基于WinCC的物料小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

梁二文，于齊，徐博，李宏偉

（黑龍江科技大學(xué) 電氣與控制工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150022）

0 引言

對(duì)于現(xiàn)代制造企業(yè)而言，物料和人員如何進(jìn)行高效和準(zhǔn)確運(yùn)送，成為生產(chǎn)力高低的重要指標(biāo)和依據(jù)，物料小車的智能化、可靠性、時(shí)效性、一體化要求成為迫切需要。[1]本文利用西門子S7-1200PLC 軟件，結(jié)合人機(jī)交互界面（HMI）提出了物料小車的控制系統(tǒng)方案，通過博途軟件（TIA）進(jìn)行仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明控制系統(tǒng)方案高效可行。

1 概述

本控制系統(tǒng)以西門子S7-1200 系列PLC 作為控制器，[2]結(jié)合在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)和維護(hù)過程中遇到的問題，提出了一種便于控制的物料小車控制的系統(tǒng)方案。[3]

該系統(tǒng)分為運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄以及用戶管理幾個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)如下功能：

實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)線的某生產(chǎn)環(huán)節(jié)，由一臺(tái)電動(dòng)小車運(yùn)送某零件從A 點(diǎn)（操作臺(tái)最左端）到B 點(diǎn)（操作臺(tái)最右端）：

電動(dòng)小車的控制方式可在手動(dòng)和自動(dòng)之間切換，控制信號(hào)集中在觸摸屏上，觸摸屏實(shí)時(shí)模擬顯示小車的運(yùn)行狀態(tài)；[4]

手動(dòng)控制時(shí)，可以控制小車左行、右行、初始化（回到A 點(diǎn)）。小車左行至A 點(diǎn)或右行至B 點(diǎn)時(shí)自動(dòng)停止。

自動(dòng)控制時(shí)，小車自動(dòng)運(yùn)行至A 點(diǎn)，暫停一定時(shí)間（裝車時(shí)間，可在觸摸屏上自定義）后向右行駛至B 點(diǎn)，暫停一定時(shí)間（卸車時(shí)間，可在觸摸屏上自定義）后向左行駛至A 點(diǎn)，然后循環(huán)運(yùn)行。[5]

PLC 與觸摸屏聯(lián)機(jī)如圖1 所示。

圖1 PLC與觸摸屏聯(lián)機(jī)

2 原理分析

2.1 控制系統(tǒng)

程序段1：系統(tǒng)的“起保?！笨刂?。

程序段2：系統(tǒng)啟動(dòng)后，選擇手動(dòng)控制，當(dāng)小車不在B 點(diǎn)時(shí)，小車右行，當(dāng)小車到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，小車停止。

程序段3：系統(tǒng)啟動(dòng)后，若小車不在A 點(diǎn)，選擇手動(dòng)控制，則小車向左行駛，初始化，到達(dá)A 點(diǎn)后，小車停止。

程序段4：系統(tǒng)啟動(dòng)后，選擇自動(dòng)運(yùn)行方式，小車自動(dòng)向左運(yùn)行到A 點(diǎn)，即到達(dá)自動(dòng)控制點(diǎn)1。

程序段5：在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，小車運(yùn)行至A 點(diǎn)，自動(dòng)控制點(diǎn)1、自動(dòng)控制點(diǎn)2 發(fā)生相應(yīng)動(dòng)作，為在A 點(diǎn)計(jì)時(shí)（裝車時(shí)間）做準(zhǔn)備。

程序段6：小車運(yùn)行至A 點(diǎn)，自動(dòng)計(jì)時(shí)，時(shí)間的給定由用戶在人機(jī)交互界面輸入，通過數(shù)據(jù)塊中的“A 時(shí)間設(shè)定”變量進(jìn)入接通延時(shí)定時(shí)器，實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能。

程序段7：系統(tǒng)啟動(dòng)后，選擇自動(dòng)運(yùn)行方式，小車自動(dòng)向右運(yùn)行至B 點(diǎn)。

程序段8：在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，小車運(yùn)行至B 點(diǎn)，自動(dòng)控制點(diǎn)4、自動(dòng)控制點(diǎn)5 發(fā)生相應(yīng)動(dòng)作，為在B 點(diǎn)計(jì)時(shí)（裝車時(shí)間）做準(zhǔn)備。

程序段9：小車運(yùn)行至B 點(diǎn)，自動(dòng)計(jì)時(shí)，時(shí)間的給定由用戶在人機(jī)交互界面輸入，通過數(shù)據(jù)塊中的“B 時(shí)間設(shè)定”變量進(jìn)入接通延時(shí)定時(shí)器，實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能。[6]

程序段10：計(jì)時(shí)結(jié)束，小車自動(dòng)左行回到A 點(diǎn)。

程序段11：系統(tǒng)啟動(dòng)，選擇手動(dòng)控制，小車左行至A 點(diǎn)。

程序段12：系統(tǒng)啟動(dòng)，選擇手動(dòng)控制，小車右行至B 點(diǎn)。

程序段13：小車右行時(shí)，采用移位方法，0 位表示A 點(diǎn)，100 位表示B 點(diǎn)，在小車右行時(shí)，每次移動(dòng)10 位。[7]

程序段14：小車左行時(shí)，采用移位方法，0 位表示A 點(diǎn)，100 位表示B 點(diǎn)，在小車左行時(shí)，每次移動(dòng)10 位。

程序段15：判斷，當(dāng)小車的位移到達(dá)0 時(shí)，表示小車運(yùn)行到A 點(diǎn)。

程序段16：判斷，當(dāng)小車的位移到達(dá)100時(shí)，表示小車運(yùn)行到B 點(diǎn)。

程序段17：當(dāng)小車的位移≤0，表示小車已到達(dá)A 點(diǎn)，不再向左移動(dòng)。

程序段18：當(dāng)小車的位移≥100，表示小車已到達(dá)B 點(diǎn)，不再向左移動(dòng)。

程序段19：按下停止按鈕，系統(tǒng)停止運(yùn)行。

3 仿真測(cè)試

3.1 觸摸屏

系統(tǒng)起始界面如圖1 所示，系統(tǒng)管理界面如圖2 所示。

圖1 系統(tǒng)起始界面

圖2 系統(tǒng)管理界面

系統(tǒng)開始運(yùn)行后，在自動(dòng)控制狀態(tài)下，從A 點(diǎn)向右運(yùn)行，如圖3 所示。

圖3 自動(dòng)狀態(tài)A點(diǎn)向右運(yùn)行

小車運(yùn)行到達(dá)B 點(diǎn)后，按照設(shè)定的時(shí)間開始進(jìn)行裝載計(jì)時(shí)，如圖4 所示。

圖4 到達(dá)B點(diǎn)裝載計(jì)時(shí)

小車在手動(dòng)狀態(tài)下，向左運(yùn)行至A 點(diǎn)，如圖5 所示。小車在手動(dòng)狀態(tài)下，向右運(yùn)行至B 點(diǎn)。如圖6 所示。

圖5 手動(dòng)狀態(tài)向左運(yùn)行至A點(diǎn)

圖6 手動(dòng)狀態(tài)向右運(yùn)行至B點(diǎn)

小車在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，向左運(yùn)行，運(yùn)行至A 點(diǎn)，機(jī)械手開始裝車，實(shí)現(xiàn)部分功能，如圖7 所示。在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，小車向右運(yùn)行，到達(dá)B 點(diǎn)后，開始卸車，如圖8 所示。觸摸屏可以記錄小車的動(dòng)作歷史數(shù)據(jù)，如圖9 所示。

圖7 機(jī)械手裝車

圖8 自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)卸車

圖9 歷史數(shù)據(jù)

3.2 參數(shù)設(shè)置

1）系統(tǒng)運(yùn)行指示燈

2）自動(dòng)運(yùn)行模式

3）手動(dòng)運(yùn)行模式

4）小車右行

5）小車左行

6）標(biāo)志點(diǎn)A 點(diǎn)

7）標(biāo)志點(diǎn)B 點(diǎn)

8）開始按鈕

9）停止按鈕

10）手動(dòng)左行按鈕

11）手動(dòng)右行按鈕

12）初始化按鈕

4 結(jié)語

對(duì)于物料小車穩(wěn)定而可靠的控制是PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)正常工作的必要條件，對(duì)于整個(gè)控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集和過程監(jiān)控顯得十分重要，數(shù)據(jù)記錄便于維修人員及時(shí)的檢查。本文從系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄和用戶管理幾個(gè)方面對(duì)物料小車系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過仿真結(jié)果可知，該系統(tǒng)可以對(duì)物料小車實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制，具有高效穩(wěn)定、便于操作等優(yōu)點(diǎn)。