基于組態王軟件的小車運動控制系統設計

董海兵+姚勝興

收稿日期：2013-05-28

基金項目：湖南省大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目（湘教通[2012]402）

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

通訊聯系人，E-mail：cooldhb@163.com

文章編號：1003-6199（2014）03-0018-04

摘 要：運料小車在現代化的工廠中普遍存在，傳統的工廠依靠人力推車運料，這樣浪費了大量的人力物力，降低了生產效率。而現代工業生產中大量運用PLC控制運料小車，并結合組態軟件完成數據通信、網絡管理、人機界面和數據處理，實現控制系統的實時監控、數據的實時采樣與處理。鑒于此，本文探討基于西門子公司S7-300系列PLC和亞控公司組態王組態軟件的小車運動控制系統的方案設計，并在實驗平臺上進行調試。結果表明，該系統具有快、準、穩等優點，使生產自動化，智能化，大大提高了生產效率，降低了勞動成本，在工業小車控制領域具有廣泛的應用前景。

關鍵詞：PLC；小車；組態王；控制； 調試

中圖分類號：TP311.11 文獻標識碼：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和組態技術的小車運動控制系統設計，主要目的是通過對運料小車設備的電氣控制裝置的設計實踐，掌握一般電氣控制系統設計過程、設計要求、完成的工作內容和具體設計方法。小車是現代工業生產中用于物料輸送的重要設備，在傳統的控制方式下，大都采用了人工操縱的半自動控制方式[1]。在許多場合，為提高工作效率、促進生產自動化和減輕勞動強度，往往需要實現小車的自動化控制，使小車能夠按照預定順序和控制要求，自動完成一系列工作[2]。

2 小車運動控制系統下位機設計

2.1 小車控制流程

小車運動控制系統有手動控制和自動控制兩種方式，可任意切換選擇方式運動[3]。小車控制流程如圖1所示。

當執行程序滿足自動運行條件時，小車實現自動運行。否則，小車按手動控制方式運行。手動運行的過程為：啟動開始按鈕后，小車復位至可檢測位置，進入手動狀態。點動“1、2、3、4”定位按鈕時，小車能運動至指定位置。如：當小車停止在3號位置右側時，點動“3”號定位按鈕，小車左行至3號位置；當小車停止在3號位置左側時，點動“3”號定位按鈕，小車右行至3號位置。小車手動運行的控制流程如圖2所示。

小車的自動運行過程為：小車復位至4號位置。隨后小車以快速方式由4號位置運行到3號位置，接著再以快速方式由3號位置運行到4號位置；隨后小車以慢速方式由4號位置運行到2號位置，接著再以慢速方式由2號位置運行到4號位置；隨后小車以快速方式由4號位置運行到1號位置，接著再以快速方式由1號位置運行到4號位置。這樣小車就完成了一個周期的運行，接下來小車按上述方式進行自動循環運動。小車自動運行的控制流程如圖3所示[4]。

2.2 小車控制系統輸入輸出分析

分析小車控制系統可知，該系統的輸入信號有：“1”號鍵值信號、“2”號鍵值信號、“3”號鍵值信號、“4”號鍵值信號、1號位傳感器信號、2號位傳感器信號、3號位傳感器信號、4號位傳感器信號、手動/自動模式選擇開關、啟動/停止選擇開關；該系統的輸出信號有：數碼顯示控制端子A、數碼顯示控制端子B、數碼顯示控制端子C、電機正轉、電機反轉、快速、慢速、報警等。PLC的接線圖如圖4所示[5，6]。

2.3 下位機控制程序設計

本文下位機采用西門子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，要正確建立下位機西門子S7-300PLC和上位計算機之間的通信連接。西門子S7-300系列PLC，與PC機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，通信方式設置成PROFIBUS方式；（2）通過遠程以太網的方式來建立通信，通信方式設置成TCP/IP方式。本系統采用第2種方式，通過網絡下載程序[7]。

3 小車運動控制系統上位機設計

設計一套完整的監控系統，除了下位機的PLC編程以外，上位監控計算機的組態也尤為重要。對于小車而言，完整的監控系統拓撲圖如圖5所示[8]。

本文探討的小車運行控制系統上位機軟件中的通信建立和界面組態環境采用組態王軟件平臺。組態王是用于監控工控現場的一個組態軟件。它具有適應性強、開放性好、易于擴展、經濟、開發周期短等優點 ，用戶可以在這個設計環境中來完成不同的畫面設計、動畫連接等工作，簡單方便地組成系統監控畫面，并且以動畫運動的方式來顯示系統控制設備的不同時期的狀態，還具有報警窗口的設置和實時趨勢曲線的繪制等功能[9]。

3.1 組態工程建立

在計算機桌面上雙擊軟件圖標，打開組態軟件新建工程，建立小車運動控制組態控制人機界面文件。

3.2 驅動連接

添加工程中需要的硬件設備，在組態王工程瀏覽器樹型目錄中，選擇設備項中的板卡，該步至關重要，是確保上位機人機界面和下位機PLC正常通信的基礎。在該界面中選擇正確的PLC機型，并設置好在控制程序中已經配置好的IP地址。此IP地址是PLC的IP地址，和上位機的IP地址為同一網段。

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鍵的，在組態王和PLC之間傳輸的變量都是I/O類型的，寄存器和數據類型要與程序中一致，否則組態王就無法和PLC建立正確的通信。

3.4 人機界面組態

變量定義完畢后進行畫面的組態，在工程瀏覽器界面點擊新畫面建立，進入組態畫面圖形編輯界面，界面有很多工具箱方便編輯圖形使用，點擊界面的圖庫菜單，選擇打開圖庫，則出現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，排列好系統組態圖，并將變量和控制程序中的寄存器進行關聯。變量關聯完成后，整個界面組態就完成了，最終的小車運動控制系統上位機監控組態畫面圖如圖6所示。

4 小車運動控制系統調試

4.1 實物調試

下位機控制程序和上位機人機監控界面設計完成后，可在THNY-2工業全數字運動控制統實驗平臺上進行手動控制和自動控制的調試。THNY-2工業全數字運動控制統實驗平臺是由控制系統和對象模型兩大部分，控制系統包含了西門子S7-Technology系列的CPU、IM174接口模塊、ASi接口模塊、以太網模塊、LOGO！模塊以及ASi接口模塊、共集成了PROFIBUS總線技術、ASi總線技術以及運動工藝控制功能。各分系統獨立安裝于掛件箱中，模塊上的IO端口均引出到面板的實驗導線插口上，相關資源可以充分的利用[11]。

4.2 調試結果

利用上述實驗平臺，將編寫好的程序下載到PLC的CPU中，借助組態王設計的人機界面即可實現對小車運行的手動控制和自動控制。在組態界面上點擊相應的按鈕，小車即完成相應的運行。比如在“手動”狀態下，點擊 “啟動”按鈕后，小車復位到4號位置。若再點擊“鍵2”時，小車即向左運行到2號位置停止。

5 結 論

本文探討了如何將組態王軟件和西門子PLC 相結合起來實現一個小車運動監控系統，根據這一思路對小車的運行情況進行監視和控制。以組態王在PLC小車運行控制中的監控為設計目標，針對PLC和組態王設計的特點，分別從系統綜合分析、系統板塊的PLC程序設計、系統板塊的組態王仿真設計以及對整個系統的調試運行等方面進行了闡述。組態王在PLC小車運行控制中的應用雖說在PLC設計方面是比較傳統的領域，但是，它關系到用戶運行系統的的穩定性和可靠性，所以關于它的設計準確性還是不容小視的。因此，本文對整個小車控制系統作了較深入的分析，研究了該系統所承擔的運行情況以及運行要求的更改等情況，在已知運行狀況下，通過采用電子驅動和控制，取締以往的繼電器、限位開關等硬件，進而提高了系統的穩定性、可操作性以及可更改性，盡量地從實用的角度出發降低運行成本，在PLC程序中做到了“精、簡”要求，采用組態王進行仿真，能夠真實可靠地實時監控小車運動控制系統，極大地提高了對故障的有效分析和處理。

參考文獻

[1] [德] Hans Berger，西門子S7-300/400PLC編程（第三版）[M].北京：人民郵電出版社，2007.1-200.

[2] 史國生，電氣可編程控制器技術（第三版） [M].北京：化學工業出版社，2010.1-200.

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[4] 賈青.工控計算機和PLC的現狀及其發展.[C] 自動化博覽，2000年第3期.85-88.

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[6] 張萬忠，孫晉。可編程控制器入門與應用實例[M].北京：中國電力出版社，2005：1-200.

[7] 陳立定，吳玉香.蘇開才.電氣控制與可編程控制器[M].廣州：華南理工大學出版社，2001：1-200.

[8] 楊振江.智能儀器與數據采集系統中的新器件及應用[M].西安電子科技大學出版社，2001：12.1-200.

[9] 陳在平.可編程控制器技術與應用系統設計[M].北京：機械工業出版社，2002.10.1-200.

[10]PLC在房間空調器性憾測試系挽中的應用[J].微計算機信息，2005，（2）：15-18.

[11]郭宗仁，李琰.可編程序控制器及其通信網絡技術[M].北京：人民郵電出版社，2000.3.1-200.

2.2 小車控制系統輸入輸出分析

分析小車控制系統可知，該系統的輸入信號有：“1”號鍵值信號、“2”號鍵值信號、“3”號鍵值信號、“4”號鍵值信號、1號位傳感器信號、2號位傳感器信號、3號位傳感器信號、4號位傳感器信號、手動/自動模式選擇開關、啟動/停止選擇開關；該系統的輸出信號有：數碼顯示控制端子A、數碼顯示控制端子B、數碼顯示控制端子C、電機正轉、電機反轉、快速、慢速、報警等。PLC的接線圖如圖4所示[5，6]。

2.3 下位機控制程序設計

本文下位機采用西門子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，要正確建立下位機西門子S7-300PLC和上位計算機之間的通信連接。西門子S7-300系列PLC，與PC機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，通信方式設置成PROFIBUS方式；（2）通過遠程以太網的方式來建立通信，通信方式設置成TCP/IP方式。本系統采用第2種方式，通過網絡下載程序[7]。

3 小車運動控制系統上位機設計

設計一套完整的監控系統，除了下位機的PLC編程以外，上位監控計算機的組態也尤為重要。對于小車而言，完整的監控系統拓撲圖如圖5所示[8]。

本文探討的小車運行控制系統上位機軟件中的通信建立和界面組態環境采用組態王軟件平臺。組態王是用于監控工控現場的一個組態軟件。它具有適應性強、開放性好、易于擴展、經濟、開發周期短等優點 ，用戶可以在這個設計環境中來完成不同的畫面設計、動畫連接等工作，簡單方便地組成系統監控畫面，并且以動畫運動的方式來顯示系統控制設備的不同時期的狀態，還具有報警窗口的設置和實時趨勢曲線的繪制等功能[9]。

3.1 組態工程建立

在計算機桌面上雙擊軟件圖標，打開組態軟件新建工程，建立小車運動控制組態控制人機界面文件。

3.2 驅動連接

添加工程中需要的硬件設備，在組態王工程瀏覽器樹型目錄中，選擇設備項中的板卡，該步至關重要，是確保上位機人機界面和下位機PLC正常通信的基礎。在該界面中選擇正確的PLC機型，并設置好在控制程序中已經配置好的IP地址。此IP地址是PLC的IP地址，和上位機的IP地址為同一網段。

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鍵的，在組態王和PLC之間傳輸的變量都是I/O類型的，寄存器和數據類型要與程序中一致，否則組態王就無法和PLC建立正確的通信。

3.4 人機界面組態

變量定義完畢后進行畫面的組態，在工程瀏覽器界面點擊新畫面建立，進入組態畫面圖形編輯界面，界面有很多工具箱方便編輯圖形使用，點擊界面的圖庫菜單，選擇打開圖庫，則出現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，排列好系統組態圖，并將變量和控制程序中的寄存器進行關聯。變量關聯完成后，整個界面組態就完成了，最終的小車運動控制系統上位機監控組態畫面圖如圖6所示。

4 小車運動控制系統調試

4.1 實物調試

下位機控制程序和上位機人機監控界面設計完成后，可在THNY-2工業全數字運動控制統實驗平臺上進行手動控制和自動控制的調試。THNY-2工業全數字運動控制統實驗平臺是由控制系統和對象模型兩大部分，控制系統包含了西門子S7-Technology系列的CPU、IM174接口模塊、ASi接口模塊、以太網模塊、LOGO！模塊以及ASi接口模塊、共集成了PROFIBUS總線技術、ASi總線技術以及運動工藝控制功能。各分系統獨立安裝于掛件箱中，模塊上的IO端口均引出到面板的實驗導線插口上，相關資源可以充分的利用[11]。

4.2 調試結果

利用上述實驗平臺，將編寫好的程序下載到PLC的CPU中，借助組態王設計的人機界面即可實現對小車運行的手動控制和自動控制。在組態界面上點擊相應的按鈕，小車即完成相應的運行。比如在“手動”狀態下，點擊 “啟動”按鈕后，小車復位到4號位置。若再點擊“鍵2”時，小車即向左運行到2號位置停止。

5 結 論

本文探討了如何將組態王軟件和西門子PLC 相結合起來實現一個小車運動監控系統，根據這一思路對小車的運行情況進行監視和控制。以組態王在PLC小車運行控制中的監控為設計目標，針對PLC和組態王設計的特點，分別從系統綜合分析、系統板塊的PLC程序設計、系統板塊的組態王仿真設計以及對整個系統的調試運行等方面進行了闡述。組態王在PLC小車運行控制中的應用雖說在PLC設計方面是比較傳統的領域，但是，它關系到用戶運行系統的的穩定性和可靠性，所以關于它的設計準確性還是不容小視的。因此，本文對整個小車控制系統作了較深入的分析，研究了該系統所承擔的運行情況以及運行要求的更改等情況，在已知運行狀況下，通過采用電子驅動和控制，取締以往的繼電器、限位開關等硬件，進而提高了系統的穩定性、可操作性以及可更改性，盡量地從實用的角度出發降低運行成本，在PLC程序中做到了“精、簡”要求，采用組態王進行仿真，能夠真實可靠地實時監控小車運動控制系統，極大地提高了對故障的有效分析和處理。

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[10]PLC在房間空調器性憾測試系挽中的應用[J].微計算機信息，2005，（2）：15-18.

[11]郭宗仁，李琰.可編程序控制器及其通信網絡技術[M].北京：人民郵電出版社，2000.3.1-200.

2.2 小車控制系統輸入輸出分析

分析小車控制系統可知，該系統的輸入信號有：“1”號鍵值信號、“2”號鍵值信號、“3”號鍵值信號、“4”號鍵值信號、1號位傳感器信號、2號位傳感器信號、3號位傳感器信號、4號位傳感器信號、手動/自動模式選擇開關、啟動/停止選擇開關；該系統的輸出信號有：數碼顯示控制端子A、數碼顯示控制端子B、數碼顯示控制端子C、電機正轉、電機反轉、快速、慢速、報警等。PLC的接線圖如圖4所示[5，6]。

2.3 下位機控制程序設計

本文下位機采用西門子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，要正確建立下位機西門子S7-300PLC和上位計算機之間的通信連接。西門子S7-300系列PLC，與PC機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，通信方式設置成PROFIBUS方式；（2）通過遠程以太網的方式來建立通信，通信方式設置成TCP/IP方式。本系統采用第2種方式，通過網絡下載程序[7]。

3 小車運動控制系統上位機設計

設計一套完整的監控系統，除了下位機的PLC編程以外，上位監控計算機的組態也尤為重要。對于小車而言，完整的監控系統拓撲圖如圖5所示[8]。

本文探討的小車運行控制系統上位機軟件中的通信建立和界面組態環境采用組態王軟件平臺。組態王是用于監控工控現場的一個組態軟件。它具有適應性強、開放性好、易于擴展、經濟、開發周期短等優點 ，用戶可以在這個設計環境中來完成不同的畫面設計、動畫連接等工作，簡單方便地組成系統監控畫面，并且以動畫運動的方式來顯示系統控制設備的不同時期的狀態，還具有報警窗口的設置和實時趨勢曲線的繪制等功能[9]。

3.1 組態工程建立

在計算機桌面上雙擊軟件圖標，打開組態軟件新建工程，建立小車運動控制組態控制人機界面文件。

3.2 驅動連接

添加工程中需要的硬件設備，在組態王工程瀏覽器樹型目錄中，選擇設備項中的板卡，該步至關重要，是確保上位機人機界面和下位機PLC正常通信的基礎。在該界面中選擇正確的PLC機型，并設置好在控制程序中已經配置好的IP地址。此IP地址是PLC的IP地址，和上位機的IP地址為同一網段。

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鍵的，在組態王和PLC之間傳輸的變量都是I/O類型的，寄存器和數據類型要與程序中一致，否則組態王就無法和PLC建立正確的通信。

3.4 人機界面組態

變量定義完畢后進行畫面的組態，在工程瀏覽器界面點擊新畫面建立，進入組態畫面圖形編輯界面，界面有很多工具箱方便編輯圖形使用，點擊界面的圖庫菜單，選擇打開圖庫，則出現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，排列好系統組態圖，并將變量和控制程序中的寄存器進行關聯。變量關聯完成后，整個界面組態就完成了，最終的小車運動控制系統上位機監控組態畫面圖如圖6所示。

4 小車運動控制系統調試

4.1 實物調試

下位機控制程序和上位機人機監控界面設計完成后，可在THNY-2工業全數字運動控制統實驗平臺上進行手動控制和自動控制的調試。THNY-2工業全數字運動控制統實驗平臺是由控制系統和對象模型兩大部分，控制系統包含了西門子S7-Technology系列的CPU、IM174接口模塊、ASi接口模塊、以太網模塊、LOGO！模塊以及ASi接口模塊、共集成了PROFIBUS總線技術、ASi總線技術以及運動工藝控制功能。各分系統獨立安裝于掛件箱中，模塊上的IO端口均引出到面板的實驗導線插口上，相關資源可以充分的利用[11]。

4.2 調試結果

利用上述實驗平臺，將編寫好的程序下載到PLC的CPU中，借助組態王設計的人機界面即可實現對小車運行的手動控制和自動控制。在組態界面上點擊相應的按鈕，小車即完成相應的運行。比如在“手動”狀態下，點擊 “啟動”按鈕后，小車復位到4號位置。若再點擊“鍵2”時，小車即向左運行到2號位置停止。

5 結 論

本文探討了如何將組態王軟件和西門子PLC 相結合起來實現一個小車運動監控系統，根據這一思路對小車的運行情況進行監視和控制。以組態王在PLC小車運行控制中的監控為設計目標，針對PLC和組態王設計的特點，分別從系統綜合分析、系統板塊的PLC程序設計、系統板塊的組態王仿真設計以及對整個系統的調試運行等方面進行了闡述。組態王在PLC小車運行控制中的應用雖說在PLC設計方面是比較傳統的領域，但是，它關系到用戶運行系統的的穩定性和可靠性，所以關于它的設計準確性還是不容小視的。因此，本文對整個小車控制系統作了較深入的分析，研究了該系統所承擔的運行情況以及運行要求的更改等情況，在已知運行狀況下，通過采用電子驅動和控制，取締以往的繼電器、限位開關等硬件，進而提高了系統的穩定性、可操作性以及可更改性，盡量地從實用的角度出發降低運行成本，在PLC程序中做到了“精、簡”要求，采用組態王進行仿真，能夠真實可靠地實時監控小車運動控制系統，極大地提高了對故障的有效分析和處理。

參考文獻

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