【導(dǎo)讀】本論文設(shè)計了一個多級皮帶傳輸系統(tǒng)，它多用于處于復(fù)雜地形的大型工業(yè)廠礦。計控制界面，并最終完成上下位機(jī)的通信以達(dá)到直觀方便的控制效果。典型的應(yīng)用就是我們常說的輸煤系統(tǒng)。輸煤系統(tǒng)的組成部分包括給煤機(jī)、皮帶、破碎機(jī)、三通、卸料器等。我們采用PLC對此系統(tǒng)進(jìn)行順序控制。的基本原理、發(fā)展形式和西門子S7—200PLC；工業(yè)通用組態(tài)軟件—“組態(tài)王”的應(yīng)用。

　　

【正文】 設(shè)計 所謂報警程序就是指當(dāng)系統(tǒng)啟動或運(yùn)行中某設(shè)備發(fā)生故障后能迅速啟動報警鈴或報警燈等設(shè)備提示現(xiàn)場工作人員注意，以便及時針對意外時間所出反映。報警部分在 整個程序中的地位尤為重要，雖然它屬于輔助程序，但報警程序是否完善決定了工程現(xiàn)場的安全性，可靠性。也關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和聲譽(yù)。下面介紹一下我的報警程序的思想。 報警包括皮帶、給煤機(jī)、三通等設(shè)備的故障報警。報警程序的設(shè)計思路就是用設(shè)備運(yùn)行信號或到位信號的常閉觸電串聯(lián)定時器。一旦設(shè)備在設(shè)定時間內(nèi)沒有運(yùn)行，定時器開關(guān)為故障信號置 1，故障信號又可串聯(lián)報警燈等輸出設(shè)備，從而達(dá)到報警的目的。 圖 報警通用程序 第 28 頁 4．輸煤系統(tǒng)設(shè)計組態(tài)界面部分 什么是組態(tài) 工控術(shù)語 中，我們經(jīng)常提到組態(tài)一詞， 組態(tài)英文是 “Co nfiguration”, 其意義究竟是什么呢？簡單的講，組態(tài)就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法來 完成工程中某一具體任務(wù)的過程。 [5] 與硬件生產(chǎn)相對照，組態(tài)與組裝類似。如要組裝一臺電腦，事先提供了各種型號的主板、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，因為它一般要比硬件中的 “ 部件 ” 更多，而且每個 “ 部件 ” 都很靈活，因為軟部件都有內(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，要實現(xiàn)某一任務(wù)，都是通過編寫程序（如使用 BASIC、C、 FORTRAN 等）來實現(xiàn)的。編寫程序不但工作量大、周期長，而且容易犯錯誤，不能保證工期。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，解決了這個問題。對于過去需要幾個月的工作，通過組態(tài)幾天就可以完成。 什么是組態(tài)軟件 組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。一般英文簡稱為HMI/ SCADA（ Human and Machine Interface/ Supervisory Control and Data Acquisition） ，中文翻譯為：人機(jī)界面 /監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集軟件。大家習(xí)慣稱之為“組態(tài)軟件”。 組態(tài)軟件是一種編程和組態(tài)的軟件平臺，支持多種通訊協(xié)議，為用戶提供了多種硬件設(shè)備支持，如 PLC、板卡、智能儀表等；利用組態(tài)軟件提供的圖形、趨勢曲線、報警、數(shù)據(jù)庫、報表等功能模塊，用戶可以不用編程，通過“搭積 第 29 頁 木”的方式構(gòu)建自己的系統(tǒng)，特別適合自動化工程人員，不需要編程基礎(chǔ)就可以快速為用戶構(gòu)建出界面美觀、功能強(qiáng)大的軟 件系統(tǒng)。另外，組態(tài)軟件還提供了腳本功能，如類 C 語言、類 PASCAL 語言，有的甚至支持 VB Script。為深層次用戶提供了更加靈活和強(qiáng)大的功能。下面是組態(tài)軟件主要 解決的問題： (1)如何與采集控制設(shè)備間進(jìn)行數(shù)據(jù)叫換； (2)使來自設(shè)備的數(shù)據(jù)與計算機(jī)圖形畫面上的各元素關(guān)聯(lián)起來； (3)處理數(shù)據(jù)報警及系統(tǒng)報警； (4)存儲歷史數(shù)據(jù)并支持歷史數(shù)據(jù)的查詢； (5)各類報表的生成和打印輸出； (6)未使用者提供靈活、多變的組態(tài)工具，可以適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求； (7)最終生成的應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠； (8)具有與第三方程序的接口，方便數(shù)據(jù)共享。 自動化工程設(shè)計技術(shù)人員在組態(tài)軟件中只需填入一些事先設(shè)計的表格，利用圖形功能把被控對象，如反應(yīng)罐溫度計，鍋爐趨勢曲線、報表等形象地畫出來，通過內(nèi)部數(shù)據(jù)連接把被控對象的屬性與 I/O 設(shè)備的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯連接。當(dāng)由組態(tài)軟件生成的應(yīng)用系統(tǒng)投入運(yùn)行后，與被控對象連接的 I/O 設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)生變化直接帶動被控對象的屬性變化。若要對應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行修改，也十分方便，這就是組態(tài)軟件的方便性。 從以上可以看出，組態(tài)軟件具有實時多任務(wù)，接口開放，使用靈活，功能多樣，運(yùn)行可靠的特點(diǎn)。 [8] 界面設(shè)計 接下來我們就開始對本設(shè)計的組態(tài)，組態(tài)的過程可以劃分為建立畫面、定義變量、動畫連接和上下位機(jī)通信四個大步驟。下面我就著四大部分一一介紹。 建立畫面 進(jìn)入組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)后，就可以為每個工程建立數(shù)目不限的畫面，在每個畫面上生成互相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動態(tài)圖形對象。這些畫面都是由“組態(tài)王”提供 第 30 頁 的類型豐富的圖形對象組成的。 本次設(shè)計采用的組態(tài)軟件 — 組態(tài)王 版本為用戶提供了強(qiáng)大的畫面建立功能。具體有以下幾個特色： 支持無限色和過渡色 組態(tài)王 調(diào)色板支持無限色，支持二十四種過渡色效果，組 態(tài)王的任一種繪圖工具都可以使用無限色，大部分圖形都支持過渡色效果，巧妙地利用無限色和過渡色效果，可以使您輕松構(gòu)造面無限逼真、美觀的畫面， 圖庫 使用圖庫具有很多好處：降低了工程人員設(shè)計界面的難度，縮短開發(fā)周期；用圖庫開發(fā)的軟件將具有統(tǒng)一的外觀，方便工程人員學(xué)習(xí)和掌握；利用圖庫的開放性，工程人員可以生成自己的圖庫元素， “ 一次構(gòu)造，隨處使用 ” ，節(jié)省了工程人員投資。 圖庫全新改版，提供具有屬性定義向?qū)У膱D庫精靈，用戶只需稍做調(diào)整即能制作具有個性化的圖形。 按鈕和圖形 組態(tài)王 支持按鈕的多種 形狀和多種效果，并且支持位圖按鈕，用戶可以構(gòu)造無限漂亮的按鈕。另外，組態(tài)王 支持多種圖形格式，如 Gif 、 Jpg、Bmp 等，用戶可以充分利用已有的資源，輕松構(gòu)造自己功能強(qiáng)大且美觀的應(yīng) 用系統(tǒng)。 可視化動畫連接向?qū)? 通過可視化圖形操作，直接完成移動、旋轉(zhuǎn)的動畫連接定義。 [7] 了解了組態(tài)王 的畫面特色，我們就可以得心應(yīng)手的描繪我們想要得到的畫面了。首先，我們要新建一個畫面并用軟件自身提供的繪圖工具制圖。利用圖庫中的按鈕、開關(guān)等工具我們能方便的操作，建立畫面的界面如下圖所示： 第 31 頁 圖 組態(tài)王 中的圖庫 定義變量 大致的建立好畫面以后需要我們在數(shù)據(jù)詞典中定義變量。首先我們應(yīng)該了解一下基本的變量類型。 變量的基本類型共有 兩 類： 內(nèi)存變量、 I/O 變量 。 I/O 變量是指可與外部數(shù)據(jù)采集程序直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的變量，如下位機(jī)數(shù)據(jù)采集設(shè)備（如 PLC、儀表等）或其它應(yīng)用程序（如 DDE、 OPC 服務(wù)器等）。這種數(shù)據(jù)交換是雙向的、動態(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，該值就會自動寫入下位機(jī)或其它應(yīng)用程序；每當(dāng)下位機(jī)或應(yīng)用程序中的值改變時，“組態(tài)王”系統(tǒng)中的變量值也會自動更新。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“ 報警響鈴 ”、“電源開關(guān)”等變量，都需要設(shè)置成“ I/O變量”。 內(nèi)存變量是指那些不需要和其它應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)、也不需要從下位機(jī)得到數(shù)據(jù)、只在“組態(tài)王”內(nèi)需要的變量，比如計算過程的中間變量，就可以設(shè)置成“內(nèi)存變量”。 第 32 頁 圖 變量定義界面 上圖是我根據(jù) I/O 表在組態(tài)王的數(shù)據(jù)詞典界面中定義變量， 我用的組態(tài)王試用版提供 64個點(diǎn)。值得重視的是在組態(tài)王中定義 I/O 離散類型點(diǎn)時，寄存器不能使用 I 寄存器而應(yīng)該使用 M 或 V 的中間變量。否則會導(dǎo)致通信上的沖突而不能和 PLC連接上。 動畫連接 工程人員在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中制作的畫面都是靜態(tài)的，那么它們?nèi)绾尾拍芊从彻I(yè)現(xiàn)場的狀況呢？這就需要通過實時數(shù)據(jù)庫，因為只有數(shù)據(jù)庫中的變量才是與現(xiàn)場狀況同步變化的。數(shù)據(jù)庫變量的變化又如何導(dǎo)致畫面的動畫效果呢？通過 “ 動畫連接 ” —— 所謂 “ 動畫連接 ” 就是建立畫面的圖素與數(shù)據(jù)庫變量的對應(yīng)關(guān)系。這樣，工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，比如溫度、液面高度等，當(dāng)它們發(fā)生變化時，通過 I/O 接口，將引起實時數(shù)據(jù)庫中變量的變化，如果設(shè)計者曾經(jīng)定義了一個畫面圖素 —— 比如指針 —— 與這個變量相關(guān)，我們將會看到指針在同步偏 轉(zhuǎn)。 [7] 動畫連接的引入是設(shè)計人機(jī)接口的一次突破，它把工程人員從重復(fù)的圖形編程中解放出來，為工程人員提供了標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制圖形界面，并且由可編程 第 33 頁 的命令語言連接來增強(qiáng)圖形界面的功能。圖形對象與變量之間有豐富的連接類型，給工程人員設(shè)計圖形界面提供了極大的方便。 “ 組態(tài)王 ” 系統(tǒng)還為部分動畫連接的圖形對象設(shè)置了訪問權(quán)限，這對于保障系統(tǒng)的安全具有重要的意義。圖形對象可以按動畫連接的要求改變顏色、尺寸、位置、填充百分?jǐn)?shù)等，一個圖形對象又可以同時定義多個連接。把這些動畫連接組合起來，應(yīng)用程序?qū)⒊尸F(xiàn)出令人難以想象的圖形動畫效 果。 建立畫面和變量定義都完成后我們就可以進(jìn)行動畫連接 了。 這套輸煤系統(tǒng)組成部分主要是傳送帶、三通。所以在動畫連接上我主要做了線屬性連接、填充屬性連接、水平移動連接、垂直移動連接、閃爍、隱藏等工作。最終可以實現(xiàn)皮帶啟動后 煤快在傳送帶上顯示并移動；卸料器啟動后垂直下放，停止時自動臺起；設(shè)備故障時閃爍等動畫效果。 下面以皮帶正常啟動后煤塊在皮帶上顯示并能水平移動為例 介紹一下此動畫連接的步驟： 建立畫面。選定將被連接的圖畫。首先畫出一排方塊代表煤 塊 如圖 所示 。 我們要實現(xiàn)皮帶正常啟動后這一排方塊出現(xiàn)在皮帶上 而且移動的效果則我們要對這些方塊進(jìn)行動畫連接。 新建一個變量。在數(shù)據(jù)詞典中新建一個內(nèi)存整型的變量，命名為移動 1。 進(jìn)行動畫連接。如 圖 的動畫連接窗口，選定隱含和水平移動兩項。在水平移動窗口里表達(dá)式一欄填寫“ \\本站點(diǎn) \移動 1” ； 在隱含窗口里的條件表達(dá)式里填寫 “ \\本站點(diǎn) \皮帶 3b 啟動 ==1amp。amp。\\本站點(diǎn) \皮帶 3b 運(yùn)行信號 ==1” 。 圖 選定被定義圖畫 第 34 頁 圖 動畫連接接口 在命令語言窗口里編寫組態(tài)王命令語句如下： if (\\本站點(diǎn) \皮帶 3b啟動 ==1) {移動 1=移動 1+1。 if (移動 1=10) {移動 1=0。}} 這樣，一個動畫連接就完成了。當(dāng) 3b 側(cè)皮帶啟動并且運(yùn)行信號到位后。煤塊就在皮帶上顯示出來開始做水平運(yùn)動。直觀的表現(xiàn)了系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。 同理我們可以給剩下的 5 條皮帶都加入這種移動效果。另外我們加入了設(shè)備故障時的閃爍效果；報警燈的閃爍效果；卸料器的垂直移動效果等。 下圖是我最終的上 位機(jī)界面： 第 35 頁 圖 組態(tài)界面示意圖 上下位機(jī)的通信 下位機(jī) PLC 的程序和上位機(jī)組態(tài)界面都完成后，最后一個步驟就是上下位機(jī)的通信了，這一部分屬于調(diào)試部分，也是整個設(shè)計最后的最關(guān)鍵的一個步驟。 要想 組態(tài)王和象 PLC 這樣的硬件進(jìn)行通信，首先要了解組態(tài)王軟件的設(shè)備管理。 組態(tài)王的設(shè)備管理結(jié)構(gòu)列出已配置的與組態(tài)王通訊的各種 I/O 設(shè)備名，每個設(shè)備名實際上是具體設(shè)備的邏輯名稱（簡稱邏輯設(shè)備名，以此區(qū)別 I/O 設(shè)備生產(chǎn)廠家提供的實際設(shè)備名），每一個邏輯設(shè)備名對應(yīng)一個相應(yīng)的驅(qū)動程序 , 以此與實際設(shè)備相對應(yīng)。組態(tài) 王的設(shè)備管理增加了驅(qū)動設(shè)備的配置向?qū)?，工程人員只要按照配置向?qū)У奶崾具M(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，選擇 I/O 設(shè)備的生產(chǎn)廠家、設(shè)備名稱、通訊方式，指定設(shè)備的邏輯名稱和通訊地址，則組態(tài)王自動完成驅(qū)動程序的啟動和通信，不再需要工程人員人工進(jìn)行。組態(tài)王采用工程瀏覽器界面來管理硬件設(shè)備，已配置好的設(shè)備統(tǒng)一列在工程瀏覽器界面下的設(shè)備分支。這樣以來，我們就可以直接在設(shè)置配置窗口里面選擇西門子 s7200 型 PLC 就可以了，非常簡單、方便。 第 36 頁 接下來需要進(jìn)行設(shè)備通信測試 ，通信測試如下圖所示：