shù)字量和模擬量信號的采集工作，利用PLC來實現(xiàn)編程工作，并且讓同步電機與直流電機能進行一些復(fù)雜的位置控制和時間順序上的邏輯控制等一系列功能。

多臺可編程序器聯(lián)網(wǎng)控制的數(shù)學(xué)模型，在通信協(xié)議方面則可利用速度較低的工業(yè)以太網(wǎng)來實現(xiàn)，而在用來監(jiān)控的上位機層面，完全可以優(yōu)化多臺模型PLC；該系統(tǒng)可以類比于實際監(jiān)控工業(yè)現(xiàn)場情況的設(shè)備，它是囊括了檢測監(jiān)控技術(shù)、PLC電氣控制技術(shù)、工業(yè)化局域網(wǎng)技術(shù)的高度仿真實物數(shù)學(xué)模型。

（4）系統(tǒng)硬件的運行

要給系統(tǒng)上電，PLC（松下生產(chǎn)的可編程序控制器）會率先將進料傳送帶進行啟動，然后由相應(yīng)位置的傳感器檢測物料情況，倘若沒有檢測到物體，傳送帶運轉(zhuǎn)一個周期，然后將自動停止該傳送帶的等待上料步驟；如果傳感器檢測到物料，則繼續(xù)傳遞信息至PLC，繼續(xù)完成傳送帶的運轉(zhuǎn)；1#傳感器檢測到物體，并且該物體是1#庫內(nèi)的物料，則送料傳送帶會自動停止，同一時間1#庫進料氣缸開始裝載該物料。如果不是1#庫內(nèi)的物料，則1#傳感器沒有動作，進料傳送帶則繼續(xù)送料，當(dāng)?shù)竭_2#傳感器時，2#傳感器開始檢測，如果檢測到物料為2#庫的物料時，傳感器反饋信號送到PLC上，由PLC控制使送料傳送帶停止，同時2#庫進料汽缸動作裝載該物料。如果不是2#庫的物料時，2#傳感器不動作，進料傳送帶繼續(xù)向前送料，當(dāng)?shù)竭_3#傳感器時，3#傳感器開始檢測，如果檢測到物料為3#庫的物料時，傳感器反饋信號送到PLC上，由PLC控制使送料傳送帶停止，同時3#庫進料汽缸動作裝載該物料。分揀裝載任務(wù)完成。根據(jù)需要，操作員在上位機上選擇該物料，PLC會根據(jù)上位機的指令控制物料庫將該物料自動放到對應(yīng)的出料口，然后出料汽缸會將該物料放到出料傳送帶上送出。

（二）軟件

前面介紹了本文當(dāng)中應(yīng)用到的硬件（包括PLC），那么本文中提到的組態(tài)又有什么具體含義呢？它在工業(yè)當(dāng)中又處于怎樣的地位呢？在工業(yè)現(xiàn)場當(dāng)中，組態(tài)是利用軟件實現(xiàn)界面控制的有效途徑；它是利用應(yīng)用軟件當(dāng)中的方法和工具來實現(xiàn)工程實踐當(dāng)中某一具體操作任務(wù)并實時反饋到可視界面的過程。

（1）組態(tài)軟件的優(yōu)勢

在組態(tài)軟件及相關(guān)技術(shù)尚未誕生時，要實現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場的上位機監(jiān)控及遠程操作都是通過計算機編寫程序來實現(xiàn)的。在程序的編寫方面，需要投入大量的人力、物力以及時間成本，還要克服程序漏洞的因素。而隨著組態(tài)軟件的出現(xiàn)，大大縮短了該工程的時間，也節(jié)省了人力和物資成本。

組態(tài)是一款專業(yè)性較強的軟件，各種組態(tài)軟件都有自己針對的領(lǐng)域。組態(tài)的概念最早出現(xiàn)在工業(yè)計算機控制中，能夠完成人機交互界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件。

與傳統(tǒng)的監(jiān)控界面相比較，組態(tài)并不需要專門的程序編輯作為監(jiān)控和遠程控制的支撐，這樣就大大拓展了該軟件的應(yīng)用范疇，也讓更多人可以迅速掌握該軟件的使用。然而，一些特殊工業(yè)現(xiàn)場需要的靈活性不局限于已有的情況，需要進行簡單的程序編輯，組態(tài)內(nèi)也支持相應(yīng)的編譯方法，如VB、BASIC等編程語言，都能夠被組態(tài)所識別。

（2）本文涉及的組態(tài)軟件的特點

本文涉及的軟件是我國自行研發(fā)的組態(tài)軟件，該軟件已經(jīng)較為普遍地應(yīng)用在工業(yè)自動化控制的各個場所當(dāng)中。該軟件可以在主流的微型計算機上構(gòu)建工業(yè)現(xiàn)場情況，并且是以人機交互界面展現(xiàn)監(jiān)控和遠程控制的軟件，它以視窗操作系統(tǒng)的中文版為操作平臺，能夠利用視窗操作系統(tǒng)的強大功能及圖形界面優(yōu)良的特點，能夠建立自己的數(shù)據(jù)采集數(shù)學(xué)模型并加以應(yīng)用，并且能夠?qū)F(xiàn)場采集到的信息準(zhǔn)確、實時地傳送到相應(yīng)的控制單元（相應(yīng)的按鈕符號），實現(xiàn)了對工業(yè)現(xiàn)場的實時監(jiān)控和及時干預(yù)。該軟件可以與多種智能及自動化設(shè)備進行實時有效的通信，讀取和發(fā)送數(shù)據(jù)及指令；還可以和可編程序控制器聯(lián)機通信：讀取輸入狀態(tài)并發(fā)送控制指令；可以完成故障查詢、報警和打印等命令和要求；組態(tài)可以組成優(yōu)質(zhì)畫面，同時真實地反映現(xiàn)場狀態(tài)；工程設(shè)定及配方輸入多樣，適應(yīng)工況能力較強；可以根據(jù)現(xiàn)場需求來讓不同職權(quán)范圍的員工完成自己相應(yīng)權(quán)限內(nèi)的操作。

三、該組態(tài)軟件在自動緩沖庫系統(tǒng)當(dāng)中的具體應(yīng)用

該軟件被用在自動緩沖庫中的控制當(dāng)中。

（一）界面畫面的制作

用組態(tài)王繪制出如圖1。需要注意，在繪制過程當(dāng)中，要合理掌握顏色和間距，確保操作人員能直觀準(zhǔn)確地對系統(tǒng)內(nèi)的情況進行觀察和分析。

2014—2017年，膠東地區(qū)持續(xù)干旱，降水量較常年偏少30%以上，治理區(qū)周邊多處水井干涸。但治理區(qū)內(nèi)所施工水井因構(gòu)造導(dǎo)水作用和充足的蓄水空間保障，在農(nóng)灌抗旱過程中為當(dāng)?shù)卮迕裉峁┝顺掷m(xù)可靠的穩(wěn)定水源，使周邊近6.67hm2農(nóng)田得到有效灌溉。

圖1 自動緩沖庫的組態(tài)監(jiān)控界面

（二）變量的定義

這是組態(tài)王的工程瀏覽器窗口如圖2所示。左邊是工程目錄區(qū)，右邊是目錄內(nèi)容顯示區(qū)。定義變量時，點擊左邊是工程目錄區(qū)的數(shù)據(jù)詞典，右邊就會相應(yīng)地出來定義變量。

圖2 工程瀏覽器

如上圖2雙擊右邊的新建，就會出現(xiàn)下圖3。

圖3 定義變量

本系統(tǒng)的變量如下表所示。

變量定義表

變量名WL16 WL17 WL18 WL19 WL20 WL21 WL22 WL23 WL24 y Y1 Y2 Y3 Y4 Y5變量類型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型連接設(shè)備松下松下松下松下松下松下松下松下松下松下松下松下松下松下松下寄存器L16 L17 L18 L19 L20 L21 L22 L23 L24 D501 EV111 EV112 EV113 D503 D505

圖3是對WL16變量的定義。變量名是唯一標(biāo)識一個應(yīng)用程序中數(shù)據(jù)變量的名字。連接設(shè)備采用的是松下FP系列PLC。寄存器為L16，要和PLC對應(yīng)，才能和PLC通信上。其他變量也是根據(jù)不同的需要來定義的。

（三）動畫的連接

圖4 動畫連接

用鼠標(biāo)左鍵雙擊物料的顯示圖標(biāo)，出現(xiàn)如圖4所示的圖表，那么需要設(shè)置的則是彈起和隱含時需要選擇的選項。

隱含的選項是為了反映物料的具體情況，彈起則是對應(yīng)此刻有物料在傳感器所檢測位置的情況，使其能夠進行手動出料的動作。隱含和彈起時兩個選項的設(shè)置如圖5和圖6所示。

圖5 隱含選項的設(shè)置

圖6 彈起時選項的設(shè)置

其他物料的設(shè)置如圖6所示，只是所對應(yīng)的參數(shù)有些改變而已。組態(tài)的監(jiān)控設(shè)置到此設(shè)置完畢。

（四）組態(tài)軟件的運行

完成上述三個步驟后，組態(tài)軟件的實時數(shù)據(jù)采集即可完成，只要打開上位機并用鼠標(biāo)左鍵雙擊組態(tài)軟件圖標(biāo)，使其運行，即可完成對系統(tǒng)的遠程控制和自動化控制。

四、結(jié)語

自動緩沖庫的上位組態(tài)設(shè)計是組態(tài)與可編程序控制器結(jié)合的典型案例，該案例為國產(chǎn)組態(tài)軟件的推廣以及工業(yè)現(xiàn)場的自動控制和遠程控制提供了良好的范例，能夠為我國工業(yè)現(xiàn)代化的道路探索以及后續(xù)的智能化工業(yè)建設(shè)作出建設(shè)性的探索。筆者期望能夠有更多更好的自動化控制范例應(yīng)用到我國的工業(yè)生產(chǎn)實際中去，讓我國的工業(yè)化、現(xiàn)代化建設(shè)更上一個臺階。