基于组态王软件的小车运动控制系统设计

董海兵+姚胜兴

收稿日期：2013-05-28

基金项目：湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目（湘教通[2012]402）

作者简介：董海兵（1980—），男，湖北黄冈人，讲师，硕士，研究方向：自动控制。

通讯联系人，E-mail：cooldhb@163.com

文章编号：1003-6199（2014）03-0018-04

摘 要：运料小车在现代化的工厂中普遍存在，传统的工厂依靠人力推车运料，这样浪费了大量的人力物力，降低了生产效率。而现代工业生产中大量运用PLC控制运料小车，并结合组态软件完成数据通信、网络管理、人机界面和数据处理，实现控制系统的实时监控、数据的实时采样与处理。鉴于此，本文探讨基于西门子公司S7-300系列PLC和亚控公司组态王组态软件的小车运动控制系统的方案设计，并在实验平台上进行调试。结果表明，该系统具有快、准、稳等优点，使生产自动化，智能化，大大提高了生产效率，降低了劳动成本，在工业小车控制领域具有广泛的应用前景。

关键词：PLC；小车；组态王；控制； 调试

中图分类号：TP311.11 文献标识码：A

The Design of Control System of Car Movement Based on Kingview Software

DONG Hai-bing，YAO Sheng-xing

（Elect.& Info. Eng ， Hunan Institute of Technology ， Hengyang，Hunan 421002，China）

Abstract：Carriage is common in modern factories， plants rely on traditional human cart for material， so that waste a lot of manpower and material resources， reduce the production efficiency. The extensive use of modern industrial production car transport materials PLC control， and data communication， network management， human-machine interface and data processing by using configuration software， the real-time sampling and processing of real-time monitoring， data control system. In vi. In view of this， this paper discusses the design Siemens company S7-300 series PLC and Kingview configuration software control company car motion control system based on the scheme， and debugged on the experimental platform. The results show that， this system has the advantage of fast， accurate， stable， the production automation， intelligent， and greatly improves the production efficiency， reduce labor costs， has broad application foreground in the fields of industrial control car.

Key words：PLC； car；kingview；control；debug

1 引 言

本文是基于PLC和组态技术的小车运动控制系统设计，主要目的是通过对运料小车设备的电气控制装置的设计实践，掌握一般电气控制系统设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体设计方法。小车是现代工业生产中用于物料输送的重要设备，在传统的控制方式下，大都采用了人工操纵的半自动控制方式[1]。在许多场合，为提高工作效率、促进生产自动化和减轻劳动强度，往往需要实现小车的自动化控制，使小车能够按照预定顺序和控制要求，自动完成一系列工作[2]。

2 小车运动控制系统下位机设计

2.1 小车控制流程

小车运动控制系统有手动控制和自动控制两种方式，可任意切换选择方式运动[3]。小车控制流程如图1所示。

当执行程序满足自动运行条件时，小车实现自动运行。否则，小车按手动控制方式运行。手动运行的过程为：启动开始按钮后，小车复位至可检测位置，进入手动状态。点动“1、2、3、4”定位按钮时，小车能运动至指定位置。如：当小车停止在3号位置右侧时，点动“3”号定位按钮，小车左行至3号位置；当小车停止在3号位置左侧时，点动“3”号定位按钮，小车右行至3号位置。小车手动运行的控制流程如图2所示。

小车的自动运行过程为：小车复位至4号位置。随后小车以快速方式由4号位置运行到3号位置，接着再以快速方式由3号位置运行到4号位置；随后小车以慢速方式由4号位置运行到2号位置，接着再以慢速方式由2号位置运行到4号位置；随后小车以快速方式由4号位置运行到1号位置，接着再以快速方式由1号位置运行到4号位置。这样小车就完成了一个周期的运行，接下来小车按上述方式进行自动循环运动。小车自动运行的控制流程如图3所示[4]。

2.2 小车控制系统输入输出分析

分析小车控制系统可知，该系统的输入信号有：“1”号键值信号、“2”号键值信号、“3”号键值信号、“4”号键值信号、1号位传感器信号、2号位传感器信号、3号位传感器信号、4号位传感器信号、手动/自动模式选择开关、启动/停止选择开关；该系统的输出信号有：数码显示控制端子A、数码显示控制端子B、数码显示控制端子C、电机正转、电机反转、快速、慢速、报警等。PLC的接线图如图4所示[5，6]。

2.3 下位机控制程序设计

本文下位机采用西门子S7-300系列PLC，按照上述控制流程编写好程序后，下载到PLC中。下载程序之前，要正确建立下位机西门子S7-300PLC和上位计算机之间的通信连接。西门子S7-300系列PLC，与PC机建立通信的方式主要有两种，分别是：（1）本地DP总线通信连接，通信方式设置成PROFIBUS方式；（2）通过远程以太网的方式来建立通信，通信方式设置成TCP/IP方式。本系统采用第2种方式，通过网络下载程序[7]。

3 小车运动控制系统上位机设计

设计一套完整的监控系统，除了下位机的PLC编程以外，上位监控计算机的组态也尤为重要。对于小车而言，完整的监控系统拓扑图如图5所示[8]。

本文探讨的小车运行控制系统上位机软件中的通信建立和界面组态环境采用组态王软件平台。组态王是用于监控工控现场的一个组态软件。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点 ，用户可以在这个设计环境中来完成不同的画面设计、动画连接等工作，简单方便地组成系统监控画面，并且以动画运动的方式来显示系统控制设备的不同时期的状态，还具有报警窗口的设置和实时趋势曲线的绘制等功能[9]。

3.1 组态工程建立

在计算机桌面上双击软件图标，打开组态软件新建工程，建立小车运动控制组态控制人机界面文件。

3.2 驱动连接

添加工程中需要的硬件设备，在组态王工程浏览器树型目录中，选择设备项中的板卡，该步至关重要，是确保上位机人机界面和下位机PLC正常通信的基础。在该界面中选择正确的PLC机型，并设置好在控制程序中已经配置好的IP地址。此IP地址是PLC的IP地址，和上位机的IP地址为同一网段。

3.3 变量定义

接着建立工程的使用变量，其中变量类型和寄存器是最关键的，在组态王和PLC之间传输的变量都是I/O类型的，寄存器和数据类型要与程序中一致，否则组态王就无法和PLC建立正确的通信。

3.4 人机界面组态

变量定义完毕后进行画面的组态，在工程浏览器界面点击新画面建立，进入组态画面图形编辑界面，界面有很多工具箱方便编辑图形使用，点击界面的图库菜单，选择打开图库，则出现可以选择的图形画面，在窗口中选择你所需要的图形，双击放到画面组态窗口中，用同样的方法选择不同的图形[10]。所有窗口图形选择好后，排列好系统组态图，并将变量和控制程序中的寄存器进行关联。变量关联完成后，整个界面组态就完成了，最终的小车运动控制系统上位机监控组态画面图如图6所示。

4 小车运动控制系统调试

4.1 实物调试

下位机控制程序和上位机人机监控界面设计完成后，可在THNY-2工业全数字运动控制统实验平台上进行手动控制和自动控制的调试。THNY-2工业全数字运动控制统实验平台是由控制系统和对象模型两大部分，控制系统包含了西门子S7-Technology系列的CPU、IM174接口模块、ASi接口模块、以太网模块、LOGO！模块以及ASi接口模块、共集成了PROFIBUS总线技术、ASi总线技术以及运动工艺控制功能。各分系统独立安装于挂件箱中，模块上的IO端口均引出到面板的实验导线插口上，相关资源可以充分的利用[11]。

4.2 调试结果

利用上述实验平台，将编写好的程序下载到PLC的CPU中，借助组态王设计的人机界面即可实现对小车运行的手动控制和自动控制。在组态界面上点击相应的按钮，小车即完成相应的运行。比如在“手动”状态下，点击 “启动”按钮后，小车复位到4号位置。若再点击“键2”时，小车即向左运行到2号位置停止。

5 结 论

本文探讨了如何将组态王软件和西门子PLC 相结合起来实现一个小车运动监控系统，根据这一思路对小车的运行情况进行监视和控制。以组态王在PLC小车运行控制中的监控为设计目标，针对PLC和组态王设计的特点，分别从系统综合分析、系统板块的PLC程序设计、系统板块的组态王仿真设计以及对整个系统的调试运行等方面进行了阐述。组态王在PLC小车运行控制中的应用虽说在PLC设计方面是比较传统的领域，但是，它关系到用户运行系统的的稳定性和可靠性，所以关于它的设计准确性还是不容小视的。因此，本文对整个小车控制系统作了较深入的分析，研究了该系统所承担的运行情况以及运行要求的更改等情况，在已知运行状况下，通过采用电子驱动和控制，取缔以往的继电器、限位开关等硬件，进而提高了系统的稳定性、可操作性以及可更改性，尽量地从实用的角度出发降低运行成本，在PLC程序中做到了“精、简”要求，采用组态王进行仿真，能够真实可靠地实时监控小车运动控制系统，极大地提高了对故障的有效分析和处理。

参考文献

[1] [德] Hans Berger，西门子S7-300/400PLC编程（第三版）[M].北京：人民邮电出版社，2007.1-200.

[2] 史国生，电气可编程控制器技术（第三版） [M].北京：化学工业出版社，2010.1-200.

[3] 西门子（中国）有限公司.SEIMENS S7-300可编程控制器手册[M].2002.1-100.

[4] 贾青.工控计算机和PLC的现状及其发展.[C] 自动化博览，2000年第3期.85-88.

[5] 廖常初.PLC基础及应用（第二版）[M].机械工业出版社.1-200.

[6] 张万忠，孙晋。可编程控制器入门与应用实例[M].北京：中国电力出版社，2005：1-200.

[7] 陈立定，吴玉香.苏开才.电气控制与可编程控制器[M].广州：华南理工大学出版社，2001：1-200.

[8] 杨振江.智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用[M].西安电子科技大学出版社，2001：12.1-200.

[9] 陈在平.可编程控制器技术与应用系统设计[M].北京：机械工业出版社，2002.10.1-200.

[10]PLC在房间空调器性憾测试系挽中的应用[J].微计算机信息，2005，（2）：15-18.

[11]郭宗仁，李琰.可编程序控制器及其通信网络技术[M].北京：人民邮电出版社，2000.3.1-200.

2.2 小车控制系统输入输出分析

分析小车控制系统可知，该系统的输入信号有：“1”号键值信号、“2”号键值信号、“3”号键值信号、“4”号键值信号、1号位传感器信号、2号位传感器信号、3号位传感器信号、4号位传感器信号、手动/自动模式选择开关、启动/停止选择开关；该系统的输出信号有：数码显示控制端子A、数码显示控制端子B、数码显示控制端子C、电机正转、电机反转、快速、慢速、报警等。PLC的接线图如图4所示[5，6]。

2.3 下位机控制程序设计

本文下位机采用西门子S7-300系列PLC，按照上述控制流程编写好程序后，下载到PLC中。下载程序之前，要正确建立下位机西门子S7-300PLC和上位计算机之间的通信连接。西门子S7-300系列PLC，与PC机建立通信的方式主要有两种，分别是：（1）本地DP总线通信连接，通信方式设置成PROFIBUS方式；（2）通过远程以太网的方式来建立通信，通信方式设置成TCP/IP方式。本系统采用第2种方式，通过网络下载程序[7]。

3 小车运动控制系统上位机设计

设计一套完整的监控系统，除了下位机的PLC编程以外，上位监控计算机的组态也尤为重要。对于小车而言，完整的监控系统拓扑图如图5所示[8]。

本文探讨的小车运行控制系统上位机软件中的通信建立和界面组态环境采用组态王软件平台。组态王是用于监控工控现场的一个组态软件。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点 ，用户可以在这个设计环境中来完成不同的画面设计、动画连接等工作，简单方便地组成系统监控画面，并且以动画运动的方式来显示系统控制设备的不同时期的状态，还具有报警窗口的设置和实时趋势曲线的绘制等功能[9]。

3.1 组态工程建立

在计算机桌面上双击软件图标，打开组态软件新建工程，建立小车运动控制组态控制人机界面文件。

3.2 驱动连接

添加工程中需要的硬件设备，在组态王工程浏览器树型目录中，选择设备项中的板卡，该步至关重要，是确保上位机人机界面和下位机PLC正常通信的基础。在该界面中选择正确的PLC机型，并设置好在控制程序中已经配置好的IP地址。此IP地址是PLC的IP地址，和上位机的IP地址为同一网段。

3.3 变量定义

接着建立工程的使用变量，其中变量类型和寄存器是最关键的，在组态王和PLC之间传输的变量都是I/O类型的，寄存器和数据类型要与程序中一致，否则组态王就无法和PLC建立正确的通信。

3.4 人机界面组态

变量定义完毕后进行画面的组态，在工程浏览器界面点击新画面建立，进入组态画面图形编辑界面，界面有很多工具箱方便编辑图形使用，点击界面的图库菜单，选择打开图库，则出现可以选择的图形画面，在窗口中选择你所需要的图形，双击放到画面组态窗口中，用同样的方法选择不同的图形[10]。所有窗口图形选择好后，排列好系统组态图，并将变量和控制程序中的寄存器进行关联。变量关联完成后，整个界面组态就完成了，最终的小车运动控制系统上位机监控组态画面图如图6所示。

4 小车运动控制系统调试

4.1 实物调试

下位机控制程序和上位机人机监控界面设计完成后，可在THNY-2工业全数字运动控制统实验平台上进行手动控制和自动控制的调试。THNY-2工业全数字运动控制统实验平台是由控制系统和对象模型两大部分，控制系统包含了西门子S7-Technology系列的CPU、IM174接口模块、ASi接口模块、以太网模块、LOGO！模块以及ASi接口模块、共集成了PROFIBUS总线技术、ASi总线技术以及运动工艺控制功能。各分系统独立安装于挂件箱中，模块上的IO端口均引出到面板的实验导线插口上，相关资源可以充分的利用[11]。

4.2 调试结果

利用上述实验平台，将编写好的程序下载到PLC的CPU中，借助组态王设计的人机界面即可实现对小车运行的手动控制和自动控制。在组态界面上点击相应的按钮，小车即完成相应的运行。比如在“手动”状态下，点击 “启动”按钮后，小车复位到4号位置。若再点击“键2”时，小车即向左运行到2号位置停止。

5 结 论

本文探讨了如何将组态王软件和西门子PLC 相结合起来实现一个小车运动监控系统，根据这一思路对小车的运行情况进行监视和控制。以组态王在PLC小车运行控制中的监控为设计目标，针对PLC和组态王设计的特点，分别从系统综合分析、系统板块的PLC程序设计、系统板块的组态王仿真设计以及对整个系统的调试运行等方面进行了阐述。组态王在PLC小车运行控制中的应用虽说在PLC设计方面是比较传统的领域，但是，它关系到用户运行系统的的稳定性和可靠性，所以关于它的设计准确性还是不容小视的。因此，本文对整个小车控制系统作了较深入的分析，研究了该系统所承担的运行情况以及运行要求的更改等情况，在已知运行状况下，通过采用电子驱动和控制，取缔以往的继电器、限位开关等硬件，进而提高了系统的稳定性、可操作性以及可更改性，尽量地从实用的角度出发降低运行成本，在PLC程序中做到了“精、简”要求，采用组态王进行仿真，能够真实可靠地实时监控小车运动控制系统，极大地提高了对故障的有效分析和处理。

参考文献

[1] [德] Hans Berger，西门子S7-300/400PLC编程（第三版）[M].北京：人民邮电出版社，2007.1-200.

[2] 史国生，电气可编程控制器技术（第三版） [M].北京：化学工业出版社，2010.1-200.

[3] 西门子（中国）有限公司.SEIMENS S7-300可编程控制器手册[M].2002.1-100.

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[7] 陈立定，吴玉香.苏开才.电气控制与可编程控制器[M].广州：华南理工大学出版社，2001：1-200.

[8] 杨振江.智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用[M].西安电子科技大学出版社，2001：12.1-200.

[9] 陈在平.可编程控制器技术与应用系统设计[M].北京：机械工业出版社，2002.10.1-200.

[10]PLC在房间空调器性憾测试系挽中的应用[J].微计算机信息，2005，（2）：15-18.

[11]郭宗仁，李琰.可编程序控制器及其通信网络技术[M].北京：人民邮电出版社，2000.3.1-200.

2.2 小车控制系统输入输出分析

分析小车控制系统可知，该系统的输入信号有：“1”号键值信号、“2”号键值信号、“3”号键值信号、“4”号键值信号、1号位传感器信号、2号位传感器信号、3号位传感器信号、4号位传感器信号、手动/自动模式选择开关、启动/停止选择开关；该系统的输出信号有：数码显示控制端子A、数码显示控制端子B、数码显示控制端子C、电机正转、电机反转、快速、慢速、报警等。PLC的接线图如图4所示[5，6]。

2.3 下位机控制程序设计

本文下位机采用西门子S7-300系列PLC，按照上述控制流程编写好程序后，下载到PLC中。下载程序之前，要正确建立下位机西门子S7-300PLC和上位计算机之间的通信连接。西门子S7-300系列PLC，与PC机建立通信的方式主要有两种，分别是：（1）本地DP总线通信连接，通信方式设置成PROFIBUS方式；（2）通过远程以太网的方式来建立通信，通信方式设置成TCP/IP方式。本系统采用第2种方式，通过网络下载程序[7]。

3 小车运动控制系统上位机设计

设计一套完整的监控系统，除了下位机的PLC编程以外，上位监控计算机的组态也尤为重要。对于小车而言，完整的监控系统拓扑图如图5所示[8]。

本文探讨的小车运行控制系统上位机软件中的通信建立和界面组态环境采用组态王软件平台。组态王是用于监控工控现场的一个组态软件。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点 ，用户可以在这个设计环境中来完成不同的画面设计、动画连接等工作，简单方便地组成系统监控画面，并且以动画运动的方式来显示系统控制设备的不同时期的状态，还具有报警窗口的设置和实时趋势曲线的绘制等功能[9]。

3.1 组态工程建立

在计算机桌面上双击软件图标，打开组态软件新建工程，建立小车运动控制组态控制人机界面文件。

3.2 驱动连接

添加工程中需要的硬件设备，在组态王工程浏览器树型目录中，选择设备项中的板卡，该步至关重要，是确保上位机人机界面和下位机PLC正常通信的基础。在该界面中选择正确的PLC机型，并设置好在控制程序中已经配置好的IP地址。此IP地址是PLC的IP地址，和上位机的IP地址为同一网段。

3.3 变量定义

接着建立工程的使用变量，其中变量类型和寄存器是最关键的，在组态王和PLC之间传输的变量都是I/O类型的，寄存器和数据类型要与程序中一致，否则组态王就无法和PLC建立正确的通信。

3.4 人机界面组态

变量定义完毕后进行画面的组态，在工程浏览器界面点击新画面建立，进入组态画面图形编辑界面，界面有很多工具箱方便编辑图形使用，点击界面的图库菜单，选择打开图库，则出现可以选择的图形画面，在窗口中选择你所需要的图形，双击放到画面组态窗口中，用同样的方法选择不同的图形[10]。所有窗口图形选择好后，排列好系统组态图，并将变量和控制程序中的寄存器进行关联。变量关联完成后，整个界面组态就完成了，最终的小车运动控制系统上位机监控组态画面图如图6所示。

4 小车运动控制系统调试

4.1 实物调试

下位机控制程序和上位机人机监控界面设计完成后，可在THNY-2工业全数字运动控制统实验平台上进行手动控制和自动控制的调试。THNY-2工业全数字运动控制统实验平台是由控制系统和对象模型两大部分，控制系统包含了西门子S7-Technology系列的CPU、IM174接口模块、ASi接口模块、以太网模块、LOGO！模块以及ASi接口模块、共集成了PROFIBUS总线技术、ASi总线技术以及运动工艺控制功能。各分系统独立安装于挂件箱中，模块上的IO端口均引出到面板的实验导线插口上，相关资源可以充分的利用[11]。

4.2 调试结果

利用上述实验平台，将编写好的程序下载到PLC的CPU中，借助组态王设计的人机界面即可实现对小车运行的手动控制和自动控制。在组态界面上点击相应的按钮，小车即完成相应的运行。比如在“手动”状态下，点击 “启动”按钮后，小车复位到4号位置。若再点击“键2”时，小车即向左运行到2号位置停止。

5 结 论

本文探讨了如何将组态王软件和西门子PLC 相结合起来实现一个小车运动监控系统，根据这一思路对小车的运行情况进行监视和控制。以组态王在PLC小车运行控制中的监控为设计目标，针对PLC和组态王设计的特点，分别从系统综合分析、系统板块的PLC程序设计、系统板块的组态王仿真设计以及对整个系统的调试运行等方面进行了阐述。组态王在PLC小车运行控制中的应用虽说在PLC设计方面是比较传统的领域，但是，它关系到用户运行系统的的稳定性和可靠性，所以关于它的设计准确性还是不容小视的。因此，本文对整个小车控制系统作了较深入的分析，研究了该系统所承担的运行情况以及运行要求的更改等情况，在已知运行状况下，通过采用电子驱动和控制，取缔以往的继电器、限位开关等硬件，进而提高了系统的稳定性、可操作性以及可更改性，尽量地从实用的角度出发降低运行成本，在PLC程序中做到了“精、简”要求，采用组态王进行仿真，能够真实可靠地实时监控小车运动控制系统，极大地提高了对故障的有效分析和处理。

参考文献

[1] [德] Hans Berger，西门子S7-300/400PLC编程（第三版）[M].北京：人民邮电出版社，2007.1-200.

[2] 史国生，电气可编程控制器技术（第三版） [M].北京：化学工业出版社，2010.1-200.

[3] 西门子（中国）有限公司.SEIMENS S7-300可编程控制器手册[M].2002.1-100.

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[7] 陈立定，吴玉香.苏开才.电气控制与可编程控制器[M].广州：华南理工大学出版社，2001：1-200.

[8] 杨振江.智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用[M].西安电子科技大学出版社，2001：12.1-200.

[9] 陈在平.可编程控制器技术与应用系统设计[M].北京：机械工业出版社，2002.10.1-200.

[10]PLC在房间空调器性憾测试系挽中的应用[J].微计算机信息，2005，（2）：15-18.

[11]郭宗仁，李琰.可编程序控制器及其通信网络技术[M].北京：人民邮电出版社，2000.3.1-200.