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1、基于INTOUCH组态软件的小车自动往返循环控制系统设计1 引言70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器。随着现代工业设备的自动化越来越多的工厂设备采用PLC,变频器,人机界面自动化器件来控制,因此自动化程度越来越高。送料小车控制系统使用了PLC控制，采用了MODBUS通信协议实现PLC与InTouch之间的通讯。被控对象是送料车，属于自动循环控制系统，该系统能安全、可靠运行的情况，实现计算机自动监控。 2 总体方案设计本系统采用了PLC控制原理，设计总体控制方案，用IN
2、TOUCH组态软件进行实时控制的监控。21 送料车自动循环控制系统的构成送料车由电动机拖动，电动机正转车子前进，电动机反转车子后退。在装料和卸料的地方有限位开关来实现，当小车到达卸料处时，碰到限位开关SQ2，实现小车的停车和卸料动作；当小车到达装料出时，碰到限位开关SQ1，实现小车的装料动作。22 工作过程（1）第一次按下送料按钮，预先装满料的小车前进送料到达卸料处（SQ2）自动停下来卸料。（2）经过卸料所需设定的时间2延时后，车子则自动的返回到装料处（SQ1）。（3）经过装料所需设定的时间1延时后，车子自动的再次前进送料，卸完料后车子又自动返回装料，如此自动往返循环送料。当输入为停止信号时，
3、系统将停止运行。工作过程如图2.1所示:小车后退小车装料小车卸料小车前进开始信号 图2.1送料车工作过程流程图23 方案设计根据控制目的和要求，经过仔细分析各种因素，制定了整体的设计方案：以西门子的PLC(S7-224CN)为核心，完成对输入输出点的控制。监控系统通过MODBUS通信协议与PLC(S7-224CN)进行I/O点的通信。输入部分包括：启动/停止按钮输入;输出部分包括:装料和卸料的控制,电机的正转与反转的控制。模块框图如图2.2所示:信号输入部分信号输出部分西门子PLC S7-200控制器CPU 224 MODBUS通信协议INTOUCH监控界面图2.2总体方案设计方框图3 硬件设
4、计根据控制要求，主控设备选用PLC S7-200 CPU 224，小车的行程控制采用限位开关（2个），系统的启动、停止、采用按钮实现，输出采用接触器（2个）控制，一个实现前进，另一个完成后退功能，直接用来控制电机的正反转来实现,电机不转时就是小车停止的实现。PLC控制器的选择如表3.1：表3.1 控制器CPU技术参数定时器总数256定时器；4个定时器（1ms）；16定时器（10 ms）；236定时器（100 ms）内部存储器位掉电保存256（由超级电容或电池备份）112（存储在EEPROM）布尔量运算执行时间0.22s每条指令PPI,DP/T波特率9.6、19.2、187.5Kps点到点(PP
5、I主站模式)是（NETR/NETW）MPI连接共4个，2个保留（1个给PG，1个给OP）存储器用户程序大小运行模式下编辑8192字节12288字节数字I/O映象区256(128输入/128输出)本机数字量I/O4输入/4输出掉电保持（超级电容）100小时/典型值（40C时最少70小时）采用PLC控制的输入输出装配接线图如图3.1：图3.1 硬件电路图 4 软件设计41 PLC程序编写根据控制要求，使用专用编程软件，编写PLC控制程序，控制程序包括启动、停止按钮、数据采集等。本实验要用到的是I/O数字量，实验中采用了四个输入四个输出的I/O点，I/O点分配如表4.1：表4.1 I/O点分配输入点
6、输入点作用输出点输出点作用I0.0启动按钮SB0 Q0.0前进KM1I0.1停止按钮SB1Q0.1卸料KM2I0.2前进限位开关SQ2Q0.2后退KM3I0.3后退限位开关SQ1Q0.3装料KM4继电器为五个，如表4.2所示：表4.2 继电器继电器名称继电器作用M0.0启动/停止SM0.1主站通讯协议SM0.0从站通讯协议T37卸料延时10 ST38装料延时10 S42、监控软件设计送料车自动往返循环控制系统的监控界面组态软件作为开发平台，主要有控制对象的图形界面和数据库变量组成，数据库变量通过通信接口与PLC进行I/O联接，完成数据交换。创建新的应用程序关系横的一般过程是：绘制图形界面、创建
7、数据库、配置I/O数据联接、建立动画连接、运行及调试。43、通讯软件设计本实验采用了MODBUS通信协议实现PLC与InTouch之间的通讯。本实验用动态数据交换（DDE）实现数据交换。它在同时运行的两个应用程序之间实现一种客户端与服务器关系，服务器应用程序提供数据，并接受对这些数据感兴趣的任何其它应用程序的请求。发出请求的应用程序被称为客户端。5 组态界面设计当程序开始时，小车是装满料的，小车开始前进，此时组态界面的前进显示灯亮，直到小车卸料处（SQ2）自动停下来卸料，此时组态界面的前进显示灯亮，经过卸料所需设定的时间2延时后，车子开始后退，此时组态界面的后退显示灯亮，直到小车到达装料处（S
8、Q1）自动停下来装料，此时组态界面的装料显示灯亮，经过装料所需设定的时间1延时后，车子自动的再次前进送料，卸完料后车子又自动返回装料，如此自动往返循环送料。当输入为停止信号时，系统将停止运行。由于实验设备以及软件的原因，MODBUS通信协议实现PLC与InTouch之间的通讯的功能无法实现，因此只能用InTouch软件将整个过程以动画的形式表现出来，标记名字典以及部分脚本如下：51 标记名字典标记名字典如表5.1所示:表5.1 标记名字典序号标记类型初始值最小值最大值备注1start内存离散关闭无无启动2zhuang内存离散关闭无无装料3ahead内存离散关闭无无前进4xie内存离散关闭无无卸
9、料5rightlevel内存整型00100小车前进6liaolevel内存实型00100小车液位上升7caolevel内存实型00100槽液位上升 5. 2 动画编程521 动作脚本共设置了6个按钮,分别为运行、复位、装料、前进、卸料、后退。分别双击各按钮，此时出现动画选择对话框。选择触动链接 - 触动按钮 - 动作动画链接，此时出现触动 - 动作脚本编辑器。确保选择条件类型 = 鼠标左键/ 键按下时，此脚本在按下该按钮之后产生一个动作。分别输入以下脚本：（1）运行：start=1;（2）复位：caolevel=0;liaolevel=0;rightlevel=0;xie=0;zhuang=0
10、;ahead=0;start=0;（3）装料：zhuang=1;（4）前进：ahead=1;（5）卸料：xie=1;（6）后退：ahead=0;522 条件脚本通过单击脚本前面的 + 号展开脚本列表， 使用鼠标右键单击脚本 / 条件，然后选择新建。新建以下脚本：（1） 条件：ahead条件类型：a、为真期间（每100毫秒）脚本：IF rightlevel0 THEN rightlevel=rightlevel -3;ENDIF;IF caolevel0 THEN caolevel=caolevel -1;ENDIF;（2） 条件：start条件类型：为真时脚本：zhuang=1;liaolev
11、el=97;（3） 条件：xie条件类型：为真期间（每100毫秒）脚本：IF liaolevel40 THEN liaolevel=liaolevel -1; caolevel=caolevel+1;ELSE IF liaolevel=40 THEN xie=0; ahead=0;ENDIF;ENDIF;（4） 条件：zhuang条件类型：a、为真期间（每100毫秒）脚本：IF liaolevel97 THEN liaolevel=liaolevel+1;ELSE IF liaolevel=97 THEN zhuang=0; ahead=1;ENDIF;ENDIF;b、为真时脚本：liaole
12、vel=40;523 InTouch动画界面InTouch动画界面如下图所示，具体过程为：复位（图5.1）、前进（图5.2）、卸料（图5.3）、后退（图5.4）、装料（图5.5）。图5.1 复位图5.2 前进图5.3 卸料图5.4 后退图5.5 装料6 PLC梯形图程序7 安装调试过程71 PLC的安装方式S7-200的安装方法有两种：底板安装和DIN导轨安装。底板安装是利用PLC机体外壳4个叫上的安装孔，用螺钉将其固定在底板上。DIN导轨安装是利用模块上的DIN夹子把模块固定在一个标准的DIN导轨上，导轨安装既可以水平安装，也可以垂直安装。72 安装环境PLC适用于工业现场为了保证其可靠性，
13、延长使用寿命，安装时注意环境：温度0到55度，湿度在35%到85%之间，周围无易燃和腐蚀性气体、过量的灰尘和金属颗粒，避免过度的震荡和冲击，避免太阳光的直射和水的溅射。73 安装注意事项PLC的所有单元都要在断电的情况下进行安装和拆卸；切勿将导线头、金属屑落入机体内；模块周围留出一定的空间，便于通风和散热；还有是尽量与产生高电子噪声的设备（如变频器）分开。PLC具有很完善的自诊断功能，如果出现故障，借助自诊断程序可以方便的找到出现故障的部件，更换后就可以恢复正常工作。实践表明，外部设备的故障率远远高于PLC，所以对PLC构成的控制系统进行维护和检查是必不可少的，一般没半年应对PLC系统进行一次
14、周期性检查。74 调试中遇到的问题及解决办法流程图具有良好的可读性，可以先看流程图，然后再看程序，将程序仔细分析并预测结果，最后再上机运行程序，观察运行结果，看是否符合控制要求。若出现问题，请具体分析。如果是局部问题，可充分利用监控和预测功能进行功能调试；如果是出现整体错误，应重新审核程序并进行修改。对照编程原则和变成方法以及自己的编程思路进行检查。7.4.1 各状态步的驱动处理的检查运用监控和测试手段，强制对应的状态元件激活，看负载是否能驱动。如果能正常驱动，表明驱动正常，问题在状态转移处理上；如果不能驱动，表明问题在程序上。则仔细检查程序原则的使用和编程语言的运用。7.4.2 状态的转移处
15、理的检查同样运用监控和测试手段，首先使功能流程图的初始化状态激活，依次使转移条件激活，监控各状态是否能按照规定的顺序进行转移。如果不能正常转移，故障为状态转移处理上。7.4.3 常见的故障编程故障，没有正确使用编程原则和方法，或程序书写有错。还有可能是输入错误，在程序输入时出现手误。所以在编写程序时一定要仔细细心，编写完成后要仔细检查，尽量减少错误的可能性。8 测试结果分析测试时，PLC程序正确，可以模拟出符合要求的结果，并成功将程序下载进入PLC控制器CPU中。PLC硬件连接正确，可以实现预定的功能。在调试运行过程中，各个过程的运行符合控制要求，在小车的前进（如图8）时前进显示灯亮、卸料（如
16、图9）时卸料显示灯亮、后退（如图10）时后退显示灯亮、装料（如图11）时装料显示灯亮，在整个循环送料的过程中，INTOUCH监控界面的相对应的灯的指示符合设计要求，可以对送料小车自动往返循环控制系统进行实时的监控。总 结 这是一次历时长达四个星期的创新实践与设计，也是我们自动化专业学生在毕业前的第一次实践。通过这次设计，使我受益匪浅，主要表现在以下几个方面： （1） 通过这次实践，我基本掌握了组态软件InTouch界面设计，对西门子PLC的编程以及应用和MODBUS通信协议也有了一定的了解。由于实验设备以及软件的原因，MODBUS通信协议实现PLC与InTouch之间的通讯我们无法实现，因此我
17、们只有通过在组态软件InTouch中用动画的形式把整个过程表现也来。而InTouch实现动画的编程语言和以前我们学过的VFP以及VB很类似。而在以前学习VFP以及VB时，我们很多同学都认为这两门语言都已经过时了，我们应该去学习时下流行的.NET和JAVA，但是通过这次设计我发现，编程思想以及程序的算法往往比编程语言更重要。 （2）我们这一组做的是基于西门子PLC的送料车自动往返循环控制，在做小车实现循环控制时，我们想用循环指令去做。但是我们在查资料的过程中发现，PLC的程序运行本身就跟单片机不同，它的程序是循环扫描的，也就是说从第一步运行到最后一步，然后自动跳到第一步循环执行，所以在小车循环控
18、制根本不需要用循环指令。由此我认为，在PLC开发中，经验往往是很重要的。而多去做实践有利于经验的积累，这应该是我们这次创新实践与设计的意义所在。 （3）我们以前学的是三菱的PLC，而这次设计要求我们用西门子的PLC。通过对比我们发现，三菱与西门子的PLC在梯形图的格式和指令以及编程软件不同外，其基本思想是相同的，因此我们没有花很长时间就把梯形图用西门子的PLC编了出来。由此我发现，其实PLC也好，单片机也好，只要学会并精通其中的一种，对其它类型的PLC也就能触类旁通，以不变应万变了。 (4) 做完这个设计后，我对PLC的总体感觉是：PLC比较适合于工程控制，它比用单片机控制要简单一些。可以假设
19、一下，假如用我们这以前学的微控制器（MC68HC908GP32单片机）来做的话，难度应该大很多。而且网上的相关资料显示，PLC比较适合于环境比较恶劣的工业现场。因此，通过做课程设计，我对PLC这门课程的重要性又有了更深刻的认识。致 谢在做创新设计的这段时间里，我们曾经遇到过很多的难题，也产生了很多的疑问。但在老师和同学们的帮助以及自己的不断努力下，终于成功地完成了这次创新设计。在这里，我们要首先感谢我的指导老师*，他给了我们很大的支持、鼓励和帮助。在我们遇到问题的时候，他们总是很及时地给我们指点迷津，提出建议，使我们不致于在盲区内停留太久。在创新设计的这段时间里，老师以其严谨求实的治学态度，高
20、度的敬业精神，孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我们影响很大。他们渊博的知识，开阔的视野和敏锐的思维让我们敬佩不已。当然，在此期间和我一起做设计的同学们也是纷纷帮我们出谋划策，提出很真诚的建议，使我们受益匪浅，请我们表达对你们深深地谢意。最后，感谢我们的学院为我们提供了宽广的空间和先进的试验平台，使我们在设计期间敢想敢做，有了充足的动手余地。参 考 文 献1 严盈富.西门子S2-200 PLC入门M.北京：人民邮电出版社，20052 戴仙金.西门子S7-200系列PLC应用与开发M.北京：中国水利水电出版社3 马正午.过程可视化组态软件InTouch应用技术M.北京：机械工业出版社4 常晓玲.电气控制系统与可编程控制器M.北京：机械工业出版社，200317