【導(dǎo)讀】基于PLC與組態(tài)王的貨物自動(dòng)識(shí)別控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。二O一О年六月十日。開(kāi)關(guān)量I/O點(diǎn)的節(jié)省和模擬量I/O模塊的代用.........13

　　

【正文】 9 圖 31 系統(tǒng)程序流程圖 正常接收？ 通信正常？ 自動(dòng)？ 結(jié)束 數(shù)據(jù)檢查 合法？ NO YES NO NO NO YES 開(kāi)始 條形碼掃描 接收數(shù)據(jù) 讀取數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化 數(shù)據(jù)解釋與識(shí)別 自動(dòng)機(jī)械控制處理子程序 報(bào)警處理子程序 手動(dòng)控制處理子程序 20 4 上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn) 監(jiān)控系統(tǒng)的整體規(guī)劃 監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的目的 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下設(shè)計(jì)目的：對(duì)貨物識(shí)別過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)獲得其運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、數(shù)量數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)等；其次能根據(jù)生產(chǎn)管理的需要，對(duì)所采集的 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，向管理者提供有價(jià)值的統(tǒng)計(jì)分析圖。最后監(jiān)控系統(tǒng)具有向設(shè)備傳送工業(yè)參數(shù)的能力，使整條流水線能夠按設(shè)定的要求運(yùn)行的功能。 監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)手段 1. 采用 VB， VC 等開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行開(kāi)發(fā)軟件的控制界面和控制算法功能是靠軟件工作人員通過(guò)編程從底層來(lái)實(shí)現(xiàn)的，工作量大且設(shè)計(jì)的軟件通用型差，軟件功能可靠性也低。因?yàn)樽詣?dòng)化系統(tǒng)的差異性，每次系統(tǒng)應(yīng)用，其軟件都是新的。但科技的發(fā)展，對(duì)自動(dòng)化程度、可靠性要求都很高的工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域，對(duì)軟件的要求越來(lái)越高。而對(duì)軟件人員的高要求，相對(duì)于開(kāi)發(fā)出來(lái)的軟件的薄弱功能的情 況尤其突出。 2. 采用組態(tài)軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)建立在組態(tài)軟件的基礎(chǔ)之上，是工業(yè)控制系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)的一個(gè)方向。當(dāng)計(jì)算機(jī)硬件有了飛速發(fā)展之后，各種應(yīng)用領(lǐng)域?qū)浖岢隽烁叩囊?。所謂組態(tài)軟件，即一組功能強(qiáng)大的軟件包，它有一個(gè)友好的人機(jī)界面，且不用編什么代碼程序便可以自己需要的應(yīng)用“軟件”。圖形界面和可視化設(shè)計(jì)使組態(tài)軟件具備了良好的人機(jī)交互界面。開(kāi)發(fā)時(shí)操作簡(jiǎn)易靈活，開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品直觀生動(dòng)、顯示畫(huà)面豐富、工業(yè)控制中的各種顯示儀表控制表盤(pán)、回路調(diào)節(jié)圖、歷史趨勢(shì)圖、實(shí)時(shí)曲線都可通過(guò)它來(lái)實(shí)現(xiàn)。在組態(tài)軟 件的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的控制軟件可以適用于一大類被控對(duì)象，對(duì)于不同的對(duì)象只需改變底層驅(qū)動(dòng)即可。提高系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)速度，用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)用于工業(yè)控制的系統(tǒng)軟件，不僅可以大大而且保證了系統(tǒng)軟件的成熟性、可靠性和易于維護(hù)性?？紤]到上面的因素，所以我們擬采用組態(tài)軟件來(lái)在上位機(jī)上進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)。國(guó)內(nèi)組態(tài)軟件己經(jīng)商業(yè)化，本課題選用實(shí)用性較好的組態(tài)王軟件做為監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。 21 組態(tài)王介紹 1. 組態(tài)王介紹 組態(tài)王可用于電力、制冷、化工、機(jī)械制造、交通管理等多種工程領(lǐng)域。無(wú)論應(yīng)用場(chǎng)合如何，都可以使用組態(tài)王構(gòu)造有效的監(jiān)控和 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。組態(tài)王能夠：使用清晰準(zhǔn)確的畫(huà)面描述工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)；使用圖形化的控制按鈕實(shí)現(xiàn)單任務(wù)和多任務(wù)設(shè)計(jì)；復(fù)雜的動(dòng)畫(huà)顯示現(xiàn)場(chǎng)的操作狀態(tài)和數(shù)據(jù)顯示生產(chǎn)過(guò)程的文字信息和圖形信息；為任何現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面指定鍵盤(pán)命令監(jiān)控和記錄所有報(bào)警信息；顯示實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線和歷史趨勢(shì)曲線；使用多樣而靈活的方式查詢歷史數(shù)據(jù)；時(shí)間驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)的報(bào)表的打??；設(shè)計(jì)多級(jí)安全控制和訪問(wèn)權(quán)限等。 組態(tài)王是國(guó)內(nèi)一家較有影響的組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)公司開(kāi)發(fā)的， 組態(tài)王提供了資源管理器似的操作主界面，并且提供了以漢字作為關(guān)鍵字的腳本語(yǔ)言支持。 功能更豐富，操作更簡(jiǎn)單。 也提 供了多種硬件驅(qū)動(dòng)程序 。隨著 Inter技術(shù)日益滲透到生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域。 2. 組態(tài)王的工作過(guò)程 組態(tài)王可以與現(xiàn)場(chǎng)的 I/0 設(shè)備直接進(jìn)行通訊 (如圖 41 所示 )。 I/O 設(shè)備的輸入提供現(xiàn)場(chǎng)的信息，例如產(chǎn)品的位置、機(jī)器的轉(zhuǎn)速、貨物信息等等。 I/O 設(shè)備的輸出通常用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制，例如啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)、改變轉(zhuǎn)速、控制閥門(mén)和指示燈等等。有些 I/O 設(shè)備 (例如 PLC)，其本身的程序完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制，程序根據(jù)輸入決定各輸出的值。輸入輸出的數(shù)值存放在 I/O設(shè)備的寄存器中，寄存器通過(guò)其地址進(jìn)行引用。 大多數(shù) I/O設(shè)備提供與其他設(shè) 備或計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊的通訊端口或數(shù)據(jù)通道，組態(tài)王通過(guò)這些通訊通道讀寫(xiě) I/O 設(shè)備的寄存器，采集到的數(shù)據(jù)可用于進(jìn)一步的監(jiān)控。不需要讀寫(xiě) I/O 設(shè)備的寄存器，組態(tài)王提供了一種數(shù)據(jù)定義方法，只要定義了 I/O 變量后，可直接使用變量名用于系統(tǒng)控制、操作顯示、趨勢(shì)分析、數(shù)據(jù)記錄和報(bào)警顯示。 3. 組態(tài)王運(yùn)行的硬、軟件環(huán)境 ⑴ 適用于 IBM586 以上的微型機(jī)及其兼容機(jī)； ⑵ VGA、 SVGA 以及支持 Windows 256 色的圖形卡； ⑶ 主頻 l00MHZ 以上，內(nèi)存不少于 32M；若要同時(shí)運(yùn)行多個(gè)大型程序，建議使用更大的內(nèi)存； 22 ⑷ 運(yùn)行于 Windows98 第二版 /2020/ 補(bǔ)丁 6 環(huán)境。 圖 41 組態(tài)王與現(xiàn)場(chǎng) I/0 設(shè)備通訊 監(jiān)控系統(tǒng)的功能模塊 根據(jù)設(shè)計(jì)目的的要求，及生產(chǎn)的實(shí)際需要，將系統(tǒng)的運(yùn)行情況、采集數(shù)據(jù)進(jìn)行了集成，形成了參數(shù)設(shè)定模塊、數(shù)據(jù)詞典設(shè)置模塊、頁(yè)面設(shè)置模塊、權(quán)限設(shè)置模塊等 4 個(gè)功能模塊。 參數(shù)設(shè)置模塊 1. 安裝 PLC 驅(qū)動(dòng)程序，并設(shè)置通訊參數(shù) 2. 添加新的 I/0 設(shè)備在工程瀏覽器中進(jìn)行。步驟如下： ① 確定 I/O 設(shè)備與組態(tài)王的通訊方式 。 組態(tài)王支持五種通訊方式：串行通訊方式、板卡方式、網(wǎng)絡(luò)模塊方式、人機(jī)接口卡方式、 DDE 方式。 ②在工程瀏覽器中選擇“設(shè)備”大綱項(xiàng)下的相應(yīng)成員名。 當(dāng) I/O 設(shè)備采用“網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)”方式時(shí)，必須選擇“網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)”；對(duì)于其它方式，可選擇除“網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)”方式外的任何方式。 ③設(shè)置 I/0 設(shè)備的有關(guān)參數(shù)。 若采用“網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)”方式時(shí)，則在彈出的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)話框中輸入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的機(jī)器名。對(duì)于其它方式，則激活安裝配置向?qū)?。在安裝配置向?qū)е性O(shè)置其他線程 歷史記錄線程 數(shù)據(jù)采集線程 動(dòng)畫(huà)顯示線程 驅(qū)動(dòng)程序 4 驅(qū)動(dòng)程序 3 驅(qū)動(dòng)程序 2 驅(qū)動(dòng)程序 1 其他工控設(shè)備 智能儀表 PLC 模塊 組態(tài)王 COM 組件 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 23 I/O 設(shè)備的設(shè)備名及相應(yīng)參數(shù)，如圖 42 所示。 圖 42 串口設(shè)備測(cè)試對(duì)話框 數(shù)據(jù)詞典設(shè)置模塊 數(shù)據(jù)詞典 (數(shù)據(jù)庫(kù) )是組態(tài)王軟件的核心部分。在組態(tài)王 (Kingview)運(yùn)行時(shí)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況要以動(dòng)畫(huà)的形式反映在屏幕上，同時(shí)工程人員在計(jì)算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，所有這一切都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為中介環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)詞典 (數(shù)據(jù)庫(kù) )是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。 組態(tài)王系統(tǒng)支持多種變量類型。組態(tài)王的變量包括系統(tǒng)變量和用戶定義變量?jī)纱箢?。變量定義在工程瀏覽器 (見(jiàn)圖 43)的“數(shù)據(jù)詞典”中進(jìn)行，定義時(shí)要指定變量名和變量類型，某些類型的變量還需要一些附加信息。不同類型的變量具有不同的變量屬性， 在定義變量時(shí)，有時(shí)需要設(shè)置它的部分屬性。 24 圖 43 工程瀏覽器對(duì)話框 頁(yè)面設(shè)置模塊 首頁(yè) 本頁(yè)面為系統(tǒng)控制頁(yè)面，可以完全代替硬件控制臺(tái)完成整個(gè)生產(chǎn)的控制，如圖 44 所示，所有操作都有相應(yīng)的啟動(dòng)按鈕，所有的動(dòng)作都有相應(yīng)的指示燈進(jìn)行顯示。值得注意的是，控制按鈕所驅(qū)動(dòng)的 PLC 軟元件必須用輔助繼電器驅(qū)動(dòng)。 25 圖 44 系統(tǒng)控制頁(yè)面 數(shù)據(jù)頁(yè)面 數(shù)據(jù)顯示窗口如圖 45 所示，主要用來(lái)顯示貨物識(shí)別控制的效果。右側(cè)為當(dāng)前檢測(cè)到的貨物基本信息區(qū)，左側(cè)為每個(gè)控制器、傳感器的工作狀 態(tài)，中間為當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)正在進(jìn)行的動(dòng)作。 圖 45 數(shù)據(jù)顯示窗口 26 數(shù)據(jù)頁(yè)面實(shí)時(shí)曲線圖 貨物識(shí)別率是該系統(tǒng)的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，實(shí)時(shí)識(shí)別率變化曲線趨勢(shì)圖如圖 46 所示，主要用于實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)的變化情況。在畫(huà)面運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線對(duì)象由系統(tǒng)自動(dòng)更新。數(shù)據(jù)將從趨勢(shì)的右邊進(jìn)入，同時(shí)趨勢(shì)將從右向左移動(dòng)。 圖 46 數(shù)據(jù)頁(yè)面實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線 報(bào)警頁(yè)面 運(yùn)行報(bào)警和事件記錄是控制軟件必不可少的功能，當(dāng)變量的數(shù)值或數(shù)值的變化異常時(shí)，將產(chǎn)生報(bào)警，以便操作者采取必要的措施。“組態(tài)王”提供強(qiáng)有力的報(bào)警 和事件系統(tǒng)，并且操作方法簡(jiǎn)單。組態(tài)王中的報(bào)警和事件主要包括變量報(bào)警事件、操作事件、用戶登錄事件和工作站事件。通過(guò)這些報(bào)警和事件，用戶可以方便地監(jiān)視和查看系統(tǒng)的報(bào)警、操作和各個(gè)工作站的運(yùn)行情況。當(dāng)報(bào)警和事件發(fā)生時(shí)，組態(tài)王把這些事件存于內(nèi)存中的緩沖區(qū)中，報(bào)警和事件在緩沖區(qū)中是以先進(jìn)先出的隊(duì)列形式存儲(chǔ)，所以只有最近的報(bào)警和事件在內(nèi)存中。當(dāng)緩沖區(qū)達(dá)到一定數(shù)目或記錄定時(shí)時(shí)間到時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將報(bào)警和事件信息寫(xiě)到報(bào)警存儲(chǔ)文件、打印機(jī)或數(shù)據(jù)庫(kù)中。報(bào)警和事件在報(bào)警窗中會(huì)按照設(shè)置的過(guò)濾條件實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。 組態(tài)王系統(tǒng)變量屬性對(duì)話框 中的報(bào)警配置卡片進(jìn)行變量報(bào)警條件的定義。報(bào)警定義后，如果在運(yùn)行階段，變量的數(shù)值或變化情況滿足己定義的報(bào)警條件、從報(bào)警條件恢復(fù)正常狀態(tài)、報(bào)警應(yīng)答時(shí)均可以產(chǎn)生報(bào)警事件 (報(bào)警發(fā)生、報(bào)警恢復(fù)、報(bào)警應(yīng)答 )。同時(shí)對(duì)每一個(gè)變量的報(bào)警，可以規(guī)定報(bào)警的優(yōu)先級(jí)和所在的報(bào)警組，分別用于描述報(bào)警的嚴(yán)重程度和報(bào)警分類信息。報(bào)警信息可以在報(bào)警窗口 (如圖 47 所示 )中顯示進(jìn)行。組態(tài)王中既可以顯示當(dāng) 27 前的報(bào)警，也可以顯示歷史的報(bào)警事件。報(bào)警信息還可以用文件的形式進(jìn)行歷史記錄或?qū)崟r(shí)打印報(bào)警信息。用戶可以自定義報(bào)警信息的顯示格式、記錄格式和打印 格式。同時(shí)可以利用命令語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)警事件的復(fù)雜控制和靈活處理。 圖 47 報(bào)警頁(yè)面設(shè)置 在本系統(tǒng)中，主要對(duì) 不能識(shí)別貨物進(jìn)行記 錄報(bào)警。 權(quán)限設(shè)置模塊 因?yàn)楸鞠到y(tǒng)全部由計(jì)算機(jī)控制，為保證整個(gè)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。特別的還增加了多用戶權(quán)限。在“組態(tài)王”系統(tǒng)中，可以對(duì)畫(huà)面上的圖形對(duì)象設(shè)置訪問(wèn)權(quán)限，同時(shí)給操作者分配訪問(wèn)優(yōu)先級(jí)和安全區(qū)，當(dāng)操作者的優(yōu)先級(jí)小于對(duì)象的訪問(wèn)優(yōu)先級(jí)或不在對(duì)象的訪問(wèn)安全區(qū)內(nèi)時(shí)，該對(duì)象為不可訪問(wèn)，即要訪問(wèn)一個(gè)有優(yōu)先級(jí)設(shè)置的對(duì)象，要求先具有訪問(wèn)優(yōu)先級(jí)，而且操作者的操作安全區(qū)須在對(duì)象的 安全區(qū)內(nèi)時(shí)，方能訪問(wèn)。操作者的操作優(yōu)先級(jí)級(jí)別從 l~999，每個(gè)操作者和對(duì)象的操作優(yōu)先級(jí)級(jí)別只有一個(gè)。系統(tǒng)安全區(qū)共 28 有 64 個(gè)，用戶在進(jìn)行配置時(shí)，每個(gè)用戶可選擇除“無(wú)”以外的多個(gè)安全區(qū)，即一個(gè)用戶可有多個(gè)安全區(qū)權(quán)限，每個(gè)對(duì)象也可有多個(gè)安全區(qū)權(quán)限。除“無(wú)”以外的安全區(qū)名稱可由用戶按照自己的需要進(jìn)行修改。組態(tài)王以此來(lái)保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。在軟件運(yùn)行過(guò)程中，優(yōu)先級(jí)大于 900 的用戶還可以配置其他操作者、設(shè)置用戶名、口令、訪問(wèn)優(yōu)先級(jí)和安全區(qū)如圖 48 所示。 圖 48 用戶和安全區(qū)配置 29 5 結(jié)論 該 設(shè)計(jì)來(lái)源于工程實(shí)際。結(jié)合目前市場(chǎng)應(yīng)用情況，利用成熟的可編程控制器和組態(tài)軟件結(jié)合，對(duì)貨物識(shí)別過(guò)程的自動(dòng)化改造技術(shù)進(jìn)行研究，開(kāi)發(fā)出一套具備手動(dòng) /自動(dòng)功能、高性能、高可靠性的貨物自動(dòng)識(shí)別控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)主要從 PLC 主程序，上位機(jī)、組態(tài)的監(jiān)控，以及 RS232C 通信上完成設(shè)計(jì)任務(wù)。所完成的工作主要有以下幾個(gè)方面： 1. 對(duì)于貨物條形碼信息采集。本文選用 Unitech 公司的一種普通手持式條形碼閱讀器和 OMRON C200Hα 系列 PLC 為例進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。比較 OMRON為 C200Hα 配備的專用條形碼閱讀器，雖然采用專用條形 碼閱讀器具有配備簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但缺乏系統(tǒng)靈活性和通用性，性價(jià)比較差。本文介紹的方法提高了 PLC 在進(jìn)行條形碼數(shù)據(jù)采集與識(shí)別方面的配置靈活性，而不必局限于專用條形碼閱讀器，適用于所有支持串口通訊的 PLC 控制系統(tǒng)。 條形碼閱讀器與 PLC構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中條形碼閱讀器用來(lái)讀取條形碼信息，并通過(guò)通訊接口將數(shù)據(jù)上傳至 PLC,PLC 負(fù)責(zé)條形碼數(shù)據(jù)的接收、校驗(yàn)、識(shí)別、解釋，構(gòu)成了系統(tǒng)中基礎(chǔ)信息采集的一個(gè)單元。 2. 實(shí)現(xiàn)整體監(jiān)控。本設(shè)計(jì)是組態(tài)王軟件和可編程控制器通過(guò)程序來(lái)控制的，不但能對(duì)該系統(tǒng)流水線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，提供 及時(shí)故障報(bào)警信息。并且通過(guò)上位機(jī)友好的操控界面可以實(shí)現(xiàn)絕大部分的實(shí)時(shí)調(diào)試和運(yùn)行工作。具有較高的易用性和人性化設(shè)計(jì)。 3. 整個(gè)系統(tǒng)的控制器件少，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)清晰，不但減少了設(shè)備故障率，而且具備有效數(shù)據(jù)記錄功能，大大縮短了故障檢修的時(shí)間。 在本項(xiàng)目的基礎(chǔ)之上，再預(yù)期進(jìn)行一些深入的研究和探討，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面： 1. 監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理及信息管理功能和工廠信息管理系統(tǒng)之間的集成和通訊功能的加強(qiáng)?，F(xiàn)代化工廠有 ERP 或 CRM 等大型的生產(chǎn)或銷售等管理系統(tǒng)，如果現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)能夠直接導(dǎo)入這類大型的系統(tǒng)，那對(duì)企業(yè)的 管理和決策或者是設(shè)備的監(jiān)控等都會(huì)有很大的幫助。本項(xiàng)目由于時(shí)間的緊急，監(jiān)控軟件數(shù)據(jù)庫(kù)還不能與管理數(shù)據(jù)庫(kù)直接通訊，這也是此項(xiàng)目下一步需要研究的工作。 2. 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和功能的規(guī)劃設(shè)計(jì)是工控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的核心，由 30 于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)常駐內(nèi)存．其直接關(guān)系到監(jiān)控系統(tǒng)上層軟件的可靠性、穩(wěn)定性，因此對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)要求精簡(jiǎn)、緊湊、可靠。本設(shè)計(jì)內(nèi)容由于本人學(xué)識(shí)淺薄，無(wú)法實(shí)現(xiàn) VB 編程，編寫(xiě) VB 環(huán)境下的組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，因此系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫(kù)方面的改善在本設(shè)計(jì)上是一個(gè)重要的方面。