運料小車監控系統的設計與研究

張晴+任家富+徐廷生+李琳琳

摘要：使用S7—300系列PLC控制運料小車的運行，應用人機界面對小車實現可視化監控，PLC與人機界面通過PROFINET現場總線通訊，運動控制系統的應用研究結果，為學生們掌握硬件組態方法、PLC編程技巧、人機界面監控畫面的設計方法，提供了具有一定參考價值的資料。實驗裝置的調試方法，有助于提高學生們的理論知識應用于實踐環節的能力。

關鍵詞：S7—300；人機界面；PROFINET現場總線；硬件組態

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）08-0065-02

一、前言

PLC在工業生產的所有領域得到了廣泛的使用[1]。SIMATIC S7—300是西門子生產的中型PLC[2]。人機界面在現代工業控制系統得到了廣泛應用。現場總線是自動化控制技術的發展趨勢。西門子的S7—300自動化控制實驗裝置為同學們提供了良好的學習平臺，運料小車的控制是實驗項目之一，這個實驗項目存在控制功能單一、技術含量較少等缺點。為了提高實驗教學水平和效果，項目中加入觸摸屏實現可視化監控，增加小車的控制功能。應用TIA Portal V13軟件重新設計實驗項目。目的是為了同學們能在實驗過程中掌握更多的理論知識及其應用技術。

二、控制系統的硬件

1.運料小車的結構。運料小車由直流電機通過絲桿傳動機構拖動，設有四個站點，每個站點有位置檢測裝置SQ1—SQ4和站點指示燈L1—L4。位置檢測采用二線式接近開關。在傳動機構的兩個終端各有一個限位開關實現位置保護。有啟動和停止兩個本地操作按鈕。

2.系統組成。S7—300系列的緊湊型PLC（CPU314C-2PN/DP）作為控制器。CPU314C-2PN/DP具有2個PN和2個DP/MPI通訊端口、24個數字量輸入端口、16個數字量輸出端口、5個模擬量輸入通道和2個模擬量輸出通道。TP700是西門子生產的新一代7英寸精智面板，完全滿足現場總線中復雜的交互式任務。可以直接用4芯或8芯雙絞線把CPU314C-2PN/DP和TP700連接成PROFINET總線網絡。輸入裝置由啟停控制按鈕和4個接近開關組成，用于發出啟停控制信號和小車到站信號。小車驅動模塊控制電機正反轉。指示裝置顯示小車到站信號。

三、控制系統的軟件

軟件部分包含系統硬件組態、監控畫面設計和編寫控制程序等三個。

1.任務要求。①按下監控畫面的復位按鈕，小車從任何位置返回到A點且中途不停車。復位操作具有最高優先權。小車復位時操作其他按鈕無效。②按下本地啟動按鈕或監控畫面的啟動按鈕，小車按下原先運行方向做循環往返運動。并在每個站點停留指定時間。循環運行時操作前進和后退按鈕無效。③小車在任何位置，按下本地停止按鈕或監控畫面的停止按鈕可使小車暫停運行；按下啟動按鈕，小車繼續按原先運行方向做循環往返運動。④小車暫停時，可以點動前進和點動后退。點動運行時操作啟動按鈕無效。⑤小車在A站時禁止后退，小車在D站時禁止前進。⑥監控畫面的小車水平位置隨實際小車位置變化。

2.硬件組態。添加CPU314C-2PN/DP和TP700兩個設備。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，就實現了這兩個設備的變量鏈接。CPU的IP地址設為192.168.2.2，設備名稱取為plc_1。TP700的IP地址設為192.168.2.5，設備名稱取為hmi_1。為PLC添加電源模塊PS307 5A，PLC的數字量輸入地址設為0—2（I0.0—I2.7），數字量輸出地址設為0—1（Q0.0—Q1.7）。系統的結構和硬件組態見圖1所示。

3.監控畫面設計。在畫面中創建按鈕、文本、I/O域和表示檢測開關、指示燈、小車形狀等圖形對象，把這些除文本外的圖形對象與PLC的變量關聯起來，并組態它們的事件或動畫功能，就能實現可視化監控。通過畫面指示燈的顏色變化，指示小車的運行狀態。循環期間小車到站開始停車計時，畫面中會顯示倒計時時間。輸入/輸出域用于修改并顯示停車時間、畫面小車移動延時時間。

把畫面小車的X軸坐標位置與PLC的變量Move_X關聯，小車的動畫類型設定水平移動。小車前進/后退時，PLC程序使該變量的值每隔一段時間加/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的動畫效果。

4.PLC程序編寫。編寫程序前建議創建變量，有利于程序的閱讀和理解。創建OB100和OB1兩個組織塊。主程序OB1根據接收的指令信號，控制小車的運行方式。同時使畫面中的小車水平位置隨之變化，并進行修正。每個程序段加上標題名稱有助于程序的閱讀和修改。OB100初始化小車的停車時間和運行方向，畫面小車的水平位置及其上下限值和移動延時值。控制系統的調試運行情況見圖2所示。

四、結語

實驗現象表明，小車的控制效果和監控畫面顯示情況滿足任務要求。上述的指導內容為同學們掌握現場總線通訊技術、人機界面的監控畫面布局和動畫實現方法、小車運動控制的編程技巧，提供了參考資料。新一代集成化軟件TIA Portal V13的應用，使同學們理解并掌握了基于集成化軟件的硬件組態方法、監控畫面的設計方法和PLC程序的編寫方法。體會了新技術的優越性和高效性。激發了同學們學習的興趣。

參考文獻：

[1]廖常初.S7—300/400 PLC應用技術[M].3版.北京：機械工業出版社，2014.

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