【導讀】本論文設計了一個多級皮帶傳輸系統(tǒng)，它多用于處于復雜地形的大型工業(yè)廠礦。計控制界面，并最終完成上下位機的通信以達到直觀方便的控制效果。典型的應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、皮帶、破碎機、三通、卸料器等。我們采用PLC對此系統(tǒng)進行順序控制。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”的應用。

　　

【正文】 設計 所謂報警程序就是指當系統(tǒng)啟動或運行中某設備發(fā)生故障后能迅速啟動報警鈴或報警燈等設備提示現(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。也關系到企業(yè)的經濟效益和聲譽。下面介紹一下我的報警程序的思想。 報警包括皮帶、給煤機、三通等設備的故障報警。報警程序的設計思路就是用設備運行信號或到位信號的常閉觸電串聯(lián)定時器。一旦設備在設定時間內沒有運行，定時器開關為故障信號置 1，故障信號又可串聯(lián)報警燈等輸出設備，從而達到報警的目的。 圖 報警通用程序 第 28 頁 4．輸煤系統(tǒng)設計組態(tài)界面部分 什么是組態(tài) 工控術語 中，我們經常提到組態(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)就是用應用軟件中提供的工具、方法來 完成工程中某一具體任務的過程。 [5] 與硬件生產相對照，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、機箱、電源、 CPU、顯示器、硬盤、光驅等，我們的工作就是用這些部件拼湊成自己需要的電腦。當然軟件中的組態(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，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：人機界面 /監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集軟件。大家習慣稱之為“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，不需要編程基礎就可以快速為用戶構建出界面美觀、功能強大的軟 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)如何與采集控制設備間進行數(shù)據(jù)叫換； (2)使來自設備的數(shù)據(jù)與計算機圖形畫面上的各元素關聯(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，可以適應不同應用領域的需求； (7)最終生成的應用系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠； (8)具有與第三方程序的接口，方便數(shù)據(jù)共享。 自動化工程設計技術人員在組態(tài)軟件中只需填入一些事先設計的表格，利用圖形功能把被控對象，如反應罐溫度計，鍋爐趨勢曲線、報表等形象地畫出來，通過內部數(shù)據(jù)連接把被控對象的屬性與 I/O 設備的實時數(shù)據(jù)進行邏輯連接。當由組態(tài)軟件生成的應用系統(tǒng)投入運行后，與被控對象連接的 I/O 設備數(shù)據(jù)發(fā)生變化直接帶動被控對象的屬性變化。若要對應用系統(tǒng)進行修改，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，接口開放，使用靈活，功能多樣，運行可靠的特點。 [8] 界面設計 接下來我們就開始對本設計的組態(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。 本次設計采用的組態(tài)軟件 — 組態(tài)王 版本為用戶提供了強大的畫面建立功能。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，方便工程人員學習和掌握；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導的圖庫精靈，用戶只需稍做調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，輕松構造自己功能強大且美觀的應 用系統(tǒng)。 可視化動畫連接向導 通過可視化圖形操作，直接完成移動、旋轉的動畫連接定義。 [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。首先我們應該了解一下基本的變量類型。 變量的基本類型共有 兩 類： 內存變量、 I/O 變量 。 I/O 變量是指可與外部數(shù)據(jù)采集程序直接進行數(shù)據(jù)交換的變量，如下位機數(shù)據(jù)采集設備（如 PLC、儀表等）或其它應用程序（如 DDE、 OPC 服務器等）。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)運行過程中，每當 I/O 變量的值改變時，該值就會自動寫入下位機或其它應用程序；每當下位機或應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，那些從下位機采集來的數(shù)據(jù)、發(fā)送給下位機的指令，比如“ 報警響鈴 ”、“電源開關”等變量，都需要設置成“ I/O變量”。 內存變量是指那些不需要和其它應用程序交換數(shù)據(jù)、也不需要從下位機得到數(shù)據(jù)、只在“組態(tài)王”內需要的變量，比如計算過程的中間變量，就可以設置成“內存變量”。 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。值得重視的是在組態(tài)王中定義 I/O 離散類型點時，寄存器不能使用 I 寄存器而應該使用 M 或 V 的中間變量。否則會導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，那么它們如何才能反映工業(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)庫變量的對應關系。這樣，工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，比如溫度、液面高度等，當它們發(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，如果設計者曾經定義了一個畫面圖素 —— 比如指針 —— 與這個變量相關，我們將會看到指針在同步偏 轉。 [7] 動畫連接的引入是設計人機接口的一次突破，它把工程人員從重復的圖形編程中解放出來，為工程人員提供了標準的工業(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置了訪問權限，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、填充百分數(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，應用程序將呈現(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行動畫連接。 新建一個變量。在數(shù)據(jù)詞典中新建一個內存整型的變量，命名為移動 1。 進行動畫連接。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式一欄填寫“ \\本站點 \移動 1” ； 在隱含窗口里的條件表達式里填寫 “ \\本站點 \皮帶 3b 啟動 ==1amp。amp。\\本站點 \皮帶 3b 運行信號 ==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 \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 3b 側皮帶啟動并且運行信號到位后。煤塊就在皮帶上顯示出來開始做水平運動。直觀的表現(xiàn)了系統(tǒng)的運行狀態(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 位機界面： 第 35 頁 圖 組態(tài)界面示意圖 上下位機的通信 下位機 PLC 的程序和上位機組態(tài)界面都完成后，最后一個步驟就是上下位機的通信了，這一部分屬于調試部分，也是整個設計最后的最關鍵的一個步驟。 要想 組態(tài)王和象 PLC 這樣的硬件進行通信，首先要了解組態(tài)王軟件的設備管理。 組態(tài)王的設備管理結構列出已配置的與組態(tài)王通訊的各種 I/O 設備名，每個設備名實際上是具體設備的邏輯名稱（簡稱邏輯設備名，以此區(qū)別 I/O 設備生產廠家提供的實際設備名），每一個邏輯設備名對應一個相應的驅動程序 , 以此與實際設備相對應。組態(tài) 王的設備管理增加了驅動設備的配置向導，工程人員只要按照配置向導的提示進行相應的參數(shù)設置，選擇 I/O 設備的生產廠家、設備名稱、通訊方式，指定設備的邏輯名稱和通訊地址，則組態(tài)王自動完成驅動程序的啟動和通信，不再需要工程人員人工進行。組態(tài)王采用工程瀏覽器界面來管理硬件設備，已配置好的設備統(tǒng)一列在工程瀏覽器界面下的設備分支。這樣以來，我們就可以直接在設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 接下來需要進行設備通信測試 ，通信測試如下圖所示：