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2 0 1 2年 1月 第4 0卷 第 2期 机床与液压 MACHI NE TO0L ＆ HYDRAUL I C S J a n ．2 0 1 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 2 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 0 2 ． 0 2 5 基于 P L C和组态技术的液压举升控制系统设计 韩靖宇，邓飙，张宝生，龙勇，何春平 第二炮兵工程学院，陕西西安 7 1 0 0 2 5 摘要利用 P L C和组态技术相结合的方式，设计了液压举升机构的控制系统。详细介绍了P L C控制程序和组态程序的 设计过程 ，实现了触摸屏和 P L C之间的动态数据交换与通信联系。 关键词P L C；组态技术；触摸屏；通信接口 中图分类号T P 2 7 3 ；T P 3 1 ；T P 3 1 9 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 20 7 3 4 De s i g n o f t he Hy dr a u l i c Co nt r o l Sy s t e m f o r Li f ting Ba s e d o n PLC a n d Co nfig u r a tio n Te c h no l o g y HAN J i n g y u，DE NG B i a o，Z HANG B a o s h e n g ，L O NG Y o n g，HE C h u n p i n g r r } l e S e c o n d A r t i l l e r y E n g i n e e r i n g C o l l e g e ，X i ’ a n S h a a n x i 7 1 0 0 2 5 ，C h i n a Ab s t r a c t ．A h y d r a u l i c c o n t r o l s y s t e m f o r l i f t i n g wa s d e s i g n e d b a s e d o n c o n f i g u r a t i o n t e c h n o l o g y a n d P L C．De t ml d e s i g n p r o c e s s e s f o r t h e c o n t r o l p r o g r a m a n d c o n fi g u r a t i o n p r o gra m we r e i n t r o d u c e d．T h e d y n a mi c d a t a e x c h a n g e a n d c o mmu n i c a t i o n b e t w e e n t h e t o u - c h s c r e e n a n d P L C w e r e r e a l i z e d ． Ke y wo r d s P L C；C o nfi gu r a t i o n t e c h n o l o gy ；T o u c h s c r e e n； C o mmu n i c a t i o n i n t e r f a c e 可编程控制器具有工作可靠、抗干扰能力强、环 境适应性好 、应用灵活等特点，是现代工业控制的标 准设备。 某装备 的执行机构为八缸 同步举 升、双缸 同步推 拉的液压系统 ，其工作环境 、工作特点适合用 P L C 做控制器。利用组态技术和 P L C相结合 的方式 ，设 计了该液压举升机构的控制系统。 1 系统功能及结构 系统 由 2 2个 B E S 5 1 6 - 3 6 0 - E 3 - N - 0 3型感 应 式接 近 开关来感应平台运动状态，P L C依据这些接近开关的 状态 ，控制液压 系统 电磁换 向阀和油 泵 电机 的动 作 ， 形成一个 闭环 的检 测控制系统 ，实现平台的举升 、侧 推、回拉和下放。系统结构框图如图 1 所示。 I触T P摸 2 7屏7T P 2 77 卜 _ _1 24 V电 ／ 2 5 A I l I I24 ． A l f 审罕坩圃 J C P U 2 2 4 H ’ 1 l I ⋯ , 2 4 蝴 W 5 AH 惟酬 图 1 系统结构框图 控 制系统硬件 主要 由触摸 屏 T P 2 7 7 、可编程 控制器 P L C S 7 2 2 4 、数字量输入模块 E M 2 2 1和 P r o fi b u s - D P从站模块 E M 2 7 7组成。软件采用组态软 件 S I M A I T I C Wi n C C fl e x i b l e和 P L C编 程软 件 V 4 ． 0 S T E P 7 M i c r o WI N S P 6 。用 S T E P 7实现 P L C控制程序设 计 ；用 Wi n C C创建人机界面， 建立触摸屏与 P L C之 间的动态数据交换与通信联系，并使监控画面根据现 场实际情况动态显示 ，实现过程控制功能。控制系统 结构如图 2所示 。 圈 l 制i I 统 l 0 一一 2 硒 [SIMAITIC_ ．W inCC一 V4．0wiNST EP7sPaMicroflexible 妇 泰 抒杜 。 I l I I ～ ⋯ l j P L C S 7 2 2 4 的控制程序采用 V 4 ． 0 S T E P 7 Mi c r 0 wI N S P 6编写。依据系统工作特点和功能要求 ， 程序设计采用模块化结构，将系统功能划分为几个功 能相对独立 的模块 ，每个模块又划分为几个小 的部 分 ，上一级称为主程序 ，下一级称为子程序。这样程 序结构清 晰 ，便 于编 写和调试 。 收稿 日期 2 0 1 01 2 2 1 作者简介韩靖宇 1 9 8 4 一 ，男，硕士研究生，研究方向为机电一体化技术与应用。E m a i l 3 8 9 9 5 6 2 0 8 q q ． c o m。 7 4 机床与液压 第4 0卷 2 ． 1 P L C主程序设计 系统主程序用于循环调用各个子程序，其子程序 包括 自检子程序 ，单步操作时的举升、侧推、关闭、 下降子程序 ，连续操作时的举升侧推、关闭下降子程 序等共 1 0个子程序。 程序为模块化结构 ，主控模块加若干子模块。每 个子模块设置相应 的控 制变量 ，根据人机界面 的控制 指令 ，P L C在 循 环扫 描 时对 各 相应 控 制 变量 进 行 操 作，实现操作人员命令的传递。表 1 是功能模块对应 的控制变量 。 表 1 功能模块对应的控制变量 控制系统主程序流程如图3所示。控制过程为 程序启 动后 ，首先进行 电磁 阀 自检 ；然后判 断执行 条 件 ，调用相应的子模块 ，若没有变量输入则继续循 环；只有满足各个子程序段的执行条件时，主控程序 才会执行对应的子程序段。 辱百 I望塑 些 l 王 电磁 阀 电 自检 Y N 调用 “ 检测变量输入 子程序 停止 动 作 执行 二 执行停止程序 二工二 关 闭油 泵 电机 二[ 除 未执 行操 f I 闭 、 下 降 、 举 升 侧 推 或 关 闭 下 I 任 ，r 葡 降 ， 控 制 平 台 执 行 相 应 动 作 l 图 3 主程序流程 2 ． 2梯形图设计 梯形 图是 标 准 的 S T E P 7编 程 语 言 ，具 有直 观 易 懂的优点，特别适合于数字量逻辑控制。单步操作时 举升子程序的梯形图如图4所示。 首先初始化程序，延时 5 S 后启动电机和油泵， 接通电磁阀控制上升油缸伸出，判断上升到位信号数 目，确定上升到位信号为 8个时，即全部油缸升到 位 ，延时5 s 后，关闭油泵和电机 ，复位控制变量 ， 停止子程序的调用。同此方法 ，分别设计了单步操作 时的举升、侧推、关闭和下降，连续操作下的举升侧 推、关闭下降等程序块 ，通过主控程序调用相应的子 程序段 ，实现控制功能。 L l 。 I m o 0 M oV B I I I I l l 一 l M 2 0 ．0 l i I T 3 ．1 L I N0 L ． 0 ． 0 M 3 ． 0 M2 0 ． 0 M B2 1 T31 H／ H H HI N T O U R I 1 一P T 1 0 0 ms l I N0 L0 ． 0 M B 21 T3 1 ]厂l l 1 l uuK 1 - 4 P T 1 0 0 ms KM Q0 ． 7 l ZL Q1 ． 0 、 i ● ● ●● ●●● ● ●⋯⋯● ● ● I ． N0 L 。0 0 IM z l M ]厂一I l I 、 - f M 4． 0 M 9． 2 R l M 1 ． 2 R l M l 3． 0 -- R l M2 0 ． 0 - R 图4 单步操作下的上升子程序梯形图 2 ． 3互锁 功 能 实现 为防止因误操作导致系统程序执行错误 ，在子程 序里加入执行条件判断，实现程序互锁 ，防止子程序 相互 干扰 。 为了确保每次只执行一个程序块，为每个程序功 能块设置一个控制变量 ，控制变量组成一个控制字 ， 同时每个程序功能块又对应一个二进制位作为调用程 序功能块的控制条件 ，确保一次只执行一个功能块。 如表 2所示 。 表 2 功能块变量表 以自检模块 S B R 0 为例，当 自检模块的控制 或举下 推或闭 侧降关 或下或 升或推 第 2期 韩靖宇 等基于 P L C和组态技术的液压举升控制系统设计 7 5 变量有输 入 ，即 MI ． 0I时 ，对 应 MW51 ，M W5 与 1 6 F E F F做与运算 ，一旦 M W71 ，则表示系统调 用了两个以上的程序块；相反 ，M W7 0则表示系统 只调用了一个程序块。 图5 判断条件梯形图 利用控制变量 M W7作为下列程序的判断执行条 件 ，只有当系统运行一个程序块 即 MW7 0时，系 统继续运行，调 出 S B R 0 系统 自检模块 ；反 之， 自检模块不运行。 M 0． 1 M 1 ． H M 9． 0 M 4 H 图6 调用模块梯形图 根据上述方法对单步操作、连续操作都进行了设 置，防止出现同时调用两个程序块或其他误操作的情 况，实现系统 自我保护。 3组态设计 系统采用 ，I P 2 7 7 西 门子作为 H MI 设备 ，利 用西门子公司提供的 S I MA I T I C Wi n C C fl e x i b l e 专用组 态软件进行组态设计。由于系统的人机界面属于西门 子系列 ，与 P L C s 7 2 2 4 具有很好的兼容性。 3 ． 1 Wi n C C组 态编 程 组态软件 Wi n C C是一个集成人机界面 H u m a n M a c h i n e I n t e r f a c e ，H MI 系 统 和监 控 管 理 S u p e r v i ． s o r y C o n t r o l A n d D a t a A c q u i s i t i o n ，S C A D A系统的软 件 。组态程序 开发流程如图 7所示 。 选择 建立 使用变 及安 和编 量模拟 上传 启 动 装通 定 义 Wi n C C _ - - ◆ 辑 过 ◆ 器测 试 一 ． - 组 态 讯驱 变 量 程面 过程画 程序 动程 序 面 面 图 7 Wi n C C组态流程 图 启动程序后 ，建立用户项目，选择相对应的通讯 驱动程序 S I M A T I C s 7 2 0 0 ，定义组态变量，实现 逻辑连接 ，然后建立过程画面，指定系统属性；组态 程序编译完成后 ，使用变量模拟器测试过程画面；测 试成功后，将组态程序上传至人机界面 T P 2 7 7 。 3 ． 2 通 讯接 口设 计 若要使用 Wi n C C来访问控制系统的过程值 ，则 在 Wi n C C与 P L C控制系统间必须组态一个通信连接。 该系统中，P L C采用 S I E M E N S公 司的产 品 s 7 2 2 4 ， 它与 Wi n C C具有较好的兼容性。 在变量管理中添加驱动程序 S I M A T I C s 7 2 0 0 。 通过组态软件 Wi n C C和 S T E P ／ 建立 H MI 与 P L C之间 的动态数据交换与通信联系。触摸屏与 P L C的通信 采用 P P I P 0 i n t t o P o i n t 协议 。 用 Wi n C C组态软件和 S T E P 7对相关通信参数进 行定义，配置通信驱动程序为 S I MA T I C s 7 2 0 0 ，通信 网络为 P P I ，H M I设备地址 为 1 ，波特率 1 8 7 5 0 0 ， P L C地址为 2 。同时设 置 S T E P ／中相应通信 参数， P L C地址为2 ，通信速率 1 8 7 ． 5 k b ／ s 。WI N C C与 P L C 通讯接 口设置见 图 8 。 图 8 WI N C C与 P L C通讯接口设置 3 ． 3 人机界面实现 在图形编辑器中建立过程画面，主界面左侧为接 近开关、电磁阀和电机的状态显示，右侧依次设置 自 检、单步操作 、连续操作以及帮助。在帮助选项中加 入电磁换向阀的手动控制 ，用于紧急情况使平 台回 位。将对象的颜色属性与变量相关联，画面中图形动 态变化 ，实现状态显示功 能。组 态过程 主画面如 图 9 所示 。 图 9 组态过程画面 3 ． 4 程序测试及运行 完成组态程序设计后，通过变量模拟器测试组态 7 6 机床与液压 第4 0卷 程序 ，测试成功后将组态程序上传至 T P 2 7 7 ，同时 将控制程序上传到 P L C ；完成硬件线路连接 ，即可建 立触摸屏与 P L C之 间的数据交换与通信联系，实现 系统状态显示 和功能控制 。 4结论 该系统经安装和调试，运行平稳，工作可靠 ，能 够实现液压举升系统的基本要求。该系统有以下特点 1 系统采用 P L C作为控制器，抗干扰性强， 稳定性高，接线简单 ，维修方便。 2 采用 S T E P 7Wi n C C fl e x i b l e 和 P L C T P2 7 7 作为软硬件开发平台，大大缩短了设计周期 ，提高了 工作效率。 3 利用组态软件 Wi n C C实现触摸屏与 P L C通 信的方法简单易行， 缩短了调试时间，且系统的兼容 性好 ，可靠性高，在自动化控制领域有着良好的应用 前 景。 参考文献 【 1 】西门子 中国 有限公司． B A H M I D E V I C E M P 2 7 7 一 c h s [ M] ． 2 0 0 6 ． 【 2 】西门子 中国 有限公司． S I M A T I C H M I Wi n C C系统描 述． 版本 5 ． 0 [ M] ． 2 0 0 2 ． 【 3 】 倪敬， 项占琴 ， 潘晓弘， 等． 多缸同步提升电液系统建模 和控制[ J ] ． 机械工程学报 ， 2 0 0 6， 4 2 1 1 8 1 8 7 ． 【 4】S e o J a h o ， V e n u g o p a l R a v i n d e r ， K e n n e J e a n - P i e r r e ． F e e d - b a c k L i n e a r i z a t i o n B a s e d C o n t r o l o f a Ro t a t i o n a l Hy d r a u - l i c d r i v e [ J ] ． C o n t r o l E n g i n e e r i n g P r a c t i c e ， 2 0 0 7， 1 5 1 2 1 4 951 5 0 7． 【 5 】陈伟． 基于 P L C的数控 电解加工机床的研制[ J ] ． 机床 与液压 ， 2 0 0 9 5 5 6 5 7 ． 【 6 】 江灏． 液压综合试验平台的 P L C实时测控系统 [ J ] ． 机 床与液压 ， 2 0 0 7 1 1 8 21 8 4 ． 【 7 】 李力强． 基于 P L C控制的汽车轮圈闪光顶锻焊机设计 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 6 1 2 1 2 51 2 6 ． 【 8 】 黄爱华． 用 P L C变频调速技术对 Q C S 0 0 3 B液压实验台 的改造[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 6 4 2 1 2 2 1 3 ． 【 9 】 李明． 基于 P L C的液压搬运机械手设计[ J ] ． 机床与液 压 ， 2 0 0 9 8 9 91 0 1 ． 【 1 0 】 周科． 基于 P L C控制的液压同步顶升系统[ J ] ． 机床与 液压 ， 2 0 0 7 1 2 1 4 91 5 0 ． 【 1 1 】西门子 中国 有限公司． 西门子人机界面组态与应用 技术． 版本 2 ． 0 [ M] ． 2 0 0 9 ． 【 1 2 】朱勇． 使用 Wi n C C在机电一体化系统中实现过程监控 [ J ] ． 仪表技术与传感器， 2 0 0 4 6 1 9 2 0 ． 【 1 3 】郭宗仁， 吴亦锋． 可编程序控制器应用系统设计及通信 网络技术[ M] ． 北京 人民邮电出版社， 2 0 0 9 ． 2 ． 【 l 4 】新峰， 杨曙东． 车载雷达电液 自动调平系统 [ J ] ． 液压 与气动， 2 0 0 7 5 3 4 3 7 ． 【 1 5 】杨后川， 杨萍． 基于 F X 2 N P L C控制的实验用气动机械 手设计[ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 0 9 2 2 52 8 ． 【 l 6 】李湘伟． 基于 P L C控制的教学型五 自 t 由度气动机械手 设计[ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 0 8 2 4 95 1 ． 【 1 7 】 姜佩东． 液压与气动技术[ M] ． 北京 高等教育出版社 ， 2 0 o0． 我 国研制成功 1 0 0 0 k V交流罐 式电压互感器 13 新 无锡机电公司研制的特高压交流气体绝缘全封闭组合电器 G I S 用 电磁式电压互感器在 武汉通过 了全部 型式试验 。此前 两周 ，国网电科 院研 制的 1 0 0 0 k V电容 式 电压互感 器 已通 过型式 试验 。 两种产品均为世界首次研制，代表了国际高压电压互感器技术的最高水平。1 0 0 0 k V晋东南一南阳一荆 门特高压交流试验示范工程采用了敞开式的电压互感器。为进一步压缩特高压交流 G I S变电站的占地， 国家电网公司在 2 0 0 9年启动了特高压交流 G I S用电压互感器 简称罐式电压互感器 足 1 0 0 0 k V淮南一上海等后续特高压交流工程的迫切需要。 司的全面推动和统一组织下，国网电科院和 日新 无锡 机电公司，根据工程需要 ， 和电磁式两种原理电压互感器的研制并取得重大突破。国家电网公司坚持安全可靠第 进行了严格试验考核。结果表 明，研制的产品性能稳定、指标优异 ，创造 了世界纪 电气设备质量检测中心 国网电科院武汉院区承担了全部试验任务，克服困难、创 质量完成研制工作创造了重要条件。 内容来源机电商情 网
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