自動緩沖庫的上位組態設計

梁 征

（天津市第一輕工業學校，天津 300232）

當前，社會和工業領域都進入了全面發展時期，而可編程序控制器（簡稱PLC），是現代工業自動化的三大支柱之首，它的發展迅速，應用極為廣泛。它是一種采用可編程的存儲器，用來存儲用戶指令，通過數字或模擬的輸入輸出量完成確定的一些功能，實現多種類型生產環節的自動化設備。

一、PLC與組態軟件

（一）PLCPLC

本文將把PLC與組態軟件進行有機結合，敘述了電氣控制系統的設計方法。PlC本身具有很多優勢，它既是計算機技術和通信技術的載體，又是模塊化設計的突出代表。它本身是一種非常普遍的工業自動化裝置，作為可編輯邏輯控制器，是工業控制的核心部分，在世界各地各行業得到廣泛應用。在工業自動化產業鏈里，PLC的地位舉足輕重不可或缺。由于工業實際中的控制單元具有質量大、空間占用大、維護成本高昂、設備單價較高等具體問題，仿真和調試都比較困難，并且如果實驗配套了減配的相關器材和設備，也會因為種類不夠，以及設備的易損性而難以滿足實驗和設計的要求。這給學習PLC的讀者帶來了一定的困難，而可編程控制器的應用技術實踐性非常強，進行實際操作是掌握技術的根本途徑，只有通過工程實踐的實際操作，學習者才可以掌握PLC的外部接線和程序編輯以及聯網調試等應用。

（二）組態軟件

（1）組態軟件的現狀

組態軟件的發展與成長和網絡技術的發展密不可分。工業控制組態軟件是一種可以從PLC、回路調節器等模塊中采集數據以確保時效性，執行相關指令并完成對系統的監視以確保其正常運行的程序。該程序可以根據視窗操作系統的圖形編輯方面的能力，利用提前設置好的圖案展示目前系統的實時狀態，完成相關的控制并有效完成對系統狀態的監控，具有遠程監控、數據采集、數據分析、過程控制等強大功能，較大幅度地提升軟件的可靠性及開發效率的同時，在工業監控方面也提供了十分便利的技術支持和開發平臺，故該軟件能夠在工業控制領域得到很大的推廣，在自動化系統中占據主力軍的位置，逐漸成為工業自動化系統中的靈魂。目前世界上的組態軟件有幾十種之多，但在我國近幾年才剛剛走向市場，其發展前景相當廣闊。北京亞控科技發展有限公司開發的KingView6.5(組態王6.5)正是該類型自動化設備的主流監控和控制軟件之一。

（2）本文應用的組態軟件

本文介紹的軟件可以運行在Win98及以上視窗操作系統當中的中文編輯界面組態軟件，可以讓PLC、能儀表、智能模塊、變頻器和板卡的驅程能夠簡潔地規劃出符合工況的工控軟件。該軟件還支持與其他計算機應用程序(如Excel、VB)進行相應的數據共享和功能交換，故而能夠方便地列出各種表格(包括日報表、月報表、班級報表等)。另外，該軟件是可以實現組網功能的，通過通信協議能夠與多個遠程節點進行信息共享。

本文一方面介紹了組態監控軟件，以便把這一技術應用到以后的科研項目開發中去；另一方面把組態軟件應用到PLC的教學中，討論了組態軟件的監控（控制）能力與PLC電氣控制聯合使用的途徑[1]。

二、該系統當中使用到的硬件和軟件

利用組態軟件全真模擬PLC的控制對象，學習者不需要實物而通過微機的顯示器就可檢驗所編程序的正確與否和執行結果，這種新的實驗教學方式能讓學習者更加方便[2]。從教學意義上來說，實現了被控對象的仿真，既可以避免真實被控對象的局限性，又可以降低成本，使仿真目標多元化，以此來擴展課堂的實驗內容，提升學生的綜合實操水平，豐富學生的工程實踐經驗，達到全方位教學的目的。

（一）硬件

（1）自動緩沖庫的總體組成

自動緩沖庫是由三個緩沖倉庫、兩條傳送帶、運動機械及電氣控制等組成。

（2）機械部分

機械部分主要是由5個電機通過皮帶、鏈條拖動。

（3）PLC

本文將介紹以日本松下公司生產的傳感器、PLC（可編程序控制器）以及電磁閥等器件組成電氣控制部分。日本松下公司使用傳感器來進行數字量和模擬量信號的采集工作，利用PLC來實現編程工作，并且讓同步電機與直流電機能進行一些復雜的位置控制和時間順序上的邏輯控制等一系列功能。

多臺可編程序器聯網控制的數學模型，在通信協議方面則可利用速度較低的工業以太網來實現，而在用來監控的上位機層面，完全可以優化多臺模型PLC；該系統可以類比于實際監控工業現場情況的設備，它是囊括了檢測監控技術、PLC電氣控制技術、工業化局域網技術的高度仿真實物數學模型。

（4）系統硬件的運行

要給系統上電，PLC（松下生產的可編程序控制器）會率先將進料傳送帶進行啟動，然后由相應位置的傳感器檢測物料情況，倘若沒有檢測到物體，傳送帶運轉一個周期，然后將自動停止該傳送帶的等待上料步驟；如果傳感器檢測到物料，則繼續傳遞信息至PLC，繼續完成傳送帶的運轉；1#傳感器檢測到物體，并且該物體是1#庫內的物料，則送料傳送帶會自動停止，同一時間1#庫進料氣缸開始裝載該物料。如果不是1#庫內的物料，則1#傳感器沒有動作，進料傳送帶則繼續送料，當到達2#傳感器時，2#傳感器開始檢測，如果檢測到物料為2#庫的物料時，傳感器反饋信號送到PLC上，由PLC控制使送料傳送帶停止，同時2#庫進料汽缸動作裝載該物料。如果不是2#庫的物料時，2#傳感器不動作，進料傳送帶繼續向前送料，當到達3#傳感器時，3#傳感器開始檢測，如果檢測到物料為3#庫的物料時，傳感器反饋信號送到PLC上，由PLC控制使送料傳送帶停止，同時3#庫進料汽缸動作裝載該物料。分揀裝載任務完成。根據需要，操作員在上位機上選擇該物料，PLC會根據上位機的指令控制物料庫將該物料自動放到對應的出料口，然后出料汽缸會將該物料放到出料傳送帶上送出。

（二）軟件

前面介紹了本文當中應用到的硬件（包括PLC），那么本文中提到的組態又有什么具體含義呢？它在工業當中又處于怎樣的地位呢？在工業現場當中，組態是利用軟件實現界面控制的有效途徑；它是利用應用軟件當中的方法和工具來實現工程實踐當中某一具體操作任務并實時反饋到可視界面的過程。

（1）組態軟件的優勢

在組態軟件及相關技術尚未誕生時，要實現對工業現場的上位機監控及遠程操作都是通過計算機編寫程序來實現的。在程序的編寫方面，需要投入大量的人力、物力以及時間成本，還要克服程序漏洞的因素。而隨著組態軟件的出現，大大縮短了該工程的時間，也節省了人力和物資成本。

組態是一款專業性較強的軟件，各種組態軟件都有自己針對的領域。組態的概念最早出現在工業計算機控制中，能夠完成人機交互界面生成軟件就叫工控組態軟件。

與傳統的監控界面相比較，組態并不需要專門的程序編輯作為監控和遠程控制的支撐，這樣就大大拓展了該軟件的應用范疇，也讓更多人可以迅速掌握該軟件的使用。然而，一些特殊工業現場需要的靈活性不局限于已有的情況，需要進行簡單的程序編輯，組態內也支持相應的編譯方法，如VB、BASIC等編程語言，都能夠被組態所識別。

（2）本文涉及的組態軟件的特點

本文涉及的軟件是我國自行研發的組態軟件，該軟件已經較為普遍地應用在工業自動化控制的各個場所當中。該軟件可以在主流的微型計算機上構建工業現場情況，并且是以人機交互界面展現監控和遠程控制的軟件，它以視窗操作系統的中文版為操作平臺，能夠利用視窗操作系統的強大功能及圖形界面優良的特點，能夠建立自己的數據采集數學模型并加以應用，并且能夠將現場采集到的信息準確、實時地傳送到相應的控制單元（相應的按鈕符號），實現了對工業現場的實時監控和及時干預。該軟件可以與多種智能及自動化設備進行實時有效的通信，讀取和發送數據及指令；還可以和可編程序控制器聯機通信：讀取輸入狀態并發送控制指令；可以完成故障查詢、報警和打印等命令和要求；組態可以組成優質畫面，同時真實地反映現場狀態；工程設定及配方輸入多樣，適應工況能力較強；可以根據現場需求來讓不同職權范圍的員工完成自己相應權限內的操作。

三、該組態軟件在自動緩沖庫系統當中的具體應用

該軟件被用在自動緩沖庫中的控制當中。

（一）界面畫面的制作

用組態王繪制出如圖1。需要注意，在繪制過程當中，要合理掌握顏色和間距，確保操作人員能直觀準確地對系統內的情況進行觀察和分析。

2014—2017年，膠東地區持續干旱，降水量較常年偏少30%以上，治理區周邊多處水井干涸。但治理區內所施工水井因構造導水作用和充足的蓄水空間保障，在農灌抗旱過程中為當地村民提供了持續可靠的穩定水源，使周邊近6.67hm2農田得到有效灌溉。

圖1 自動緩沖庫的組態監控界面

（二）變量的定義

這是組態王的工程瀏覽器窗口如圖2所示。左邊是工程目錄區，右邊是目錄內容顯示區。定義變量時，點擊左邊是工程目錄區的數據詞典，右邊就會相應地出來定義變量。

圖2 工程瀏覽器

如上圖2雙擊右邊的新建，就會出現下圖3。

圖3 定義變量

本系統的變量如下表所示。

變量定義表

變量名WL16 WL17 WL18 WL19 WL20 WL21 WL22 WL23 WL24 y Y1 Y2 Y3 Y4 Y5變量類型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型I/O整型連接設備松下松下松下松下松下松下松下松下松下松下松下松下松下松下松下寄存器L16 L17 L18 L19 L20 L21 L22 L23 L24 D501 EV111 EV112 EV113 D503 D505

圖3是對WL16變量的定義。變量名是唯一標識一個應用程序中數據變量的名字。連接設備采用的是松下FP系列PLC。寄存器為L16，要和PLC對應，才能和PLC通信上。其他變量也是根據不同的需要來定義的。

（三）動畫的連接

圖4 動畫連接

用鼠標左鍵雙擊物料的顯示圖標，出現如圖4所示的圖表，那么需要設置的則是彈起和隱含時需要選擇的選項。

隱含的選項是為了反映物料的具體情況，彈起則是對應此刻有物料在傳感器所檢測位置的情況，使其能夠進行手動出料的動作。隱含和彈起時兩個選項的設置如圖5和圖6所示。

圖5 隱含選項的設置

圖6 彈起時選項的設置

其他物料的設置如圖6所示，只是所對應的參數有些改變而已。組態的監控設置到此設置完畢。

（四）組態軟件的運行

完成上述三個步驟后，組態軟件的實時數據采集即可完成，只要打開上位機并用鼠標左鍵雙擊組態軟件圖標，使其運行，即可完成對系統的遠程控制和自動化控制。

四、結語

自動緩沖庫的上位組態設計是組態與可編程序控制器結合的典型案例，該案例為國產組態軟件的推廣以及工業現場的自動控制和遠程控制提供了良好的范例，能夠為我國工業現代化的道路探索以及后續的智能化工業建設作出建設性的探索。筆者期望能夠有更多更好的自動化控制范例應用到我國的工業生產實際中去，讓我國的工業化、現代化建設更上一個臺階。