基于SIMATICHMI与PLC的材料分拣系统.pdf

第 3期 总第 1 4 8期 2 0 0 8年 6月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEERI NG ＆ AUT0M AT1 0N No． 3 J u n ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 0 8 0 3 0 1 4 6 0 3 基于 S I MATI C HMI与 P L C的材料分拣 系统 刘秀兰 ，刘 念 四川大学 电气信息学院， 四川 成都 6 1 0 0 0 0 摘 要 采用 S 7 --2 0 0 P L C作为控 制器 ， 设计 了基于 S I MAT I C HMI 的材料分拣监控系统 ， 用 S I MATI C全新的 H MI 设备 MP 2 7 7 1 O 叮0 UC H 屏通过 P P I 协议与 P L C进行通信 ， 完成对分拣 系统 的监控 。实际的工作过程证 明 该系统具有很好的实时性和准确性 。 关键词 材料分拣 ；S 7 --2 0 0 P L C；HMI 中图分类号 T P 2 7 7 文献标识码 A 0 引言 随着现代工业 自动化的发展 ，传统的人工分拣货 物的做法已经无法满足现代化生产的需要，取而代之 的是由控制器实现的分拣 自动化[ 1 ] ， 并且采用 HMI 设 备对系统进行全面监控 ，大大提高了工作效率和分拣 精度。 S I E ME NS操作屏是全集成 自动化的一部分，有 丰富的接口，对不同 自动化系统都具有开放性 ，在工 业 自动化中得到了广泛应用。 1 材料 分拣 系统 的构成 材料分拣系统由现场控制层 、设备监控层 、过程 可视化系统组成，包括 P C机、S I MAT I C HMI 设备 MP 2 7 7 1 0 ” T0UC H、 S 7 2 0 0 P I C、 材料分拣系统 。 系 统的总体框图见图 1 。 P C机上安装有西门子屏的组态 软件 Wi n c e f l e x i b l e和 S 7 2 0 0 P I C编程软件 S TE P 7 Mi c r o WI N。 P C机与触摸屏之间采用交叉线相连， 用 于组态 画面 的下载 ； P C与 P L C之 间用 P P I 电缆相 连 ， 用于程序的下载；触摸屏与 P L C之间通过 MP I 电缆 相连 ， 可以实现屏与 P L C之间的通信 ； 各种物料在传 送带上被传送 ，传感器从不同材质和颜色的物料中获 得信号 ， 传给 P L C的输入端 ， 控制分拣系统气缸的有 序动 作 。 2 现场控 制层 的设 计 由 P I C负责工业现场 的数据采集和控制，P I C 的选型主要根据现场数据采集 的要求进行。 收稿 日期 2 0 0 7 一 l l - 3 0 ；修 回 日期 2 0 0 8 0 1 1 9 作者简介 ；刘秀兰 1 9 8 3 一 ， 女 ， 山东 日照人 ， 硕士研究生 。 2 ． 1 P LC 选 型 西门子 S 7系列 P L C 目前已得到广泛的应用 ，其 包括 了从 小 型 的 S 7 2 0 0到高端 的 S 7 4 0 0系列 P L C，本文材料分拣系统 中就是采用 S 7家族 的小型 P I C。在 P I C选型的时候 ，还应 考虑输入、输 出点足 够用且经济。 材料分拣系统输入点包括 手动／ 自动切 换信号，它也可以作为设备 自动运行 的急停信号；料 仓中是否有料信号，在无料时会发出无料报警并在一 段时间后 自动停止系统动作；4个检测不同材质或颜 色的传感器信号以及气缸复位信号。输出点包括 驱 动皮带电机信号； 驱动 5 个气缸动作信号 ； 报警信号。 通过计算 ，该系统至少需要 l 1 个输入点和 7个输 出 点 。因此 ，选择 C P U2 2 4 X P型号 的 P L C，它的输 入 、 输 出点分别为 1 4和 1 O ，完全能够满足系统控制的要 求 。 图 1 系统总体框 图 2 ． 2 系统硬 件设计 选 择 好 P I C 的型号 之后 ，要对 P I C的 I ／ 0 点 进 行分配 ，图 2为 P I C的 I ／ 0点分配及硬件接线图。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 8年第 3期 刘秀 兰，等基于 S I MAT I C HMI 与 P L C的材料分拣 系统 1 4 7 2 ． 3 系统软件 设计 控制层 P I C的编程软件 S T E P 7 Mi e r o WI N安装 在上位机上， 下位机 P I C通过 P P I 协议与计算机进行 通信 ， 所 以， 在使用编程软件之前首先要设置 P C通信 口， 直到能够在编程软件里读到 P L C的型号 ， 说明通 信成功 ，这时就可以下载程序了。图 3为材料分拣系 统程序设计流程图，根据该流程图编辑分拣程序。 料 仓传感器 电感传感器 电容传感器 黄色传感器 蓝色传感器 气缸1 前 气缸2 前 气缸3 前 气缸4 前 气 缸5 前 手动／自动切换 输入／ 输 出 I O ． O I O ． 1 I ． 2 Q O． 0 I o ． 3 Q 0 ． 1 1 0 ． 4 Q 0， 2 1 0 ． 5 Q 0． 3 1 0 ． 6 S I M A T I C Q 0 ． 4 I O ． 7 S 7 2 0 0 Q 0． 5 I 1 ． 0 C P [ i 2 2 4 XP I 1 ． 1 I l【 ． 2 气缸 1 驱动 气缸2 驱 动 气缸3 驱动 气缸4 驱动 气缸5 驱动 皮带 电机 图 2 P L C的 I ／ 0 点分 配及 硬件接线图 图 3材料 分拣 系统程序 设计 流程图 3设备 监控 层设 计 HMI 设 备基 于创新 的标 准操 作 系统 Mi c r o s o f t Wi n d o ws C E 5 ． 0 ，多 功能 面板 MP 2 7 7属于 “ 多功 能 平台”类的产品。 HMI 设备具有与办公领域通信的扩 展功能， 在设备上安装了 P o c k e t I n t e r n e t E x p l o r e r ， 并 配备 有 P R OF I B US接 口以太 网接 口 、US B端 口以及 TF T屏幕 ；它除支持典 型 的 HMI 应 用程序 Wi n C C f l e x i b l e外 ， 还支持如下应用程序 S mr t S e r v i c e ， S m r t Ac c e s s ，OP C服务 器 。 让所有 的功能都显示在一张画面中不太可能 ，可 将各 个功能分布在多 张画面内 ，画面之间 的切换 用 Wi n C C f l e x i b l e中按钮的鼠标动作来实现[ 2 ] ，屏幕选 择 MP 2 7 7系 列 中较 大 的 1 0 屏 。 3 ． 1组 态人机 界 面 系统采 用 Wi n C C f l e x i b l e 进 行 界面 组态 ，该 界 面 主要包括材料分拣主界面、用户管理界面、系统特性 界面、报警界面、语言切换界面 。其中，主界面显示 整 个 系统 的运行 过程 ，也是工 程人 员监 控 的地方 ；在 用 户管 理界 面 中 ，不 同 的用户 权 限不 同 ，可 进行不 同 的操作 ； 系统 特 性界 面介 绍 了该系 统 的几 个 主要特 性 ； 系统出现误动作时报警界面中出现提示 ，并采取相应 的措施 。在 Wi n C C f l e x i b l e中 ，组态完 毕 的系统 主界 面 见 图 4。 图 4材 料 分拣 系统 主 界 面 3 ． 2 变 量 连 接 在组 态 中 ， 创 建指 向特 定 P I C地 址 的变量 ． HMI 从 已定义地址读取该值 ，然后将其显示出来 ，操作员 还可以在 HMI 中输入要写入相关 P I c地址 的值 。组 态完 所有 的界 面之后 ， 要为 画面 中 的对象 连接 变量 。 我 们首先要建立一个 HMI 设备与 P I c之问的连接 ，由 于采 用 的是 西 门子 S 7 2 0 0 P I C， 因此 在连 接 的通信 驱 动 程序 中选择 S I MAT I C S 7 2 0 0 ，设 置参 数 时选择 屏 的接 口为 I F 1 B，并选 择 P P I电缆 进行 屏 与 P I C之 间的通信 ， 屏与 P I c要处在不同的地址 ， 波特率要选 择与 P C ／ P P I电缆传输速率相同的数值 。建立完该连 接 之后 ，就 可 以按照 图 2中的硬 件连 线 图进行 变量分 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 8 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 0 8年第 3 期 配。建立好连接 的变量见图 5 。 3 ． 3传送 设置 系统采用以太网的传送模式 ，在以太 网中，连接 是通过通信处理器 C P 或 S I MAT I C S 7 P L C的 C P U 建 立 的，其 它 网 络 连 接 可 使 用 C P U 的 MP I ／ P RoF I B US接 口建 立。计算机与屏之 间用交叉线连 接 ， 设置的时候要把计算机与屏的 I P地址设置在同一 个网段 ， 传送至闪存 中可以保证断电时数据不丢失 。 开 启 D e l t a传送 ， 使每次传送 的仅为改动过的数据 ， 提高 了传送效率。 ’ t ， 竹 2 ，■l 9 啊3 ，■ ， 日 事／ 宣 麓协基 气| 芏 l 鳙动 气艇玛l 静 气| 芏 祷E 。气| 芏 幛醍 气鼓螭翰 震帝老韩 图 5 建立好连接的变量 4系统调试 与运 行 系统运行后可 以看到， HMI 中对象 的状态会随着 P I C中变量值的变化而改变，操作员还可以在 HMI 中输入要写入相关 P I C地址的值 ， 它们之间通过 P P I 协 议进 行连 接 。 P P I 的连 接是 P t P连接 ， 其 中 HMI 在 主站模式中运行 ， S 7 2 0 0 P L C在从站模式 中运行 ， 一 个 HMI上 只能连接 一个 S 7 2 0 0 P L C。HMI 使用 C P U 的串行连接器进行连接 ，但可以将多个 HMI 与 一 个 S 7 2 0 0 P L C连接 ， 一个 S 7 2 0 0 P L C在任何给 定的时间仅支持一个连接，这样便能达到监视控制的 目的 。 5结束语 本 文 设 计 了 基 于 西 门 子 HMI设 备 和 S 7 2 0 0 P I C的材料分拣系统 ，详细说 明了整个分拣监控 系统的构建方法 ，由于其具有经济、可靠、实用的特 点 ，该 系统 在实 际生 产 中得 到 了广泛 应用 。 参考 文献 [ 1 ] 宋小鹏 ， 吴其 洲 ， 邓传 斌． P I C单片 机在材 料分 拣系统 中 的应用[ J ] ． 机械管理开发 ， 2 0 0 6 3 4 7 ， 4 9 ． E 2 3 张海林 ， 李伟． 西 门子 S 7系列 P L C在 自控系统 中的应用 [ J ] ． 内蒙古石 油化工， 2 0 0 4 ． 3 0 1 3 8 3 9 ． [ 3 ] 丁云 岗， 戴婧 ， 张国钧． Wi n C C在 天然气 输配站 监控 系统 中的应用 [ J ] ． 电脑开发 与应 用， 2 0 0 7 ， 2 0 7 4 2 4 3 ． M o ni t o r i ng Sy s t e m f o r M a t e r i a l S o r t i ng Ba s e d o n S I M ATI C HM I a n d S7 2 0 0 PLC LI U Xi u l an， LI U Ni a n Co l l e ge o f El e c t r o n i c a n d I n f o r ma t i o n En g i n e e r i n g， Si c hu a n Un i v e r s i t y， Che n gd u 6 1 00 0 0， Chi n a Ab s t r a c t Ta k i n g S 7 2 0 0 P LC a s c o n t r o l l e r ， t h i s p a p e r d e s i g n e d a mo n i t o r i n g s y s t e m f o r ma t e r i a l s o r t i n g b a s e d o n S I M ATI C HM I ， whi c h u s e d PPI pr o t oc a l t o r e al i z e t he c ommuni c at i on b e t we e n M P2 77 10 i nc h t ouc h s c r e en ma de b y SI M ATI C a nd S7 20 0 PLC． The pr a c t i c a l p r o c e s s pr o ve s t ha t t he s ys t e m ha s go od c ha r a c t e r of r e a l t i me a nd a c c ur a c y． Ke y wor ds ma t e r i a l s or t i ng； S7 20 0 PLC； HM I ’ ’ ’ ● ’ ， ’ ， ’ ’ ’ ， ’ ， ’ ， ’ ， ’ ’ ’ ， ’ ， ’ ， ’ ’ ’ ， ’ ， ’ ， ’ ， ， ， ’ ， ’ ， ’ ， ’ ， ， ， ， ， ’ ， ， ， ’ ， ’ ， ’ ， ’ ， ’ ， ， ， ’ ， ’ ， ’ ， ， ， ， ， ’ ， ’， ’ ， ， ， ’ ， ’ ’ ’ ， ’ ’ ’ ， ’ ’ ， ， ’ ， ’ ， 上接 第 1 4 5页 M a t e r i a l S o r t i ng M o n i t o r i ng S y s t e m Ba s e d 0 n W e bAc c e s s a nd S7 2 0 0 PLC W ANG Zhi l on g 。 XU S hu hu a ， XU Le i ， LI U Xi u l a n 1 ． Co l l e g e o f Au t o ma t i o n En g i n e e r i n g， Qi n g d a o Un i v e r s i t y， Qi n g da o 2 6 6 0 71 ， Ch i n a； 2 ． Co l l e g e o f El e c t r o n i c a n d I n f o r ma t i o n En g i n e e r i ng， S i c h u a n Un i v e r s i t y， Ch e n gd u 6 1 0 0 0 0， Ch ina A b s t r a c t I n o r d e r t o r e a l i z e t h e mo n i t o r i n g o f t h e ma t e r i a l s o r t i n g s y s t e m， t h e p a p e r u s e s t h e HMI ／ S C AD A s o f t wa r e We b A c c e s s ， whi c h i s b a s e d on W e b a n d Si e me ns S7 2 0 0 PLC．OPC， t he i ndu s t r y s t a n da r d c ommun i c a t i on pr ot o c ol i s u s e d t o c o nne c t t he W e bAc c e s s a nd t h e PLC． I t i s pr o ve d t h a t t he s y st e m h a s t h e c ha r ac t e r s of r e al t i me a nd r e l i a bi l i t y by pr a c t i c al ap pl i c a t i on ． Ke y wor ds Adva n t e c h W e b Ac c e s s； S7 2 0 0 PLC； ma t e r i a l s or t i ng m⋯m mm 州 耐 耐耐 ～ 耐． 耐耐耐耐耐耐一 耐耐 J J J J J J J J ， J J J J 隧 ．隧 隧隧 隧隧 隧隧 隧隧 一隧 随 - ■一l I - ■I _ 一．_ _ - 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