基于PLC的挖掘機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 PAGE1 / NUMPAGES50 分 類 號(hào) 密 級(jí)：大學(xué)畢 業(yè) 論 文題 目：基于PLC的挖掘機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓 名 高婷學(xué) 號(hào) 系 別 機(jī)電系 專 業(yè) 電氣工程與自動(dòng)化 指 導(dǎo) 教 師 晴 論文提交日期 2012 年 9 月PLC在挖掘機(jī)控制中的應(yīng)用摘 要隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，大規(guī)模土木工程建設(shè)越來(lái)越多，這就需要大量的土石方施工機(jī)械為其服務(wù),而挖掘機(jī)作為土石方施工機(jī)械的一種, 顯得越來(lái)越重要。本系統(tǒng)就是通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)實(shí)物教學(xué)模型控制。本文在介紹挖掘機(jī)的工作原理的基礎(chǔ)上，采用PLC對(duì)下位機(jī)進(jìn)行控制，包括硬件和軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)的自動(dòng)和手動(dòng)控制，使挖掘機(jī)能夠完成預(yù)先設(shè)計(jì)好

2、的動(dòng)作，提高工作效率，節(jié)約成本，把人從枯燥的工作中解放出來(lái)。在此設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，本文采用了組態(tài)王6.52對(duì)挖掘機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行上位端設(shè)計(jì)，使操作人員對(duì)挖掘機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域，避免在危險(xiǎn)區(qū)域中施工造成不必要的人員傷亡。最后本系統(tǒng)采取了相應(yīng)的抗干擾措施，提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，使挖掘機(jī)達(dá)到了較為理想的控制效果。關(guān)鍵詞： 挖掘機(jī)；組態(tài)王；PLCAbstractWith the rapid developmant of china economic,more and more large-scale civil engineering construction, requires a large

3、 amount of earth and stone for construction machinery.And excavators and construction machinery as a kind of earth is becoming increasingly important.The system is to achieve excavator kind of teaching model control by PLC. Based on the principle of the work on excavators, on the basis of a PLC whic

4、h including hardware and software design for the next crew to control, the excavator achieves the automatic and manual control so that the excavators complete pre-designed actions to improve Efficiency,and to cost savings.The human will liberated from the boring work.In this design on the basis of t

5、his paper,the Kingview 6.52 pair of excavators top-control system was designed to enable operators of excavators to remot monitoring,to stay away from dangerous areas,and to avoid the dangerous region in the construction of unnecessary staff Casualties.Finally this system to take the corresponding a

6、nti-jamming measures to improve the stability of the system work so that the excavator will control the effects more perfectly than before. Keywords: excavator;kingview;PLC目 錄HYPERLINK l _Toc2022573651 緒 論 PAGEREF _Toc202257365 h 1HYPERLINK l _Toc2022573661.1 課題的背景 PAGEREF _Toc202257366 h 1HYPERLINK

7、 l _Toc2022573671.1.1 挖掘機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用 PAGEREF _Toc202257367 h 1HYPERLINK l _Toc2022573681.1.2 挖掘機(jī)的現(xiàn)狀與動(dòng)向 PAGEREF _Toc202257368 h 1HYPERLINK l _Toc2022573691.1.3 挖掘機(jī)的分類 PAGEREF _Toc202257369 h 2HYPERLINK l _Toc2022573701.1.4 PLC的發(fā)展與應(yīng)用 PAGEREF _Toc202257370 h 2HYPERLINK l _Toc2022573711.2 課題的目的和意義 PAGEREF _T

8、oc202257371 h 4HYPERLINK l _Toc2022573721.3 課題研究的主要容 PAGEREF _Toc202257372 h 4HYPERLINK l _Toc2022573732 挖掘機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc202257373 h 5HYPERLINK l _Toc2022573742.1 系統(tǒng)的工作原理 PAGEREF _Toc202257374 h 5HYPERLINK l _Toc2022573752.2 硬件設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ) PAGEREF _Toc202257375 h 5HYPERLINK l _Toc2022573762.2.1

9、PLC的工作原理 PAGEREF _Toc202257376 h 5HYPERLINK l _Toc2022573772.2.2 直流電機(jī)的工作原理 PAGEREF _Toc202257377 h 7HYPERLINK l _Toc2022573782.3 PLC的選型 PAGEREF _Toc202257378 h 8HYPERLINK l _Toc2022573792.4系統(tǒng)的資源分配 PAGEREF _Toc202257379 h 9HYPERLINK l _Toc2022573802.5 系統(tǒng)的外部接線圖 PAGEREF _Toc202257380 h 10HYPERLINK l _T

10、oc2022573812.6 硬件的抗干擾措施 PAGEREF _Toc202257381 h 10HYPERLINK l _Toc2022573823 挖掘機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc202257382 h 12HYPERLINK l _Toc2022573833.1 PLC編程語(yǔ)言的概述 PAGEREF _Toc202257383 h 12HYPERLINK l _Toc2022573843.2 挖掘機(jī)控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc202257384 h 13HYPERLINK l _Toc2022573853.2.1自動(dòng)控制的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc

11、202257385 h 13HYPERLINK l _Toc2022573863.2.2 手動(dòng)控制的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc202257386 h 22HYPERLINK l _Toc2022573873.3 軟件的抗干擾措施 PAGEREF _Toc202257387 h 24HYPERLINK l _Toc2022573884 人機(jī)界面的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc202257388 h 25HYPERLINK l _Toc2022573894.1 組態(tài)軟件的介紹 PAGEREF _Toc202257389 h 25HYPERLINK l _Toc2022573904.2 挖掘機(jī)監(jiān)

12、控系統(tǒng)的創(chuàng)建過(guò)程 PAGEREF _Toc202257390 h 26HYPERLINK l _Toc2022573914.2.1 挖掘機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的連接 PAGEREF _Toc202257391 h 26HYPERLINK l _Toc2022573924.2.2 挖掘機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)變量的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc202257392 h 27HYPERLINK l _Toc2022573934.2.3 圖形畫面的制作與動(dòng)畫連接 PAGEREF _Toc202257393 h 30HYPERLINK l _Toc2022573944.2.4 挖掘機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的腳本程序 PAGEREF _

13、Toc202257394 h 345挖掘機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的常見故障排除 365.1監(jiān)控顯示器故障排除5.1.1監(jiān)控器顯示器不顯示的故障排除HYPERLINK l _Toc2022573956 挖掘機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試 PAGEREF _Toc202257395 h 36HYPERLINK l _Toc2022573966.1 硬件和軟件的調(diào)試 PAGEREF _Toc202257396 h 36HYPERLINK l _Toc2022573976.2組態(tài)監(jiān)控軟件和下位機(jī)的調(diào)試 PAGEREF _Toc202257397 h 36HYPERLINK l _Toc202257398結(jié) 論 PAGEREF _

14、Toc202257398 h 38HYPERLINK l _Toc202257399致 PAGEREF _Toc202257399 h 39HYPERLINK l _Toc202257400參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc202257400 h 40 TOC o 1-3 h z u 1 緒 論1.1 課題的背景1.1.1 挖掘機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用挖掘機(jī)是用來(lái)開挖土壤的施工機(jī)械，主要用于工程建設(shè)，如：公路、橋梁、建筑、養(yǎng)殖池、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/328497.htm t _blank 地下工程、搶險(xiǎn)開挖等等，挖掘機(jī)主要特點(diǎn)是力氣大，效率高，能完成人力所不能完

15、成的工程，提高工作效率。一般工程隊(duì)，建筑業(yè)，搶險(xiǎn)部門，甚至私人（開挖養(yǎng)殖遲、道路、開墾）都需要挖掘機(jī)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，工程施工中百分六十的土方工程是由挖掘機(jī)來(lái)完成的。此外，挖掘機(jī)在更換工作裝置后還可以進(jìn)行起重，打樁，夯土，拔樁，澆筑，安裝，破碎，拆除，粉碎等多種作業(yè)。第一臺(tái)挖掘機(jī)問(wèn)世至今已有130多年的歷史，最初挖掘機(jī)是手動(dòng)的，期間經(jīng)歷了由蒸汽驅(qū)動(dòng)，電力驅(qū)動(dòng)和燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)的全自動(dòng)液壓挖掘機(jī)等多種驅(qū)動(dòng)方式的逐步發(fā)展過(guò)程。由于液壓技術(shù)的應(yīng)用，20世紀(jì)40年代有了在拖拉機(jī)上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機(jī)，液壓技術(shù)在挖掘機(jī)上得到應(yīng)用。20世紀(jì)50年代初期和中期相繼研制出今天人們常見的拖式全回轉(zhuǎn)液壓

16、挖掘機(jī)和履帶式全液壓挖掘機(jī)。初期試制的液壓挖掘機(jī)是采用飛機(jī)和機(jī)床的液壓技術(shù)，缺少適用于挖掘機(jī)各種工況的液壓元件，制造質(zhì)量不夠穩(wěn)定，配套件也不齊全。從20世紀(jì)60年代起，液壓挖掘機(jī)進(jìn)入推廣和蓬勃發(fā)展階段，各國(guó)挖掘機(jī)制造廠和品種增加很快，產(chǎn)量猛增。1968-1970年間，液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量已占挖掘機(jī)總產(chǎn)量的83%，目前已接近100%。1.1.2 挖掘機(jī)的現(xiàn)狀與動(dòng)向工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，法國(guó)、德國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、日本是斗容量3.5-40m單斗液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國(guó)，從20世紀(jì)80年代開始生產(chǎn)特大型挖掘機(jī)。從20世紀(jì)后期開始，國(guó)際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動(dòng)化的方向發(fā)展。

17、 = 1 * GB2 開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量與高效率的挖掘機(jī)。 = 2 * GB2 迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，不斷改進(jìn)和革新控制方式，使挖掘機(jī)由簡(jiǎn)單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無(wú)線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制。在危險(xiǎn)地區(qū)或水下作業(yè)采用無(wú)線電操縱，利用電子計(jì)算機(jī)控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)作業(yè)操縱的完全自動(dòng)化。 = 3 * GB2 重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度。 = 4 * GB2 更新設(shè)計(jì)理論，提高可靠性，延長(zhǎng)使用壽命。 = 5 * GB2 加強(qiáng)對(duì)駕駛員的勞動(dòng)保護(hù)，改善駕駛員的勞動(dòng)條件。 = 6 * GB2 進(jìn)

18、一步改進(jìn)液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的明顯趨勢(shì)。 = 7 * GB2 迅速拓展電子化、自動(dòng)化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。1.1.3 挖掘機(jī)的分類常見的挖掘機(jī)按驅(qū)動(dòng)方式有燃機(jī)驅(qū)動(dòng)挖掘機(jī)和電力驅(qū)動(dòng)挖掘機(jī)兩種。其中電動(dòng)挖掘機(jī)主要應(yīng)用在高原缺氧與地下礦井和其它一些易燃易爆的場(chǎng)所。按照行走方式的不同，挖掘機(jī)可分為履帶式挖掘機(jī)和輪式挖掘機(jī)。按照傳動(dòng)方式的不同，挖掘機(jī)可分為液壓挖掘機(jī)和機(jī)械挖掘機(jī)。機(jī)械挖掘機(jī)主要用在一些大型礦山上。 按照用途來(lái)分，挖掘機(jī)又可以分為通用挖掘機(jī)，礦用挖掘機(jī)，船用挖掘機(jī)，特種挖掘機(jī)等不同的類別。1.1.4 PLC的發(fā)展與應(yīng)用可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合

19、計(jì)算機(jī)、通信、聯(lián)網(wǎng)以與自動(dòng)控制技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置?？删幊绦蚩刂破髟谖覈?guó)的發(fā)展與應(yīng)用已有30多年的歷史，現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，成為提高傳統(tǒng)工業(yè)裝備水平和技術(shù)能力的重要設(shè)備和強(qiáng)大支柱。隨著全球一體化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，努力發(fā)展可編程序控制器在我國(guó)的大規(guī)模應(yīng)用，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的可編程序控制器技術(shù)，應(yīng)該是廣大技術(shù)人員努力的方向。 可編程序控制器問(wèn)世于20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)的可編程序控制器功能都很簡(jiǎn)單，只有邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能；硬件方面用于可編程序控制器的集成電路還沒有投入大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，CPU以分立元件組成；存儲(chǔ)器為磁心存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)容量有限；用戶指令一般只有二三

20、十條，還沒有成型的編程語(yǔ)言；機(jī)型單一，沒有形成系列。一臺(tái)可編程序控制器最多只能替代200300個(gè)繼電器組成的控制系統(tǒng)，在體積方面，與現(xiàn)在的可編程序控制器相比，可以說(shuō)是龐然大物。 進(jìn)入70年代，隨著中小規(guī)模集成電路的工業(yè)化生產(chǎn)，可編程序控制器技術(shù)得到了較大的發(fā)展?？删幊绦蚩刂破鞴δ艹壿嬤\(yùn)算外，增加了數(shù)值運(yùn)算、計(jì)算機(jī)接口、模擬量控制等；軟件開發(fā)有自診斷程序，程序存儲(chǔ)開始使用EPROM；可靠性進(jìn)一步提高，初步形成系列，結(jié)構(gòu)上開始有模塊式和整體式的區(qū)分，整機(jī)功能從專用向通用過(guò)渡。 70年代后期和80年代初期，微處理器技術(shù)日趨成熟，單片微處理器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)，大規(guī)模集成電路開始普遍應(yīng)用。

21、可編程序控制器開始向多處理器發(fā)展，使可編程序控制器的功能和處理速度大為增強(qiáng)，并具有通信和遠(yuǎn)程I/O能力，增加了多種特殊功能，如浮點(diǎn)運(yùn)算、三角函數(shù)、查表、列表等，自診斷和容錯(cuò)技術(shù)也迅速發(fā)展。 80年代后期到90年代中期，隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普與應(yīng)用，超大規(guī)模集成電路、門陣列以與專用集成電路的迅速發(fā)展，可編程序控制器的CPU已發(fā)展為由16位或32位微處理器構(gòu)成，處理速度得到很大提高，高速計(jì)數(shù)、中斷、PID、運(yùn)動(dòng)控制等功能引入了可編程序控制器。使得可編程序控制器能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)領(lǐng)域，可編程序控制器已完全取代了傳統(tǒng)的邏輯控制裝置，模擬量?jī)x表控制裝置和以小型機(jī)為核心的DDC（直接數(shù)字控制）控

22、制裝置。由于聯(lián)網(wǎng)能力增強(qiáng)，既可和上位計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，也可以下掛FLEX I/O或遠(yuǎn)程I/O，從而組成分布式控制系統(tǒng)（DCS）已無(wú)困難。梯型圖語(yǔ)言和語(yǔ)句表語(yǔ)言完全成熟，基本上標(biāo)準(zhǔn)化，SFC（順序功能圖）語(yǔ)言逐步普與，專用的編程器已被個(gè)人計(jì)算機(jī)和相應(yīng)編程軟件所替代，人機(jī)界面裝置日趨完善，已能進(jìn)行對(duì)整個(gè)工廠的監(jiān)控、管理，并發(fā)展了冗余技術(shù)，大大加強(qiáng)了可靠性。 進(jìn)入21世紀(jì)，可編程序控制器仍保持旺盛的發(fā)展勢(shì)頭，并不斷擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，如為用戶配置柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）。目前可編程序控制器主要向兩個(gè)方向擴(kuò)展：一是綜合化控制系統(tǒng)，它已經(jīng)突破了原有的可編程序控制器的概念，將工廠生產(chǎn)過(guò)

23、程控制與信息管理系統(tǒng)密切結(jié)合起來(lái)，甚至向上為MES和ERP系統(tǒng)準(zhǔn)備了技術(shù)基礎(chǔ)，這種發(fā)展趨勢(shì)會(huì)使得舉步為艱的ERP系統(tǒng)有了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，從而會(huì)帶來(lái)工業(yè)控制的一場(chǎng)變革，實(shí)現(xiàn)真正意義上的電子信息化工廠；二是微型可編程序控制器異軍突起，體積如手掌大小，功能可覆蓋單體設(shè)備與整個(gè)車間的控制功能，并具備聯(lián)網(wǎng)功能，這種微型化的可編程序控制器使得控制系統(tǒng)可將觸角延伸到工廠的各個(gè)角落。隨著世界經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加快，在技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，發(fā)達(dá)國(guó)家更加注重了對(duì)可編程序控制器的知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，國(guó)際大型可編程序控制器制造商紛紛加入了可編程序控制器的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織，他們利用許多技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建立了符合他們經(jīng)濟(jì)利益的技術(shù)保護(hù)壁壘。

24、1.2 課題的目的和意義隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，在遼闊的土地上正在進(jìn)行著大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，土木工程建設(shè)越來(lái)越多，這就需要大量的土石方施工機(jī)械為其服務(wù),而挖掘機(jī)是最重要的一類土石方施工機(jī)械，所以挖掘機(jī)的重要性越來(lái)越明顯。目前，主要是通過(guò)操作人員來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)挖掘機(jī)的控制，因此要考慮到工作環(huán)境的安全性，可靠性與工作持續(xù)性，如果能夠自動(dòng)的控制挖掘機(jī)的工作過(guò)程，不僅節(jié)省大量的人力、物力，而且還會(huì)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，本系統(tǒng)就是通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)實(shí)物教學(xué)模型控制。通過(guò)控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)挖掘機(jī)的自動(dòng)和手動(dòng)控制，通過(guò)手動(dòng)控制可以使操作人員對(duì)挖掘機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，使操作人員遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域，避免在危險(xiǎn)區(qū)域中施工造成不必要的人員

25、傷亡。通過(guò)自動(dòng)控制可以使挖掘機(jī)不知疲倦的重復(fù)完成預(yù)先設(shè)計(jì)好的動(dòng)作，提高工作效率，節(jié)約成本，把人從枯燥的工作中解放出來(lái)。1.3 課題研究的主要容本系統(tǒng)主要是采用PLC實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的模擬控制，研究的主要容如下： = 1 * GB2 在收集相關(guān)資料，學(xué)習(xí)了相關(guān)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)挖掘機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。 = 2 * GB2 通過(guò)對(duì)PLC選型、資源分配以與硬件電路的連接實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)。 = 3 * GB2 通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)、分析、調(diào)試、修改，最終編制出相應(yīng)的梯形圖程序。 = 4 * GB2 利用組態(tài)王對(duì)挖掘機(jī)控制系統(tǒng)上位端進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 = 5 * GB2 最后軟硬件進(jìn)行聯(lián)調(diào)，

26、模擬運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)組態(tài)與下位機(jī)的通信。2 挖掘機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)的工作原理本系統(tǒng)主要是通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)實(shí)物教學(xué)模型控制，通過(guò)控制四個(gè)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的基本動(dòng)作。本系統(tǒng)能手動(dòng)完成八個(gè)基本的機(jī)械動(dòng)作，分別是前進(jìn)、后退、左拐、右拐、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、下挖、上揚(yáng)，并通過(guò)這八個(gè)基本動(dòng)作組合出一套完整的自動(dòng)挖掘過(guò)程動(dòng)作，從而模擬出現(xiàn)實(shí)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中挖掘機(jī)挖掘的整個(gè)過(guò)程。2.2 硬件設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)2.2.1 PLC的工作原理可編程序控制器主要由中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM/ROM）、輸入/輸出部件（I/O單元）、電源和編程器幾大部分?？删幊绦蚩刂破骺刂葡到y(tǒng)示意圖如圖2.1所示

27、。圖2.1 PLC控制系統(tǒng)示意圖 可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)和停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程序控制器通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出與時(shí)的響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過(guò)程中，可編程序控制器還要完成部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個(gè)階段如圖2.2所示。圖2.2 掃描過(guò)程可編程序控制器的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入輸出關(guān)系來(lái)看，處

28、理過(guò)程似乎是同時(shí)完成的。在部處理階段，可編程序控制器檢查CPU模塊部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以與完成一些其它的部工作。在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與其它的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示容。當(dāng)可編程序控制器處于停止（STOP）狀態(tài)時(shí)，只執(zhí)行以上的操作?？删幊绦蚩刂破魈幱谶\(yùn)行（RUN）狀態(tài)時(shí)，還要執(zhí)行另外三個(gè)階段的操作。在可編程序控制器的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來(lái)存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器?？删幊绦蚩刂破魈菪螆D中別的編程元件對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)器統(tǒng)稱為元件映像寄存器。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入

29、電路的接通/斷開（ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。外接的輸入觸點(diǎn)電路接通時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“1”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開。外接的輸入觸點(diǎn)電路斷開時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“0”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)接通。在程序執(zhí)行階段，外部輸入信號(hào)的變化不影響輸入映像寄存器的狀態(tài)，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入?？删幊绦蚩刂破鞯挠脩舫绦蛴腥舾蓷l指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按序號(hào)順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束。在執(zhí)行指令時(shí)，從輸入映像寄存器或別的

30、元件映像寄存器中將有關(guān)編程元件的“0”/“1”狀態(tài)讀出來(lái)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果寫入到對(duì)應(yīng)的元件映像寄存器中，因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的容隨著程序的執(zhí)行而變化。在輸出處理階段，CPU將輸出映像寄存器的“0”/“1”狀態(tài)傳送輸出鎖存器。梯形圖中輸出繼電器的線圈“通電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“1”狀態(tài)。信號(hào)經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工作。若梯形圖中輸出繼電器的線圈“斷電”，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“0”態(tài)，在輸出處理階段后，繼電器輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常

31、開觸點(diǎn)斷開，外部負(fù)載斷電，停止工作。2.2.2 直流電機(jī)的工作原理今天的挖掘機(jī)占絕大部分的是全液壓全回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)。液壓挖掘機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成。液壓系統(tǒng)由液壓泵、控制閥、液壓缸、液壓馬達(dá)、管路、油箱等組成。電氣控制系統(tǒng)包括監(jiān)控盤、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、泵控制系統(tǒng)、各類傳感器、電磁閥等。挖掘機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓泵等組成的，發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，通過(guò)分配器將液壓油分配到各條臂和行走中。本系統(tǒng)主要容是通過(guò)PLC控制挖掘機(jī)模型，該模型的動(dòng)力系統(tǒng)是小型直流電機(jī)。直流電機(jī)是電機(jī)的主要類型之一。一臺(tái)直流電機(jī)即可作為發(fā)電機(jī)使用，也可作為電動(dòng)機(jī)使用，由于其具有良好的調(diào)速性能，在許多

32、調(diào)速性能要求較高的場(chǎng)合，仍得到廣泛使用。直流電機(jī)的工作原理如圖2.3所示。圖2.3 直流電機(jī)的工作原理圖直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，其間有一定的氣隙。其構(gòu)造的主要特點(diǎn)是具有一個(gè)帶換向器的電樞。直流電機(jī)的定子由機(jī)座、主磁極、換向磁極、前后端蓋和刷架等部件組成。其中主磁極是產(chǎn)生直流電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的主要部件，由永磁體或帶有直流勵(lì)磁繞組的疊片鐵心構(gòu)成。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子則由電樞、換向器（又稱整流子）和轉(zhuǎn)軸等部件構(gòu)成。其中電樞由電樞鐵心和電樞繞組兩部分組成。電樞鐵心由硅鋼片疊成，在其外圓處均勻分布著齒槽，電樞繞組則嵌置于這些槽中。換向器是一種機(jī)械整流部件。由換向片疊成圓筒形后，以金屬夾件或塑料成型為一個(gè)整

33、體。各換向片間互相絕緣。換向器質(zhì)量對(duì)運(yùn)行可靠性有很大影響。當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電樞繞組在主磁極N、S之間旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組上感生出電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)電刷、換向器裝置整流為直流后，引向外部負(fù)載（或電網(wǎng)），對(duì)外供電，此時(shí)電機(jī)作直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行。如用外部直流電源，經(jīng)電刷換向器裝置將直流電流引向電樞繞組，則此電流與主磁極N、S產(chǎn)生的磁場(chǎng)互相作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子與連接于其上的機(jī)械負(fù)載工作，此時(shí)電機(jī)作直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。選2.3 PLC的型S7-200系列是一類可編程邏輯控制器(Micro PLC)。這一系列產(chǎn)品可以滿足多種多樣的自動(dòng)化控制需要，S7-200 Micro PLC具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展能力、低廉的價(jià)格以與強(qiáng)

34、大的指令，使得S7-200近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求。緊湊的結(jié)構(gòu)、低廉的成本以與功能強(qiáng)大的指令集使得S7-200 PLC成為各種小型控制任務(wù)理想的解決方案。S7-200產(chǎn)品的多樣化以與基于Windows的編程工具，能夠更加靈活地完成自動(dòng)化任務(wù)。S7-200的用戶程序包括了位邏輯、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算以與其它模塊通訊等指令容，從而使它能夠監(jiān)視輸入狀態(tài)，改變輸出狀態(tài)以達(dá)到控制目的。緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強(qiáng)大的指令集使S7-200成為本系統(tǒng)的理想解決方案。S7-200出色表現(xiàn)在極高的可靠性，極豐富的指令集，易于掌握，便捷的操作，豐富的置集成功能，實(shí)時(shí)特性，強(qiáng)勁的通訊能力，豐富的擴(kuò)展模塊

35、和自由端口模式通信功能，最大可以擴(kuò)展到248點(diǎn)數(shù)字量I/O或35路模擬量I/O，最多有30多KB程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。S7-200有5種CPU模塊分別是：221、222、224、224XP、226，根據(jù)系統(tǒng)的需要所以選用CPU224的主機(jī)模塊。CPU224是具有較強(qiáng)控制功能的控制器，14入/10出數(shù)字量，6個(gè)高速計(jì)數(shù)器，6路30kHz單相高速計(jì)數(shù)器，4路20kHz雙相高速計(jì)數(shù)器。2.4系統(tǒng)的資源分配根據(jù)系統(tǒng)的需要，輸入點(diǎn)10個(gè)分別是I0.0、I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7、I1.0、I1.1，輸出點(diǎn)8個(gè)分別是Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、

36、Q0.5、Q0.6、Q0.7 。I/O分配如表2.1和2.2所示。 表2.1 輸入地址分配表輸入地址定義輸入地址定義I0.0下挖按鈕I0.5后退按鈕I0.1上揚(yáng)按鈕I0.6右轉(zhuǎn)按鈕I0.2左拐按鈕I0.7左轉(zhuǎn)按鈕I0.3右拐按鈕I1.0手動(dòng)控制開關(guān)I0.4前進(jìn)按鈕I1.1自動(dòng)控制開關(guān) 表2.2 輸出地址分配表輸出地址 定義輸入地址定義Q0.0 后退Q0.4左拐Q0.1 前進(jìn)Q0.5右拐Q0.2 下挖Q0.6右轉(zhuǎn)Q0.3 上揚(yáng)Q0.7左轉(zhuǎn)2.5 系統(tǒng)的外部接線圖通過(guò)控制盒連接S7-200，然后操作控制盒來(lái)控制挖掘機(jī)，如圖2.4所示。圖2.4 外部接線圖2.6 硬件的抗干擾措施隨著工業(yè)設(shè)備自動(dòng)化控

37、制技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器(PLC)在工業(yè)設(shè)備控制中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。自動(dòng)化系統(tǒng)所使用的各種類型PLC中，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和各電機(jī)設(shè)備上，它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力，另一方面要求應(yīng)用部門在工程設(shè)計(jì)、安裝施工和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合才能完善解決問(wèn)題，有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。 = 1 * GB2 屏蔽:對(duì)電源變壓器、中央處理器、編程器等主要部件，采用導(dǎo)

38、電、導(dǎo)磁性良好的材料進(jìn)行屏蔽處理，以防止外界干擾信號(hào)的影響。 = 2 * GB2 濾波:對(duì)供電系統(tǒng)計(jì)輸入線路采用多種形式的濾波處理，以消除和抑制高頻干擾信號(hào)，也削弱了模塊間的相互影響。 = 3 * GB2 電源調(diào)整與保護(hù):電源波動(dòng)造成電壓畸變或毛刺，將對(duì)PLC與I/O模塊產(chǎn)生不良影響。對(duì)微處理器核心部件所需要的5V電源采用多級(jí)濾波處理，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動(dòng)和過(guò)電壓、欠電壓的影響。盡量使電源線平行走線，電源線對(duì)地呈低阻抗，以減少電源噪聲干擾。其屏蔽層接地方式不同，對(duì)干擾抑制效果不一樣，一般次級(jí)線圈不能接地。輸入、輸出線應(yīng)用雙絞線且屏蔽層應(yīng)可靠接地，以抑制共摸干擾。 =

39、 4 * GB2 隔離:在微處理器與I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效地把他們隔離開來(lái)，以防外部的干擾信號(hào)與地線環(huán)路中產(chǎn)生的噪聲電信號(hào)通過(guò)公共地線進(jìn)入PLC本機(jī)，從而影響其正常工作。3 挖掘機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1 PLC編程語(yǔ)言的概述 = 1 * GB2 PLC編程語(yǔ)言的種類PLC編程語(yǔ)言的種類主要包括三種：梯形圖、語(yǔ)句表和功能塊圖。梯形圖：梯形圖是通過(guò)連線把PLC指令的梯形圖符號(hào)連接在一起的連通圖，用以表達(dá)所使用的PLC指令與其前后順序，它與電氣原理圖很相似。它的連線有兩種：一為母線，另一為部橫豎線。部橫豎線把一個(gè)個(gè)梯形圖符號(hào)指令連成一個(gè)指令組，這個(gè)指令組一般總是從裝載（LD）指令開

40、始，必要時(shí)再繼以若干個(gè)輸入指令（含LD指令），以建立邏輯條件。最后為輸出類指令，實(shí)現(xiàn)輸出控制，或?yàn)閿?shù)據(jù)控制、流程控制、通訊處理、監(jiān)控工作等指令，以進(jìn)行相應(yīng)的工作。母線是用來(lái)連接指令組的。梯形圖編程，因?yàn)樗庇^易懂。語(yǔ)句表：S7系列PLC將指令表稱為語(yǔ)句表。PLC的指令是一種與微機(jī)的匯編語(yǔ)言中的指令相似的助記符表達(dá)式，由指令組成的程序叫做指令表程序或語(yǔ)句表程序。語(yǔ)句表比較適合熟悉PLC和邏輯程序設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)豐富的程序員使用。功能塊圖：這是一種類似于數(shù)字邏輯門電路的編程語(yǔ)言，有數(shù)字電路基礎(chǔ)的人很容易掌握。該編程語(yǔ)言用類似與門、或門的方框來(lái)表示邏輯運(yùn)算關(guān)系，方框的左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量，右側(cè)為輸出變

41、量，輸入、輸出端的小圓圈表示“非”運(yùn)算，方框被“導(dǎo)線”連接在一起，信號(hào)自左向右流動(dòng)。 = 2 * GB2 PLC編程語(yǔ)言的特點(diǎn) = 1 * GB3 簡(jiǎn)化的程序結(jié)構(gòu)PLC的程序結(jié)構(gòu)通常很簡(jiǎn)單，典型的為塊式結(jié)構(gòu)，不同塊完成不同的功能，使程序的調(diào)試者對(duì)整個(gè)程序的控制功能和控制順序有清晰的概念。 = 2 * GB3 簡(jiǎn)化應(yīng)用軟件生成過(guò)程使用匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言編寫程序，要完成編輯、編譯和連接三個(gè)過(guò)程，而使用編程語(yǔ)言，只需要編輯一個(gè)過(guò)程，其余由系統(tǒng)軟件自動(dòng)完成，整個(gè)編輯過(guò)程都在人機(jī)對(duì)話下進(jìn)行的，不要求用戶有高深的軟件設(shè)計(jì)能力。 = 3 * GB3 圖形式指令結(jié)構(gòu)程序由圖形方式表達(dá)，指令由不同的圖形符號(hào)組成

42、，易于理解和記憶。系統(tǒng)的軟件開發(fā)者已把工業(yè)控制中所需的獨(dú)立運(yùn)算功能編制成象征性圖形，用戶根據(jù)自己的需要把這些圖形進(jìn)行組合，并填入適當(dāng)?shù)膮?shù)。在邏輯運(yùn)算部分，幾乎所有的廠家都采用類似于繼電器控制電路的梯形圖，很容易接受。如西門子公司還采用控制系統(tǒng)流程圖來(lái)表示，它沿用二進(jìn)制邏輯元件圖形符號(hào)來(lái)表達(dá)控制關(guān)系，很直觀易懂。較復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)計(jì)數(shù)等，一般也參照梯形圖或邏輯元件圖給予表示，雖然象征性不如邏輯運(yùn)算部分，但也很受用戶歡迎。 = 4 * GB3 明確的變量常數(shù)圖形符相當(dāng)于操作碼，規(guī)定了運(yùn)算功能，操作數(shù)由用戶填人，如：K400，T120等。PLC中的變量和常數(shù)以與其取值圍有明確規(guī)定，由產(chǎn)品型號(hào)決

43、定，可查閱產(chǎn)品目錄手冊(cè)。 = 5 * GB3 強(qiáng)化的調(diào)試手段無(wú)論是匯編程序，還是高級(jí)語(yǔ)言程序調(diào)試，都是令編輯人員頭疼的事，而PLC的程序調(diào)試提供了完備的條件，使用編程器，利用PLC和編程器上的按鍵、顯示和部編輯、調(diào)試、監(jiān)控等，并在軟件支持下，使診斷和調(diào)試操作都很簡(jiǎn)單。3.2 挖掘機(jī)控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)自動(dòng)控制部分設(shè)計(jì)了一套完整的機(jī)械動(dòng)作，這一套完整的動(dòng)作由八個(gè)基本的機(jī)械動(dòng)作組成：前進(jìn)、后退、左拐、右拐、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、下挖、上揚(yáng)。本系統(tǒng)分為兩個(gè)部分：第一部分為自動(dòng)控制；第二部分為手動(dòng)控制。3.2.1自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)自動(dòng)動(dòng)作依次為：挖掘機(jī)前進(jìn)，右拐前進(jìn)，左轉(zhuǎn)，下挖，右轉(zhuǎn)，后退，左拐前進(jìn)，右轉(zhuǎn)

44、，上揚(yáng)，左轉(zhuǎn)，后退，右拐，后退，最終回到起始位置，如圖3.2所示。開始前進(jìn)右拐前進(jìn)左轉(zhuǎn)下挖右轉(zhuǎn)后退左拐前進(jìn)右轉(zhuǎn)上揚(yáng)左轉(zhuǎn)后退右拐后退圖3.1 挖掘機(jī)自動(dòng)控制圖程序設(shè)計(jì)與分析：從網(wǎng)絡(luò)1到網(wǎng)絡(luò)6的程序可知：自動(dòng)控制開關(guān)I1.1導(dǎo)通，延時(shí)定時(shí)器T37、T38開始計(jì)時(shí)。T37在3秒后導(dǎo)通，此時(shí)M0.0導(dǎo)通，將M21.0的數(shù)值移入移位寄存器中，M21.1為該寄存器的最低位端；將M22.0的數(shù)值移入移位寄存器中，M25.1為該寄存器的最低位端。從網(wǎng)絡(luò)7的程序可知：M21.1導(dǎo)通，Q0.1輸出，挖掘機(jī)前進(jìn)5秒。從網(wǎng)絡(luò)8到網(wǎng)絡(luò)9的程序可知：M21.2導(dǎo)通，Q0.1和Q0.5同時(shí)輸出，挖掘機(jī)右拐。從網(wǎng)絡(luò)10到網(wǎng)絡(luò)

45、11的程序可知：M21.3導(dǎo)通，T40開始計(jì)時(shí)，2秒后導(dǎo)通，Q0.7輸出，挖掘機(jī)左轉(zhuǎn)。從網(wǎng)絡(luò)12到網(wǎng)絡(luò)13的程序可知：M21.4導(dǎo)通，T41開始計(jì)時(shí)，1秒后導(dǎo)通，Q0.2輸出，挖掘機(jī)下挖。從網(wǎng)絡(luò)14到網(wǎng)絡(luò)15的程序可知：M21.5導(dǎo)通，T42開始計(jì)時(shí)，2秒后導(dǎo)通，Q0.6輸出，挖掘機(jī)右轉(zhuǎn)。從網(wǎng)絡(luò)16的程序可知：M21.6導(dǎo)通，Q0.0輸出，挖掘機(jī)后退。從網(wǎng)絡(luò)17到網(wǎng)絡(luò)18的程序可知：M21.7導(dǎo)通，Q0.1和Q0.4同時(shí)輸出，挖掘機(jī)左拐。從網(wǎng)絡(luò)14到網(wǎng)絡(luò)15的程序可知：M25.1導(dǎo)通，T42開始計(jì)時(shí)，2秒后導(dǎo)通，Q0.6輸出，挖掘機(jī)右轉(zhuǎn)。從網(wǎng)絡(luò)18到網(wǎng)絡(luò)19的程序可知：M25.2導(dǎo)通，T43開

46、始計(jì)時(shí)，1秒后導(dǎo)通，Q0.3輸出，挖掘機(jī)上揚(yáng)。從網(wǎng)絡(luò)10到網(wǎng)絡(luò)11的程序可知：M25.3導(dǎo)通，T40開始計(jì)時(shí)，2秒后導(dǎo)通，Q0.7輸出，挖掘機(jī)左轉(zhuǎn)。從網(wǎng)絡(luò)16的程序可知：M25.4導(dǎo)通，Q0.0輸出，挖掘機(jī)后退。從網(wǎng)絡(luò)8到網(wǎng)絡(luò)9的程序可知：M25.5導(dǎo)通，T39開始計(jì)時(shí)，2.8秒后導(dǎo)通，Q0.5輸出，挖掘機(jī)右拐。從網(wǎng)絡(luò)16的程序可知：M25.6導(dǎo)通，Q0.0輸出，挖掘機(jī)后退。3.2.2 手動(dòng)控制的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的手動(dòng)動(dòng)作可實(shí)現(xiàn)對(duì)挖掘機(jī)的手動(dòng)控制，如圖3.2所示。開始 按下選擇控制按鈕 前進(jìn) 后退 左拐 右拐 左轉(zhuǎn) 右轉(zhuǎn) 下挖 上揚(yáng)圖3.2 手動(dòng)控制圖手動(dòng)控制開關(guān)I1.0導(dǎo)通，M23.0導(dǎo)通，按下I

47、0.4，M23.1導(dǎo)通，Q0.1輸出，挖掘機(jī)前進(jìn)。按下I0.2，M23.2導(dǎo)通，Q0.4輸出，挖掘機(jī)左拐。按下I0.5，M23.3導(dǎo)通，Q0.0輸出，挖掘機(jī)后退。按下I0.3，M23.4導(dǎo)通，Q0.5輸出，挖掘機(jī)右拐。按下I0.3，M23.4導(dǎo)通，Q0.5輸出，挖掘機(jī)右拐。按下I0.0，M23.5導(dǎo)通，Q0.2輸出，挖掘機(jī)下挖。按下I0.1，M23.6導(dǎo)通，Q0.3輸出，挖掘機(jī)上揚(yáng)。按下I0.6，M23.7導(dǎo)通，Q0.6輸出，挖掘機(jī)右轉(zhuǎn)。按下I0.7，M24.0導(dǎo)通，Q0.7輸出，挖掘機(jī)左轉(zhuǎn)。其相關(guān)的程序?yàn)椋?.3 軟件的抗干擾措施 = 1 * GB2 故障診斷:系統(tǒng)軟件定期地檢測(cè)外界環(huán)境，如

48、掉電、欠電壓、鋰電池電壓過(guò)低與強(qiáng)干擾信號(hào)等，以便與時(shí)反映和處理。 = 2 * GB2 信號(hào)保護(hù)和恢復(fù):當(dāng)偶爾性故障發(fā)生時(shí)，不破壞PLC部的信息，一旦故障現(xiàn)象消失，就可以恢復(fù)正常，繼續(xù)原來(lái)的工作。 = 3 * GB2 設(shè)置警戒時(shí)鐘WDT:如果程序循環(huán)掃描執(zhí)行時(shí)間超過(guò)了WDT規(guī)定的時(shí)間，預(yù)示了程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報(bào)警。 = 4 * GB2 加強(qiáng)對(duì)程序的檢查和校驗(yàn):一旦程序有錯(cuò)，立即報(bào)警，并停止執(zhí)行程序。 = 5 * GB2 對(duì)程序與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備:當(dāng)停電時(shí)利用后備電池供電，保持有關(guān)信息和狀態(tài)數(shù)據(jù)不丟失。4 人機(jī)界面的設(shè)計(jì)4.1 組態(tài)軟件的介紹組態(tài)就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某

49、一具體任務(wù)的過(guò)程。與硬件生產(chǎn)相對(duì)照，組態(tài)與組裝類似。如要組裝一臺(tái)電腦，事先提供了各種型號(hào)的主板、機(jī)箱、電源、CPU、顯示器、硬盤、光驅(qū)等，我們的工作就是用這些部件拼湊成自己需要的電腦。當(dāng)然軟件中的組態(tài)要比硬件的組裝有更大的發(fā)揮空間，因?yàn)樗话阋扔布械摹安考备啵颐總€(gè)“部件”都很靈活，因?yàn)檐洸考加胁繉傩?，通過(guò)改變屬性可以改變其規(guī)格（如大小、性狀、顏色等）。 在組態(tài)概念出現(xiàn)之前，要實(shí)現(xiàn)某一任務(wù)，都是通過(guò)編寫程序（如使用BASIC,C,FORTRAN等）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。編寫程序不但工作量大、周期長(zhǎng)，而且容易犯錯(cuò)誤，不能保證工期。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，解決了這個(gè)問(wèn)題。對(duì)于過(guò)去需要幾個(gè)月的工作，通過(guò)組態(tài)

50、幾天就可以完成。 組態(tài)軟件是有專業(yè)性的。一種組態(tài)軟件只能適合某種領(lǐng)域的應(yīng)用。組態(tài)的概念最早出現(xiàn)在工業(yè)計(jì)算機(jī)控制中。如DCS(集散控制系統(tǒng))組態(tài)，PLC（可編程控制器）梯形圖組態(tài)。人機(jī)界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件。其實(shí)在其他行業(yè)也有組態(tài)的概念，人們只是不這么叫而已。如AutoCAD，PhotoShop，辦公軟件(PowerPoint)都存在相似的操作，即用軟件提供的工具來(lái)形成自己的作品，并以數(shù)據(jù)文件保存作品，而不是執(zhí)行程序。組態(tài)形成的數(shù)據(jù)只有其制造工具或其他專用工具才能識(shí)別。但是不同之處在于，工業(yè)控制中形成的組態(tài)結(jié)果是用在實(shí)時(shí)監(jiān)控的。組態(tài)工具的解釋引擎，要根據(jù)這些組態(tài)結(jié)果實(shí)時(shí)運(yùn)行。從表面上看，組

51、態(tài)工具的運(yùn)行程序就是執(zhí)行自己特定的任務(wù)。雖然說(shuō)組態(tài)就是不需要編寫程序就能完成特定的應(yīng)用。但是為了提供一些靈活性，組態(tài)軟件也提供了編程手段，一般都是置編譯系統(tǒng)，提供類BASIC語(yǔ)言，有的甚至支持VB。在當(dāng)今工控領(lǐng)域，一些常用的大型組態(tài)軟件主要有：WinCC，iFix，Intouch，組態(tài)王，力控等。組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)正以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)，它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通常可以把這樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)

52、測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問(wèn)題：畫面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫。通過(guò)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求與實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動(dòng)畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)功能。因此本系統(tǒng)選擇組態(tài)王來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)挖掘機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。組態(tài)王（KingView）軟件包括組態(tài)王工程瀏覽器、開發(fā)系統(tǒng)和運(yùn)行系統(tǒng)三個(gè)部份。工程瀏覽器（PROJMAK）是一

53、個(gè)具有集成開發(fā)的環(huán)境。在工程瀏覽器中可以創(chuàng)建工程，并對(duì)工程進(jìn)行管理。可以查看工程的各個(gè)組成部分，完成構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)、定義外部設(shè)備等工作。開發(fā)系統(tǒng)（TOUCHMAK）是應(yīng)用程序的開發(fā)環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境中完成設(shè)計(jì)畫面、動(dòng)畫連接等工作。TOUCHMAK具有先進(jìn)完善的圖形生成功能；數(shù)據(jù)庫(kù)中有多種數(shù)據(jù)類型，能合理地抽象控制對(duì)象的特性；對(duì)變量報(bào)警、趨勢(shì)曲線、過(guò)程記錄、安全防等重要功能都有簡(jiǎn)單的操作辦法。運(yùn)行系統(tǒng)（TOUCHVIEW）是組態(tài)王軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境。在TOUCHMAK中建立的圖形畫面只有在TOUCHIVEW中才能運(yùn)行。TOUCHVIEW從工業(yè)控制對(duì)象中采集數(shù)據(jù)，并記錄在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。它還負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)的變

54、化用動(dòng)畫的方式形象地表示出來(lái)，同時(shí)完成變量報(bào)警、操作記錄、趨勢(shì)曲線等監(jiān)視功能，并生成歷史數(shù)據(jù)文件。畫面的“開發(fā)系統(tǒng)”和“運(yùn)行系統(tǒng)”由“工程瀏覽器”調(diào)用，且兩個(gè)系統(tǒng)可以獨(dú)立于“工程瀏覽器”工作。4.2 挖掘機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的創(chuàng)建過(guò)程4.2.1 挖掘機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的連接在計(jì)算機(jī)外部設(shè)備硬件連接好后，為了實(shí)現(xiàn)組態(tài)王和外部設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊，必須在組態(tài)王的開發(fā)環(huán)境中定義外部設(shè)備。本系統(tǒng)的設(shè)備連接過(guò)程如下： = 1 * GB2 在組態(tài)王工程瀏覽器樹形目錄中，選擇設(shè)備COM1，在右邊的工作區(qū)出現(xiàn)了“新建”圖標(biāo)，雙擊此“新建”圖標(biāo)，彈出“設(shè)備配置向?qū)А睂?duì)話框，在“設(shè)備”下的子項(xiàng)中默認(rèn)列出的項(xiàng)目表示組態(tài)王和外部設(shè)備

55、幾種常用的通訊方式，DDE、PLC，智能儀表，智能模塊，板卡，變頻器。 = 2 * GB2 在上述對(duì)話框雙擊PLC選擇西門子提供的S7200系列的PPI項(xiàng)。 = 3 * GB2 為S7200設(shè)備指定邏輯名稱s7200。 = 4 * GB2 為設(shè)備選擇連接的串口為COM1。 = 5 * GB2 為了保證組態(tài)王與PLC能夠通信上，所以組態(tài)王的通信地址要與PLC的通信地址保持一致，在本系統(tǒng)調(diào)試的過(guò)程中，PLC的通信地址為18，因此此處填寫設(shè)備地址為18。 = 6 * GB2 設(shè)置通信故障恢復(fù)參數(shù)，默認(rèn)參數(shù)。 = 7 * GB2 檢查各項(xiàng)設(shè)置是否正確，確認(rèn)無(wú)誤后，單擊“完成”。創(chuàng)建好的窗口如圖4.1所

56、示。圖4.1 創(chuàng)建好的窗口4.2.2 挖掘機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)變量的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)是“組態(tài)王”最核心的部分。在TouchVew運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的挖掘機(jī)要以動(dòng)畫的形式顯示在屏幕上，這些都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，所以說(shuō)數(shù)據(jù)庫(kù)是連接上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。數(shù)據(jù)庫(kù)中變量的集合形象地稱為“數(shù)據(jù)辭典”，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可以使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。數(shù)據(jù)詞典中的變量可以分為基本變量類型和特殊變量?jī)纱箢?，基本變量又分為存變量和I/O變量?jī)煞N?！癐/O變量”指的是組態(tài)王與外部設(shè)備或其它應(yīng)用程序交換的變量。這種數(shù)據(jù)交換是雙向的、動(dòng)態(tài)的，就是說(shuō)在組態(tài)王系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，每當(dāng)I/O 變量的值改變時(shí)，該值就會(huì)自動(dòng)寫入外部設(shè)備或遠(yuǎn)程應(yīng)

57、用程序；每當(dāng)外部設(shè)備或遠(yuǎn)程應(yīng)用程序中的值改變時(shí)，組態(tài)王系統(tǒng)中的變量值也會(huì)自動(dòng)改變。所以，那些從下位機(jī)采集來(lái)的數(shù)據(jù)、發(fā)送給下位機(jī)的指令，比如前進(jìn)按鈕、后退按鈕等變量，都需要設(shè)置成“I/O 變量”。那些不需要和外部設(shè)備或其它應(yīng)用程序交換，只在組態(tài)王使用的變量，比如計(jì)算過(guò)程的中間變量，就可以設(shè)置成“存變量”?；绢愋偷淖兞恳部梢园凑諗?shù)據(jù)類型分為離散型、實(shí)型、整型和字符串型。 = 1 * GB2 存離散變量、I/O離散變量 = 2 * GB2 存實(shí)型變量、I/O實(shí)型變量 = 3 * GB2 存整數(shù)變量、I/O整數(shù)變量 = 4 * GB2 存字符串型變量、I/O字符串型變量本系統(tǒng)共需設(shè)置12個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，

58、主要是通過(guò)定義數(shù)據(jù)詞典來(lái)實(shí)現(xiàn)。在工程瀏覽器樹型目錄中選擇“數(shù)據(jù)詞典”，在右側(cè)雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出“變量屬性”對(duì)話框，如圖4.2所示。圖4.2 定義變量圖本系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置如下：變量名：前進(jìn) 變量名：后退變量類型：I/O離散 變量類型：I/O離散連接設(shè)備：s7200 連接設(shè)備：s7200寄存器：Q0.1 寄存器：Q0.0數(shù)據(jù)類型：Bit 數(shù)據(jù)類型：Bit采集頻率：1000 采集頻率：1000讀寫屬性：只讀 讀寫屬性：只讀變量名：左拐 變量名：右拐 變量類型：I/O離散 變量類型：I/O離散連接設(shè)備：s7200 連接設(shè)備：s7200寄存器：Q0.4 寄存器：Q0.5數(shù)據(jù)類型：Bit 數(shù)據(jù)類型：Bi

59、t采集頻率：1000 采集頻率：1000讀寫屬性：只讀 讀寫屬性：只讀變量名：左轉(zhuǎn) 變量名：右轉(zhuǎn)變量類型：I/O離散 變量類型：I/O離散連接設(shè)備：s7200 連接設(shè)備：s7200寄存器：Q0.7 寄存器：Q0.6數(shù)據(jù)類型：Bit 數(shù)據(jù)類型：Bit采集頻率：1000 采集頻率：1000讀寫屬性：只讀 讀寫屬性：只讀變量名：下挖 變量名：上揚(yáng)變量類型：I/O離散 變量類型：I/O離散連接設(shè)備：s7200 連接設(shè)備：s7200寄存器：Q0.2 寄存器：Q0.3數(shù)據(jù)類型：Bit 數(shù)據(jù)類型：Bit采集頻率：1000 采集頻率：1000讀寫屬性：只讀 讀寫屬性：只讀變量名：車 變量名：車1變量類型：存整

60、數(shù) 變量類型：存整數(shù)變化靈敏度：0 變化靈敏度：0最小值：0 最小值：0初始值：0 初始值：0最大值：999999999 最大值：999999999變量名：挖斗 變量名：字體顏色變量類型：存整數(shù) 變量類型：存整數(shù)變化靈敏度：0 變化靈敏度：0最小值：0 最小值：0初始值：0 初始值：0最大值：999999999 最大值：9999999994.2.3 圖形畫面的制作與動(dòng)畫連接 = 1 * GB2 設(shè)計(jì)畫面組態(tài)王的監(jiān)控過(guò)程主要是通過(guò)主畫面來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本工程創(chuàng)建了兩個(gè)畫面，分別是“登陸界面”如圖4.4所示和“主畫面”如圖4.5所示。通過(guò)編輯腳本程序，點(diǎn)擊“登陸界面”中的登錄系統(tǒng)按鈕，輸入設(shè)置好的密碼就