资源描述：
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 ＆ AUToM ATI oN 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 3 0 3 基于 We b Ac c e s s及 S 7 2 0 0 P L C的材料分拣监控系统 王 志龙 ，徐淑 华 ，许 磊 ，刘 秀兰 1 _ 青岛大学 自动化工程学院， 山东 青 岛 2 6 6 0 7 1 ；2 ． 四 11 大学 电气信息 学院．四 11 成都 6 1 0 0 0 0 摘 要 采 用基 于 We b的 HMI ／ S C A DA软 件 We b Ac c e s s及西 门子 S 7 2 0 0 P L C实现 了对 材料分拣 系统 的监 控 ， We b A c c e s s与 P L C之间通过工业标准 通信 协议 OP C进行通信 。 通过对 分拣 系统的实时监控 ， 证实 了系统 具有很高的实时性和可靠性 。 关键词 A d v a n t e c h We b Ac c e s s ；S 7 2 0 0 P L C；材料分拣 中图分类号 T P 2 7 7 文献标识码 A 0 引 言 随着工业 自动化程度的不断提高，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L 1 ] 。利 用传感器采集的信号对不同材质和颜色的物料进行 自 动分拣为一些物流中心和工厂的效率提高提供 了一种 新方法 。 计算机监控系统是采用集 中监测、 集 中控制、 集中显示、集中保存的系统 ，融合了较先进的 自动化 技术L 2 ] ， 现在已被广泛地应用于工业 、 农业 、 生活等各 个领域 。本文介绍了集基于 we b的 HMI ／ s CA DA软 件 We b Ac c e s s 、计 算机 、S 7 2 0 0 P I C于一体 的材料 分拣 自动监控系统 。 1 控 制层 设计 系统用光电传感器检测料仓 中是否有料 ，采用 3 个可分别识别铁质 、铝质和黄颜色的传感器以及 1个 旋转编码器识别 4种不同材质和颜色 的物料。传感器 检测到的信号和旋转编码器的脉冲数作 为 P I C输入 信号，控制气缸动作将物料分类 。图 1 为 自动分料控 制系统总体框图。 1 ． 1 PI C 选 型 S 7系 列 P L C代 表 了 2 O世 纪 9 O年代 末 的世 界 先 进水平 ，且为当前 国内所普遍采用Ⅲ 3 ] ，我们从该系列 中选择 P I C。西门子 s 7系列 P I C成员很多，从小型 的 s 7 2 0 0到高端的s 7 4 0 0 。 在选型的时候 ， 我们本 着点数够用且经济的原则来选取 。 首先我们要计算材料分拣系统要用到的 I ／ O点 1 输入点包括 ①手动／ 自动切换信号 ，也可以 作为设备 自动运行 的急停信号 ；②光 电传感器检测料 仓 中是否有料信号 ，无料时会发出无料报警并在一段 收稿 日期 2 0 0 7 1 0 - 0 9 ；修 回 日期 2 0 0 8 0 1 1 0 作者简介 王志龙 1 9 8 4 一 ， 男， 山东莱西人 ， 硕士研究生 。 时间后 自动停止系统动作 ；③ 3 个检测不同材质或颜 色的传感器信号以及气缸复位信号。 2 输 出点包括①驱动皮带电机信号 ；②驱动 5个气缸动作信号 。 通过以上分析 ， 我们可 以计算 出该系统需要 1 1 个 输 入 点 和 6个 输 出 点。 因 此 ，我 们 可 以 选 择 C P U2 2 4 X P型 P L C，其输入、输出点分别为 1 4 、1 O ， 完全能够满足该 系统的控制要求。 传 感 器 信 号ll 编 码 器 信 号 手 动 ／ 自 动 切 换 信 j l j l 』 l 输入端 t I S 一 2 0 0 PL 输出端 f 0 图 1 自动 分 料 控 制 系统 总体 框 图 1 ． 2 系统硬件 设计 图 2为 P L C 的 I ／ O 点分 配 和硬件 连线 图 。 1 ． 3 系统软件 设计 系统以计算机为基 础，计算机是上位机 相 当于 E S和 OS，因为编程软件和 we b Ac c e s s集 中在一台 电脑上 ，以 P I C为下位机 ，即控制器。P I C与上位 机 之 间通过 P P I 协议 进行 通信 ，所 以 ，在使 用编程 软 件 S TE P 7 Mi c r o Wl N之前 ，需要设置 P C通信 口，直 到编程软件能成功读取到 P I C类型 ，说明通信成功。 图 3 为程序设计流程图，根据该流程图，在编程软件 里编辑材料分拣的程序。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 4 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 0 8年第 3 期 2 操作 层 设计 We b Ac c e s s最显著 的特点是它是第一 款完 全基 于 We b浏览器的 HMI 和 S C AD A软件l- 4 ] ，全部的工 程项 目、数据库设置、图面制作和软件管理可以通过 I n t e r n e t 或 I n t r a n e t 在异地使用标准 的浏览器完成 ， 当现场出现异常状况或需要及时修改时 ，工程维护人 员无论身在何处都可以通过网络及时地做出相应的调 整 ，让工程维护工作变得及时、高效，并降低了工程 维护成本 ；此外 ，它还具有监控节点的分布式结构体 系 、强大 的远程 诊断 和维 护能力 、多叠式 安全 体系 以 及既可浏览又可控制的基于浏览器 的客户端 ； 另外 ， 软 件还提供免费模拟功能[ 5 ] 。 在此 ， 我们选择 We b A c c e s s 来设计人机界面对系统进行监控。 步进脉 冲 料仓传感器 电感 传感器 电容传感器 黄色传感器 气缸1 前 气缸2 前 气 缸3 前 气 缸4 前 气缸5 静 手动／自动 切换 1 0 ． o输 入／ 输 出 1 0 ． 1 1 0 ． 2 Q ． 0． 1 0 ． 3 0 ． 1 ． 1 0 ． 4 Q 0 ． 2 ． 1 0 ． 5 Q 0 ． 3 ． 1 0 ． 6 Q ． 4一 1 0 ． 7 S I M A T I E Q o ． 5 ． IL 0 S 7 2 0 0 TL 1 C P U 2 2 4 X P I1 ． 2 气缸 1 驱 动 气缸2 驱 动 气缸0 驱动 气缸4 驱动 气缸5 驱动 皮带电机 图 2 P L C的 I ／ O 点分配和 硬件连线 图 图 3 程 序 设 计 流 程 图 2 ． 1 建立通 信 间接通信指 We b Ac c e s s不直接接触硬件设备， 而 是通过 D DE、OP C、A P I 等 “ 软通道”来获取系统数 据 。对数据的采集可以通过别的应用程序来实现，而 We b A c c e s s通过与应用程序之间的上述 “ 软通道”来 获得数据 ， 从而实现监控[ 6 ] ，本文即使用这种通信方 式 。 为 了与 S 7 2 0 0 P I C进行 通信 ， 我们 选择 OP C通 信协议 ，它是一个 “ 虚拟”接 口，需要第三方软件支 持 。P C Ac c e s s是 S 7 2 0 0 P I C专用 OP C服务器[ 7 ] ， 内置 OP C测 试 C I I E NT端 ， 是该 接 口的软 件支持 。 位 于 工 程 节 点 Ad v a n t e c h W e b Ac c e s s n o d e 目录 下 的 OP C T o o l 允 许 用 户 将 P C Ac c e s s中 的 点 配 置 导 人 We b Ac c e s s中。 这样 ， 便 建立 好 了 We b Ac c e s s 与 P I C 之间的通信 。 2 ． 2 在 P C Ac c e s s中建立项 目 We b A c c e s s中连接 的变量来 自于 P C Ac c e s s中 的项 目，因此，应该首先在 P C Ac c e s s中建立与现场 P I c内存地址相对应的项 目， 每个项 目与 P I C的 l ／ 0 点 一一对 应 。建立 完毕 的项 目见 图 4 。 麓 - ， l A d r e s t l 叠 t t T y p e le e t s I e 0 t ZO O Y0 l O 2 lO ， 3 10 1 0 5 l O 8 r o 7 Il 0 Zl l ll 2 ∞0 ∞l ∞2 Q 0 0 q o { ∞S 图 4 P C Ac c e s s中的项 目 2 ． 3用 OPC To o I导入 点 步 滠l l k i q | 粕I 仓幢确 电蘑r佟镬； I ● 电窑传黼 屯 掾倚 曩 气蠡 I l l 掌 气 I I 2 赶 气蠡 I 3 1 l l 气矗I 4 棘 气蠡 I S 秘 手， 自动仞投 气童 I l 酗 气蠡 I 2 8 动 气I I 3 S 翰 | ． ￡ 赶 ● 鞭动 气I I s 5 8 动 腰 带电机 在 P C Ac c e s s中建 立 完 项 目之 后 ，要 启 动 OP C T o o l ，将 P C Ac c e s s中点 的配 置导 人 We b Ac c e s s中 ， 导入 成 功后 的结 果见 图 5 。完 成 这 些后 就 可 以在 We b Ac c e s s的设备 中看到导 入 的点 ，这说 明连 接已经 做好 ，通过适 当的设置 ，就可 以用 We b Ac c e s s的组态 画面对材料分拣系统进行监控 了。 2 ． 4 在 We b Ac c e s s上组 态人机 界 面 该界面主要包括欢迎、趋势、报警 、实时监控等 界面。实时监控界面主要包括了传感器检测到信号时 的指示灯、气缸推动料块的动作 、操作平台、报警指 示灯、 料块数量 以及电机带动皮带运动 。 正常工作时 ， 料仓 内料块被均匀推出，当传感器检测到相应 的料块 后 ，由 P I c驱动气缸动作 ，料块被推出。 传感器检测 不到的料块由气缸 5推出，它的动作是由旋转编码器 特脯 勰黯糟 糟脯勰 黯糟 耩甜船 嚣艚辩 艚 L L 0 L L L L 0 L 乙 L L 0 L L L L ～ ～ 龇 舭 撒 瞅 舭 龇 ～ 撒 飙 舭 舭 ～ 舭 舭 舭 S S S S S S S S S S_ _ 一 _ - _ ． 5 t 3 2 l 5 ￡ 佟 肛 堪 叭附眦叭m 蕊魅{ 皇 } 精精趣蕊藤精精怒魑藤精瓣秘憋 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 王 志龙 ，等 基 于 We b Ac c e s s 及 S 7 2 0 0 P L C的材料 分拣监控 系统 1 4 5 控制的。当仓 内无料或者传感器与相应气缸的搭配动 作出现错误时，报警指示灯亮起 。操作人员可 以直接 在监控画面 中控制现场设备动作 ，不至使系统工作出 现 混乱 。 为了达 到 以上 的控制 要求 ，需 要 给界 面 中的对 象 赋予相应的变量和动作。以操作 面板 中的分拣 1 指示 灯为例，分拣 1被赋予变量 D1 4 ，对应 P I c输出点 Qo ． 1 ，即 D1 4的值和 Qo ． 1的值是统一的。在动画属 性栏 中 ，选 择动作 是颜 色 ，在 0和 1 两 个不 同值 下设 置不同的颜色，这样 ，我们就可以通过分拣 1指示灯 的颜色 变化 得知 是 否有第 一种 料块 被分 出。在监 控界 面中，我们也可以通过用鼠标左键点击指示灯改变其 状态来改变实际 P L C的状态。其它动作 设置与此类 似 ，按照这种方法把画面组态完毕，实时监控界面见 图 6 。 3 系统 调试 和运 行 在系统调试过程中，先确保系统在手动状态下可 以正常运行，按照已做好的 I ／ O分布进行连线 ，编译 下载运行程序 ，之后看设备是否运行正常。正常后在 We b Ac c e s s中组态 画 面 ，然 后进 行通 信设 置 和变 量连 接，这一步是本设计 的关键所在 ，只有通信成功和正 确的连接才能使监控发挥作用。完成之后 ，让整个系 统运行起来 ，观察监控界面能否准确地反映实际系统 的运行状态 ，通过 鼠标左键改变某一变量的值 ，观察 该 变量 对应 的 P I C的点 的状 态 是否 相应 地发 生 变化 ， 分拣系统是否也有相应的动作 。 经过反复的调试后， 该 系统 能 够完 全准 确 地反 映实 际系统 的运 行状 态 ，并且 可 以控制 P I C的输入输 出，达到控制分拣系统 的 目 的 ，真 正起 到 了监 控系统 的作 用 。 | 鼬 氨 矗 ≮ z s | ． Il 蕾 t 祭i c ro W i n e P t I 2 2 4 X P， A I ilI Mi e ro 霹 i n， C P I I22 4 X P I - S l ll i c ro Wi n ， eP U 2 2 4 X P ， Dl l 帮i e r口 嚣 i n． 垤 24 葛P ， Dl 2 堪i c r o W i n C P V 2 24 X P D 1 3 l 5lI i c r o Wi n． C P 1 ／ 2 2 X P， D l 4 Mi e r o Wi n． e P U 2 2 4 X P． Dl S M i c r o Wi n C l 怼2唾 X P． D1 6 Mi c r o Wi n e P U 2 24 X P． K l S 翻i c r o Wi n． e P l 怼2 4 X P 嚣 2 一 S Mi e r o 嚣i n C U 2 2 4 X P． I 一 S Mi e r o Wi n． e P t }2 2 违 】 【 P I 一 S Mi c r o Wi n C P t 怼2 4 X P． 嚣5 一 S Mi c r o Wi I L C P 1 J 2 2 建 x P． T l S mi c r o Wi a e t l2 2 硅 X P T 2 一 S Mi c r o ci ． e P I k 2 2 4 X P， T 3 一 S Mi e r o Wi n． C P U 2 2 4 X P T 违 一 S 图 5 OP C To o l 中的导入点 统 ，应 用 P C A c c e s s和 OP C To o 1 解 决 了 w e b Ac c e s s [ 4 ] 牛皖闽， 赵 肖字， 佟亮 基于 We b A c c e s s 自动控制系统研 ⋯ 7-- 2 0 0 P ⋯L C 篓 委 季 4 6M7-6s 8系,9统4．设 计 与 实 竺 季 统 孳 ， ． 学 鲁 界 要 等 料 坌 三 ” 拣 系 统 的 动 作 。 此 法 无 论 从 操 作 性、 经 济 性 还 是 可 靠 [ 6 ]三 季 写 工 业 设 备 讯 的 一 种 简 捷 实 性上都有很好的推广价值 。 现[ J ] ． 现代电子技术， 2 0 0 3 2 2 8 9 ， 1 2 ． f f f f f￡f￡￡￡f￡f f f f f 旺眭 旺 娃 救 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．_ _ - 一 _ _ - 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
展开阅读全文
