S7-1500 控制系統(tǒng)在TIA 博途軟件中組態(tài)功能實(shí)現(xiàn)

宋曉陽(yáng)

（吉林機(jī)電工程學(xué)校，吉林 132011）

1 研究的背景及研究的目的和意義

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備可以大規(guī)模使用，社會(huì)需要越來(lái)越多的專(zhuān)業(yè)自動(dòng)化設(shè)備操作人員。中等職業(yè)學(xué)校也要根據(jù)市場(chǎng)的需求來(lái)調(diào)整相應(yīng)的人才培養(yǎng)方案和課程設(shè)置。現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種技術(shù)的結(jié)合。但是，若在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室搭建這樣的被控對(duì)象，肯定會(huì)耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，甚至可能會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生。然而，通過(guò)虛擬仿真技術(shù)卻可以解決這個(gè)問(wèn)題，在本文中主要通過(guò)TIA 博途軟件編寫(xiě)程序及應(yīng)用SIMIT SCE 技術(shù)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行仿真，模仿它的運(yùn)動(dòng)過(guò)程、出現(xiàn)故障并解決，學(xué)生可以對(duì)控制過(guò)程有一個(gè)感性理解，更重要的是，在降低教學(xué)成本的同時(shí)，它不會(huì)降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，反而會(huì)提高教學(xué)效果。因此，本論文主要研究S7-1500控制系統(tǒng)在TIA 博途軟件中設(shè)備組態(tài)功能的實(shí)現(xiàn)。

2 S7-1500 控制器及TIA 博途軟件簡(jiǎn)介

S7-1500是一套適用于中高性能的模塊化控制系統(tǒng)。為了優(yōu)化調(diào)整自動(dòng)化任務(wù)，還配有全面的擴(kuò)展模塊。最大程度提高生產(chǎn)效率[1]。無(wú)論是小型設(shè)備還是具有高速和精度要求的復(fù)雜設(shè)備，都適用。SIMATICS7-1500與TIA 博途的集成大大提高了工程組態(tài)的效率。

TIA 博途是集成自動(dòng)化軟件TIA portal 的簡(jiǎn)稱(chēng)，是西門(mén)子工業(yè)自動(dòng)化集團(tuán)發(fā)布的全新集成自動(dòng)化軟件。它是業(yè)內(nèi)首款采用統(tǒng)一工程和軟件環(huán)境的自動(dòng)化軟件，適用于幾乎所有自動(dòng)化任務(wù)。借助這一新的工程軟件平臺(tái)，用戶(hù)可以快速、直觀地開(kāi)發(fā)和調(diào)試自動(dòng)化系統(tǒng)。在這里采用最新型的設(shè)備和軟件，有利于學(xué)生就業(yè)時(shí)和企業(yè)無(wú)縫對(duì)接，更快適應(yīng)工作崗位。TIA 博途可對(duì)西門(mén)子全集成自動(dòng)化中所涉及的所有自動(dòng)化和驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品進(jìn)行組態(tài)、編程和調(diào)試。提供跨所有配置界面的高級(jí)共享服務(wù)，為用戶(hù)提供統(tǒng)一導(dǎo)航并確保系統(tǒng)操作的一致性。借助這種全新的統(tǒng)一軟件框架，可以在統(tǒng)一開(kāi)發(fā)環(huán)境中配置西門(mén)子的所有可編程控制器、人機(jī)界面和驅(qū)動(dòng)裝置。在控制器、驅(qū)動(dòng)裝置和HMI 之間建立通信的共同任務(wù)，可以大大降低連接和組態(tài)成本[2]。

3 自動(dòng)化分揀裝置實(shí)例

3.1 功能描述

自動(dòng)化分揀裝置常用于分揀塑料部件和金屬部件，如圖1所示。部件通過(guò)一條滑道到達(dá)輸送帶。檢測(cè)到部件之后，輸送帶會(huì)立即啟動(dòng)，若輸送帶上是金屬部件，則可識(shí)別，之后輸送帶會(huì)將其傳送至金屬料倉(cāng)所在的高度，推料氣缸會(huì)將部件推入金屬部件料倉(cāng)。若沒(méi)有識(shí)別到金屬成分，則為塑料部件。系統(tǒng)會(huì)將其送至輸送帶末端，掉入塑料部件料倉(cāng)內(nèi)。一個(gè)部件分揀完畢之后，則可立即開(kāi)始下一個(gè)部件的檢測(cè)。如圖1所示為自動(dòng)分揀裝置的技術(shù)示意圖。

3.2 組態(tài)實(shí)現(xiàn)過(guò)程

圖1 技術(shù)示意圖

在TIA 博途軟件中，可以在共享編輯器中組態(tài)自動(dòng)化系統(tǒng)的所有設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)。在此共享軟件平臺(tái)中，項(xiàng)目導(dǎo)航，庫(kù)概念，數(shù)據(jù)管理，項(xiàng)目存儲(chǔ)，診斷和在線功能作為標(biāo)準(zhǔn)提供給用戶(hù)。統(tǒng)一的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境包括可編程控制器，人機(jī)界面和驅(qū)動(dòng)單元，有助于提高整個(gè)自動(dòng)化項(xiàng)目的效率。在自動(dòng)化分揀裝置實(shí)例中，根據(jù)任務(wù)要求或?qū)嶋H硬件進(jìn)行硬件選擇，可選擇硬件包括控制器、HMI、PC 機(jī)，在首次連接S7-1500時(shí)，可插入一個(gè)非指定的CPU1500，如圖2所示界面，點(diǎn)擊獲取并選擇連機(jī)的網(wǎng)卡，TIA博途會(huì)自動(dòng)搜索網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)，選擇所需站點(diǎn)，博途軟件會(huì)自動(dòng)檢測(cè)站點(diǎn)上所有的模塊并按出廠設(shè)置的參數(shù)上載，即完成了高效組態(tài)。選擇后進(jìn)行編譯，若所選硬件相互間不匹配，則會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤提示。接下來(lái)進(jìn)行PLC 變量添加以及程序編寫(xiě)、編譯、仿真、下載，啟動(dòng)SIM 可對(duì)程序進(jìn)行監(jiān)控，之后利用SIMIT 繪制出控制界面并設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，運(yùn)行整個(gè)系統(tǒng)，如圖3所示為運(yùn)行過(guò)程中的自動(dòng)化分揀裝置的虛擬界面。界面中，通過(guò)傳感器判斷出當(dāng)前部件為非金屬部件，輸送帶將其送至塑料部件料倉(cāng)。圖3中的B1、B2、B4、B6、B7為位置檢測(cè)傳感器，B5為電感傳感器。系統(tǒng)的整體工作過(guò)程都會(huì)在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示，與實(shí)際連接被控對(duì)象是一致的。這樣即方便修改程序又避免了硬件連接錯(cuò)誤出現(xiàn)的危險(xiǎn)。在設(shè)置界面時(shí)，用戶(hù)還可以方便地將變量從可編程控制器拖放到HMI 設(shè)備的畫(huà)面中。然后，變量立即在HMI 中分配，控制器和HMI 之間的連接在后臺(tái)自動(dòng)建立，無(wú)需手動(dòng)組態(tài)。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，可在界面的控制面板中實(shí)時(shí)觀測(cè)并通過(guò)按鍵控制系統(tǒng)的運(yùn)行。SIMIT SCE 相當(dāng)于一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室，可以輕松連接到控制器。一方面，它可以通過(guò)生動(dòng)的動(dòng)態(tài)模型測(cè)試程序，另一方面，它可以模擬各種復(fù)雜的過(guò)程，甚至可以在PC 上構(gòu)建整個(gè)平臺(tái)。SIMIT SCE 允許學(xué)生在PC 上進(jìn)行獨(dú)立項(xiàng)目。就像基于windows 的應(yīng)用程序一樣，只需單擊鼠標(biāo)即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)SIMIT SCE的所有功能。教師可以隨時(shí)為教學(xué)或考試創(chuàng)建平臺(tái)模型。同時(shí)教師還可以根據(jù)學(xué)生課堂的實(shí)時(shí)聽(tīng)課效果靈活的對(duì)控制要求提高或降低難度，滿(mǎn)足不同程度學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。豐富而靈動(dòng)的畫(huà)面足以吸引學(xué)生的注意力，對(duì)挺高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣提供了很大幫助。

圖2 添加新設(shè)備

西門(mén)子PLC 廣泛應(yīng)用于各自動(dòng)控制企業(yè)中，而S7-1500是目前西門(mén)子最新型的PLC，若能夠?qū)F(xiàn)有PLC 課程進(jìn)行更新，則會(huì)有效提高畢業(yè)生的競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，若實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有硬件或硬件不足時(shí)，博途軟件的組態(tài)控制功能也可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的仿真測(cè)試，運(yùn)用好組態(tài)控制功能，學(xué)生能夠快速、直觀地開(kāi)發(fā)和調(diào)試自動(dòng)化系統(tǒng)。

圖3 自動(dòng)化分揀裝置