基于S7-300PLC物料分揀系統(tǒng)的設計說明

..本科生畢業(yè)設計<論文>學院：電子與電氣工程學院專業(yè)：自動化學生：指導教師：完成日期年月..基于S7-300PLC物料分揀系統(tǒng)的軟件設計SoftwareDesignofMaterialSortingSystemBasedonS7-300PLC總計：29頁表格：3個插圖：20幅..本科畢業(yè)設計〔論文基于S7-300PLC物料分揀系統(tǒng)的軟件設計SoftwareDesignofMaterialSortingSystemBasedonS7-300PLC學院：電子與電氣工程學院專業(yè)：自動化學生姓名：學號：指導教師〔職稱：評閱教師：完成日期：基于S7-300PLC物料分揀系統(tǒng)的軟件設計自動化專業(yè)[摘要]本文是基于西門子S7-300PLC和西門子觸摸屏的物料分揀系統(tǒng)設計。采用S7-300PLC為控制器,以西門子觸摸屏為人機對話接口。通過分析控制系統(tǒng)的工藝流程,利用西門子編程軟件STEP7完成了PLC的程序設計,實現(xiàn)了氣動機械手對物料的分揀功能。同時使用西門子HMI軟件WinccFlexible設計系統(tǒng)監(jiān)控畫面,定義I/O設備,構造數(shù)據(jù)庫,建立動畫連接并與硬件系統(tǒng)進行了聯(lián)合調試,在觸摸屏上實現(xiàn)了對系統(tǒng)的實時控制。[關鍵詞]物料分揀；氣動機械手；S7-300PLC；觸摸屏SoftwareDesignofMaterialSortingSystemBasedonS7-300PLCAutomationSpecialtyXUBao-haiAbstract:ThispaperdesignsthematerialsortingsystemonthebasisofSiemensS7-300PLCandSiemenstouchscreen.S7-300PLCisutilizedasthecontrollerandSiemenstouchscreenisadoptedasthehumanmachineinterfaceconversation.Byanalyzingthecontrolsystemprocessflows,PLCproceduresaredesignedbymeansofSiemens’programmingsoftwareSTEP7,andthepurposeofmaterials’sortingfunctionwithpneumaticmanipulatorisachieved.Meanwhile,Siemens’HMIsoftware,WinccFlexible,isusedtodesignmonitor-ingscreenofsystem,todefineI/Oequipments,toconstructthedatabase,tobuildanimationandtodebugon-linewithhardwaresystem.Intheend,thegoalofrealtimemonitoringforthesystemonthetouchscreenisachieved.

Keywords:Materialsorting;pneumaticmanipulator;S7-300programmablelogiccontroller;touchscreen..目錄1引言11.1物料分揀系統(tǒng)的概述11.2物料分揀系統(tǒng)的國內外研究現(xiàn)狀11.3研究的目的及意義12物料分揀系統(tǒng)的硬件分析22.1控制系統(tǒng)的設計22.1.1物料分揀系統(tǒng)的分析2控制器的選型22.2空氣壓縮機的工作原理及使用32.3接近開關的工作原理32.4帶磁性開關的氣缸的工作原理42.5光纖傳感器的工作原理42.6電控換向閥的工作原理42.7NPN型電平與PNP型的轉換52.8物料分揀系統(tǒng)的結構53物料分揀系統(tǒng)的軟件設計63.1PLC程序設計步驟63.2機械手移動的工藝流程73.3PLC程序的地址分配73.4程序流程圖的設計8物料分揀系統(tǒng)的工作流程8程序流程圖的設計103.5物料分揀系統(tǒng)程序的設計10PLC的編程原則10STEP7V5.4編程軟件的使用103.5.3程序的設計134HMI〔觸摸屏的應用134.1HMI概述134.2HMI實現(xiàn)方法和步驟13HMI組態(tài)13HMI與PLC的連接和傳送16結束語18參考文獻19附錄20致謝29..引言隨著社會不斷的發(fā)展,市場競爭也越來越激烈,因此,各大生產(chǎn)企業(yè)都迫切地需要改進自己落后的生產(chǎn)技術,從而提高生產(chǎn)效率,特別是在要進行物料自動分揀的企業(yè)。以往一直采用半自動分揀或人工分揀的方法,使生產(chǎn)效率非常低,生產(chǎn)成本非常高,導致企業(yè)的競爭能力差。物料自動分揀已成為了企業(yè)的唯一的選擇。針對上述問題,研究一種高效率的物料自動分揀系統(tǒng)勢在必行。本文提出一種利用S7-300PLC、氣動機械手和傳感器融合技術設計了高效率、低成本的自動物料分揀系統(tǒng)[1]。物料分揀系統(tǒng)的概述物料分揀采用可編程控制器PLC進行控制,能連續(xù)、大批量地分揀物料,分揀誤差率低且勞動強度大大降低,可顯著提高勞動生產(chǎn)率[2]。而且,氣動技術使用安全、可靠,可以在高溫、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣情況下工作。而氣動機械手作為機械手的一種,它具有結構簡單,動作迅速、節(jié)能和不污染環(huán)境等優(yōu)點[3]。所以,氣動機械手被廣泛應用于各個行業(yè)。所以,只要根據(jù)不同的分揀對象,對本系統(tǒng)稍加修改即可實現(xiàn)要求,非常方便。物料分揀系統(tǒng)的國內外研究現(xiàn)狀國外物料分揀控制系統(tǒng)發(fā)展迅速,并在智能化方面取得成果,在這方面,日本、美國、德國等國的技術比較領先,都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的自動化裝置,并在各行業(yè)廣泛應用。近年來,在我國以信息化帶動的工業(yè)化正在蓬勃發(fā)展,物料分揀系統(tǒng)已成為各行業(yè)系統(tǒng)控制中的重要地位,特別是在冶金、化工和機械等工業(yè)中。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方案已經(jīng)不滿足高質量、高速度的要求。近年來我國的快速發(fā)展為此行業(yè)的發(fā)展奠定了堅實的基礎與廣闊的發(fā)展空間。這大大提高了工作的安全性、可靠性,不僅控制簡便,而且控制精確,同時又降低了產(chǎn)品的成本,提高了生產(chǎn)效率。研究的目的及意義分揀系統(tǒng)中物料傳感器以及氣缸應用自動化設備更新時的需要,可以大量代替單調往復或高精度需求的工作,在先進制造領域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運貨物、分揀物品、代替人的繁重勞動。可以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化,能在高溫、腐蝕及有毒氣體等環(huán)境下操作以保護人身安全,可以廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門?；赑LC的物料分揀系統(tǒng)的設計,是以中央處理器為核心,綜合了計算機和自動控制等先進技術,具有可靠性高、功能完善、組合靈活、編程簡單、功耗低等優(yōu)點,已成為目前在物料分揀控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式[4]。使用PLC的自動控制系統(tǒng)具有體積小,可靠高,故障率低,動作精度高等優(yōu)點。隨著分揀系統(tǒng)自動化發(fā)展的深度和廣度及機器人智能水平的提高,物料分揀系統(tǒng)已在眾多領域得到了應用。物料分揀系統(tǒng)的硬件分析控制系統(tǒng)的設計控制系統(tǒng)是物料分揀系統(tǒng)的一個重要組成部分,它的基本功能是接收上位機傳來的控制指令信號,通過相應控制程序轉化為執(zhí)行機構的運動。本文所研究的物料分揀系統(tǒng)采用順序控制與位置控制相結合的方式。2.1.1物料分揀系統(tǒng)的分析在物料分揀系統(tǒng)中,控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)運行的大腦,負責控制整個系統(tǒng)的協(xié)調、高效的運行。本系統(tǒng)在控制方式上采用了觸摸屏與PLC結合的控制模式,如圖1所示。利用PLC的高可靠性、模塊化結構及編程簡單等特點,讓其作為完成實時采集和控制任務；另一方面利用個人計算機及其人機界面程序實現(xiàn)監(jiān)控功能。圖1系統(tǒng)的結構簡圖在物料分揀控制系統(tǒng)中,觸摸屏負責整個系統(tǒng)的協(xié)調、優(yōu)化、高效的運行。主要有兩方面功能：一方面對PLC發(fā)送控制命令,從而實現(xiàn)對機械手的控制；另一方面及時監(jiān)控PLC及其他設備的工作狀態(tài),對系統(tǒng)進行監(jiān)控,并且還應具有良好監(jiān)視和模擬運行功能。物料分揀的控制由于PLC的參與,使得龐大而且復雜多變的控制系統(tǒng)變得簡單明了,使程序的編制、修改變得容易。物料分揀控制系統(tǒng)就其實現(xiàn)來說,不論是硬件還是軟件部分,都應滿足功能完備實用且工作穩(wěn)定可靠、具有良好的系統(tǒng)可擴展性和維護性等基本要求[5]。控制器的選型PLC作為一種工業(yè)控制裝置,在科研、生產(chǎn)的諸多領域中得到越來越廣泛的應用。要正確、合理的選擇PLC,這對控制系統(tǒng)的程序開發(fā)設計有非常重要的作用。本次設計的物料分揀系統(tǒng)中,總涉及輸入量26個,輸出量11個,及I/O點數(shù)總計為37個。輸入模塊可以采用一個32點輸入模塊或者兩個16點輸入模塊,輸出模塊采用一個16點輸出模塊。本次設計采用西門子S7-300PLC,PLC系統(tǒng)硬件選型說明如表1所示[6]。表1PLC系統(tǒng)硬件配置序號名稱型號說明數(shù)量1電源模塊6ES7-307-1BA00-0AA0PS30712CPU模塊6ES7-315-2AF03-0AB0CPU315-2DP13數(shù)字量輸入模塊6ES7-321-1BH02-0AA0SM321DI16*DC24V24數(shù)字量輸出模塊6ES7-322-1BH01-0AA0SM322DO16*DC24V/0.5A1HYPERLINKH:\姚海情論文摘要及目錄.doc\l"_Toc169684946#_Toc169684946"空氣壓縮機的工作原理及使用空氣壓縮機由壓縮機、儲氣桶、氣壓儀表及啟停按鈕組成。啟動空氣壓縮機,則其壓縮空氣使儲氣桶內氣壓不斷增加,壓強值可從氣壓儀表上讀取,注意不要使儲氣桶內氣壓達到產(chǎn)品所規(guī)定的氣壓上限值,否則會出現(xiàn)危險情況[7]?？諝鈮嚎s機的日常維護[8]?！?檢查安全閥功能是否正常；〔2每日使用后排放儲氣桶內水分〔當桶內壓力很小情況下做此操作；〔3壓縮機內的油位不能過低,否則啟動壓縮機會被燒壞。接近開關的工作原理本次設計使用的是LJ8A3-2-Z/BX電感式接近開關,電感式接近開關的工作原理圖如圖3所示。電感式接近開關由三大部分組成：振蕩器、開關電路、及放大輸出電路。振蕩器產(chǎn)生一個交變磁場,當金屬物體接近這一磁場,并達到感應距離時,在金屬體內產(chǎn)生渦流,從而導致振蕩衰減,以致停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級放大電路處理并轉化成開關信號,觸發(fā)驅動控制器件,從而達到非接觸式之檢測的目的。圖3電感式接近開關工作原理圖這種接近開關所能檢測的物體必須是金屬導電體。物體離傳感器越近,線圈內的阻尼就越大,阻尼越大,傳感器振蕩器的電流越小。帶磁性開關的氣缸的工作原理氣缸是一種氣動元件,其種類很多。在機械手控制系統(tǒng)中主要用的氣缸為帶磁性開關的氣缸。對于氣缸進、排氣口,當左邊進氣,右邊排氣時,活塞向左運動,反之活塞向右運動。當活塞運動到位時,活塞上的永久磁鐵將使磁性開關產(chǎn)生開關信息。當磁鐵接近磁性開關時,磁性開關中的磁性開關閉合,電路導通,指示燈亮；反之,磁性開關斷開,指示燈滅。當指示燈亮時,說明活塞運動到位。磁性開關電路原理圖如圖4所示。圖4磁性開關電路原理圖光纖傳感器的工作原理色標傳感器常用于檢測特定色標或物體上的斑點,它是通過與非色標區(qū)相比較來實現(xiàn)色標檢測,而不是直接測量顏色。色標傳感器實際是一種反向裝置,光源垂直于目標物體安裝,而接收器與物體成銳角方向安裝,讓它只檢測來自目標物體的散射光,從而避免傳感器直接接收反射光,并且可使光束聚焦很窄[9]。白熾燈和單色光源都可用于色標檢測。本次設計使用D11SN6FP光纖傳感器,其接線圖如圖5所示。圖5光纖傳感器接線圖電控換向閥的工作原理電控換向閥是一種氣動控制元件,簡稱電磁閥。它是通過電控改變氣缸中進氣和排氣方向,從而改變活塞運動方向的元件。本次設計使用的電控換向閥為二位五通單電控換向閥。二位五通表示有兩個工作位置和五個通氣口。單電控是指電磁閥通電時,活塞運動,改變氣體通路；斷電時,活塞不運動,恢復原氣體通路。當電磁閥線圈斷電時,依靠彈簧作用,活塞保持初始狀態(tài),當電磁閥線圈通電時,活塞向左運動,即可通過電磁閥線圈的通電與斷電便可改變氣缸內氣體流向,從而實現(xiàn)對氣缸活塞運動的控制。NPN型電平與PNP型的轉換PLC控制系統(tǒng)的設計中,雖然接線工作占的比重較小,大部分工作還是PLC的編程設計工作,但它是編程設計的基礎,只有接線正確后,才能順利地進行編程設計工作。PLC中數(shù)字量的輸入分為源型輸入和漏型輸入。本次設計所用的SM321數(shù)字量輸入模塊屬于漏型輸入,即電流從PLC的輸入端流進,從公共端流出,也就是說公共端接外接電源的負極[10]。源型輸入與漏型輸入正好相反。而此次設計所用的接近開關、傳感器都屬于NPN型,NPN集電極開路輸出為0V,當輸出OUT端和PLC輸入相連時,電流從PLC的輸入端流出,從PLC的公共端流入,此為PLC的源型輸入。與此次設計所用的模塊不符合,所以需要將NPN型轉換為PNP型。PNP型集電極開路輸出為高電平,當輸出OUT端和PLC輸入相連時,電流從PLC的輸入端流入,從PLC的公共端流出,此形式符合本次設計的要求。NPN型電平與PNP型的轉換電路如圖6所示。圖6NPN型電平與PNP型的轉換電路圖物料分揀系統(tǒng)的結構本次設計的物料分揀控制系統(tǒng)是一個用于自動分撿不同物料的系統(tǒng)。主要設備有：計算機、觸摸屏〔西門子TP170B6、PLC〔西門子S7-300和機械手工作臺,其中機械手工作臺主要包括以下部分：電源、空氣壓縮機、電感式接近開關、色標傳感器、電控換向閥、帶磁性開關的氣缸。西門子S7-300PLC是控制系統(tǒng)的控制器,通過編程實現(xiàn)對機械手工作臺的控制,而且以組態(tài)軟件為開發(fā)平臺,可實現(xiàn)觸摸屏對整個系統(tǒng)的監(jiān)控。電源為PLC、電控閥、接近開關及傳感器提供電源,空氣壓縮機為整個系統(tǒng)提供動力。通過磁性接近開關可以對氣缸運動進行控制,而通過電控換向閥可以改變氣缸的運動方向,從而實現(xiàn)機械手抓取和松開物塊,及機械手大小臂前后、上下動作,完成物料分揀任務。色標傳感器用來檢測物料的顏色,從而使機械手分揀不同顏色的物料到不同的位置。機械手工作臺就是系統(tǒng)的被控對象,通過它實現(xiàn)物料的分揀?；赟7-300物料分揀系統(tǒng)的實物圖如圖2所示。圖2基于S7-300PLC物料分揀系統(tǒng)的實物圖物料分揀系統(tǒng)的軟件設計電氣控制由最初的繼電器回路控制發(fā)展成為如今的可編程序控制器控制,是因為PLC具有通用靈活、抗干擾性強、可靠性高、易于編程、使用方便等優(yōu)點。系統(tǒng)中采用PLC控制,大大縮短了系統(tǒng)的設計和調試周期。PLC程序設計步驟PLC控制系統(tǒng)是以程序形式來實現(xiàn)其控制功能的,大量的工作時間將用在程序設計上。PLC程序設計可遵循以下五個步驟進行[11]。〔1確定被控系統(tǒng)必須完成的動作及完成這些動作的順序；〔2分配輸入輸出設備,即確定哪些外圍設備是傳送信號到PLC,哪些設備是接收來自PLC的信號,并將PLC的輸入、輸出端子對應進行分配；〔3應用編程工具設計PLC程序；〔4對程序進行調試,其中包括模擬調試和寫入PLC進行現(xiàn)場調試；〔5將已完成的程序固化到PLC中,完成編程過程。機械手移動的工藝流程物料分揀系統(tǒng)中主要由傳感器和機械手來實現(xiàn)物料的傳送與搬運,而控制系統(tǒng)是機械手的指揮系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)中需要用到單電控的二位五通電磁閥,進而對氣缸進行控制,氣缸是否到位,用限位開關來實現(xiàn)檢測。機械手搬運物料時的簡單工作流程,如圖7所示。系統(tǒng)上電,接通空氣壓縮機給系統(tǒng)供氣。傳感器的檢測信號作為PLC的輸入信號,經(jīng)PLC程序處理后,由PLC輸出口輸出控制信號,控制電磁閥的接通,電磁閥做出相應的機械動作。打開氣路,驅動氣缸的活塞運動,完成機械手臂的前移、下移、夾取動作；限位開關檢測到相應動作到位后,再給PLC一個控制輸入信號,經(jīng)PLC程序處理后,使相應的電磁閥關斷,氣缸恢復初始狀態(tài),完成機械手臂的后移、上升、卸料動作。圖7機械手工作流程圖PLC程序的地址分配根據(jù)系統(tǒng)的控制要求分配PLC中的地址。PLC程序的地址分配如表2所示。表2PLC程序的地址分配表西門子PLC〔I/O物料分揀系統(tǒng)接口〔I/O輸入部分輸入部分I0.0倉庫A左限開關I0.1傳送臺左限開關I0.2倉庫A物料檢測開關I0.3機械手A右限開關I0.4機械手A左限開關I0.5機械手A上限開關I0.6機械手A下限開關I0.7傳送臺A物料傳感器I1.0傳送臺上限I1.1傳送臺下限I1.2緊急停車I1.3機械手B右限開關I1.4機械手B左限開關I1.5傳送臺B物料傳感器I1.6機械手B上限開關I1.7機械手B下限開關I12.0A傳感器I12.1B顏色傳感器I12.2C顏色傳感器I12.3倉庫B1右限I12.4倉庫B1左限I12.5倉庫B2左限I12.6倉庫B2右限I12.7開始I13.0停止I13.1傳送臺右限輸出部分Q4.0倉庫A物料傳送〔氣缸0Q4.1機械手A下移〔氣缸1Q4.2機械手A夾緊〔氣缸2Q4.3傳送臺左移〔氣缸3Q4.4傳送臺下移〔氣缸4Q4.5機械手B夾緊〔氣缸5Q4.6機械手A左移〔氣缸6Q4.7機械手B左移〔氣缸7Q5.0機械手B下移〔氣缸8Q5.1倉庫B1右移〔氣缸9Q5.2倉庫B2右移〔氣缸10程序流程圖的設計物料分揀系統(tǒng)的工作流程分揀系統(tǒng)采用PLC控制。系統(tǒng)上電后,系統(tǒng)自動恢復到初始狀態(tài),初始狀態(tài)為：物料傳送氣缸在最右限；機械手A大臂在最右限,小臂在上限,機械手處于松開狀態(tài)；傳送臺在最右限,傳送臺上的升降桿在上限；機械手B大臂在最右限,小臂在上限,機械手處于松開狀態(tài)；倉庫B1、倉庫B2均在最左限。系統(tǒng)恢復到初始狀態(tài)后,按下開始按鈕,系統(tǒng)開始運行,首先是倉庫A送料,當物料檢測器檢測到物料時,機械手A開始動作,其動作流程依次為：左移、下降、夾緊、延時2秒、上升、右移、下降、松開、延時2秒、上升；機械手A動作完成后,傳送臺A〔右端傳感器檢測物料,檢測到物料后,其動作流程依次為：左移、下降、右移、上升、延時2秒〔A、B、C傳感器檢測、左移、下降、右移、上升；當物料送到傳送臺B〔左端處時,傳送臺B物料傳感器檢測,檢測到物料時,機械手B開始動作,其動作流程依次為：下降、夾緊、延時2秒、上升、左移、下降、松開、延時2秒、上升、右移；A、B、C傳感器檢測到物料種類后,倉庫B1、倉庫B2分別右移,最終將倉庫A中的物料分揀到倉庫B中。當按下停止按鈕后,系統(tǒng)完成一個的周期的工作后自動停止。當按下緊急停車按鈕后,系統(tǒng)立即停止工作。物料分揀系統(tǒng)工作流程圖如圖8所示。圖8物料分揀系統(tǒng)工作流程圖程序流程圖的設計根據(jù)系統(tǒng)的工作流程及控制要求設計本次設計的程序流程圖。其程序流程圖詳見附錄。物料分揀系統(tǒng)程序的設計PLC的編程原則PLC是由繼電接觸器控制發(fā)展而來的,但是與之相比,PLC的編程應該遵循以下基本原則[12]?！?外部輸入、輸出、內部繼電器〔位存儲器、定時器、計數(shù)器等器件的觸點可多次重復使用。梯形圖的每一行都是從左側母線開始,線圈接在最右邊,觸點不能放在線圈的右邊。線圈不能直接與左側母線相連。〔2同一編號的線圈在一個程序中使用兩次及以上〔稱為雙線圈輸出容易引起誤操作,應盡量避免雙線圈輸出。〔3梯形圖程序必須符合順序執(zhí)行的原則,從左到右,從上到地執(zhí)行,如不符合順序執(zhí)行的電路不能直接編程。〔4在梯形圖中串聯(lián)觸點、并聯(lián)觸點的使用次數(shù)沒有限制,可無限次地使用。按照PLC的編程原則,根據(jù)物料分揀系統(tǒng)的工作流程及程序流程圖,按要求編寫程序。STEP7V5.4編程軟件的使用在進行程序設計時,需要用到西門子公司的編程軟件STEP7,本次設計所使用的是西門子公司STEP7V5.4版。STEP7V5.4版具有容易使用、直觀的用戶界面、組態(tài)取代了編程、統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫等特點[13]?！?使用管理器向導新建項目本次設計的項目畫面如圖9所示。圖9項目畫面〔2硬件組態(tài)S7-300實際硬件中機架配置模塊之間必須無間隙地插入到機架中。例外：對于只有一個機架的安裝,軟件組態(tài)表里槽3保持為空〔為接口模塊保留,槽4至槽11可以組態(tài)其他的模塊。但實際的硬件中,將不允許有間隙,如果實際硬件有間隙,背板總線將被中斷[14]。本次設計中只用到一個機架,其組態(tài)如圖10所示。圖10實際硬件組態(tài)與軟件組態(tài)圖〔3使用符號定義變量符號分為共享符號和局域符號。共享符號可以在符號表里定義,共享符號可以被所有的塊使用,在所有塊中的狀態(tài)是一樣的,共享符號在一個塊的總目錄中只能被定義一次。局域符號只是在指定塊的接口參數(shù)和聲明表中定義,局域符號只是在被定義的塊使用有效。在硬件組態(tài)中,I/O模塊一般使用默認地址,在模塊中定義的地址應與實際硬件的地址一一對應。在編寫程序時可以使用絕對地址,也可以使用符號。在I/O點不多的情況下使用絕對地址編程很方便。但是如果I/O點比較多的時候使用符號編寫程序會更得心應手。本次設計的部分符號表如圖11所示。圖11符號表圖〔4在OB1中創(chuàng)建程序程序塊編寫程序視圖如圖12所示,圖中以OB1程序塊梯形圖視圖為例?！?下載STEP7可以把用戶的組態(tài)信息和程序下載到CPU中。當下載時需要把CPU面板的模式開關切換到"STOP"或"RUN-P"模式,下載信息中包含硬件組態(tài)信息或網(wǎng)絡組態(tài)信息等的系統(tǒng)數(shù)據(jù)時,會提示需要切換到停止狀態(tài)下載。圖12OB1中創(chuàng)建程序簡圖〔6STEP7與PLC通信連接的組態(tài)STEP7可以用下列硬件與PLC通信。①PC/MPI適配器用于連接運行STEP7的計算機的RS-232C接口和PLC的MPI接口。計算機一側的通信速率為19.2kbit/s或38.4kbit/s,PLC一側的通信速率為19.2kbit/～1.5Mbit/s。除了PC/MPI適配器,還需要一根RS-232C通信電纜。②USB/MPI適配器用于連接安裝了STEP7的計算機的USB接口和PLC的MPI接口,特別適合于筆記本電腦使用。用戶可以在安裝STEP7時對計算機與PLC的通信組態(tài),也可以在安裝好STEP7之后,在SIMATIC管理器中執(zhí)行菜單命令設置。設置PG/PC接口對話框如圖13所示。計算機在MPI網(wǎng)絡中默認的站地址為0。"超時"選擇框用來設置與PLC建立連接的最長時間?！?仿真軟件PLCSIMSTEP7的可選工具PLCSIM是一個PLC仿真軟件,能夠在PG/PC上模擬S7-300、S7-400系列CPU的運行。PLCSIM提供了方便、強大的仿真模擬功能。與真實的PLC相比,它的靈活性更高,提供了許多PLC硬件無法實現(xiàn)的功能,使用也更加方便。但是同時軟件無法取代真實的硬件,不可能實現(xiàn)完全仿真。這點用戶在使用時要注意,以免出現(xiàn)不必要的錯誤。圖13"設置PG/PC接口"對話框〔8具體STEP7V5.4編程軟件的具體使用請讀者查閱相關資料。3.5.3程序的設計按照PLC的編程原則,在編程軟件中根據(jù)系統(tǒng)的控制要求編寫程序,并在軟件中進行離線模擬運行。具體程序詳見附錄。HMI〔觸摸屏的應用HMI概述HMI〔HumanMachineInterface是西門子人際界面的總稱[15]。HMI不但可以與S7-200CPU配合使用,還可以配合S7-300/400使用,也可以配合其他主流品牌CPU使用。HMI既可以顯示和修改CPU數(shù)據(jù),也可以處理事件、報警等過程和歷史數(shù)據(jù)。其特點是：界面友好,顯示直觀明了,操作方便,性能穩(wěn)定[16]。西門子HMI種類有OP<操作員面板>、TP〔觸摸屏、MP〔多功能站、PC〔基于PC站。HMI實現(xiàn)方法和步驟此次設計包括PLC控制程序和HMI監(jiān)控組態(tài)界面,PLC控制程序通過"STEP7V5.4"軟件來實現(xiàn),HMI監(jiān)控組態(tài)界面使用"WinccFlexible2008"軟件進行組態(tài)。本次設計所使用的觸摸屏為西門子TP170B6。HMI組態(tài)〔1新建HMI站在STEP7項目"XBH2013"中,插入"SIMATICHMIStation"〔人機界面站,在出現(xiàn)的界面中,選擇實際應用的HMI型號,最后確認。本次設計使用的是TP170B6,新建的HMI站如圖14所示。圖14新建HMI站〔2HMI與CPU連接在項目管理界面,選中STEP7項目名稱"HMI",然后雙擊右邊的"MPI〔1"圖標,進入網(wǎng)絡組態(tài)〔NetPro界面進行設置[17]。在設置過程中一定要注意地址的一一對應,設置完成后的界面如圖15所示。在圖15中,單擊保存編譯鍵,進行保存和編譯,沒有錯誤出現(xiàn),則可進行下一步的創(chuàng)建。圖15網(wǎng)絡組態(tài)畫面〔3進入HMI畫面組態(tài)下面以本次設計的運行頁畫面為例描述。運行頁畫面如圖16所示。在運行頁畫面中,由指示燈、按鈕組成。指示燈作為監(jiān)控系統(tǒng)的運行指示,按鈕可以控制物料分揀系統(tǒng)的開始、停止、緊急停車的運行,切換畫面按鈕可以用來切換系統(tǒng)的不同畫面。指示燈及按鈕可以在工具中找到,而讓它們做出相應的動作則需要變量連接和動畫連接。圖16運行頁畫面返回按鈕為切換畫面時使用,啟動、停止和緊急停車鍵為操作系統(tǒng)時使用。返回按鈕連接如圖17所示。在運行頁畫面中的啟動、停止、緊急停車按鈕和指示燈為物料分揀系統(tǒng)工作時使用,其連接需要使用變量。在WinccFlexible軟件中可以使用兩種類型的變量：外部變量和內部變量。外部變量是HMI設備和PLC進行數(shù)據(jù)交換的媒介。在WinccFlexible中創(chuàng)建一個外部變量,必須為其指定與PLC程序中相同的地址,這樣HMI設備和PLC可以訪問同一映像寄存器,實現(xiàn)HMI設備與PLC之間的通信。圖17返回按鈕連接圖內部變量存貯在HMI設備的內存中,不能直接與PLC通信。因此,只有這臺HMI設備能夠對內部變量進行讀寫訪問。本次設計中STEP7中的變量可以被WinccFlexible直接使用。下面僅對指示燈的連接為例介紹。其連接圖如圖18所示。圖18指示燈連接圖在同一站點中使用變量更方便,在WinccFlexible中不需要再次建立變量,使用STEP7中的變量與WinccFlexible建立連接后,WinccFlexible中會自動生成變量。HMI與PLC的連接和傳送在調試HMI時,HMI與PLC連接有很多方法,如表3所示。表3HMI與PLC連接方法種類HMIPLC1HMISIM〔HMI仿真系統(tǒng)2HMIRuntime〔HMI運行系統(tǒng)PLCSIM〔PLC仿真系統(tǒng)3HMIRuntime〔HMI運行系統(tǒng)CPU315-2DP〔PLC有型實物4TP170B〔HMI有型實物CPU315-2DP〔PLC有型實物第1種"HMISIM",只能仿真HMI畫面的一些功能。第2種"HMIRuntime"與"PLCSIM",這種方法使用比較方便,不受硬件設施限制,但是它不能完成項目的實際控制任務。第3種"HMIRuntime"與"CPU315-2DP",這種方法可以使HMI的選擇多樣化,"HMIRuntime"系統(tǒng)在計算機上完成,"CPU315-2DP"是有型實體,可以完成項目的控制任務。但是,它無法長期在工業(yè)現(xiàn)成工作,只能暫時完成項目的控制任務。"HMIRuntime"與"CPU315-2DP"通信是通過PC/PG的編程電纜完成的。第4種"TP170B"與"CPU315-2DP",這種方式代表著很多工業(yè)現(xiàn)場的控制方式。"TP170B"與"CPU315-2DP"通信可以通過MPI方式,也可以通過DP方式[18]。本次設計運用的是第3種控制方案,此方案運用方便、靈活。只要稍加修改即可在實際工業(yè)中使用。本次設計的運行畫面如圖19、圖20所示。圖19物料分揀系統(tǒng)主畫面圖20物料分揀系統(tǒng)運行畫面在系統(tǒng)運行狀態(tài)下,可以使用切換畫面按鈕切換到不同的畫面,監(jiān)控