基于組態軟件及PLC的步進小車控制

李慶梅 LI Qing-mei；瞿新 QU Xin

（湖南鐵道職業技術學院，株洲412001）

0 引言

在現代的工業環境中，小車廣泛地用于工業運料的主要設備之一，小車的控制方式也多種多樣，從傳統的繼電器控制發展到現在的單片機控制、PLC控制等。本文采用步進電機控制小車，它的主要優勢在于控制簡單，我們在控制步進電機時，不需反饋就能對位移和速度進行精確控制，并且為了更方便的對運輸現場實施監控，傳統的指示燈報警和提示已不能滿足要求。人們需要掌握小車的實時運行路徑、了解小車的工作狀態、記錄小車的運行歷史并能夠隨時修改小車的運行參數和調用歷史數據，還需要按照可視和可控的格式，實時傳輸、管理和顯示這些信息。

1 步進小車的監控系統方案設計

1.1 監控系統要求 在本系統中，有一個裝料站，兩個卸料站，分為自動和手動兩個部分，當選擇自動的時候，小車會在裝料站進行裝料，結束后就先后運往兩個卸料站，再如此循環。如選擇手動的時候，某卸料站發送呼叫請求，系統檢測小車的狀態，如果狀態為“閑”時，由小車將料直接送到該站點；如為“忙”時等待，直到為“閑”時小車才執行操作。出現故障，則發出報警信息。

1.2 監控系統構成 為了實現系統控制要求，采用北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司的MCGS[1]組態軟件作為上位機的監控軟件，西門子公司的S7-200PLC為現場控制器，步進電機和YKA2404YC步進驅動器為小車驅動器，實現對小車精確定位及調速控制，在每個站點都有檢測裝置及站點閥門裝置信號通過S7-200的數字量輸入端送入上位機，上位機經過信息處理后將控制信號送入S7-200的數字量輸出端，驅動步進電機的運行，進而實現對小車的控制，系統工作原理如圖1所示。

2 硬件設計

圖1 監控系統工作原理

步進電機與PLC的接口。系統硬件采用西門子S7-200PLC為控制器，YKA2404YC驅動器驅動步進電動機對小車進行控制，步進小車硬件接線圖如圖2所示，PLC的Q0.0發送高速脈沖給步進電動機，Q0.1為步進電動機的方向控制信號。

圖2 步進小車硬件接線圖

3 軟件設計

下位機PLC現場采集的數據參數通過RS-232接口傳遞至上位機中[2]，由MCGS負責進行狀態監控和流程控制。MCGS組態對系統狀態進行監控，對運行流程進行控制，在系統運行過程中提供歷史數據查詢。組態部分的設計主要有數據庫設計，界面設計，流程控制，設備通信等。

3.1 監控界面設計 MCGS通用版由組態環境和運行環境兩個部分組成，組態環境用于用戶窗口組成的圖形對象，與實時數據庫中的數據對象建立連接關系，以動畫形式實現數據的可視化；運行策略通過策略構件，對數據進行操作和處理。本系統需要的數據變量及連接的PLC地址變量對應關系如下，篇幅限制，只列出主要變量，如表1所示。

表1 主要變量

3.2 程序設計 系統采用以PLC控制為主，MCGS組態作為監控，在S7-200的編程軟件STEP 7-MicroWIN中編寫系統所用控制程序。該程序分為主程序、全自動子程序、手動子程序前進控制子程序、后退控制子程序及前進控制中斷和后退控制中斷等全自動子程序主要完成裝料、前進、卸料、后退的主要過程。裝料時電磁閥打開，由時間限定后，前進由步進電動機控制小車前進到達目的地，小車卸料再步進電動機反轉達到后退的目的。程序編寫思路如圖3所示。把程序下載到S7-200PLC中后，啟動PLC的RUN狀態，退出STEP 7-MicroWIN。

圖3 步進小車自動往返組態界面

在組態界面中，為了讓組態界面的動作狀態能夠顯示在上位機上，需要在組態中編制小車移動量的程序，通過以上設置和編程，進入MCGS組態的設備窗口，在“西門子-S7200PPI”的“設備調試”選項欄觀察到“通信狀態”標志欄顯示為0，即為通信成功，此時可以運行MCGS軟件，對步進小車進行操作。以下是步進小車自動往返系統的部分腳本，主要功能是實現小車的前進、后退及停止：

IF小車1=1 then；水平移動量=水平移動量+1；裝料點=0；END IF；IF小車2=1 then；水平移動量1=水平移動量 1+1；卸料點 1=0；END IF；IF 停止=1 THEN；水平移動量=0；水平移動量 1=0；END IF。

4 結束語

在步進小車自動往返系統中由現場控制層和上位機監控層所組成。現場控制層以PLC為控制器實現對步進電機的啟停、轉向及調速控制；上位機監控層基于MCGS平臺開發，對數據集中處理，通過指示燈的亮滅表明系統的運行狀況，可視性強，通過標簽按鈕顯示系統的關鍵運行參數，對于錯誤的產生進行報警提示。對小車的運行方向，站點的判斷，裝卸貨的過程進行合理的控制，方便人們對現場進行控制和管理。本系統的研發為構建基于組態軟件和PLC的步進電機分布式控制系統提供了有益的借鑒。

圖4 全自動子程序流程圖

圖5 前進子程序

[1]袁秀英等.計算機監控系統的設計與調試——組態控制技術(第 2 版)[M].北京:電子工業出版社，2010，1.

[2]錢宗斌，姚燁.基于組態軟件及PLC的運料小車控制[J].電腦知識與技術，(2013)08:1806-1809.

[3]楊慶煊,王曉軍.基于PLC搖臂鉆床自動控制系統的改造[J].煤礦機械，2008(12).