基于PLC四柱式液压机的自动控制设计

1基于PLC四柱式液压机的自动控制日立日立蒋家明20052182东芝东芝2005级自动化日立一概述日立本设计以四柱式液压机的机械及液压装置为基础，配以可编程控制器，根据液压机的工作过程，按照生产工艺要求用VB语言程序上位机控制界面，对工业生产现场进行远程、智能控制，并用LABVIEW仿真软件对该系统进行性能仿真。日立四柱式液压机在工业上用的较广，但人工现场控制具有一定的危险性和误操作性，这都会给我们带来灾难性的后果和不可挽回的损失。基于此考虑，设计一个基于PLC四柱式液压机的自动控制系统，利用电脑做上位机，通过PLC，对液压机进行远程、自能控制。这不仅提高了生产效率，还保证了安全可靠地生产，对工业生产无疑是一种进步。同时在仿真软件的基础上，开发了PLC仿真平台，形象而具体的把该系统的性能和运行过程仿真出来，也验证了本系统的可行性和程序的正确性。上位机VB控制程序和上位机与下位机的通信协议是本设计的重点，上位机程序和上位机与下位机通信协议是否正确，决定了能否实现控制的远程化和智能化。本文分为通信协议、仿真软件设计、上位机VB程序设计、下位机程序设计几大模块。每一模块详细介绍了具体的设计思路、设计步骤和设计过程，简单明了。日立日立日立二下位机程序设计日立四柱式液压机工作原理日立四柱式液压机主要有四个工作过程主油缸下行，主油缸回程，顶出缸顶出，顶出缸退回。系统分手动和自动运行两种状态，在自动运行时，这四个工作过程依次循环进行，每两个过程切换时都有一定的延时；手动运行时，可以人为控制各个过程的运行与停止。日立下位机梯形图设计日立输入输出点分配如表21所示。日立日立表21东芝输入输出点分配表名称编号PLC编号2自动运行按钮X0X000手动运行按钮X2X002停机按钮X1X001手动压制按钮X5X005手动回程按钮X6X006手动顶出按钮X7X007手动顶回按钮X10X010主油缸下压1Y12Y012主油缸回程1Y13Y013顶出缸顶出1Y14Y014顶出缸退回1Y15Y015主油缸下压2Y6Y006主油缸回程2Y7Y007顶出缸顶出2Y10Y010顶出缸退回2Y11Y011日立（1）自动运行状态梯形图日立自动运行状态梯形图如图22所示，当按下自动运行按钮X0时系统进入自动运行状态，先Y12得电，主油缸下压；延时3秒Y12失电，Y13得电，主油缸回程；再延时3秒，Y13失电，Y14得电，顶出缸顶出；接着延时3秒，Y14失电，Y15得电，顶出缸回程；延时3秒会进入下一个循环，如此继续。日立日立东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝图22东芝东芝自动运行状态梯形图日立3（2）手动运行状态日立东芝东芝东芝东芝如图23所示，按下手动按钮X2，自动退出自动运行状态，进入手动运行状态。手动运行状态程序比较简单，就是按下相应的手动按钮，运行对应的状态，每一行的互锁实现了在同一时刻，系统只能处于某个手动状态。日立日立图23东芝东芝手动运行状态梯形图日立（3）停止程序日立东芝东芝东芝东芝东芝如图24所示，当按下停机按钮X1时，系统停止运行。日立日立图24东芝停机模块日立三LABVIEW仿真日立1LABVIEW前面板设计日立LABVIEW前面板程序主要由手/自动选择开关，停机开关，手动运行主油缸、手动回程主油缸、手动顶出顶出缸和手动退回顶出缸四个手动按钮进行控制。由主油缸、顶出缸两个滑块动态而形象地模拟两个油缸的顶出和回程，六个指示灯分别显示不同时刻系统所处于的状态。如图31。日立4日立图31东芝东芝LABVIEW前面板程序日立日立运行程序，把手/自动开关打到自动状态，按下自动运行按钮，系统的手动运行主油缸、手动回程主油缸、手动顶出顶出缸和手动退回顶出缸四个状态循环运行。直到按下急停按钮或者打到手动状态，当手/自动选择开关打到手动状态时，就可以手动的控制液压机的四个过程，按下不同的手动按钮，运行相应的过程。日立日立2系统整体仿真框图程序日立（）LABVIEW梯形图仿真程序日立仿真程序是一个选择框图，当条件满足即手/自动选择开关打到自动状态，运行TRUE方框包围的程序；当条件不满足（即手自动开关打到手动状态），运行FALSE框图包围的程序。日立日立1）自动运行状态梯形图仿真程序日立东芝图32为LABVIEW的自动运行状态梯形图仿真程序，X0是自动运行按钮，Y0Y3分别代表液压机的主油缸运行，主油缸回程，顶出缸顶出和顶出缸退回四个状态。后面接的为四个状态指示灯。当条件满足，按下X0时，系统就自动运行。日立5日立日立图32东芝东芝LABVIEW自动运行状态梯形图仿真程序日立日立2）手动运行状态梯形图仿真程序日立东芝如图33所示，在手动状态按下想不同的按钮，相应的滑块滑动，指示灯变亮。日立6日立图33东芝LABVIEW手动运行状态梯形图仿真程序日立日立（）主油缸与顶出缸仿真日立如图34所示，Y0、Y1接到主油缸滑块上，当Y0得电，继电器Y0闭合，滑块向右运行（模拟主油缸运行），当Y1得电闭合时，滑块向左运行（模拟主油缸回程）。顶出缸同理。日立日立图34主油缸与顶出缸仿真日立（）行程传感器日立7日立日立图35东芝行程传感器界面日立日立如图35所示，为主油缸和顶出缸滑块的行程传感器，通过这些传感器就可以知道主油缸和顶出缸是否运行到位或者回程到位。日立如图36所示由于LABVIEW程序是按数据流方式执行的，并不像PLC程序那样循环扫描，因此，要使程序循环执行，就得加循环框。循环框就是一个WHILE循环，当程序运行时，就一直循环，直到按下STOP按钮，才跳出循环，将循环框包围所有的程序，这样程序就可以循环执行了日立日立日立日立日立四系统通信日立PLC的通信协议日立在PC机中必须依据互联的PLC的通信协议来编写通信程序，否则无法进行通信。因此先介绍FX系列PLC的通信协议，并着重介绍PLC地址的算法。日立FX系列PLC采用异步通信格式，由1位起始位、7位数据位、1位偶校验位及1位停止位组成，波特率为9600DPS，字符为ASC东芝II码。格式如下日立8东芝东芝东芝东芝东芝日立图41PLC的通信协议日立日立FX系列PLC有4个通信命令，如表41所示，它们是读命令、写命令、强制通命令、强制断命令。日立表41东芝东芝FX系列PLC通信命令命令命令字控制元件东芝东芝东芝东芝东芝备注读元件0即ASCII东芝码东芝30X,Y,M,S,T,C,D读字/位元件状态写元件1即ASCII东芝码东芝31X,Y,M,S,T,C,D写字/位元件状态置位7即ASCII东芝码东芝37X,Y,M,S,T,C位元件置位复位8即ASCII东芝码东芝38X,Y,M,S,T,C位元件复位日立FX系列PLC采用面向字符的传输规程，用到5个通信控制字符，如表42所示。当系统将输入输出缓冲区清空后，计算机向PLC发送字符05H，如果PLC准备好，将向PC机发送确认字符06H表示准备好了，可以对PLC通信了。否则回复15H表示没准备好。日立日立日立日立日立日立表42东芝东芝通信控制字符控制字符ASCII功能ENQ05H计算机发出请求ACK06HPLC对ENQ的确认回答NAK15HPLC对ENQ的否认回答STX02H信息帧开始标记ETX03H信息帧结束标记日立PC机向PLC发送的报文格式如下日立9日立其中STX（02H）为开始标志；ETX（03H）为结束标志；CMD为命令的ASCII码，即表3中的4个命令字符；SUMH，SUML为从CMD到ETX按字节求累加和，溢出不计。由于每字节十六进制数变为两字节ASCII代码，故校验和为SUMH与SUML。数据段日立PLC向PC机发送的应答报文格式如下日立日立日立日立通信地址日立电脑要通过PLC来控制系统的各个动作，就必须知道PLC的内部I/O口地址，然后根据所使用的输入输出点来编写控制程序。下表（表43）是三菱FX系列PLC编程口内部地址表。此表只适用于PLC的读写操作日立日立日立日立日立日立日立表43东芝东芝三菱FX系列PLC编程口内部地址表日立日立上表只适用于PLC的读写操作。对于强制命令，相应的各元件地址如表44所示日立表44东芝东芝强制时各元件的位地址S0S150000000FX0X170400040FY0Y170500050FS16S310010001FX20X370410041FY20Y370510051FS32S470020002FX40X570420042FY40Y570520052FS48日立|日立S9990030日立|日立03E7X60日立|日立X1770430日立|日立047FY60日立|日立Y1770530日立|日立057F10所谓强制命令即强制让PLC的某个元件置位或者复位。注意地址代码中4日立日立日立五上位机程序设计日立串行通信控件日立我使用的是MSCOMM控件，在使用该控件时只需设置几个主要参数就可以实现PLC与PC串行通讯。需要设置的MSCOMMOCX的相关属性值有东芝日立COMMPORT设置或传回通信连接端口代号；日立SETTINGS设置初始化参数。以字符串的形式设置或传回连接速度、奇偶校验、数据位、停止位等4个参数；日立PORTOPEN设置或传回通信连接端口的状态；日立INPUT从输入寄存器传东芝回并移除字符；日立OUTPUT将一个字符串写入输出寄存器；日立INPUTLEN指定由串行端口读入的字符串长度；日立INBUFFERCOUNT传回在接收寄存器中的字符数。日立下面简单介绍一下MSCOMM控件的初始化过程。首先，新建一个窗体，在对话框中创建通信控件。然后双击窗体进入FORM_LOAD事件编程，在FORM_LOAD和END东芝SUB之间输入以下代码日立MSCOMM1COMMPORT东芝东芝1东芝东芝东芝东芝选择串口1日立MSCOMM1SETTINGS东芝东芝“9600,E,7,1“东芝东芝东芝东芝东芝波特率为9600BPS，偶检验，7位数据位，1位停止位日立MSCOMM1PORTOPEN东芝东芝TRUE东芝东芝东芝东芝打开串口日立这样在窗体加载时就可以自动对串口进行初始化。日立日立控制界面设计日立根据系统需要，控制界面有停机，自动运行，手动运行，手动压制，手动退回，手动顶出，手动顶回按钮以及相应的指示灯。如图51所示。日立11日立图51VB主窗体界面日立当按下自动运行按钮时，就执行上面这段程序，根据ADDS，SUM，CMD的值，调用INSTRUCTIONCMD,东芝ADDS,东芝SUM函数，上位机与PLC进行通信，当通信成功时，就在TEXT1控件中显示“通信成功”字样。同时PLC的X0闭合，系统自动运行。日立按下手动运行按钮，系统与PLC通信，并使X2闭合，系统进入手动运行状态。在手动运行状态，可以手动控制主油缸、顶出缸的运行和回程。日立在手动状态下，按下相应的手动按钮，系统就使相应的PLC按钮闭合，从而实现对液压机的四个状态手动控制。日立日立监控界面设计日立监控件面如图51所示的粉红色区域和三个TEXT控件，第一个TEXT控件是在通信成功时显示“通信成功”字样；第二个TEXT控件是显示所读取的PLC的状态；第三个TEXT控件是循环跳出的标志。当上位机读取PLC的状态时，就会让相