工控软件应用—M-5双层立体车库的监控

工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 1 目目 录录 中文摘要 ABSTRACT 前言 3 第一章 绪 论 4 1 1 M 5 双层立体车库电气控制系统监控课题的意义 4 1 2 PLC 现状与发展 4 1 3 组态软件技术现状与发展 5 1 4 课题所要解决的问题 7 第二章 硬件任务设计 8 2 1 系统概述 8 2 2 M 5 双层立体车库模型 8 2 2 1 机械结构概述 8 2 2 2 电气控制概述 8 2 2 3 车库工作流程 12 2 3 电气控制装置 12 2 3 1 PLC 可编程控制器 12 2 3 2 继电器板 14 2 3 3 控制面板 14 第三章 控制任务设计 14 3 1 三菱 FX2 48MR 编程基础 15 3 2 PLC 编程设计要求 15 3 3 PLC 编程具体设计 16 第四章 监控软件设计 16 4 1 组态王软件构成 16 4 1 1 TOUCHEXPLORER 是应用工程的开发环境 16 4 1 2 PROJMANAGER是应用程序的管理系统 17 4 1 3 TOUCHVEW是软件的实时运行环境 17 4 2 立体车库监控系统构成 17 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 2 4 2 1 立体车库封面 17 4 2 2 监控主界面 18 4 2 3 控制面板接线图 26 4 2 4 PLC 接线电路原理图 27 4 3 系统通讯设计 27 4 3 1 组态王 I O 设备管理 28 4 3 2 组态王与 PLC 通讯参数设置 30 第五章 系统软硬件调试 31 5 1 系统硬件调试 31 5 1 1 设备接线前准备 31 5 1 2 设备接线 31 5 1 3 PLC 程序与系统联动调试 33 5 2 系统软件调试 34 5 2 1 熟悉组态王并预设计交通红绿灯的监控 34 5 2 2 设计主要部分 监控主界面调试 35 5 2 3 设计其他部分调试 35 第六章 结论 35 谢辞 36 参考文献 37 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 3 前 言 随着微型计算机技术和自动控制技术的不断进步与发展 许多领域中都引入了计算 机自动检测与控制技术 而且随着各领域中研究内容的不断深入与发展 对计算机自动 测控系统的要求也越来越高 而为了更好的体现各种测控系统 在 M 5 双层立体车库模型与电气控制系统中 由于要对其输入信号 如各种开关 和 反馈信号 如限位开关 等进行实时的数据采集与控制 为了更直观的了解系统的各种 状态 因此尝试引入工控组态软件技术 以取得最好的效果 组态软件是近年来在工业自动化领域兴起的一种新型的软件开发技术 开发人员通 常不需要编制具体的指令和代码 只要利用组态软件包中的工具 通过硬件组态 硬件 配置 数据组态 图形图像组态等工作即可完成所需应用软件的开发工作 它具有二次 开发简便 开发周期短 通用性强 可靠性高等优点 在 M 5 双层立体车库模型与电气 控制系统试验中引入组态软件技术 可使用户避开复杂的计算机软件代码编制问题 集 中精力解决好试验本身的问题 按照试验系统的要求 组态配置出高性能 高可靠性和 高度专业化的测控软件系统 本次我所做的毕业设计的课题就是用工控软件 组态王 编写一个监控程序 实现 对 M 5 双层立体车库模型进行监视和控制 整套系统包含 一台三菱 FX2 48MR PLC M 5 双层立体车库模型 M 5 双层立体车库模型之控制面板 一台装有北京亚控科技发 展有限公司开发的 组态王 6 03 软件的电脑 所实现的功能就是通过预存的控制 M 5 双层立体车库模型 plc 程序 运用三菱 FX2 48MR 进行控制命令的执行 控制操作输入输出信号 驱动各种指示灯 继电器 开 关 电机等运行 同时传出信号以供组态王软件进行监视和控制 此次设计的最终目标就是模拟现场立体车库的运行状况 用工控软件对此进行监视 和控制 完成整套系统的各种调试 因为对象比较的明确 所以控制的各种线路下文都 有详细的介绍 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 4 第一章 绪 论 1 1 M 5 双层立体车库电气控制系统监控课题的意义 随着工业自动化的发展 基于 PLC 单片机等设备的自动化系统 自动化设备越来越 普及 几乎遍布所有自动化领域 与之相应的监控系统人机界面系统也应运而生 并得 到同步发展 中国的现代化建设正处于上升期 新项目的上马 基础设施的改造大量需 要组态软件 另一方面 传统产业的改造 原有系统的升级和扩容也需要组态软件的支 撑 社会信息化的加速是组态软件市场增长的强大推动力 随着经济发展水平的提升 信息化社会将为组态软件带来更多的市场机会 随着计算机技术的飞速发展 组态软件更多地总结这些领域的需求 设计出符合应 用要求的开发工具 更好地满足这些行业对软件的需求 进一步减少这些行业在自动测 试 数据分析方面的软件成本 提高系统的开放程度 而 M 5 双层立体车库电气控制系统监控课题是运用了最新的组态王软件 利用软件 完成对 PLC48 点端口的信号读取和设置 完成被控对象的所有控制功能 包括手动和自 动 1 2 PLC 现状与发展 PLC 是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统 它是以微处理机为基础 综合了计算机技术 自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自 动控制装置 是当今工业发达国家自动控制的标准设备之一 其发展重点有如下 人机界面更加友好 PLC 制造商纷纷通过收购或联合软件企业 或发展软件产业 大大提高了其软件水 平 多数 PLC 品牌拥有与之相应的开发平台和组态软件 软件和硬件的结合 提高了系 统的性能 同时 为用户的开发和维护降低了成本 使更易形成人机友好的控制系统 目前 PLC 网络 IPC CRT 的模式被广泛应用 网络通讯能力大大加强 PLC 厂家在原来 CPU 模板上提供物理层 RS232 422 485 接口的基础上 逐渐增加了 各种通讯接口 而且提供完整的通讯网络 由于近来数据通讯技术发展很快 用户对开 放性要求很强烈 现场总线技术及以太网技术也同步发展 如罗克韦尔 A B 公司主推的 三层网络结构体系 即 EtherNet ControlNet DeviceNet 西门子公司在 Profibus DP 及 Profibus FMS 网络等 开放性和互操作性大大发展 PLC 在发展过程中 各 PLC 制造商为了垄断和扩大各自市场 处于群雄割据的局面 各 自发展自己的标准 兼容性很差 这给用户使用带来不便 并增加了维护成本 开放是 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 5 发展的趋势 这已被各厂商所认识 形成了长时期妥协与竞争的过程 并且这一过程还 在继续 PLC 的功能进一步增强 应用范围越来越广泛 PLC 的网络能力 模拟量处理能 力 运算速度 内存 复杂运算能力均大大增强 不再局限于逻辑控制的应用 而越来 越应用于过程控制方面 有人统计 除石化过程等个别领域 PLC 均有成功能应用 PLC 在相当多的应用取代了昂贵的 DCS 从而使原来 PLC 顺序控制 DCS 过程控制 的 模式变成 PLC IPC 模式 工业以太网的发展对 PLC 有重要影响 以太网应用非常广泛 与工业网络相比 其成本非常低 为此 人们致力于将以太网引进控制领域 目前的挑战在于 1 硬件上如 合适应工业恶劣环境 2 通讯机制如何提高其可靠 以太网能否顺利进入工控领域 还 存在争论 但以太网在工控系统的应用却日益增多 适应这一过程 各 PLC 厂商纷纷推 出适应以太网的产品或中间产品 1 3 组态软件技术现状与发展 1 总的发展趋势 组态软件是工业应用软件的一个组成部分 其发展受到很多因素的制约 归根结底 应用的带动对其发展起着最为关键的推动作用 未来的传感器 数据采集装置 控制器的智能化程度越来越高 实时数据浏览和管 理的需求日益高涨 有的买主甚至要求在自己的办公室里监督定货的制造过程 有的装 置直接内嵌 Web Server 通过以太网就可以直接访问过程实时数据 即使这样 也不 能认为不再需要组态软件了 用户要求的多样化 决定了不可能有哪一种产品囊括全部用户的所有要求 直接用 户对监控系统人机界面的需求不可能固定为单一的模式 因此直接用户的监控系统是始 终需要 组态 和 定制 的 这就导致组态软件不可能退出市场 因为需求是存在的 类似 OPC 这样的组织的出现 以及现场总线 尤其是工业以太网的快速发展 大大简化 了异种设备间互连 开发 I O 设备驱动软件的工作量 I O 驱动软件也逐渐会朝标准化的 方向发展 2 组态软件功能的变迁 由单一的人机界面朝数据处理机方向发展 管理的数据量越来越大 最早的组态软 件用来支撑自动化系统的硬件 那时侯 硬件系统如果没有组态软件的支撑就很难发挥 作用 甚至不能正常工作 现在的情况有了很大改观 一方面软件部分地与硬件发生分 离 大部分自动化系统的硬件和软件现在不是由同一个厂商提供 这样就为自动化软件 的发展提供了可以充分发挥作用的舞台 实时数据库的作用将进一步加强 实时数据库存储和检索的是连续变化的过程数据 它的发展离不开高性能计算机和大容量硬盘 现在越来越多的用户通过实时数据库来分 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 6 析生产情况 汇总和统计生产数据 作为指挥 决策的依据 在最终用户的眼里 组态 软件在一个自动化系统中发挥的作用逐渐增大 甚至有的系统就根本不能缺少组态软件 这其中的主要原因是软件的功能强大 用户也存在普遍的需求 广大用户在厂家强大的 宣传攻势面前逐渐认清了软件的价值所在 3 推动组态软件发展的动力 需求是推动其发展的第一动力 市场会逐步扩大 组态软件市场的崛起一方面为最 终用户节省了系统投资 另外也为用户解决了实际问题 现在用户购买组态软件虽然也 需要一定的投资 但是和以前相比 投资额得到了大大降低 使用组态软件 用户可以 做到 花了少量的钱 办成了大事情 中国的现代化建设正处于上升期 新项目的上马 基础设施的改造大量需要组态软 件 另一方面 传统产业的改造 原有系统的升级和扩容也需要组态软件的支撑 社会 信息化的加速是组态软件市场增长的强大推动力 随着经济发展水平的提升 信息化社 会将为组态软件带来更多的市场机会 4 用户对组态软件的需求变化 专用系统所占比例日益提高 组态软件的灵活程度和使用效率是一对矛盾 虽然组 态软件提供了很多灵活的技术手段 但是在多数情况下 用户只使用其中的一小部分 而使用方法的复杂化又给用户熟悉和掌握软件带来的很多不必要的麻烦 这也是现在仍 然有很多用户还在自己用 VB 编写自动化监控系统的主要原因 在有些应用领域 自动监 控的目标及其特性比较单一 或可枚举 或可通过某种模板自主定义 添加 删除 编 辑 且数量较多 用户希望自动生成大部分自动监控系统 例如在电梯自动监控 动力 设备监控 铁路信号监控等应用系统 这种应用系统具有一些 傻瓜 型软件的特征 用户只需用组态软件做一些系统硬件及其参数的配置 就可以自动生成某种特定模式的 自动监控系统 如果用户对自动生成的监控系统的图形界面不满意 还可以进行任意修 改和编辑 这样既满足了用户对简便性的要求 又同时配备比较完善的编辑工具 组态软件应该向更多的应用领域拓展和渗透 目前的组态软件均产生于过程工业自 动化 很多功能没有考虑其他应用领域的需求 例如 化验分析 色谱仪 红外仪等 包括在线分析 虚拟仪器 例如 LabView 的口号是 The Software is the Instrument 测试 如测井 机械性能试验 碰撞试验等的数据记录与回放等 信号处理 如记录和 显示轮船的航行数据 雷达信号 GPS 数据 舵角 风速等 这些领域大量地使用实时 数据处理软件 而且需要人机界面 但是由于现有组态软件为这些应用领域考虑得太少 不能充分满足系统的要求 因而目前这些领域仍然是专用软件占统治地位 随着计算机 技术的飞速发展 组态软件应该更多地总结这些领域的需求 设计出符合应用要求的开 发工具 更好地满足这些行业对软件的需求 进一步减少这些行业在自动测试 数据分 析方面的软件成本 提高系统的开放程度 5 影响组态软件发展的因素 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 7 软件质量是影响产品发展的主要因素 在竞争不断加剧的今天 企业规模 科研开 发的投入量 质量体系建设情况等对组态软件的质量影响甚大 6 未来技术走势 很多新的技术将不断地被应用到组态软件当中 组态软件装机总量的提高会促进在 某些专业领域专用版软件的诞生 市场被自动地细分了 为此 一种称为 软总线 的 技术将被广泛采用 在这种体系结构下 应用软件以中间件或插件的方式被 安装 在 总线上 并支持热插拔和即插即用 这样做的优点是 所有插件遵从统一标准 插件的 专用性强 每个插件开发人员之间不需要协调 一个插件出现故障不会影响其他插件的 运行 XML 技术将被组态软件厂商善加利用 来改变现有的体系结构 它的推广也将改变 现有组态软件的某些使用模式 满足更为灵活的应用需求 7 国际化及入世的影响 长期以来 中国的组态软件市场都是由国外的产品占主角 中国本土的组态软件进 入国际市场还有很长的路要走 需要具有综合优势 中国的工程公司 自动化设备生产 商在国际市场取得优势对组态软件进入国际市场也具有一定的推动作用 相信民族组态 软件的崛起是迟早的事情 与其他软件产品相比 组态软件和 IT 类软件不同 有自己的特殊性 具有系统的概 念 使用范围也不是很广 面临的国际竞争没有其他类似办公软件或操作系统那样激烈 因此中国的本土软件很容易崛起 但是毕竟我们是跟在国外产品的后面发展起来的 要 想全面超过国外的竞争对手 就必须坚持走好自己的道路 尽量减少效仿 突出特色 以客户需求为中心 积极创新 只有这样 本土的软件才能够具有稳固的根基 1 4 课题所要解决的问题 本次的课题所要解决的问题较多 涉及到软硬件 而且由于自己没接触过组态王这 个工控软件 所以要多花点时间来学习实践组态王的例子教程 对于三菱的 PLC FX2 48MR 设备的特性 应用要查些专业的资料以了解具体操作所碰到的问题 按照既定目标 编写程序 通过不断调试达到系统最佳状态 保证系统功能的合理 完善 系统使用的 便利 运行方面的安全 可靠 稳定 依次要解决的问题如下所列 硬件方面 由于原来的课程实践所掌握的 PLC 知识不够全面 所以在毕业设计时要查些够多的 资料 在参考编程手册的情况下快速的掌握 FX2 48MR 的使用特性以及编程诀窍并复习 三菱系列 PLC 编程软件的使用方法 熟悉软件的各种附加功能以便为编程更好的服务 系统涉及的接线也是很多 要参照 PLC 接线原理图和实际的控制面板接线 熟悉各引脚 含义 软件方面 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 8 在只有组态王使用手册资料的情况下 掌握组态王软件的运用 特别要找些例子教 程 能直观地了解该软件的各种运用 并尝试在设备中调试 使双层立体车库的运行控 制和软件的监控得以完美得体现 第二章 硬件任务设计 2 1 系统概述 城市交通现代化的一个重要标志是城市道路的车流量不断增加 但随之而来的是道 路两旁的停车面积相对减少 停车难已成为城市发展中急需解决的一个问题 立体车库 以双层或多层的形式向空间发展则可以大大减少停泊车辆对地面面积的相对占用 因此 立体车库目前正在得到越来越广泛的应用 在这个项目中 我们将立体车库作为控制对象 在立体车库的控制系统中 目前一 般采用 PLC 控制 例如在双层车库中 和 PLC 控制 上位计算机管理的控制方式 例如在 高层车库中 随着科学技术的不断发展 新型器件的不断问世 立体车库的控制手段也 将越来越先进 2 2 M 5 双层立体车库模型 2 2 1 机械结构概述 这个控制对象 M 5 双层立体车库模型就是根据一个实际的停车库按比例缩小 改 造而成 它采用双层的框架结构 共有五个车位 上层三个车位 下层两个车位 每个 车位都有一块载车的托板 托板可以依靠牵引在电机的带动下移动 上层的托板可以做 上下移动 下层的托板可以做左右移动 每当上层的托板向下移动时 下面的托板必须 移开为其留出空间 这就是下层车位比上层车位少一个的原因 为了对车库模型实现电 气控制 在模型的后面装有两个航空电缆插座 其中 26 芯是主回路电缆插座 37 芯为控 制回路电缆插座 2 2 2 电气控制概述 车库模型的电气控制参照实际车库的电气控制系统设计 其回路分如下几个方面 1 1 驱动部分 车库模型中车位托板的正反向移动是靠 220V 交流可逆电机两相之间的电容移相变化 来实现的 见图 2 1 当 K1 闭合 K2 打开时 瞬时电容两端的电压是上正下负 电机正向转动 当 K1 打开 K2 闭合时 瞬时电容两端的电压是上负下正 电机反向 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 9 转动 车库模型中每块托板由一台电机驱动 共 5 台 代号为 M1 M5 见图 2 2 2 2 托板的限位 在每个车位托板移动的两端都装有微动限位开关 代号为 SQ1 SQ10 它们的状态反 映出托板的位置 也决定着某块托板可否移动及移动的顺序 见图 2 3 3 3 车辆与人进出的检测 在车库前后的左右两侧 装有三对光电感应器 代号为 LS1 LS3 当车辆与司机进 出时 它们对其检测并发出信号 当托板移动时是不允许外界活动物体进入车库的 如果这时检测到有活动物体进入时就会发信号给电气控制装置去处理 4 4 信号灯提示 在车库模型的上方 有一组信号灯 代号为 L1 L5 L9 L10 其中 L1 L5 它们在 车库允许车辆进出时会发出提示信号 当车库有故障时 L10 应发出警告 当上层车位的 托板上移或下移之前 必须打开安全钩 L9 就表示这个功能 5 5 冲顶保护 为防止托板上移的时候 因上限开关故障时造成意外 在每个上层车位的上限上方 装有一个冲顶保护开关 代号为 S11 S13 见图 2 3 它们可串联在安全回路中 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 10 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 11 2 2 3 车库工作流程 存车 钥匙插入某车位的钥匙开关并顺时针旋转 其他车位托板预调整 其他车位 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 12 的托板下行或平移到预定位置 允许进出车信号灯亮 车在信号灯提示下进入托板 车 停稳后司机退出 拔钥匙灯亮 逆时针旋转钥匙开关 然后拔出钥匙 托板载车上行或 平移到原来位置 取车 钥匙插入某车位的钥匙开关并顺时针旋转 其他车位托板预调整 某车位的 托板载车下行或平移到预定位置 允许进出车信号灯亮 司机入库在信号灯提示下将车 退出车库 拔钥匙灯亮 逆时针旋转钥匙开关 然后拔出钥匙 托板上行或平移到原来 位置 2 3 电气控制装置 本装置是为实行对 M 5 立体车库模型的控制而专门设计的 主要由以下几个部分组 成 2 3 1 PLC 可编程控制器 它控制车库的管理和运行 采用的产品是日本三菱公司的 FX2 48MR 使用通讯接口 可与计算机进行通讯 其内部基本单元包括 CPU 存储器 输入输出和电源等 各功能技 术指标如下 8 表 2 1 三菱 FX2N 系列可编程控制器规格和系统组成 表 2 2 FX2 48MR 性能表 项目项目FX2 48MRFX2 48MR 环境温度0 55 c 使用时 20 c 储存时 环境湿度35 85 RH 不结露 使用时 抗振 JIS C0911 标准 10 55HZ0 55mm 最大 2G 3 轴方向各 2 小时 但用 DIN 导轨安装时 0 5G 抗冲击jisC0912 标准 10G3 轴方向各 3 次 抗噪音干扰 用噪音仿真器生产电压为 1000VP P 脉冲宽度为 1 频率为 30 100HZ 的噪音 耐压 AC1500V1 分钟 绝缘电阻 5M 以上 500V 兆欧 表 所有端子与接地端之间 接地 第三种接地 不能接地时也可以浮空 使用环境无腐蚀性气体 无尘埃 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 13 运算控制方式存储程序 反复运算方式 专用 LSI 输入输出控制方法 批处理方式 在执行 END 指令时 但有输入输出刷新指 令 程序容量 存储器形式 内付 8000 步 EEPROM 最大为 16K 步 可装 EEPROM EPROM 存储 卡 基本步进指令基本 顺控 指令 27 个 步进指令 2 个 指令数 应用指令128 种 298 个 输入继电器 24 点 X0 X27合计 48 点 输出继电器24 点 Y0 Y27 通用型500 点 M0 M499辅助 继电器断电保持型 524 点 M500 M1023 初始化用10 点 S0 S9 一般化用480 点 S20 S499 回零用10 点 S10 S19 状态 断电保持400 点 S500 S899 100ms200 点 T0 T199 设定值 0 1 3276 7s 定时器 10ms46 点 T200 T245 设定值 0 01 327 67s 一般用100 点 16bit C0 C99 增计数 锁存用100 点 16 位 C100 C199 一般用 20 点 32 位 C200 C219增 减 计数用锁存用15 点 32 位 C220 C234 计数器 高速用一相 60KH2 点 10KHZ4 点或二相 30KHZ1 点 5KHZ1 点 一般用200 点 16 位 D0 D199通用数据 寄存器锁存用7800 16 位 D200 D7999 特殊用256 点 16 位 D8000 D8255 变址用16 点 16 位 V0 V7 Z0 Z7 数据 寄存器 文件寄存器普通寄存器的 D1000 以后在 500 个单位设定文件寄存 转移用128 点 P0 P127 指针跳步 中断用4 点 4 点 频率8 点 N0 N78 点 十进制 K16 位 32 768 32 767 32 位 常数 十六进制 H十六进制 H16 位 0 FFFF H 32 位 0 FFFFFFFF H 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 14 2 3 2 继电器板 板上装有 13 个继电器 每个继电器有两付常开 两付常闭触点 250V 1A 示意 图见图 四 控制电压为直流 24V 用它来控制车库模型上可逆电机的运转 图 2 4 继电器示意图 2 3 3 控制面板 由它来完成对车库模型的操作控制 上面有各类控制开关 具体功能和要求如下 1 1 钥匙开关 5 把 自动状态时有效 控制各车位的托板运动 2 2 点动按钮 2 个 手动状态时有效 与转换开关配合使用 控制各车位的托板 运动 3 3 指示灯 3 个 显示当前装置的工作状态 存 取车灯 自动状态时有效 允许存 取车时灯亮 存 取车过程中灯闪亮 手动灯 手动状态时有效 拔钥匙灯 自动状态时有效 存车过程中当司机将车停放在托板上离开车位后灯 亮 取车过程中当司机将车驶离托板后灯亮 4 4 转换开关 手动 自动转换开关 5 5 急停按钮 紧急情况时按下对系统起保护作用 6 6 复位按钮 按下按钮 PLC 程序复位 7 7 控制面板接线端 由 61 个绿色接线端组成 车库模型和控制面板上的电路经过它们与 PLC 继电器连 接 构成一个完整的控制系统 第三章 控制任务设计 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 15 3 1 三菱 FX2 48MR 编程基础 应用指令中有多个可使用 指令种类指令数目 基本指令27 种 步进梯形指令2 种 应用指令128 种 298 个 应用指令中有多个可使用的简单指令 高速处理指令 输入过滤器常数可变 中断输入处理 直接输入等 便利指令 数字开关的数据读取 16 位数据的读取矩阵输入的读取 7 段显示器输出等 数据处理 数据检索 数据排列 三角子函数运算 平方根 浮点小数运算等 特殊用途 脉冲输出 20KHZ DC5V 10KHZ DC12V 24V 脉宽调制 PID 控制指令等 外部设备相互通信 串行数据传送 ACCII code 印刷 HEX ASCII 变换 校验码等 时计控制 内置时钟的数据比较 加法 减法 读出 写入等 3 2 PLC 编程设计要求 1 控制装置具有自动运行和手动调试两种功能 可以相互切换 面板上有对应的显 示 手动时钥匙开关无效 2 当一把钥匙开关旋转后 其他钥匙开关无效 3 当上层车位的托板欲上行或下行时 必须先打开安全钩 托板运行到预定位置时 再闭合 4 当上层车位的托板下行时 下层车位的托板必须让开 5 当进出车时 光电感应器对车辆长度进行检测 异常发出警告 车辆检测部分对 人与车的进出能够区别 6 当进出车时 车库模型上有各种提示信号 存车时 车身先遮住 1 传感器 再遮住 2 传感器 这时为进车状态 前进灯亮 退车时 车身先遮住 2 传感器 再遮住 1 传感器 这时为退车状态 后退灯亮 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 16 当 1 传感器和 2 传感器同时遮住 表示车超长 超长灯亮 当进出车动作完成后 停止灯亮 拔钥匙动作后灯暗 7 装置具有安全保护措施 例如 冲撞保护 紧急停车等 3 3 PLC 编程具体设计 因为此次对立体车库的设计重点是硬件接线调试和软件监控的设计 再加控制的对象和 方法很明确 所以 PLC 程序是在导师的指导下很顺利地完成的 PLC 程序附后 主要在 编程过程中大概思路提一下 1 根据设计要求画出电气控制原理图 2 2 设计好 I O 端口分配表 明确各输入 X 输出 Y 的功能及相关元件 3 运用梯形图编程语言 Ladder Diagram 设计程序 原因是梯形图与传统继电器控制 电路图相似 梯形图与继电器控制图设计思路也基本一致 梯形图很容易由电气控制 线路转换而来 4 因三菱系列的 PLC 步进指令可以使用灵活且有条理 故程序编写中大量使用了步进指 令以达到编程目标明确且加快编程时间 将程序串连调试时 出错的概率也就非常的小 第四章 监控软件设计 4 1 组态王软件构成 组态王 6 0 1 软件包由工程浏览器 TouchExplorer 工程管理器 ProjManager 和画面运行系统 TouchVew 三部分组成 在工程浏览器中您可以查看工程的各个组成部 分 也可以完成数据库的构造 定义外部设备等工作 工程 管理器内嵌画面管理系统 用于新工程的创建和已有工程的 管理 画面的开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统 TOUCHMAK 和工程运行系统 TOUCHVEW 来完成的 4 1 1 TouchExplorer 是应用工程的开发环境 您需要在这个环境中完成画面设计 动画连接等工作 TouchExplorer 具有先进完 善的图形生成功能 数据库提供多种数据类型 能合理地提取控制对象的特性 对变量 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 17 报警 趋势曲线 过程记录 安全防范等重要功能都有简洁的操作方法 4 1 2 ProjManager 是应用程序的管理系统 PROJMANAGER 具有很强的管理功能 可用于新工程的创建及删除 并能对已有工程进 行搜索 备份及有效恢复 实现数据词典的导入和导出 4 1 3 TouchVew 是软件的实时运行环境 在应用工程的开发环境中建立的图形画面只有在 TouchVew 中才能运行 TouchVew 从控制设备中采集数据 并存在于实时数据库中 它还负责把数据的变化已动画的方式 形象地表示出来 同时可以完成变量报警 操作记录 趋势曲线等监视功能 并按实际 需求记录在历史数据库中 4 2 立体车库监控系统构成 主要是由立体车库封面 监控主界面 控制面板接线图 PLC 接线电路原理图构成 4 2 1 立体车库封面 图 4 1立体车库封面 此界面上主要内容 1 顶部是颜色变换的标题 M 5 双层立体车库模型与电气控制系统 字体上的动画连接 文本色参数如下图 画面命令语言为 turn turn 10 if turn 100 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 18 turn 0 图 4 2文本色变化 2 其次是进入监控系统的按钮 按钮的动画连接命令语言是在弹起时出现 showpicture 监控主界面 来引导 监控主界面 3 再次是整个系统的概述 4 底部是版权声名 制作时间 制作人 技术支持 5 右下角是退出按钮 按钮的动画连接命令语言是在弹起时出现 Exit 0 按钮风格 浮动 位图 4 2 2 监控主界面 图 4 3监控主界面 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 19 1 先是系统设置菜单的制作 其中分为用户登陆 退出登陆 配置用户 修改密码 退出系统共五项内容 命令语言中为各分菜单的命令 if MenuIndex 0 LogOn 用户登陆 if MenuIndex 1 LogOff 退出登陆 if MenuIndex 2 EditUsers 配置用户 if MenuIndex 3 ChangePassword 修改密码 if MenuIndex 4 Exit 0 退出系统 这些都是一一对应的命令函数 2 按钮转换到 PLC 接线电路原理图 弹起时的命令语言为 showpicture PLC 接线电路原理图 即切换到 PLC 接线电路原理图 图 4 4按钮转换到 PLC 接线电路原理图 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 20 3 按钮转换到 控制面板接线图 弹起时的命令语言为 showpicture 控制面板接线图 即切换到 控制面板接线图 图 4 5按钮转换到 控制面板接线图 4 当前登陆用户的值为 本站点 用户名的字符串输出 用于显示登陆的用户名 图 4 6显示登陆的用户名 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 21 5 当前登陆时间为 本站点 日期值字符串输出 图 4 7登陆时间 6 各显示灯的信号都是靠颜色填充来实现的 就比如车进出的灯显示 图 4 8各信号灯的显示 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 22 7 最主要的车位的移动是 1 2 3 车位垂直移动连接 移动状况较类似 而 4 5 车位水平移动连接 移动状况较类似 即如下两图所示 图 4 91 2 3 车位垂直移动连接 图 4 104 5 车位水平移动连接 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 23 而在画面属性中要设置命令语言 因车位移动受电机正反转拖力不同的影响 为了更接 近实际的情况 特测试得出不同的移动速度 IF Y011 1 CAR1 CAR1 8 1 号车位上移 IF Y012 1 CAR1 CAR1 8 1 号车位下移 IF Y013 1 CAR2 CAR2 8 2 号车位上移 IF Y014 1 CAR2 CAR2 8 2 号车位下移 IF Y015 1 CAR3 CAR3 8 3 号车位上移 IF Y016 1 CAR3 CAR3 8 3 号车位下移 IF Y017 1 CAR4 CAR4 4 4 号车位左移 IF Y020 1 CAR4 CAR4 3 5 4 号车位右移 IF Y021 1 CAR5 CAR5 7 2 5 号车位左移 IF Y022 1 CAR5 CAR5 6 8 5 号车位右移 8 由于 1 2 3 车位有安全钩的 所以为了突出其实际动态效果 特利用缩放 做了安全钩开关状态的动态显示 同时为了明显地感受到其变化 特地把安全钩的状态 放大显示出来 如下图 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 24 99 图 4 11安全钩开关状态的动态显示 因为其安全钩的变化不是简单的一个变量控制的 所以要在画面属性中命令语言中设定 IF Y011 1 1 车位下面的安全钩动作 ELSE 本站点 Scale1 0 否则 1 车位下面的安全钩不动作 IF Y013 1 2 车位下面的安全钩动作 ELSE 本站点 Scale2 0 否则 2 车位下面的安全钩不动作 IF Y015 1 3 车位下面的安全钩动作 ELSE 本站点 Scale3 0 否则 3 车位下面的安全钩不动作 IF 本站点 Scale1 1 本站点 Scale2 1 本站点 Scale3 1 本站点 ScaleAll 1 ELSE 本站点 ScaleAll 0 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 25 9 I O 状态表里的各种输入 X 和输出 Y 为了能显示状态特设定了文本颜色变化 并且 要求提示效果的出现在每个变量下面画按钮 按钮提示文本中设定所要提示的内容 如 图 4 12I O 状态表 10 因控制面板上基本上都是开关或指示灯 设置的变量和实际的 PLC 接线图一致 所以较易控制 如下图 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 26 图 4 13控制面板上的开关和指示灯 4 2 3 控制面板接线图 图 4 14控制面板接线图 此界面上主要内容 1 共计 11 个继电器的接法 2 三菱 FX2 48MR 处 X0 X27 共 24 点输入 Y0 Y27 共 24 点输出端口接法 3 继电器示意接线图 4 实际继电器接线图 5 控制面板上的各种接线引脚及对应输入输出量 6 左下角是返回按钮 按钮的动画连接命令语言是在弹起时出现 showpicture 监控主界面 按钮风格 浮动 位图 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 27 4 2 4 PLC 接线电路原理图 图 4 15PLC 接线电路原理图 此界面上主要内容 1 用软件 Protel 99 SE 画的 PLC 接线电路原理图 2 左下角是返回按钮 按钮的动画连接命令语言是在弹起时出现 showpicture 监控主界面 按钮风格 浮动 位图 4 3 系统通讯设计 组态王软件系统与最终工程人员使用的具体的PLC或现场部件无关 对于不同的硬件 设施 只需为组态王配置相应的通信驱动程序即可 组态王驱动程序采用最新软件技术 使通讯程序和组态王构成一个完整的系统 这种方式既保证了运行系统的高效率 也使 系统能够达到很大的规模 组态王支持的硬件设备包括 可编程控制器 PLC 智能 模块 板卡 智能仪表 变频器等等 工程人员可以把每一台下位机看作一种设备 他 不必关心具体的通讯协议 只需要在组态王的设备库中选择设备的类型 然后按照 设 备配置向导 的提示一步步完成安装即可 使驱动程序的配置更加方便 组态王支持的 几种通讯方式 串口通讯 数据采集板 DDE通讯 人机界面卡 网络模块 OPC 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 28 4 3 1 组态王 I O 设备管理 组态王对设备的管理是通过对逻辑设备名的管理实现的 具体讲就是每一个实际 I O 设备都必须在组态王中指定一个唯一的逻辑名称 此逻辑设备名就对应着该 I O 设备的 生产厂家 实际设备名称 设备通讯方式 设备地址 与上位 PC 机的通讯方式等信息内 容 在组态王中 具体I O设备与逻辑设备名是一一对应的 有一个I O设备就必须指定 一个唯一的逻辑设备名 特别是设备型号完全相同的多台I O设备 也要指定不同的逻辑 设备名 组态王中变量 逻辑设备与实际设备对应的关系如图 图4 16变量和设备的关系图 在此次的设计中各X和Y变量都设置成I O离散变量 并跟设备变量一一对应起来 如下图 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 29 图4 17X和Y变量的设定 除了基本的X和Y的变量设定外 其他的变量设定如图 图4 18其他变量的设定 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 30 4 3 2 组态王与 PLC 通讯参数设置 1 此系统在组态王COM1上所配置的设备为PLC 三菱 FX2 串行 2 设备指定地址为 0 3 设备在发生通信故障时 系统尝试恢复通信的策略参数 尝试恢复时间 30秒 最长恢复时间 24小时 使用动态优化 是 4 串口通讯的参数 波特率 9600 数据位 7 奇偶校验 偶校验 停止位 1 通讯超时 200毫秒 最小值 因为3000毫秒默认值对于存取车信号的读取有严重的滞后性 所以采用最小值来避免 通讯方式 RS232 图4 19组态王与PLC通讯参数设置 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 31 第五章 系统软硬件调试 5 1 系统硬件调试 5 1 1 设备接线前准备 因系统设备不是处于完全好的状态 所以有必要把各种设备准备好 以便调试顺利 不 影响其进程 1 1 M 5 双层立体车库模型上各种限位开关是很关键 所以仔细检查了一番 把原 先限位开关触点不牢或根本断的用电烙铁焊接 为不损坏限位开关 所以有必要 注意电烙铁焊接的时间长短 2 2 M 5 双层立体车库模型上各种电机是保证系统运行的 所以要把原先电机钢丝 扯断 松掉的调整好 3 3 M 5 双层立体车库模型上的 3 个传感器不是很灵敏 为了调试的方便和达到同 样的效果 在 plc 输出端换用 3 个开关 分别代表三个信号的输入 4 4 控制面板上各继电器的触点仔细清理 以利于后面的接线工作 5 1 2 设备接线 1 1 控制面板和模型的后面都装有两个航空电缆插座 其中 26 芯是主回路电缆插座 37 芯为控制回路电缆插座 连接时注意对口子 防止造成接口的损坏 影响控 制和反馈 接线见表 5 1 2 2 三菱 FX 48MR 串口连接计算机 COM1 端口 以便输入 PLC 程序 3 3 按控制面板接线图连接设备 其中包括 11 个所需的继电器的接线端接法按 2 3 2 图 PLC 的 X 端和 Y 端连接面板上的相应点以及 PLC 的运行开关要接上以便输入 PLC 程序的控制 PLC 接线图见图 图 5 1 PLC 接线图 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 32 表 5 1 M 5 双层立体车库模型电缆接线段一览表 代号名称接线端编号作用与特点 SQ11 车位上限M 371 托板上移到此位置停止 SQ21 车位下限M 361 托板下移到此位置停止 SQ32 车位上限M 352 托板上移到此位置停止 SQ42 车位下限M 342 托板下移到此位置停止 SQ53 车位上限M 333 托板上移到此位置停止 SQ63 车位下限M 323 托板下移到此位置停止 SQ74 车位左限M 314 托板上移到此位置停止 SQ85 车位右限M 304 托板下移到此位置停止 SQ94 车位左限M 295 托板上移到此位置停止 SQ105 车位右限M 285 托板下移到此位置停止 SQ111 冲顶限位M 241 托板上限开关失效 紧急停车用 SQ122 冲顶限位M 241 2 托板上限开关失效 紧急停车 用 SQ133 冲顶限位M 243 托板上限开关失效 紧急停车用 LS11 传感器M 27当有物体进入检测范围 内部 OC 门动作 LS22 传感器M 26当有物体进入检测范围 内部 OC 门动作 LS33 传感器M 25当有物体进入检测范围 内部 OC 门动作 L1允许车进出M 22允许车进出时 此灯亮 直流 24V L2允许车辆前进M 21允许车辆前进时 此灯亮 直流 24V L3允许车辆后退M 20允许车辆后退时 此灯亮 直流 24V L4车辆超长M 19车辆超长时 此灯亮 直流 24V L5车辆停止M 18禁止车辆移动时 此灯亮 直流 24V L9故障M 17有故障时 此灯亮 直流 24V L10安全钩打开M 16上层车位托板移动时 此灯先亮 直流 24V 24VDCM 15 0 VDCM 14 M11 托板电机N 8 9驱动 1 托板 做上下移动 M22 托板电机N 10 11驱动 2 托板 做上下移动 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 33 M33 托板电机N 12 13驱动 3 托板 做上下移动 M44 托板电机N 15 16驱动 4 托板 做左右移动 M55 托板电机N 17 18驱动 5 托板 做左右移动 AC220VN 1 M 表示 37 芯电缆接线端 N 表示 26 芯电缆接线端 各电源接法 PLC 是 220V 交流供电 24V 直流输出到控制面板 24V 端接有 X 处 2 个 COM Y 处 5 个 COM 继电器 KA11 的 4 和 6 口 24V 端接有 X 处 2 个 24V 11 个继电器 2 口 PLC 的 L 端接有 11 个继电器 4 口 5 1 3PLC 程序与系统联动调试 1 1 输入 PLC 程序进行联动调试 2 2 因为继电器线圈电压为 24V 而开关触点电压是 220V 所以联动调试要注意安全 而继电器 11 的线圈是控制安全钩的灯 所以线圈电压为 24V 其开关触点也还 是 24V 3 3 调试时应注意在某种条件下才能进行 如某几个特定的限位开关作用时才能手动 控制某车位移动 2 号车位只能在下方的 4 号和 5 号车位各自两边限位时才能手 动上下移动 见标准车位图 图 5 2 4 4 自动控制 2 号和上号车位能正常上下移动 而 1 号车位却不能 PLC 程序检查监 控发现 M309 不作用 原来是 1 号车位的上限位开关常开常闭触点接错 纠正后测试硬件系统 OK 工控软件 组态王 应用 M 5 双层立体车库的监控 34 图 5 2标准车位图 5 2 系统软件调试 5 2 1 熟悉组态王并预设计交通红绿灯的监控 其设计界面如下 图 5 3交通红绿灯设计界面 其运行界面如下 工控软件 组态王 应用 M 5 双层