基于PLC与组态软件自动智能化控制系统设计

基于PLC与组态软件自动智能化控制系统设计

杨丽莉 徐伟 王冰 闰少婷

黑龙江职业学院

摘要：为了提高工业生产线柔性加工智能控制水平，设计基于西门子S7-1200PLC和组态软件的工业生产线自动智能化控制系统。设计系统总体框架结构，主要包括底层软件模块、中央控制模块、上位机监控单元、人机交互控制模块等。构建工业生产线柔性加工组态软件控制网络模型，采用远程组态及通讯模块的方式，实现控制系统的总线调度。采用步进驱动和工业现场总线控制的方法实现中央控制台设计，通过交流伺服控制单元驱动工业生产线柔性加工控制系统的人机装备单元。通过PLC控制模块实现控制系统的可编程控制，硬件结构采用PLC接线方式，实现生产线自动控制和调度。系统性能测试表明，所设计控制系统的人机交互性较好，提高了工业生产线柔性加工智能控制水平。

关键词：基于PLC；组态软件；自动智能化；控制系统；设计

引言

随着智能制造和智能控制产业的发展，应用自动化控制方法实现工业生产线柔性加工智能控制已成为提高工业加工智能化水平和生产效率的重要手段。基于生产过程中生产率与柔性制约的需求，结合可编程逻辑控制组件，采用微处理器和智能运算调度方法，通过计算机集成控制，实现工业生产线柔性加工控制，从而提高生成加工品质和生产效率。因此，研究工业生产线柔性加工组态软件智能化控制系统的优化设计方法具有重要意义。

1可编程控制系统中的工控组态软件应用

1.1可编程控制系统工控组态软件的技术性原则

可编程控制系统工控组态软件在运行中实现工控组态软件的目的，是为了提高工控组态软件系统的供电可靠性，因此可编程控制系统工控组态软件的技术性原则主要有以下三点：（1）通过工控组态软件技术提高工控组态软件中电力设备的运行可靠性；（2）提高工控组态软件中通信系统的可靠性；（3）提高工控组态软件中网架的可靠性。由于可编程控制系统中工控组态软件所建设的区域较为广泛，因此工控组态软件在建设中需要实现危险分散、功能分散的特点，在工控组态软件设备中通过应用工控组态软件系统，就可以在第一时间解决可编程控制系统在运行中出现的故障，进而提高可编程控制系统的安全性能。同时通过了PLC控制技术中的SCAAD功能，还可以赋予工控组态软件系统具备完善的通信、实时监测、控制调节管理、事件记录等相应模块化功能。

1.2电动自行车智能充电系统人机交互设计主要包含移动支付/投币支付主显示界面、传感器刻度、报警设置、曲线显示、故障诊断、用户登录等操作界面。人机交互设计选用组态软件嵌入版MCGS软件进行设计，通过工具箱中的图形、标准按钮、文本标签、输入框等来实现HMI人机交互的开发。采用实时数据库中设置的数据对象与数据采集模块PLC控制器设置的变量逐一对照，从而实现人机交互。

2控制系统的整体架构设计及开发组件描述

2.1控制系统的整体架构设计

为了实现基于PLC与组态软件的自动智能化控制系统设计，首先需要构建工业生产线柔性加工智能化控制系统的总体结构模型。结合复位控制和网络功能组网控制技术，建立工业生产线柔性加工组态软件智能化控制的CAN总线结构。系统底层模块单元通过对电压和电流信息的采集实现交直流转换的电源模块，并且通过智能控制系统电计量芯片设计及温度检测模块设计的方式实现控制。系统的硬件模块包括自动传输站、立体仓库站、三坐标测量站、加工站、分拣站等，采用PLC控制模块作为主控单元。在中央控制台模块中，采用上位机通信模块作为监控模块，在HMI人机交互界面中实现系统运行的交互控制。通过通讯扩展模块设计，引入现场通信电缆，得到系统整体构架。框图如图1。

图1 系统框图

2.2液体混合控制教学项目的需求

在系统画面中做出两种液体混合的系统图。A液体与B液体的数值可在0～99进行设置。液体总量为A与B液体的总和，为计算结果。通过人机界面HMI可对模拟液体混合实现手动和自动控制。手动控制时，按下A阀就进A液体，松开就停止；B阀与出料阀类似。设定A液体设定值、B液体设定值，若容器为空，可进行自动控制。如A液体设定值为15，B液体设定值为27，切换到自动控制时则先打开A阀进A液体到15停止，再接着进27的B液体,当容器中总液体数量达到42时，B液体停止流入，打开出料阀开始流出到空后再循环。容器中的液体可动画显示，并通过棒图刻度标记当前数值。仿真界面如图2。

图2  仿真界面

3工控组态软件PLC虚拟实验系统的影响因素

3.1可编程的办公室自动化软件是其重要组成部分，系统在运行过程中具有更大的优势。同时，在实践中也发展了PLC虚拟实验系统的自动化。性能较好，便于人员的自动化管理，抗干扰能力强，满足要求。它关系到PLC虚拟实验系统的自动化开发和工业生产。结合工程控制自动化和PLC虚拟实验系统的发展，可以实现工业生产中更复杂的智能操作，完成工业生产中的相关过程。在模块化编程过程中，编程所需的软件简单易用。另外，组织软件的良好适应性主要体现在硬件的标准仿真操作上，将系统开发与PLC虚拟实验系统的自动化相结合，实现了PLC虚拟实验系统的自动化开发。客户可根据生产需要定制不同强度的功能模块。传统的办公自动化软件可以改变工业生产中存在的继电系统故障，降低系统故障率，使PLC虚拟实验系统的自动化开发在实际应用中更加可靠。此外，将工程控制的发展与PLC虚拟实验系统的自动化相结合，还可以建立模块化的自动检测模块和自诊断功能模块，实现对系统故障的监测和故障位置的自动检测。方便操作员快速排除故障。

3.2在系统框架结构的支持下，构建工业生产线柔性加工智能化控制系统的总体结构模型。结合复位控制和网络功能组网控制技术，建立工业生产线柔性加工组态软件智能化控制的CAN总线结构。在系统组件开发中，采用PC上位机作为CNC加工控制的支持端，实现对智能化控制系统的组态软件开发设计。分析可知，该控制方法提高了控制指令传输能力，降低了时间开销。流程图如图3。

图3  系统流程图

4智能化技术用于电气自动化控制系统的重大价值

4.1有利于提高系统控制精度

传统电气自控系统无法在电气设备信息庞大化、非线性参数变化的情况下建立有效的被控对象动态方程，其执行单元只是机械地执行系统指令，容易造成控制误差，危及电气自动设备的安全。智能化技术以大数据挖掘技术、云计算等为依托，运用实时控制算法，可以建立精细的被控对象模型，全面掌控各电气设备的动态状况，并及时提出最优方案，从而有效降低运算误差，确保电气设备处于最佳运行状态。

4.2有助于提升系统控制时效

智能化电气自动控制系统主要以计算机及智能电气设备为主，智能算法下系统向各功能部件发出准确指令，同时全程监督、反馈运行动态信息并对常规错误进行自主调整处理，相比传统自动系统其在运行期间对人工依赖性更低，执行系统指令的响应速度更快，效率更高，信息延迟更低。

结语

PLC虚拟实验系统自动化发展系统结合工控组态软件开展工作，会对原有的电网系统产生一定的影响，因此相关部门需要做好工控组态软件在应用中的准备工作，为PLC虚拟实验系统自动化发展调试系统的运行打好基础。通过工控组态软件的应用可以将大数据技术与传统的电网功能相结合，全面提升电网的运行效率，值得在我国PLC虚拟实验系统自动化发展开发中推广并使用

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