基于PLC的挖掘機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)講解

1、分類號(hào) 密 級(jí)： 江蘇大學(xué) 畢 業(yè) 論 文 目： 基于 PLC的挖掘機(jī)電氣控制系 統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓名高婷 學(xué)號(hào) 系別機(jī)電系 專業(yè)電氣工程及自動(dòng)化 指 導(dǎo) 教 師張晴 論文提交日期 2012 年 9 月 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 PLC在挖掘機(jī)控制中的應(yīng)用 摘要 隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，大規(guī)模土木工程建設(shè)越來越多，這就需要大量的土石方 施工機(jī)械為其服務(wù) , 而挖掘機(jī)作為土石方施工機(jī)械的一種 , 顯得越來越重要。本系統(tǒng)就 是通過 PLC實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)實(shí)物教學(xué)模型控制。 本文在介紹挖掘機(jī)的工作原理的基礎(chǔ)上，采用 PLC對(duì)下位機(jī)進(jìn)行控制，包括硬件和 軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)的自動(dòng)和手動(dòng)控制，使挖掘機(jī)能夠完成預(yù)先設(shè)計(jì)好的

2、動(dòng)作， 提高工作效率，節(jié)約成本，把人從枯燥的工作中解放出來。在此設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，本文采 用了組態(tài)王 6.52 對(duì)挖掘機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行上位端設(shè)計(jì)，使操作人員對(duì)挖掘機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān) 控，遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域，避免在危險(xiǎn)區(qū)域中施工造成不必要的人員傷亡。最后本系統(tǒng)采取了 相應(yīng)的抗干擾措施，提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，使挖掘機(jī)達(dá)到了較為理想的控制效果。 關(guān)鍵詞： 挖掘機(jī)； 組態(tài)王； PLC 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 Abstract With the rapid developmant of china economic,more and more large-scale civil engineering constructio

3、n, requires a large amount of earth and stone for construction machinery.And excavators and construction machinery as a kind of earth is becoming increasingly important.The system is to achieve excavator kind of teaching model control by PLC. Based on the principle of the work on excavators, on the

4、basis of a PLC which including hardware and software design for the next crew to control, the excavator achieves the automatic and manual control so that the excavators complete pre-designed actions to improve Efficiency,and to cost savings.The human will liberated from the boring work.In this desig

5、n on the basis of this paper,the Kingview 6.52 pair of excavators top-control system was designed to enable operators of excavators to remot monitoring,to stay away from dangerous areas,and to avoid the dangerous region in the construction of unnecessary staff Casualties.Finally this system to take

6、the corresponding anti-jamming measures to improve the stability of the system work so that the excavator will control the effects more perfectly than before.Keywords: excavator;kingview;PLC II 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 目錄 1 緒 論 1 1.1 課題的背景 1 1.1.1 挖掘機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用 1 1.1.2 挖掘機(jī)的現(xiàn)狀及動(dòng)向 1 1.1.3 挖掘機(jī)的分類 2 1.1.4 PLC 的發(fā)展及應(yīng)用 2 1.2

7、課題的目的和意義 4 1.3 課題研究的主要內(nèi)容 4 2 挖掘機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 5 2.1 系統(tǒng)的工作原理 5 2.2 硬件設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ) 5 2.2.1 PLC 的工作原理 5 2.2.2 直流電機(jī)的工作原理 7 2.3 PLC的選型 8 2.4 系統(tǒng)的資源分配 9 2.5 系統(tǒng)的外部接線圖 10 2.6 硬件的抗干擾措施 11 3 挖掘機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 13 3.1 PLC編程語言的概述 13 3.2 挖掘機(jī)控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 14 3.2.1 自動(dòng)控制的設(shè)計(jì) 14 3.2.2 手動(dòng)控制的設(shè)計(jì) 23 3.3 軟件的抗干擾措施 25 4 人機(jī)界面的設(shè)計(jì) 27 4.1 組態(tài)軟件的介紹

8、27 4.2 挖掘機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的創(chuàng)建過程 28 III 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 8 9 2 6 4.2.1 挖掘機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的連接 2 4.2.2 挖掘機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)變量的設(shè)計(jì) 2 4.2.3 圖形畫面的制作及動(dòng)畫連接 3 4.2.4 挖掘機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的腳本程序 3 5挖掘機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的常見故障排除36 5.1 監(jiān)控顯示器故障排除 5.1.1 監(jiān)控器顯示器不顯示的故障排除 6 挖掘機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試 40 6.1 硬件和軟件的調(diào)試 40 6.2 組態(tài)監(jiān)控軟件和下位機(jī)的調(diào)試 . 40 結(jié) 論. 42 致 謝. 參考文獻(xiàn) . 錯(cuò)誤！未定義書簽 IV 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 1 緒論 1.1 課題的背景 1.1.1

9、挖掘機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用 挖掘機(jī)是用來開挖土壤的施工機(jī)械， 主要用于工程建設(shè)， 如：公路、橋梁、建筑、 養(yǎng)殖池、地下工程、搶險(xiǎn)開挖等等，挖掘機(jī)主要特點(diǎn)是力氣大，效率高，能完成人力 所不能完成的工程，提高工作效率。一般工程隊(duì)，建筑業(yè)，搶險(xiǎn)部門，甚至私人（開 挖養(yǎng)殖遲、道路、開墾）都需要挖掘機(jī)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，工程施工中百分六十的土方工程是 由挖掘機(jī)來完成的。此外，挖掘機(jī)在更換工作裝置后還可以進(jìn)行起重，打樁，夯土， 拔樁，澆筑，安裝，破碎，拆除，粉碎等多種作業(yè)。 第一臺(tái)挖掘機(jī)問世至今已有 130多年的歷史， 最初挖掘機(jī)是手動(dòng)的， 期間經(jīng)歷了 由蒸汽驅(qū)動(dòng)， 電力驅(qū)動(dòng)和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)， 應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)的全自動(dòng)液壓挖

10、掘機(jī)等多 種驅(qū)動(dòng)方式的逐步發(fā)展過程。由于液壓技術(shù)的應(yīng)用， 20世紀(jì) 40 年代有了在拖拉機(jī)上 配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機(jī)，液壓技術(shù)在挖掘機(jī)上得到應(yīng)用。 20 世紀(jì) 50年代初期 和中期相繼研制出今天人們常見的拖式全回轉(zhuǎn)液壓挖掘機(jī)和履帶式全液壓挖掘機(jī)。 初 期試制的液壓挖掘機(jī)是采用飛機(jī)和機(jī)床的液壓技術(shù)， 缺少適用于挖掘機(jī)各種工況的液 壓元件，制造質(zhì)量不夠穩(wěn)定，配套件也不齊全。從 20世紀(jì) 60年代起，液壓挖掘機(jī)進(jìn) 入推廣和蓬勃發(fā)展階段，各國挖掘機(jī)制造廠和品種增加很快，產(chǎn)量猛增。 1968-1970 年間，液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量已占挖掘機(jī)總產(chǎn)量的 83%，目前已接近 100%。 1.1.2 挖掘機(jī)的現(xiàn)狀及

11、動(dòng)向 工業(yè)發(fā)達(dá)國家的挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，法國、德國、美國、俄羅斯、日本是斗容量 3.5-40m3單斗液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國，從 20 世紀(jì) 80年代開始生產(chǎn)特大型挖掘機(jī)。 從 20 世紀(jì)后期開始，國際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和 自動(dòng)化的方向發(fā)展。 開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機(jī)。 迅速發(fā) 展全液壓挖掘機(jī)， 不斷改進(jìn)和革新控制方式， 使挖掘機(jī)由簡(jiǎn)單的杠桿操縱發(fā)展到液壓 操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、 無線電遙控、 電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制。 在危險(xiǎn)地區(qū)或水下作業(yè)采用無線電操縱， 利用電子計(jì)算機(jī)控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié) 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 合，實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)作業(yè)

12、操縱的完全自動(dòng)化。 重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)， 加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度。 更新設(shè)計(jì)理論，提高可靠性，延長(zhǎng)使用 壽命。 加強(qiáng)對(duì)駕駛員的勞動(dòng)保護(hù)， 改善駕駛員的勞動(dòng)條件。 進(jìn)一步改進(jìn)液壓系 統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的明顯趨勢(shì)。 迅速拓展電 子化、自動(dòng)化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。 1.1.3 挖掘機(jī)的分類 常見的挖掘機(jī)按驅(qū)動(dòng)方式有內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)挖掘機(jī)和電力驅(qū)動(dòng)挖掘機(jī)兩種。 其中電動(dòng) 挖掘機(jī)主要應(yīng)用在高原缺氧與地下礦井和其它一些易燃易爆的場(chǎng)所。 按照行走方式的 不同，挖掘機(jī)可分為履帶式挖掘機(jī)和輪式挖掘機(jī)。 按照傳動(dòng)方式的不同， 挖掘機(jī)可分 為液壓挖掘機(jī)和機(jī)械挖掘機(jī)。

13、機(jī)械挖掘機(jī)主要用在一些大型礦山上。 按照用途來分， 挖掘機(jī)又可以分為通用挖掘機(jī)， 礦用挖掘機(jī)，船用挖掘機(jī)， 特種挖掘機(jī)等不同的類別。 1.1.4 PLC 的發(fā)展及應(yīng)用 可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ)， 綜合計(jì)算機(jī)、 通信、聯(lián)網(wǎng)以及自動(dòng)控制技 術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置?？删幊绦蚩刂破髟谖覈陌l(fā)展與應(yīng)用已有 30 多年 的歷史，現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域， 成為提高傳統(tǒng)工業(yè)裝 備水平和技術(shù)能力的重要設(shè)備和強(qiáng)大支柱。 隨著全球一體化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 努力發(fā)展可 編程序控制器在我國的大規(guī)模應(yīng)用，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的可編程序控制器技術(shù)， 應(yīng)該是廣大技術(shù)人員努力的方向。 可編程序控

14、制器問世于 20世紀(jì) 60年代，當(dāng)時(shí)的可編程序控制器功能都很簡(jiǎn)單， 只有邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能； 硬件方面用于可編程序控制器的集成電路還沒有投入 大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)， CPU以分立元件組成；存儲(chǔ)器為磁心存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)容量有限；用 戶指令一般只有二三十條，還沒有成型的編程語言；機(jī)型單一，沒有形成系列。一臺(tái) 可編程序控制器最多只能替代 200300個(gè)繼電器組成的控制系統(tǒng)， 在體積方面， 與現(xiàn) 在的可編程序控制器相比，可以說是龐然大物。 進(jìn)入 70 年代，隨著中小規(guī)模集成電路的工業(yè)化生產(chǎn)，可編程序控制器技術(shù)得到 了較大的發(fā)展?？删幊绦蚩刂破鞴δ艹壿嬤\(yùn)算外，增加了數(shù)值運(yùn)算、計(jì)算機(jī)接口、 模擬量控制等；軟

15、件開發(fā)有自診斷程序，程序存儲(chǔ)開始使用 EPRO；M可靠性進(jìn)一步提 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 高，初步形成系列， 結(jié)構(gòu)上開始有模塊式和整體式的區(qū)分， 整機(jī)功能從專用向通用過 渡。 70 年代后期和 80 年代初期，微處理器技術(shù)日趨成熟，單片微處理器、半導(dǎo)體存 儲(chǔ)器進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)， 大規(guī)模集成電路開始普遍應(yīng)用。 可編程序控制器開始向多處理 器發(fā)展，使可編程序控制器的功能和處理速度大為增強(qiáng)， 并具有通信和遠(yuǎn)程 I/O 能力， 增加了多種特殊功能，如浮點(diǎn)運(yùn)算、三角函數(shù)、查表、列表等，自診斷和容錯(cuò)技術(shù)也 迅速發(fā)展。 80 年代后期到 90 年代中期，隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及應(yīng)用，超大規(guī)模集成 電路、門陣列以及

16、專用集成電路的迅速發(fā)展，可編程序控制器的CPU已發(fā)展為由 16 位或 32 位微處理器構(gòu)成，處理速度得到很大提高，高速計(jì)數(shù)、中斷、 PID、運(yùn)動(dòng)控制 等功能引入了可編程序控制器。 使得可編程序控制器能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)過程的各個(gè)領(lǐng) 域，可編程序控制器已完全取代了傳統(tǒng)的邏輯控制裝置， 模擬量?jī)x表控制裝置和以小 型機(jī)為核心的 DDC（直接數(shù)字控制）控制裝置。由于聯(lián)網(wǎng)能力增強(qiáng)，既可和上位計(jì)算 機(jī)聯(lián)網(wǎng)，也可以下掛 FLEX I/O 或遠(yuǎn)程 I/O ，從而組成分布式控制系統(tǒng)（ DCS）已無困 難。梯型圖語言和語句表語言完全成熟，基本上標(biāo)準(zhǔn)化， SFC（順序功能圖）語言逐 步普及，專用的編程器已被個(gè)人計(jì)算機(jī)和

17、相應(yīng)編程軟件所替代， 人機(jī)界面裝置日趨完 善，已能進(jìn)行對(duì)整個(gè)工廠的監(jiān)控、管理，并發(fā)展了冗余技術(shù)，大大加強(qiáng)了可靠性。 進(jìn)入 21 世紀(jì)，可編程序控制器仍保持旺盛的發(fā)展勢(shì)頭， 并不斷擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域， 如為用戶配置柔性制造系統(tǒng)（ FMS）和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ CIMS）。目前可編程序控 制器主要向兩個(gè)方向擴(kuò)展： 一是綜合化控制系統(tǒng)， 它已經(jīng)突破了原有的可編程序控制 器的概念，將工廠生產(chǎn)過程控制與信息管理系統(tǒng)密切結(jié)合起來，甚至向上為MES和 ERP系統(tǒng)準(zhǔn)備了技術(shù)基礎(chǔ)， 這種發(fā)展趨勢(shì)會(huì)使得舉步為艱的 ERP系統(tǒng)有了堅(jiān)實(shí)的技術(shù) 基礎(chǔ)，從而會(huì)帶來工業(yè)控制的一場(chǎng)變革， 實(shí)現(xiàn)真正意義上的電子信息化工廠； 二是

18、微 型可編程序控制器異軍突起， 體積如手掌大小， 功能可覆蓋單體設(shè)備及整個(gè)車間的控 制功能，并具備聯(lián)網(wǎng)功能， 這種微型化的可編程序控制器使得控制系統(tǒng)可將觸角延伸 到工廠的各個(gè)角落。 隨著世界經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加快， 在技術(shù)發(fā)展的同時(shí)， 發(fā)達(dá)國家 更加注重了對(duì)可編程序控制器的知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)， 國際大型可編程序控制器制造商紛 紛加入了可編程序控制器的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織， 他們利用許多技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建立了符合他們 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 經(jīng)濟(jì)利益的技術(shù)保護(hù)壁壘。 1.2 課題的目的和意義 隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展， 在遼闊的土地上正在進(jìn)行著大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)建設(shè)， 土木 工程建設(shè)越來越多，這就需要大量的土石方施工機(jī)械為其服務(wù)

19、 , 而挖掘機(jī)是最重要的 一類土石方施工機(jī)械， 所以挖掘機(jī)的重要性越來越明顯。 目前，主要是通過操作人員 來實(shí)現(xiàn)對(duì)挖掘機(jī)的控制， 因此要考慮到工作環(huán)境的安全性， 可靠性與工作持續(xù)性， 如 果能夠自動(dòng)的控制挖掘機(jī)的工作過程， 不僅節(jié)省大量的人力、 物力，而且還會(huì)帶來可 觀的經(jīng)濟(jì)效益， 本系統(tǒng)就是通過 PLC實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)實(shí)物教學(xué)模型控制。 通過控制器實(shí)現(xiàn) 對(duì)挖掘機(jī)的自動(dòng)和手動(dòng)控制，通過手動(dòng)控制可以使操作人員對(duì)挖掘機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制， 使操作人員遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域， 避免在危險(xiǎn)區(qū)域中施工造成不必要的人員傷亡。 通過自動(dòng) 控制可以使挖掘機(jī)不知疲倦的重復(fù)完成預(yù)先設(shè)計(jì)好的動(dòng)作， 提高工作效率，節(jié)約成本， 把人從枯燥的

20、工作中解放出來。 1.3 課題研究的主要內(nèi)容 本系統(tǒng)主要是采用 PLC實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的模擬控制，研究的主要內(nèi)容如下： 在收集相關(guān)資料，學(xué)習(xí)了相關(guān)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)挖掘機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行總 體設(shè)計(jì)。 通過對(duì) PLC 選型、資源分配以及硬件電路的連接實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)控制系統(tǒng)硬件的 設(shè)計(jì)。 通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)、分析、調(diào)試、修改，最終編制出相應(yīng)的梯形圖 程序。 利用組態(tài)王對(duì)挖掘機(jī)控制系統(tǒng)上位端進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 最后軟硬件進(jìn)行聯(lián)調(diào)，模擬運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)組態(tài)與下位機(jī)的通信。 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 2 挖掘機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 2.1 系統(tǒng)的工作原理 本系統(tǒng)主要是通過 PLC實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)實(shí)物教學(xué)模型控制， 通過控制四個(gè)直流電

21、機(jī)的 正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的基本動(dòng)作。 本系統(tǒng)能手動(dòng)完成八個(gè)基本的機(jī)械動(dòng)作， 分別是前 進(jìn)、后退、左拐、右拐、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、下挖、上揚(yáng)，并通過這八個(gè)基本動(dòng)作組合出一 套完整的自動(dòng)挖掘過程動(dòng)作，從而模擬出現(xiàn)實(shí)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中挖掘機(jī)挖掘的整個(gè)過 程。 2.2 硬件設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ) 2.2.1 PLC 的工作原理 可編程序控制器主要由中央處理單元（ CPU）、存儲(chǔ)器（ RAM/RO）M、輸入/ 輸出部 件（ I/O 單元）、電源和編程器幾大部分。可編程序控制器控制系統(tǒng)示意圖如圖 2.1 所示。 按鈕 選擇開關(guān) 限位開關(guān) 電源 圖3-1 PLC控制系統(tǒng)示意圖 圖 2.1 PLC 控制系統(tǒng)示意圖 可編程序控制器

22、有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（ RUN）狀態(tài)和停止（ STOP）狀 態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程序控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。 為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)的響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)， 用戶程序不是只 執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī)或切換到STOP工作 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 狀態(tài)。 除了執(zhí)行用戶程序之外， 在每次循環(huán)過程中， 可編程序控制器還要完成內(nèi)部處 理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為 5 個(gè)階段如圖 2.2 所示。 RUN STOP 內(nèi)部處理 通信服務(wù) 輸入處理 程序執(zhí)行 輸出處理 圖 2.2 掃描過程 可編程序控制器的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方

23、式稱為掃描工作方式。 由于計(jì)算機(jī) 執(zhí)行指令的速度極高， 從外部輸入輸出關(guān)系來看， 處理過程似乎是同時(shí)完成的。 在 內(nèi)部處理階段， 可編程序控制器檢查 CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常， 將監(jiān)控定時(shí)器復(fù) 位，以及完成一些其它的內(nèi)部工作。 在通信服務(wù)階段， 可編程序控制器與其它的帶微處理器的智能裝置通信， 響應(yīng)編 程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。當(dāng)可編程序控制器處于停止（ STOP）狀態(tài) 時(shí)，只執(zhí)行以上的操作?？删幊绦蚩刂破魈幱谶\(yùn)行（ RUN）狀態(tài)時(shí)，還要執(zhí)行另外三 個(gè)階段的操作。 在可編程序控制器的存儲(chǔ)器中， 設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的 狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映

24、像寄存器。 可編程序控制器梯形圖中別 的編程元件對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)器統(tǒng)稱為元件映像寄存器。 在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通/ 斷開（ ON/OFF） 狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。 外接的輸入觸點(diǎn)電路接通時(shí)， 對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為 “1” 狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)接通， 常閉觸點(diǎn)斷開。 外接的輸入觸點(diǎn) 電路斷開時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“ 0”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常 開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)接通。 在程序執(zhí)行階段， 外部輸入信號(hào)的變化不影響輸入映像寄存器的狀態(tài)， 輸入信號(hào) 變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入。 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 可編程序

25、控制器的用戶程序有若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按序號(hào)順序排 列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)， CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用 戶程序結(jié)束。在執(zhí)行指令時(shí)， 從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關(guān)編程 元件的“ 0”/ “1”狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果 寫入到對(duì)應(yīng)的元件映像寄存器中， 因此，各編程元件的映像寄存器 （輸入映像寄存器 除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。 在輸出處理階段， CPU將輸出映像寄存器的“ 0”/ “1”狀態(tài)傳送輸出鎖存器。梯 形圖中輸出繼電器的線圈“通電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“1”狀態(tài)。信號(hào)經(jīng) 輸出模塊隔離和功率放大

26、后， 繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電， 其 常開觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工作。若梯形圖中輸出繼電器的線圈“斷電” ，對(duì)應(yīng) 的輸出映像寄存器為“ 0”態(tài)，在輸出處理階段后，繼電器輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼 電器的線圈斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，外部負(fù)載斷電，停止工作。 2.2.2 直流電機(jī)的工作原理 今天的挖掘機(jī)占絕大部分的是全液壓全回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)。液壓挖掘機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、 液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成。 液壓系統(tǒng)由液壓泵、 控制閥、 液壓缸、液壓馬達(dá)、 管路、油箱等組成。電氣控制系統(tǒng)包括監(jiān)控盤、 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、 泵控制系統(tǒng)、各類傳感器、電磁閥等。挖掘機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓泵

27、等組成的，發(fā)動(dòng) 機(jī)提供動(dòng)力，通過分配器將液壓油分配到各條臂和行走中。 本系統(tǒng)主要內(nèi)容是通過 PLC 控制挖掘機(jī)模型，該模型的動(dòng)力系統(tǒng)是小型直流電 機(jī)。 直流電機(jī)是電機(jī)的主要類型之一。 一臺(tái)直流電機(jī)即可作為發(fā)電機(jī)使用， 也可作為 電動(dòng)機(jī)使用， 由于其具有良好的調(diào)速性能， 在許多調(diào)速性能要求較高的場(chǎng)合， 仍得到 廣泛使用。直流電機(jī)的工作原理如圖 2.3 所示。 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 圖 2.3 直流電機(jī)的工作原理圖 直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成， 其間有一定的氣隙。 其構(gòu)造的主要特點(diǎn)是具 有一個(gè)帶換向器的電樞。直流電機(jī)的定子由機(jī)座、主磁極、換向磁極、前后端蓋和刷 架等部件組成。 其中主磁極是產(chǎn)生直流

28、電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的主要部件， 由永磁體或帶有直 流勵(lì)磁繞組的疊片鐵心構(gòu)成。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子則由電樞、換向器（又稱整流子）和轉(zhuǎn) 軸等部件構(gòu)成。其中電樞由電樞鐵心和電樞繞組兩部分組成。 電樞鐵心由硅鋼片疊成， 在其外圓處均勻分布著齒槽， 電樞繞組則嵌置于這些槽中。 換向器是一種機(jī)械整流部 件。 由換向片疊成圓筒形后， 以金屬夾件或塑料成型為一個(gè)整體。 各換向片間互相絕 緣。換向器質(zhì)量對(duì)運(yùn)行可靠性有很大影響。 當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電樞繞組在主磁極 N、S 之間旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組上感生出電動(dòng)勢(shì)， 經(jīng)電刷、換向器裝置整流為直流后，引向外部負(fù)載（或電網(wǎng)） ，對(duì)外供電，此時(shí)電機(jī) 作直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行。如用外部直流電源， 經(jīng)電刷

29、換向器裝置將直流電流引向電樞繞組， 則此電流與主磁極 N、S 產(chǎn)生的磁場(chǎng)互相作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子與連接于其上的 機(jī)械負(fù)載工作，此時(shí)電機(jī)作直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。 選 2.3 PLC 的型 S7-200 系列是一類可編程邏輯控制器 （Micro PLC）。這一系列產(chǎn)品可以滿足多種 多樣的自動(dòng)化控制需要， S7-200 Micro PLC 具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展能力、低 廉的價(jià)格以及強(qiáng)大的指令，使得 S7-200 近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求。緊湊的 結(jié)構(gòu)、低廉的成本以及功能強(qiáng)大的指令集使得 S7-200 PLC 成為各種小型控制任務(wù)理 想的解決方案。 S7-200 產(chǎn)品的多樣化以及基于 Win

30、dows 的編程工具，能夠更加靈活 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 地完成自動(dòng)化任務(wù)。 S7-200 的用戶程序包括了位邏輯、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、復(fù)雜數(shù)學(xué) 運(yùn)算以及其它模塊通訊等指令內(nèi)容， 從而使它能夠監(jiān)視輸入狀態(tài)， 改變輸出狀態(tài)以達(dá) 到控制目的。緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強(qiáng)大的指令集使S7-200 成為本系統(tǒng)的理想 解決方案。 S7-200 出色表現(xiàn)在極高的可靠性，極豐富的指令集，易于掌握，便捷的操作， 豐富的內(nèi)置集成功能，實(shí)時(shí)特性，強(qiáng)勁的通訊能力，豐富的擴(kuò)展模塊和 自由端口模式通 信功能，最大可以擴(kuò)展到248點(diǎn)數(shù)字量I/O 或35路模擬量I/O，最多有30多KB程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空 間。 S7-200 有 5 種

31、 CPU模塊分別是： 221、222、224、 224XP、226，根據(jù)系統(tǒng)的需要 所以選用 CPU224的主機(jī)模塊。 CPU224是具有較強(qiáng)控制功能的控制器， 14入/10 出數(shù) 字量， 6 個(gè)高速計(jì)數(shù)器， 6 路 30kHz單相高速計(jì)數(shù)器， 4 路 20kHz 雙相高速計(jì)數(shù)器。 2.4 系統(tǒng)的資源分配 根據(jù)系統(tǒng)的需要，輸入點(diǎn)10個(gè)分別是 I0.0 、I0.1 、I0.2 、I0.3、I0.4 、I0.5、I0.6 、I0.7 、 I1.0 、I1.1 ，輸出點(diǎn)8個(gè)分別是Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7 。I/O 分配如 表2.1 和2.2 所示

32、。 表 2.1 輸入地址分配表 輸入地 址 定義 輸入地址 定義 I0.0 下挖按鈕 I0.5 后退按鈕 I0.1 上揚(yáng)按鈕 I0.6 右轉(zhuǎn)按鈕 I0.2 左拐按鈕 I0.7 左轉(zhuǎn)按鈕 I0.3 右拐按鈕 I1.0 手動(dòng)控制開 關(guān) I0.4 前進(jìn)按鈕 I1.1 自動(dòng)控制開 關(guān) 9 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 表 2.2 輸出地址分配表 輸出地 址 定義 輸入地址 定義 Q0.0 后退 Q0.4 左拐 Q0.1 前進(jìn) Q0.5 右拐 Q0.2 下挖 Q0.6 右轉(zhuǎn) Q0.3 上揚(yáng) Q0.7 左轉(zhuǎn) 2.5 系統(tǒng)的外部接線圖 通過控制盒連接 S7-200，然后操作控制盒來控制挖掘機(jī)，如圖 2.4 所示 10

33、江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 圖 2.4 外部接線圖 2.6 硬件的抗干擾措施 隨著工業(yè)設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器 (PLC)在工業(yè)設(shè)備控制中 的應(yīng)用越來越廣泛。 PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行， 系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。 自動(dòng)化系統(tǒng)所使用的各種類型 PLC中，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和各電機(jī)設(shè)備上，它們大 多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高 PLC控制系統(tǒng)可靠性， 一方面要求 PLC 生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力，另一方面要求應(yīng)用部門在工程設(shè) 計(jì)、安裝施工和使用維護(hù)中引起高度重視， 多方配合才能完善解

34、決問題， 有效地增強(qiáng) 系統(tǒng)的抗干擾性能。 屏蔽: 對(duì)電源變壓器、中央處理器、編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁性良 好的材料進(jìn)行屏蔽處理，以防止外界干擾信號(hào)的影響。 濾波: 對(duì)供電系統(tǒng)計(jì)輸入線路采用多種形式的濾波處理， 以消除和抑制高頻干 擾信號(hào)，也削弱了模塊間的相互影響 11 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 電源調(diào)整與保護(hù) : 電源波動(dòng)造成電壓畸變或毛刺， 將對(duì) PLC 及 I/O 模塊產(chǎn)生不 良影響。對(duì)微處理器核心部件所需要的 5V 電源采用多級(jí)濾波處理，并用集成電壓 調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整， 以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動(dòng)和過電壓、 欠電壓的影響。 盡量使電源線平 行走線，電源線對(duì)地呈低阻抗，以減少電源噪聲干擾。其屏蔽層

35、接地方式不同，對(duì)干 擾抑制效果不一樣， 一般次級(jí)線圈不能接地。 輸入、 輸出線應(yīng)用雙絞線且屏蔽層應(yīng)可 靠接地，以抑制共摸干擾。 隔離: 在微處理器與 I/O 電路之間，采用光電隔離措施，有效地把他們隔離開 來，以防外部的干擾信號(hào)及地線環(huán)路中產(chǎn)生的噪聲電信號(hào)通過公共地線進(jìn)入PLC 本 機(jī)，從而影響其正常工作。 12 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 3 挖掘機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 3.1 PLC 編程語言的概述 PLC 編程語言的種類 PLC編程語言的種類主要包括三種：梯形圖、語句表和功能塊圖。 梯形圖：梯形圖是通過連線把 PLC指令的梯形圖符號(hào)連接在一起的連通圖，用 以表達(dá)所使用的 PLC指令及其前后順序，它與

36、電氣原理圖很相似。它的連線有兩 種：一為母線，另一為內(nèi)部橫豎線。內(nèi)部橫豎線把一個(gè)個(gè)梯形圖符號(hào)指令連成一個(gè) 指令組，這個(gè)指令組一般總是從裝載 （ LD）指令開始，必要時(shí)再繼以若干個(gè)輸入指令 （含 LD指令），以建立邏輯條件。最后為輸出類指令，實(shí)現(xiàn)輸出控制，或?yàn)閿?shù)據(jù)控 制、流程控制、通訊處理、監(jiān)控工作等指令，以進(jìn)行相應(yīng)的工作。母線是用來連接 指令組的。梯形圖編程，因?yàn)樗庇^易懂。 語句表： S7 系列 PLC將指令表稱為語句表。 PLC的指令是一種與微機(jī)的匯編語言 中的指令相似的助記符表達(dá)式， 由指令組成的程序叫做指令表程序或語句表程序。 語 句表比較適合熟悉 PLC和邏輯程序設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)豐富的程序

37、員使用。 功能塊圖：這是一種類似于數(shù)字邏輯門電路的編程語言，有數(shù)字電路基礎(chǔ)的人 很容易掌握。該編程語言用類似與門、或門的方框來表示邏輯運(yùn)算關(guān)系，方框的左 側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量，輸入、輸出端的小圓圈表示“非”運(yùn) 算，方框被“導(dǎo)線”連接在一起，信號(hào)自左向右流動(dòng)。 PLC 編程語言的特點(diǎn) 簡(jiǎn)化的程序結(jié)構(gòu) PLC的程序結(jié)構(gòu)通常很簡(jiǎn)單，典型的為塊式結(jié)構(gòu)，不同塊完成不同的功能，使程 序的調(diào)試者對(duì)整個(gè)程序的控制功能和控制順序有清晰的概念。 簡(jiǎn)化應(yīng)用軟件生成過程 使用匯編語言和高級(jí)語言編寫程序， 要完成編輯、 編譯和連接三個(gè)過程， 而使用 編程語言， 只需要編輯一個(gè)過程， 其余由系統(tǒng)軟件自動(dòng)

38、完成， 整個(gè)編輯過程都在人機(jī) 13 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 對(duì)話下進(jìn)行的，不要求用戶有高深的軟件設(shè)計(jì)能力。 圖形式指令結(jié)構(gòu) 程序由圖形方式表達(dá)， 指令由不同的圖形符號(hào)組成， 易于理解和記憶。 系統(tǒng)的軟 件開發(fā)者已把工業(yè)控制中所需的獨(dú)立運(yùn)算功能編制成象征性圖形， 用戶根據(jù)自己的需 要把這些圖形進(jìn)行組合， 并填入適當(dāng)?shù)膮?shù)。 在邏輯運(yùn)算部分， 幾乎所有的廠家都采 用類似于繼電器控制電路的梯形圖， 很容易接受。 如西門子公司還采用控制系統(tǒng)流程 圖來表示，它沿用二進(jìn)制邏輯元件圖形符號(hào)來表達(dá)控制關(guān)系， 很直觀易懂。 較復(fù)雜的 算術(shù)運(yùn)算、 定時(shí)計(jì)數(shù)等，一般也參照梯形圖或邏輯元件圖給予表示， 雖然象征性不如 邏輯

39、運(yùn)算部分，但也很受用戶歡迎。 明確的變量常數(shù) 圖形符相當(dāng)于操作碼，規(guī)定了運(yùn)算功能，操作數(shù)由用戶填人，如：K400， T120 等。PLC中的變量和常數(shù)以及其取值范圍有明確規(guī)定，由產(chǎn)品型號(hào)決定，可查閱產(chǎn)品 目錄手冊(cè)。 強(qiáng)化的調(diào)試手段 無論是匯編程序，還是高級(jí)語言程序調(diào)試，都是令編輯人員頭疼的事，而 PLC 的程序調(diào)試提供了完備的條件， 使用編程器，利用PLC和編程器上的按鍵、 顯示和內(nèi) 部編輯、調(diào)試、監(jiān)控等，并在軟件支持下，使診斷和調(diào)試操作都很簡(jiǎn)單。 3.2 挖掘機(jī)控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)自動(dòng)控制部分設(shè)計(jì)了一套完整的機(jī)械動(dòng)作， 這一套完整的動(dòng)作由八個(gè)基本 的機(jī)械動(dòng)作組成：前進(jìn)、后退、左拐、右拐

40、、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、下挖、上揚(yáng)。本系統(tǒng)分為 兩個(gè)部分：第一部分為自動(dòng)控制；第二部分為手動(dòng)控制。 3.2.1 自動(dòng)控制的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)自動(dòng)動(dòng)作依次為：挖掘機(jī)前進(jìn)，右拐前進(jìn)，左轉(zhuǎn)，下挖，右轉(zhuǎn)，后退，左 拐前進(jìn)，右轉(zhuǎn)，上揚(yáng)，左轉(zhuǎn)，后退，右拐，后退，最終回到起始位置，如圖 3.2 所示。 14 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 圖 3.1 挖掘機(jī)自動(dòng)控制圖 程序設(shè)計(jì)及分析： 15 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 從網(wǎng)絡(luò) 1 到網(wǎng)絡(luò) 6 的程序可知： 自動(dòng)控制開關(guān) I1.1 導(dǎo)通，延時(shí)定時(shí)器 T37、T38開始計(jì)時(shí)。 T37在 3 秒后導(dǎo)通， 此時(shí) M0.0 導(dǎo)通，將 M21.0的數(shù)值移入移位寄存器中， M21.1為該寄存器的最低位端； 將

41、 M22.0 的數(shù)值移入移位寄存器中， M25.1為該寄存器的最低位端。 16 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 從網(wǎng)絡(luò) 7 的程序可知： M21.1 導(dǎo)通， Q0.1 輸出，挖掘機(jī)前進(jìn) 5 秒 從網(wǎng)絡(luò) 8 到網(wǎng)絡(luò) 9 的程序可知： M21.2導(dǎo)通， Q0.1和 Q0.5同時(shí)輸出，挖掘機(jī)右拐 17 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 從網(wǎng)絡(luò) 10 到網(wǎng)絡(luò) 11 的程序可知： M21.3導(dǎo)通， T40開始計(jì)時(shí)， 2秒后導(dǎo)通， Q0.7輸出，挖掘機(jī)左轉(zhuǎn) 從網(wǎng)絡(luò) 12 到網(wǎng)絡(luò) 13 的程序可知： M21.4導(dǎo)通， T41開始計(jì)時(shí)， 1秒后導(dǎo)通， Q0.2輸出，挖掘機(jī)下挖 18 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 從網(wǎng)絡(luò) 14 到網(wǎng)絡(luò) 15的程序可知：

42、 M21.5導(dǎo)通， T42開始計(jì)時(shí)， 2秒后導(dǎo)通， Q0.6輸出，挖掘機(jī)右轉(zhuǎn) 從網(wǎng)絡(luò) 16 的程序可知： M21.6 導(dǎo)通， Q0.0 輸出，挖掘機(jī)后退 19 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 從網(wǎng)絡(luò) 17 到網(wǎng)絡(luò) 18 的程序可知： M21.7導(dǎo)通， Q0.1和 Q0.4同時(shí)輸出，挖掘機(jī)左拐 從網(wǎng)絡(luò) 14 到網(wǎng)絡(luò) 15 的程序可知： M25.1導(dǎo)通， T42開始計(jì)時(shí)， 2秒后導(dǎo)通， Q0.6輸出，挖掘機(jī)右轉(zhuǎn) 20 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 從網(wǎng)絡(luò) 18 到網(wǎng)絡(luò) 19的程序可知： M25.2導(dǎo)通， T43開始計(jì)時(shí)， 1秒后導(dǎo)通， Q0.3輸出，挖掘機(jī)上揚(yáng) 從網(wǎng)絡(luò) 10 到網(wǎng)絡(luò) 11的程序可知： M25.3導(dǎo)通， T4

43、0開始計(jì)時(shí)， 2秒后導(dǎo)通， Q0.7輸出，挖掘機(jī)左轉(zhuǎn) 21 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 從網(wǎng)絡(luò) 16 的程序可知： M25.4導(dǎo)通， Q0.0 輸出，挖掘機(jī)后退 從網(wǎng)絡(luò) 8 到網(wǎng)絡(luò) 9 的程序可知： M25.5導(dǎo)通， T39開始計(jì)時(shí)， 2.8 秒后導(dǎo)通， Q0.5輸出，挖掘機(jī)右拐 22 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 從網(wǎng)絡(luò) 16 的程序可知： M25.6 導(dǎo)通， Q0.0 輸出，挖掘機(jī)后退。 3.2.2 手動(dòng)控制的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的手動(dòng)動(dòng)作可實(shí)現(xiàn)對(duì)挖掘機(jī)的手動(dòng)控制，如圖 3.2 所示 開始 按 下 選擇 控制按鈕 圖 3.2 手動(dòng)控制圖 手動(dòng)控制開關(guān) I1.0 導(dǎo)通， M23.0導(dǎo)通，按下 I0.4 ，M23.1 導(dǎo)通

44、， Q0.1輸出，挖 掘機(jī)前進(jìn)。按下 I0.2 ，M23.2導(dǎo)通， Q0.4輸出，挖掘機(jī)左拐。按下 I0.5 ，M23.3導(dǎo) 通，Q0.0 輸出，挖掘機(jī)后退。按下 I0.3 ，M23.4導(dǎo)通， Q0.5 輸出，挖掘機(jī)右拐。按 23 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 下 I0.3 ，M23.4導(dǎo)通， Q0.5 輸出，挖掘機(jī)右拐。按下 I0.0 ，M23.5導(dǎo)通， Q0.2 輸出， 挖掘機(jī)下挖。按下 I0.1 ，M23.6 導(dǎo)通， Q0.3 輸出，挖掘機(jī)上揚(yáng)。按下 I0.6 ，M23.7 導(dǎo)通， Q0.6輸出，挖掘機(jī)右轉(zhuǎn)。按下 I0.7 ， M24.0導(dǎo)通， Q0.7 輸出，挖掘機(jī)左轉(zhuǎn)。 其相關(guān)的程序?yàn)椋?24

45、江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 3.3 軟件的抗干擾措施 故障診斷 :系統(tǒng)軟件定期地檢測(cè)外界環(huán)境， 如掉電、欠電壓、 鋰電池電壓過低 及強(qiáng)干擾信號(hào)等，以便及時(shí)反映和處理。 信號(hào)保護(hù)和恢復(fù) : 當(dāng)偶爾性故障發(fā)生時(shí)， 不破壞 PLC 內(nèi)部的信息， 一旦故障現(xiàn) 象消失，就可以恢復(fù)正常，繼續(xù)原來的工作。 設(shè)置警戒時(shí)鐘 WDT如: 果程序循環(huán)掃描執(zhí)行時(shí)間超過了 WDT規(guī)定的時(shí)間， 預(yù)示 了程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報(bào)警。 加強(qiáng)對(duì)程序的檢查和校驗(yàn) : 一旦程序有錯(cuò)，立即報(bào)警，并停止執(zhí)行程序。 對(duì)程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備 : 當(dāng)停電時(shí)利用后備電池供電， 保持有關(guān)信息 和狀態(tài)數(shù)據(jù)不丟失。 25 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 26 江蘇大學(xué)

46、畢業(yè)論文 4 人機(jī)界面的設(shè)計(jì) 4.1 組態(tài)軟件的介紹 組態(tài)就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、 方法，完成工程中某一具體任務(wù)的過程。 與 硬件生產(chǎn)相對(duì)照，組態(tài)與組裝類似。如要組裝一臺(tái)電腦， 事先提供了各種型號(hào)的主板、 機(jī)箱、電源、 CPU、顯示器、硬盤、光驅(qū)等，我們的工作就是用這些部件拼湊成自己 需要的電腦。 當(dāng)然軟件中的組態(tài)要比硬件的組裝有更大的發(fā)揮空間， 因?yàn)樗话阋?硬件中的“部件”更多，而且每個(gè)“部件”都很靈活，因?yàn)檐洸考加袃?nèi)部屬性，通 過改變屬性可以改變其規(guī)格（如大小、性狀、顏色等） 。 在組態(tài)概念出現(xiàn)之前，要實(shí) 現(xiàn)某一任務(wù)，都是通過編寫程序（如使用 BASIC,C,FORTRAN等）來

47、實(shí)現(xiàn)的。編寫程序 不但工作量大、周期長(zhǎng)，而且容易犯錯(cuò)誤，不能保證工期。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，解決了 這個(gè)問題。對(duì)于過去需要幾個(gè)月的工作，通過組態(tài)幾天就可以完成。 組態(tài)軟件是有專業(yè)性的。 一種組態(tài)軟件只能適合某種領(lǐng)域的應(yīng)用。 組態(tài)的概念最 早出現(xiàn)在工業(yè)計(jì)算機(jī)控制中。如 DCS（集散控制系統(tǒng) ） 組態(tài)， PLC（可編程控制器）梯 形圖組態(tài)。人機(jī)界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件。其實(shí)在其他行業(yè)也有組態(tài)的概念， 人們只是不這么叫而已。如 AutoCAD， PhotoShop，辦公軟件 （PowerPoint） 都存在相 似的操作， 即用軟件提供的工具來形成自己的作品， 并以數(shù)據(jù)文件保存作品， 而不是 執(zhí)行程序。

48、 組態(tài)形成的數(shù)據(jù)只有其制造工具或其他專用工具才能識(shí)別。 但是不同之處 在于，工業(yè)控制中形成的組態(tài)結(jié)果是用在實(shí)時(shí)監(jiān)控的。 組態(tài)工具的解釋引擎， 要根據(jù) 這些組態(tài)結(jié)果實(shí)時(shí)運(yùn)行。 從表面上看，組態(tài)工具的運(yùn)行程序就是執(zhí)行自己特定的任務(wù)。 雖然說組態(tài)就是不需要編寫程序就能完成特定的應(yīng)用。 但是為了提供一些靈活性， 組 態(tài)軟件也提供了編程手段， 一般都是內(nèi)置編譯系統(tǒng)， 提供類 BASIC語言，有的甚至支 持 VB。在當(dāng)今工控領(lǐng)域，一些常用的大型組態(tài)軟件主要有： WinCC， iFix ，Intouch ， 組態(tài)王，力控等。 組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)正以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、 硬件平臺(tái)構(gòu)

49、成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)， 它具有適應(yīng)性強(qiáng)、 開放性好、 易于 擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管 27 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。 其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層， 對(duì)上連接管理層， 它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn) 場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制， 且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、 組態(tài)開發(fā)的重要作用。 尤 其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫。通過對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采 用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面， 有利于 試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。 而且，它能充分利用 Windows的圖形編輯功能， 方便地構(gòu)成監(jiān) 控畫面，并以動(dòng)畫方式

50、顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，可便 利的生成各種報(bào)表。 它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、 數(shù)據(jù)鏈接功能。 因此本系統(tǒng)選擇組態(tài)王來實(shí)現(xiàn)對(duì)挖掘機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 組態(tài)王(KingView )軟件包 括組態(tài)王工程瀏覽器、開發(fā)系統(tǒng)和運(yùn)行系統(tǒng)三個(gè)部份。 工程瀏覽器( PROJMA)K是一個(gè)具有集成開發(fā)的環(huán)境。在工程瀏覽器中可以創(chuàng)建 工程，并對(duì)工程進(jìn)行管理?？梢圆榭垂こ痰母鱾€(gè)組成部分，完成構(gòu)造數(shù)據(jù)庫、定義外 部設(shè)備等工作。 開發(fā)系統(tǒng)( TOUCHM)AK是應(yīng)用程序的開發(fā)環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境中完成設(shè)計(jì)畫面、動(dòng) 畫連接等工作。 TOUCHMA具K有先進(jìn)完善的圖形生成功能；數(shù)據(jù)庫中有

51、多種數(shù)據(jù)類型， 能合理地抽象控制對(duì)象的特性；對(duì)變量報(bào)警、趨勢(shì)曲線、過程記錄、安全防范等重要 功能都有簡(jiǎn)單的操作辦法。 運(yùn)行系統(tǒng)( TOUCHVIE)W是組態(tài)王軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境。在 TOUCHMA中K建立的圖 形畫面只有在 TOUCHIVEW中才能運(yùn)行。 TOUCHVIE從W工業(yè)控制對(duì)象中采集數(shù)據(jù)，并記 錄在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中。 它還負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)的變化用動(dòng)畫的方式形象地表示出來， 同時(shí)完成 變量報(bào)警、操作記錄、趨勢(shì)曲線等監(jiān)視功能，并生成歷史數(shù)據(jù)文件。畫面的“開發(fā)系 統(tǒng)”和“運(yùn)行系統(tǒng)”由“工程瀏覽器”調(diào)用，且兩個(gè)系統(tǒng)可以獨(dú)立于“工程瀏覽器” 工作。 4.2 挖掘機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的創(chuàng)建過程 4.2.1 挖掘機(jī)監(jiān)

52、控系統(tǒng)設(shè)備的連接 在計(jì)算機(jī)外部設(shè)備硬件連接好后，為了實(shí)現(xiàn)組態(tài)王和外部設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊， 必須在組態(tài)王的開發(fā)環(huán)境中定義外部設(shè)備。本系統(tǒng)的設(shè)備連接過程如下： 在組態(tài)王工程瀏覽器樹形目錄中， 選擇設(shè)備 COM，1 在右邊的工作區(qū)出現(xiàn)了 “新 建”圖標(biāo)，雙擊此“新建”圖標(biāo)，彈出“設(shè)備配置向?qū)А睂?duì)話框，在“設(shè)備”下的子 28 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 項(xiàng)中默認(rèn)列出的項(xiàng)目表示組態(tài)王和外部設(shè)備幾種常用的通訊方式， DDE、PLC，智能儀 表，智能模塊，板卡，變頻器。 在上述對(duì)話框雙擊 PLC選擇西門子提供的 S7200系列的 PPI 項(xiàng)。 為 S7200 設(shè)備指定邏輯名稱 s7200。 為設(shè)備選擇連接的串口為 C

53、OM。1 為了保證組態(tài)王與 PLC能夠通信上，所以組態(tài)王的通信地址要與 PLC 的通信 地址保持一致， 在本系統(tǒng)調(diào)試的過程中， PLC的通信地址為 18，因此此處填寫設(shè)備地 址為 18。 設(shè)置通信故障恢復(fù)參數(shù)，默認(rèn)參數(shù)。 檢查各項(xiàng)設(shè)置是否正確，確認(rèn)無誤后，單擊“完成” 。 創(chuàng)建好的窗口如圖 4.1 所示 圖 4.1 創(chuàng)建好的窗口 4.2.2 挖掘機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)變量的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王”最核心的部分。在 TouchVew運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的挖掘機(jī)要以動(dòng) 畫的形式顯示在屏幕上， 這些都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為核心， 所以說數(shù)據(jù)庫是連接上位機(jī) 和下位機(jī)的橋梁。數(shù)據(jù)庫中變量的集合形象地稱為“數(shù)據(jù)辭典” ，數(shù)據(jù)詞

54、典記錄了所 有用戶可以使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。 數(shù)據(jù)詞典中的變量可以分為基本變量類型和 特殊變量?jī)纱箢?，基本變量又分為?nèi)存變量和 I/O 變量?jī)煞N?！?I/O 變量”指的是組 態(tài)王與外部設(shè)備或其它應(yīng)用程序交換的變量。 這種數(shù)據(jù)交換是雙向的、 動(dòng)態(tài)的， 就是 說在組態(tài)王系統(tǒng)運(yùn)行過程中，每當(dāng) I/O 變量的值改變時(shí)，該值就會(huì)自動(dòng)寫入外部設(shè) 備或遠(yuǎn)程應(yīng)用程序； 每當(dāng)外部設(shè)備或遠(yuǎn)程應(yīng)用程序中的值改變時(shí)， 組態(tài)王系統(tǒng)中的變 量值也會(huì)自動(dòng)改變。所以，那些從下位機(jī)采集來的數(shù)據(jù)、發(fā)送給下位機(jī)的指令，比如 前進(jìn)按鈕、后退按鈕等變量，都需要設(shè)置成“ I/O 變量”。那些不需要和外部設(shè)備或 其它應(yīng)用程序交換， 只

55、在組態(tài)王內(nèi)使用的變量， 比如計(jì)算過程的中間變量， 就可以設(shè) 置成“內(nèi)存變量”。基本類型的變量也可以按照數(shù)據(jù)類型分為離散型、實(shí)型、整型和 29 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 字符串型。 內(nèi)存離散變量、 I/O 離散變量 內(nèi)存實(shí)型變量、 I/O 實(shí)型變量 內(nèi)存整數(shù)變量、 I/O 整數(shù)變量 內(nèi)存字符串型變量、 I/O 字符串型變量 本系統(tǒng)共需設(shè)置 12個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)， 主要是通過定義數(shù)據(jù)詞典來實(shí)現(xiàn)。 在工程瀏覽器 樹型目錄中選擇“數(shù)據(jù)詞典”，在右側(cè)雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出“變量屬性”對(duì)話框， 如圖4.2 所示。 圖 4.2 定義變量圖 本系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置如下： 變量名：前進(jìn) 變量名：后退 變量類型： I/O 離散 變量

56、類型： I/O 離散 連接設(shè)備： s7200 連接設(shè)備： s7200 寄存器： Q0.1 寄存器： Q0.0 數(shù)據(jù)類型： Bit 數(shù)據(jù)類型： Bit 采集頻率： 1000 采集頻率： 1000 讀寫屬性：只讀 讀寫屬性：只讀 30 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 變量名：左拐 變量類型： I/O 離散 連接設(shè)備： s7200 寄存器： Q0.4 數(shù)據(jù)類型： Bit 采集頻率： 1000 讀寫屬性：只讀 變量名：右拐 變量類型： I/O 離散 連接設(shè)備： s7200 寄存器： Q0.5 數(shù)據(jù)類型： Bit 采集頻率： 1000 讀寫屬性：只讀 變量名：左轉(zhuǎn) 變量類型： I/O 離散 連接設(shè)備： s7200 寄

57、存器： Q0.7 數(shù)據(jù)類型： Bit 采集頻率： 1000 讀寫屬性：只讀 變量名：右轉(zhuǎn) 變量類型： I/O 離散 連接設(shè)備： s7200 寄存器： Q0.6 數(shù)據(jù)類型： Bit 采集頻率： 1000 讀寫屬性：只讀 變量名：下挖 變量類型： I/O 離散 連接設(shè)備： s7200 寄存器： Q0.2 數(shù)據(jù)類型： Bit 采集頻率： 1000 讀寫屬性：只讀 變量名：上揚(yáng) 變量類型： I/O 離散 連接設(shè)備： s7200 寄存器： Q0.3 數(shù)據(jù)類型： Bit 采集頻率： 1000 讀寫屬性：只讀 變量名：車 變量名：車 1 31 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 變量類型：內(nèi)存整數(shù) 變化靈敏度： 0 最小值：

58、 0 初始值：0 最大值： 999999999 變量類型：內(nèi)存整數(shù) 變化靈敏度： 0 最小值： 0 初始值：0 最大值： 999999999 變量名：字體顏色 變量類型：內(nèi)存整數(shù) 變化靈敏度： 0 最小值： 0 初始值：0 最大值： 999999999 變量名：挖斗 變量類型：內(nèi)存整數(shù) 變化靈敏度： 0 最小值： 0 初始值：0 最大值： 999999999 4.2.3 圖形畫面的制作及動(dòng)畫連接 設(shè)計(jì)畫面 組態(tài)王的監(jiān)控過程主要是通過主畫面來實(shí)現(xiàn)的。 本工程創(chuàng)建了兩個(gè)畫面， 分別是 “登陸界面”如圖4.4 所示和“主畫面”如圖4.5 所示。通過編輯腳本程序，點(diǎn)擊“登 陸界面”中的登錄系統(tǒng)按鈕，輸

59、入設(shè)置好的密碼就可進(jìn)入“主畫面” 。屬性設(shè)置如圖 4.3 所示。 32 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 圖 4.3 屬性設(shè)置圖 圖 4.4 登陸界面 33 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 圖 4.5 主畫面 動(dòng)畫連接 所謂“動(dòng)畫連接”就是建立畫面的圖素與數(shù)據(jù)庫變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這樣，工業(yè)現(xiàn) 場(chǎng)的數(shù)據(jù)，比如時(shí)間的變化等，當(dāng)它們發(fā)生變化時(shí)，通過 I/O 接口，將引起實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 庫中變量的變化。 圖形對(duì)象可以按動(dòng)畫連接的要求改變顏色、尺寸、位置、填充百分?jǐn)?shù)等。一個(gè)圖 形對(duì)象又可以同時(shí)定義多個(gè)連接。 把這些動(dòng)畫連接組合起來， 應(yīng)用程序?qū)⒊尸F(xiàn)出令人 難以想象的動(dòng)畫效果。 挖掘機(jī)模型的移動(dòng)連接 首先雙擊挖掘機(jī)模型，彈出動(dòng)畫連接界面，點(diǎn)擊

60、水平移動(dòng)，在彈出的水平移動(dòng)連 接對(duì)話框中點(diǎn)擊問號(hào)， 在本站點(diǎn)選擇預(yù)先設(shè)置好的變量名 “ 本站點(diǎn) 車”，點(diǎn)擊確定； 點(diǎn)擊垂直移動(dòng)， 在彈出的垂直移動(dòng)連接對(duì)話框中點(diǎn)擊問號(hào)， 在本站點(diǎn)選擇預(yù)先設(shè)置好 的變量名“ 本站點(diǎn) 車 1”，點(diǎn)擊確定。 圖 4.6 挖掘機(jī)垂直移動(dòng)連接設(shè)置界面 報(bào)警燈閃爍 34 江蘇大學(xué)畢業(yè)論文 在工具箱中選擇“打開圖庫” ，在彈出的圖庫管理器的指示燈中選擇所需要的報(bào) 警燈。點(diǎn)擊選擇好的指示燈，定義報(bào)警燈變量名，點(diǎn)擊對(duì)話框中的問號(hào)，在本站點(diǎn)中 選擇預(yù)先設(shè)置好的變量名“ 本站點(diǎn) 前進(jìn)”，點(diǎn)擊確定，這樣報(bào)警燈就可以報(bào)警了 其他七個(gè)報(bào)警燈以此類推。 圖 4.7 指示燈界面 字體閃爍 點(diǎn)