自动缓冲库的上位组态设计

梁 征

（天津市第一轻工业学校，天津 300232）

当前，社会和工业领域都进入了全面发展时期，而可编程序控制器（简称PLC），是现代工业自动化的三大支柱之首，它的发展迅速，应用极为广泛。它是一种采用可编程的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入输出量完成确定的一些功能，实现多种类型生产环节的自动化设备。

一、PLC与组态软件

（一）PLCPLC

本文将把PLC与组态软件进行有机结合，叙述了电气控制系统的设计方法。PlC本身具有很多优势，它既是计算机技术和通信技术的载体，又是模块化设计的突出代表。它本身是一种非常普遍的工业自动化装置，作为可编辑逻辑控制器，是工业控制的核心部分，在世界各地各行业得到广泛应用。在工业自动化产业链里，PLC的地位举足轻重不可或缺。由于工业实际中的控制单元具有质量大、空间占用大、维护成本高昂、设备单价较高等具体问题，仿真和调试都比较困难，并且如果实验配套了减配的相关器材和设备，也会因为种类不够，以及设备的易损性而难以满足实验和设计的要求。这给学习PLC的读者带来了一定的困难，而可编程控制器的应用技术实践性非常强，进行实际操作是掌握技术的根本途径，只有通过工程实践的实际操作，学习者才可以掌握PLC的外部接线和程序编辑以及联网调试等应用。

（二）组态软件

（1）组态软件的现状

组态软件的发展与成长和网络技术的发展密不可分。工业控制组态软件是一种可以从PLC、回路调节器等模块中采集数据以确保时效性，执行相关指令并完成对系统的监视以确保其正常运行的程序。该程序可以根据视窗操作系统的图形编辑方面的能力，利用提前设置好的图案展示目前系统的实时状态，完成相关的控制并有效完成对系统状态的监控，具有远程监控、数据采集、数据分析、过程控制等强大功能，较大幅度地提升软件的可靠性及开发效率的同时，在工业监控方面也提供了十分便利的技术支持和开发平台，故该软件能够在工业控制领域得到很大的推广，在自动化系统中占据主力军的位置，逐渐成为工业自动化系统中的灵魂。目前世界上的组态软件有几十种之多，但在我国近几年才刚刚走向市场，其发展前景相当广阔。北京亚控科技发展有限公司开发的KingView6.5(组态王6.5)正是该类型自动化设备的主流监控和控制软件之一。

（2）本文应用的组态软件

本文介绍的软件可以运行在Win98及以上视窗操作系统当中的中文编辑界面组态软件，可以让PLC、能仪表、智能模块、变频器和板卡的驱程能够简洁地规划出符合工况的工控软件。该软件还支持与其他计算机应用程序(如Excel、VB)进行相应的数据共享和功能交换，故而能够方便地列出各种表格(包括日报表、月报表、班级报表等)。另外，该软件是可以实现组网功能的，通过通信协议能够与多个远程节点进行信息共享。

本文一方面介绍了组态监控软件，以便把这一技术应用到以后的科研项目开发中去；另一方面把组态软件应用到PLC的教学中，讨论了组态软件的监控（控制）能力与PLC电气控制联合使用的途径[1]。

二、该系统当中使用到的硬件和软件

利用组态软件全真模拟PLC的控制对象，学习者不需要实物而通过微机的显示器就可检验所编程序的正确与否和执行结果，这种新的实验教学方式能让学习者更加方便[2]。从教学意义上来说，实现了被控对象的仿真，既可以避免真实被控对象的局限性，又可以降低成本，使仿真目标多元化，以此来扩展课堂的实验内容，提升学生的综合实操水平，丰富学生的工程实践经验，达到全方位教学的目的。

（一）硬件

（1）自动缓冲库的总体组成

自动缓冲库是由三个缓冲仓库、两条传送带、运动机械及电气控制等组成。

（2）机械部分

机械部分主要是由5个电机通过皮带、链条拖动。

（3）PLC

本文将介绍以日本松下公司生产的传感器、PLC（可编程序控制器）以及电磁阀等器件组成电气控制部分。日本松下公司使用传感器来进行数字量和模拟量信号的采集工作，利用PLC来实现编程工作，并且让同步电机与直流电机能进行一些复杂的位置控制和时间顺序上的逻辑控制等一系列功能。

多台可编程序器联网控制的数学模型，在通信协议方面则可利用速度较低的工业以太网来实现，而在用来监控的上位机层面，完全可以优化多台模型PLC；该系统可以类比于实际监控工业现场情况的设备，它是囊括了检测监控技术、PLC电气控制技术、工业化局域网技术的高度仿真实物数学模型。

（4）系统硬件的运行

要给系统上电，PLC（松下生产的可编程序控制器）会率先将进料传送带进行启动，然后由相应位置的传感器检测物料情况，倘若没有检测到物体，传送带运转一个周期，然后将自动停止该传送带的等待上料步骤；如果传感器检测到物料，则继续传递信息至PLC，继续完成传送带的运转；1#传感器检测到物体，并且该物体是1#库内的物料，则送料传送带会自动停止，同一时间1#库进料气缸开始装载该物料。如果不是1#库内的物料，则1#传感器没有动作，进料传送带则继续送料，当到达2#传感器时，2#传感器开始检测，如果检测到物料为2#库的物料时，传感器反馈信号送到PLC上，由PLC控制使送料传送带停止，同时2#库进料汽缸动作装载该物料。如果不是2#库的物料时，2#传感器不动作，进料传送带继续向前送料，当到达3#传感器时，3#传感器开始检测，如果检测到物料为3#库的物料时，传感器反馈信号送到PLC上，由PLC控制使送料传送带停止，同时3#库进料汽缸动作装载该物料。分拣装载任务完成。根据需要，操作员在上位机上选择该物料，PLC会根据上位机的指令控制物料库将该物料自动放到对应的出料口，然后出料汽缸会将该物料放到出料传送带上送出。

（二）软件

前面介绍了本文当中应用到的硬件（包括PLC），那么本文中提到的组态又有什么具体含义呢？它在工业当中又处于怎样的地位呢？在工业现场当中，组态是利用软件实现界面控制的有效途径；它是利用应用软件当中的方法和工具来实现工程实践当中某一具体操作任务并实时反馈到可视界面的过程。

（1）组态软件的优势

在组态软件及相关技术尚未诞生时，要实现对工业现场的上位机监控及远程操作都是通过计算机编写程序来实现的。在程序的编写方面，需要投入大量的人力、物力以及时间成本，还要克服程序漏洞的因素。而随着组态软件的出现，大大缩短了该工程的时间，也节省了人力和物资成本。

组态是一款专业性较强的软件，各种组态软件都有自己针对的领域。组态的概念最早出现在工业计算机控制中，能够完成人机交互界面生成软件就叫工控组态软件。

与传统的监控界面相比较，组态并不需要专门的程序编辑作为监控和远程控制的支撑，这样就大大拓展了该软件的应用范畴，也让更多人可以迅速掌握该软件的使用。然而，一些特殊工业现场需要的灵活性不局限于已有的情况，需要进行简单的程序编辑，组态内也支持相应的编译方法，如VB、BASIC等编程语言，都能够被组态所识别。

（2）本文涉及的组态软件的特点

本文涉及的软件是我国自行研发的组态软件，该软件已经较为普遍地应用在工业自动化控制的各个场所当中。该软件可以在主流的微型计算机上构建工业现场情况，并且是以人机交互界面展现监控和远程控制的软件，它以视窗操作系统的中文版为操作平台，能够利用视窗操作系统的强大功能及图形界面优良的特点，能够建立自己的数据采集数学模型并加以应用，并且能够将现场采集到的信息准确、实时地传送到相应的控制单元（相应的按钮符号），实现了对工业现场的实时监控和及时干预。该软件可以与多种智能及自动化设备进行实时有效的通信，读取和发送数据及指令；还可以和可编程序控制器联机通信：读取输入状态并发送控制指令；可以完成故障查询、报警和打印等命令和要求；组态可以组成优质画面，同时真实地反映现场状态；工程设定及配方输入多样，适应工况能力较强；可以根据现场需求来让不同职权范围的员工完成自己相应权限内的操作。

三、该组态软件在自动缓冲库系统当中的具体应用

该软件被用在自动缓冲库中的控制当中。

（一）界面画面的制作

用组态王绘制出如图1。需要注意，在绘制过程当中，要合理掌握颜色和间距，确保操作人员能直观准确地对系统内的情况进行观察和分析。

2014—2017年，胶东地区持续干旱，降水量较常年偏少30%以上，治理区周边多处水井干涸。但治理区内所施工水井因构造导水作用和充足的蓄水空间保障，在农灌抗旱过程中为当地村民提供了持续可靠的稳定水源，使周边近6.67hm2农田得到有效灌溉。

图1 自动缓冲库的组态监控界面

（二）变量的定义

这是组态王的工程浏览器窗口如图2所示。左边是工程目录区，右边是目录内容显示区。定义变量时，点击左边是工程目录区的数据词典，右边就会相应地出来定义变量。

图2 工程浏览器

如上图2双击右边的新建，就会出现下图3。

图3 定义变量

本系统的变量如下表所示。

变量定义表

变量名WL16 WL17 WL18 WL19 WL20 WL21 WL22 WL23 WL24 y Y1 Y2 Y3 Y4 Y5变量类型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整型连接设备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

图3是对WL16变量的定义。变量名是唯一标识一个应用程序中数据变量的名字。连接设备采用的是松下FP系列PLC。寄存器为L16，要和PLC对应，才能和PLC通信上。其他变量也是根据不同的需要来定义的。

（三）动画的连接

图4 动画连接

用鼠标左键双击物料的显示图标，出现如图4所示的图表，那么需要设置的则是弹起和隐含时需要选择的选项。

隐含的选项是为了反映物料的具体情况，弹起则是对应此刻有物料在传感器所检测位置的情况，使其能够进行手动出料的动作。隐含和弹起时两个选项的设置如图5和图6所示。

图5 隐含选项的设置

图6 弹起时选项的设置

其他物料的设置如图6所示，只是所对应的参数有些改变而已。组态的监控设置到此设置完毕。

（四）组态软件的运行

完成上述三个步骤后，组态软件的实时数据采集即可完成，只要打开上位机并用鼠标左键双击组态软件图标，使其运行，即可完成对系统的远程控制和自动化控制。

四、结语

自动缓冲库的上位组态设计是组态与可编程序控制器结合的典型案例，该案例为国产组态软件的推广以及工业现场的自动控制和远程控制提供了良好的范例，能够为我国工业现代化的道路探索以及后续的智能化工业建设作出建设性的探索。笔者期望能够有更多更好的自动化控制范例应用到我国的工业生产实际中去，让我国的工业化、现代化建设更上一个台阶。