基于profibus现场总线plc控制系统设计

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2010年11月机床与液压NOV．2010第38卷第22期MACHINETO0L&HYDRAULICSVo1．38No．22DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2010．22．036基于PROFIBUS现场总线的PLC控制系统设计张坤，谭晓东(1．南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛266111；2．大连交通大学，辽宁大连116028)摘要：采用基于PROFIBUS现场总线的触摸屏和PLC设计压装机控制系统。介绍该控制系统硬件的选型、伺服系统的设计和软件的设计。PLC提高控制系统的可靠性、增强系统的抗干扰能力，触摸屏则为整个控制系统提供艮好的人机操作界面，加上伺服控制具有自动、快速、精密的优点，使整个压装控制系统的可靠性提高、运行成本降低。关键词：PLC；触摸屏；伺服系统；压装机中图分类号：TP273文献标识码：B文章编号：lOOt一3881(2010)22—104—3DesignOfPLCControlSystemBasedonPROFIBUSZHANGKun．TANXiaodong(1．CSRQingdaoSiNngLocomotiveandRollingStockCo．，Ltd．，QingdaoShandong266111，China；2．DalianJiaotongUniversity，DalianLiaoningl16028，China)Abstract：PressurecapacitycontrolsystemwasdesignedadoptingtouchscreenandPLCbasedonPROFIBUS．TheselectionofthehardwareandthedesignoftheserVoandthesoftwarewereintroduced．Reliabilityisimprovedandanti—interferencecapabilityofthesystemisenhancedbyPLC，whileagoodhuman—machineinterfaceisprovidedbytouchscreen．Coupledwiththeadvantagesofauto·matie，high—speedandprecisionofservo，reliabilityofthepressurecapacitycontrolsystemisimprovedandoperatingcostisincreased．Keywords：Programmablelogicalcontroller；Touchscreen；Senrosystem；Pressurecapacity可编程控制器PLC提高了控制系统的可靠性、(3)考虑到压装轴和换头轴同时转动存在安全增强了系统的抗干扰能力，触摸屏则为整个控制系统隐患，要求两个轴的动作实现互锁；提供了良好的人机操作界面，加上伺服控制所具有的(4)实现系统压装和卸件动作同时进行的控制控制精度使它们越来越广泛地应用于工业生产的各个要求，但是在压装完最后一个工件要实现单独卸件，领域。压装动作停止；作者所要阐述的就是基于PLC和触摸屏的伺服(5)考虑到翻转动作过快有安全隐患，要求翻控制技术在汽车传动装置的压装生产上的应用。为保转速度能得到控制。证压装控制系统的运行并提高其可靠性，采用SIE—1．2系统组成MENS的触摸屏、SIEMENS公司的$7-300系列PLC系统主要由触摸屏、可编程控制器、伺服驱动和611U伺服驱动器对压装机的控制系统进行设计。器、伺服电机、液压站等构成，参见图1。1压装机工作原理1．1压装机工序压装机的压装轴工序主要包括归零、摆放工件、压装轴旋转到压装位、上下油缸压装、压装轴旋转到卸件位、下件气缸压下、推件气缸推进翻转缸、翻转气缸翻转将工件送到传送轨道；压装机的换压头轴工图1系统配置框图序主要包括归零、换头轴旋转、上油缸动作、夹紧油该控制系统主要通过PLC程序来控制伺服电机、缸松开(夹紧)卸下(装上)压头。为了保证压装油缸的压力以及油缸的运动位移以达到控制压件质机工作的可靠性，控制系统必须满足以下要求：量；同时根据要求实现更换压头以达到压装要求。触(1)需检测压装机的工件摆放位置、压头选择、摸屏作为人机界面可以进行工艺参数的设定、运行状胎具胎垫选择，保证压装质量和安全；态的监控等。可编程控制器PLC是整个控制系统的(2)每个工步均可在手动和自动状态下工作；核心，它存储工艺参数并通过一定的控制算法控制伺收稿日期：2009—09—23作者简介：张坤(1983一)，男，设计师，研究方向为自动化控制。电话：15254210298，E—mail：zhk19834@163．eom。 第22期张坤等：基于PROFIBUS现场总线的PLC控制系统设计·105·服驱动器和系统的动作顺序。伺服驱动器将PLC给控制要求及操作流程，为保证系统I／O点数的需要并定的控制信号转换、放大驱动伺服电机工作，伺服电留出空间，选择3块16个点输入模块(SM321：机作为执行单元通过机械传动完成压装轴和换头轴动DI16×DC24V)和3块8个点输出模块(SM322：作要求，再通过伺服驱动器将伺服电机的状态信号反DO8×DC24V)扩展模块。触摸屏采用SIEMENS公馈给PLC以便控制下一步动作。司的OP177BmonoDP触摸屏。伺服采用SIEMENS2系统的硬件设计公司的611U伺服驱动和伺服电机。触摸屏通过PLC2．1硬件的选型的MPI口实现通讯，611U与PLC的通讯是通过DP口实现的。图2是系统的控制图。2．2伺服系统设计作者设计的闭环伺服驱动系统由伺服电机、伺服驱动器、增量编码器、伺服制动器组成。伺服电机是运动的执行单元，负责动力输出。系统通过驱动器接受主控机发出的控制信号完成运动功能。整个系统具有响应速度快、运行平稳、定位精度高的特点。SIMODRIVE611u伺服驱动器和伺服电机能满足系统的控制要求即压装轴和换头轴都受控制，都能实图2系统控制示意图根据系统的控制要求，采用SIEMENS公司的Ps现点动，且在分别归零后能按要求转动不同的角度，30710A电源模块。PLC是整个控制系统的核心，采要有准确的定位及有闭环位置控制和速度控制。接线用S7—300系列的主控模块CPU314-2DP。根据系统如图3所示。脉冲使能驱动器使能驱动器复位图3伺服驱动器和伺服电机接线图 ·106·机床与液压第38卷3系统的软件设计REI1一VAL：=MW18O3．1PC／PG机与PLC的PROFIBUS总线的连接组态RECORD：：P#M158．OBYTE10(1)在【SIMATICManager】界面中，通过菜单CALL”DPWR—DAT”SFC15——WriteCon．项【选项】>【设置PC／PG接口】设置PC／PG接口；sistentDataofaStandardDPSlave(2)选择一个接口，作者选择的是PCAdapterLADDR：=W#16#0＼＼读取数据的起始地址(PROFIBUS)，再单击【属性】按钮，在弹出的对话RECORD：=P#M8．0BYTE10＼＼通信数据区，框中对该接口的参数进行设置。存储区为(MB8一MB17)，一般为ANY指针格式RET3．2DP主、从站组态—VAL：：MW30＼＼状态字(返回错误代码)CALL”DPWRDAT”SFCl5——WriteCon—(1)建立DP主站。在【HWConfig】中双击—【DP】弹出对话框，按下对话框里的【属性】按钮sistentDataofaStandardDPSlave后在属性的对话框新建一个PROFIBUSDP主站，选LADDR：=W#16#108择设置地址；REC0RD：=P#M108．0BYTE10(2)完成DP主站的设置后才可以在PROFIBUSRET_VAL：=MW130总线上插入一个从站。如SIMODRIVE611UMC，POSMO，再配以与设备对应的GSD文件，双击所插入的从站，按下对话框中的【PROFIBUS】按钮。设置从站地址。>3．3PLC程序设计Y上0编程采用SIMATICManager专业软件包。它基于I循环启动』IPC机，适用于SIEMENS公司S7—300／400PLC用户程序的编制和监控，通过USB接口与PLC编程口相连，轴正转120。fl压件气缸下降●’其编程语言是STEP7，STEP7支持LAD(梯形图)、上油缸下降推料缸前进●tSTL(语句表)、FBD(功能图)编程方式。系统采下油缸上项托盘上升●用程序块的形式管理用户编写的程序，使得程序结构压件气缸上升明确、清晰且更具s7．300PLC程序编写特点，满足＼：／●Y●推料缸返回整个压装机的控制逻辑和控制功能要求。系统的控制下油缸返回不合格确认●●●翻转缸翻转程序主要由1个组织块(OB1)、9个FC块(FC1～上油自返回下油缸返回●FC8、FC105)、3个数据块(DB3、DB4、DB9)、2t下料确认A轴反转120。●个系统功能(SFC14、SFC15)组成。翻转缸返回l下面主要就主从站通讯程序做一些说明。●托盘下降系统功能(SFC)是集成在s7CPU中的预编程1功能，可以在程序中调用SFC。SFC14、SFC15是为(循环结束)了主站PLC与从站伺服驱动器进行通讯而调用的，SFC14打包接收，SFC15打包发送。下面是该系统的图4自动方式程序流程图主从站通讯调用SFC14、SFCI5的程序及解释。根据工艺要求，流程图如图4所示：系统初始化CALL”DPRDDAT”SFC14——ReadCon—后进入自动模式，在上料工位人工装载被压装零件，—sistentDataofaStandardDPSlave启动循环压装，被压装零件旋转到压装工位，压装及LADDR：=W#16#O＼＼读取数据的起始地址在下料工位自动卸料到输送线上，同时并行。在压装RET过程中检测压装力是否满足要求，如果满足要求则继_VAL：=MW80＼＼状态字(返回错误代码)RECORD：=P#M20．0BYTE10＼＼通信数据续进行，否则停止压装动作，退回到装料位置将不合区，存储区为(MB20一MB29)，一般为ANY指针格格零件卸载。式3．4触摸屏的设计CALL”DPRDDAT”SFC14——ReadConsist—该控制系统使用了一台SIMATICHMIOP177B—entDataofaStandardDPSlavenlonoDP触摸屏，5．7英寸液晶显示。它结构小巧，LADDR：=W#16#108(下转第35页) 第22期黄景飞：非回转体类零件数控铣削加工分析·35·零件铣削自动编程加工工序：上平面铣削一外、内轮【2】王令其，张思弟．数控加工技术[M]．北京：机械工业出廓加工一挖铣内腔一挖铣腰形槽一钻4孔。图3零件版社，2008．为铣削上平面一外轮廓加工一挖铣内腔一挖铣腰形槽【3】王维．数控加工工艺及编程[M]．北京：机械工业出版一钻4孔各工序走刀轨迹。图1为零件铣削的仿真加社，2001．工。图4为SIEMENS系统加工程序。(上接第106页)㈣I~llIIII⋯㈣■Ⅷ》i可方便灵活地设定控制参数和实时监控系统运行状态嚣锄er毫ti瓤s，IseleeLed曩张e《矗及对系统进行有效的管理。OP177BmonoDP触摸屏融墨§：茹坠二品———ll》I—使用西门子WinCCflexible组态软件进行程序设计，参P铺-奄tersj蔓lc肇l{警#l—glB0oE硼I_一通过WinCCflexible提供的多种控制器件库、图形控■一ety～bg姓．兰璧I。·棚件、功能控件，可以组态出各种动态功能和控制功≤§I一r位B)、辩、；——盥一l能，以及实现故障的可视化，并且能够读取PLC内■l一*l0，Wt8鹏^1．篇部的数据，显示现场状态数据。根据压装机控制系统的控制和操作要求，并考虑OP177BmonoDP的存《■辱—__l霸Ea口曩-啊强露骊B翻曩；粗鬟?g警Petrs黧储容量和屏幕尺寸，在触摸屏系统中设计了人机界就一g10∞E~IlVfIL鬃面。Geometry-(1)ch~⋯4结束语c=]4一Pock*~蕊tda)l秘B口S—Simple~rill一l每——一基于PLC和触摸屏的压装机控制系统，结构简鬻：。酗l洁、紧凑，提高了控制程序和人机界面的灵活性。由触摸屏作为显示终端，可随时将设备的当前状态及故图2零件铣削自动编程加工工序障信息用图形和汉字直观显示，便于操作人员掌握设备状态，快速处理故障。同时，由于省去了大量的现场按钮、指示灯等易损器件，使连线简化，系统的可靠性大大提高、运行成本大大降低。参考文献：【1】廖常初．S7．300／400PLC应用技术[M]．北京：机械工业出版社，2005．【2】廖常初，陈晓东．西门子人机界面(触摸屏)组态与应用技术[M]．北京：机械工业出版社，2006．【3】王仲文，邵俊鹏．基于PLC和触摸屏的工业汽轮机控制图3零件铣削各工序走刀轨迹图系统的设计[J]．哈尔滨理工大学学报，2007，12(6)：107—109，116．【4】赵显红，张晓红．触摸屏与PLC在捻线机自动控制系统I。一一0OUI(PRGGR~N=镕$，中的应用[J]．可编程控制器与工厂自动化(PLCFA)，eIRTDnb_一25一"一∞Tl堆帅：蝌一"：3”#1I●‘z1抖1|2e越1e’№’，6t％¨t¨．FLTE~NILLTOOL一{口lOFF，一1LEH．⋯I一¨．，2008(1)：115—117．H'nt1Mm“0t口鞴一7●6一-2995~I．s#●-嘴Ⅲ∞GkiIHl拍Ht13．【5】崔剑平，赵振，王秋敏．PLC和触摸屏在控制系统中的应H¨2e1一1．⋯II持|1．HI16ta+．22'■Sa●9用[J]．机械工程与自动化，2007(4)：160—161．Hl110”§^．6⋯●1eI|FLATE怖Hl【I100L2#lOFF．一2t~N一2OIA●●．【6】611U中文手册[M]．2002：2—69．md2T2m⋯1l●⋯1⋯●，S⋯I^e222●．【7】SiemensCo．SIMATICHMITouchPanelTP170A、TP170B、OperatorPanelOP170B设备手册[M]．2001：26—50．【8】SIMATICS7ConfiguringHardwareandCommunicationCon—neetionsSteP7V5．4Manua1．SiemensAG[M]．2007．图4SIEMENS系统加工程序【9】SIMATICNET&PROFIBUSinformationpackage，2001．8．参考文献：【l0】李曦，方康玲，傅晓薇．基于PROFIBUSDP现场总线网【1】MasterCAM使用手册[M]．通讯原理及应用[J]．三峡大学学报，2003(1)：1—3．