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机械 2013 年第 1 期 总第 40 卷 机电一体化 59 收稿日期：20120909 作者简介：陈虹均（1983），男，四川宣汉人，本科，讲师，主要从事机械设计制造及自动化技术的教学和科研工作。基于 PLC 和组态软件的运料小车 监控系统设计 陈虹均（泸州职业技术学院，四川 泸州 643000）摘要：针对当前运料小车在应用过程中自动化程度较低的现状，通过 PLC 控制运料小车的运行，取代了传统的继电器控制，并结合组态软件设计了一种新型运料小车监控系统。该系统由上位机和下位机组成。上位机采用力控组态软件开发监控界面，下位机采用西门子 PLC 完成控制功能，上、下位机之间通过RS232 进行通信。分析了系统的总体设计方案，阐述了软硬件系统设计，进行了组态软件动画界面设置。实践证明，基于 PLC 和组态软件的运料小车监控系统安全、可靠、维护调试方便，具有很高的推广价值。关键词：运料小车；PLC；组态；监控系统 中图分类号：TK414.3+5 文献标识码：A 文章编号：10060316(2013)01005904 Design of carriage monitoring system based on PLC and configuration software CHEN Hong-jun(Luzhou Vocational and Technical College,Luzhou 643000,China)Abstract：For the current transportation status of the lower degree of automation in the carriage during the application process,through PLC control carriage,replacing the traditional relay control and design of a new type of carriage monitoring system based on configuration software.The system is made up of upper and lower computer.The upper used configuration software development monitoring interface,and the lower complete control based on Siemens PLC,between the upper and lower computer through RS232 communication.This paper introduces the design method of carriage monitoring system based on PLC and configuration software,analyzes the design scheme of overall program,and expounds the design method of software and hardware and set up the animation interface based on configuration software.The experiment results show that the carriage monitoring system,which based on PLC and configuration,have features of safety,reliably,maintenance and debug,it possessed of fine promotional value.Key words：carriage；PLC；configuration；monitoring system 随着自动化技术的不断发展，运料小车的应用也不断扩大到车站、码头、仓库、矿井等领域1,2。而大多数工厂仍然使用传统的车运料，既浪费了大量的人力物力，又降低了生产效率。因此，本文以西门子 S7-200 的 PLC 为例，设计了基于 PLC 的运料小车，采用力控组态软件与 PLC 联机调试，创建组态界面对整个运动过程进行实时监控。该系统在保证工艺控制要求的情况下，大大提高了生产效率，同时还克服了手动操作所带来的一些人为的干扰因60 机电一体化 机械 2013 年第 1 期 总第 40 卷 素3，具有很好的应用推广价值。1 总体设计方案 1.1 系统模块构成 该系统上位机采用力控组态软件开发监控界面，下位机采用西门子 PLC 完成控制功能，中间通过 RS232 进行通信。在运行过程中，PLC除了控制小车的运行情况以外，还要将检测到的料车位置送给上位机，通过组态软件在上位机动态画面上显示料车的位置和状态，从而实现对这个运料过程的在线监控4。整个控制系统由人机交互模块、控制模块、电机驱动模块、电机模块构成。如图 1 所示。控制模块电机驱动模块电机模块机械部件人机交互模块 图 1 控制系统模块 在小车运料过程中，人机接口模块是进行设备操作、监控的平台，小车的整个运动情况可在人机交互界面中实时监控。驱动模块的信号主要由控制模块输入，这样做起两个作用：一是驱动相应的电机工作，二是起到电路过压、过流等保护作用。电机模块主要用于带动后续的机械部件运动，机械部件的运动目的就是为了将料运到适当的位置，而机械部件本身没有动力，因此需要依靠电机制动装置来带动它的运动5。1.2 控制要求（1）初始状态 系统电源连接后，按下启动按钮，运料小车自动驶往原点，SQ0 受压闭合，指示灯 HL0亮，小车停止装料，装料时间为 3 秒。（2）A 点卸料 料车装料时间到，电机正转，向右行驶，指示灯 HL4 亮，行驶到 A 点，SQ1 受压闭合，指示灯 HL1 亮，小车制动，向储料库卸料，时间为 3 秒。卸料时间到，电机反转，向左行驶，指示灯 HL5 亮，行驶到原点。（3）B 点卸料 行驶到原点，SQ0 受压闭合，HL0 亮，小车制动，装料 3 秒，时间到，电机正转，向右行驶，HL4 亮，到 B 点，SQ2 受压闭合，HL2亮，小车制动，卸料 3 秒，时间到，电机反转，向左行驶，HL5 亮，行驶到原点。（4）C 点卸料 行驶到原点，SQ0 受压闭合，HL0 亮，小车制动，装料 3 秒，时间到，电机正转，向右行驶，HL4 亮，到 C 点，SQ3 受压闭合，HL3亮，小车制动，卸料 3 秒，时间到，电机反转，向左行驶，HL5 亮，返回到原点。（5）工作模式 运料小车运行的工作模式有三种：步进，循环，单周期。HL1一号储料库HL0原点HL2二号储料库HL2三号储料库小车ABC粮仓FHL4HL5左行右行SQ0 SQ1 SQ2 SQ3 图 2 运料小车运动轨迹示意图 2 系统硬件设计 根据小车控制系统的工艺流程以及输入/输出变量数量，选用西门子 S7-200 系列 PLC，型号为 CPU224。CPU224 集成 14 输入/10 输出共 24 个数字量 I/O 点。可连接 7 个扩展模块，机械 2013 年第 1 期 总第 40 卷 机电一体化 61 最大扩展至 168 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量I/O 点。16 K 字节程序和数据存储空间。6 个独立的 30 kHz 高速计数器，2 路独立的 20 kHz高速脉冲输出，具有 PID 控制器。1 个 RS485通讯编程口，具有 PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。I/O 端子可很容易地整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器6。PLC输入/输出接线图如图 3 所示。图 3 PLC 输入/输出接线图 3 软件系统设计 根据运料小车控制系统的总流程图 4 所示，系统在上电过后自动进入初始化状态，对小车运料的运动模式进行判断，如果选择步进模式，则将会进入步进模式程序；如果选择单周期模式，则将进入单周期模式程序；如果选择循环模式，则将会进入循环模式程序。无论选择何种模式，小车都会将料分别运到三个储料库中，只要一旦按下停止按钮，小车运料过程结束，直到重新按下开始按钮为止。对于PLC编程采用了西门子PLC编程软件STEP7-Micro/WIN327，本 软 件 是 运 行 在Windows 环境下的 PLC 编程软件。它支持所有西门子公司生产的 PLC 产品，基于 Windows的应用软件，功能强大，既可用于开发用户程序，又可实现监控用户程序的执行状态。整体程序结构如图 5 所示。I0.6、I0.7、I1.0 分别为三种模式即步进、单周期、循环的开关按钮。模块 SBR_0 代表的是步进操作程序，SBR_1 代表的是自动操作程序，SM0.0、SM0.1 为特殊标志位寄存器，SM0.0 为运行监视，始终为“1”状态，SM0.1为初始化脉冲。若选择步进操作工作方式，I0.6断开，接着执行 SBR_0 子程序，同理选择单周期、循环工作方式下，中间继电器 M1.0、M1.1接通，继而执行 SBR_1 子程序。图 4 控制系统总流程图/10.6SM0.1SBR_0EN()JMP1LBL/10.7/11.01()JMP211.010.0()M1.110.710.7()M1.0SM0.1SBR_1ENLBL2SM0.0()END 图 5 整体程序结构 4 仿真系统设计 可以先进行系统的界面设置，再进行动画连接设计，真实的描述外界对象的状态变化，达到实时监控的目的。力控组态软件实现动画设计的方法是将用户窗口中的图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关连接，并设计相62 机电一体化 机械 2013 年第 1 期 总第 40 卷 应的动画属性8。运料小车控制系统的组态仿真图见图 6。图 6 运料小车动画界面 本系统部分程序如下：IF#运料小车.#CellObj.X60 THEN#运料小车.#CellObj.X=#运料小车.#CellObj.X-10;zuoxingdeng.pv=1;ENDIF /运料小车回位 IF#运料小车.#CellObj.X=60 THEN yuandiandeng.pv=1;nstep=2;zuoxingdeng.pv=0;ENDIF /原点灯点亮，进步骤 2 5 结束语 本文所研究设计的基于 PLC和组态软件的运料小车的控制系统可以达到预期的功能，通过 PLC程序的控制能准确的执行装料和卸料的作业。实践证明，基于 PLC 和组态软件的运料小车控制系统安全、可靠、维护调试方便，具有很高的推广价值。参考文献：1狄敬国，程继兴，李秀美，张洪国.一种基于 PLC 的运料小车设计J.农业装备技术,，2006，32（3）：26.2刘庆华.智能控制在小车自动运料系统中的应用J.工业仪表与自动化装置，2008（4）：74.3郭玉萍.PLC 在运料小车中的应用J.科技创新导报，2008（6）：51.4戴冠秀，刘太湖，巩敦卫，李明.PLC 在运料小车自动控制系统中的应用J.工矿自动化，2005（6）：57.5钱昕.基于 PLC 的自动化立体仓库设计与组态监控D.苏州：苏州大学，2009.6王永华，王东云，宋寅卯.现代电气及可编程控制技术M.北京：北京航空航天大学出版社，2002.7柴瑞娟，陈海霞.西门子 PLC 编程技术及工程应用M.北京：机械工业出版社，2006.8任思璟.基于组态控制的机械手实验系统的设计J.实验技术与管理，2009，26（2）：72-73.9皮亚东，孙筠竹，董青，等.基于 PLC 的管道内焊机控制系统J.机电工程，2011，28（2）：82-84，99.10崔俊涛.基于 PLC 的模糊控制应用研究J.机械研究与应用，2011，24（6）：77-79，82.（上接第 40 页）01111；G65 P8888 I55 J54 X-98.91 Z-71.86 Y0 R72；G65 P8888 I56 J55 X-98.91 Z-71.86 Y0 R72；G65 P8888 I57 J56 X-98.91 Z-71.86 Y0 R72；G65 P8888 I58 J57 X-98.91 Z-71.86 Y0 R72；G90 G0 G54 B0；(G54 面加工内容)G90 G0 G55 B72；(G55 面加工内容)G90 G0 G56 B144；(G56 面加工内容)G90 G0 G57 B216；(G57 面加工内容)G90 G0 G58 B288；(G58 面加工内容)M30;4 结束语 使用以上坐标旋转转换宏程序，可以在零件首个加工面工件坐标系的基础上，自动建立零件其它加工面的工件坐标系，大大简化操作过程。坐标旋转变换宏程序的使用，体现了加工基准统一的原则，有效保证零件不同加工面间的尺寸链连接。参考文献：1胡运林.加工中心坐标转换宏程序的设计J.机械制造，2008，46（4）：10-12.2陈海舟.数控铣削加工宏程序及应用实例M.北京：机械工业出版社，2008.3李兴.卧式加工中心工作台旋转后坐标系的建立与编程J.金属加工，2008（7）：65-66.