基于ProfiBusDP總線的轉(zhuǎn)向拉桿自動(dòng)線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

其通過Drive-CLiQ總線接口與Simanics S120。的其他模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)連接軸的運(yùn)動(dòng)控制。

4 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)按照系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可分為三部分：工程師站監(jiān)控程序設(shè)計(jì)、S7-300PLC的程序設(shè)計(jì)、Simotion運(yùn)動(dòng)控制模塊的運(yùn)動(dòng)控制程序設(shè)計(jì)。三部分程序通過ProfiBusDP總線實(shí)現(xiàn)相互之間數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線的自動(dòng)控制?？刂葡到y(tǒng)數(shù)據(jù)交換如圖3所示。

圖3控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換示意圖

4.1 工程師站監(jiān)控程序設(shè)計(jì)

人機(jī)界面監(jiān)控程序設(shè)計(jì)采用Wincc Flexible組態(tài)軟件，采用SQL-server2005 for Wincc數(shù)據(jù)庫(kù)支持整個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)處理和管理任務(wù)。在組態(tài)軟件中，完成人機(jī)界面數(shù)據(jù)和S7—300PLC中的數(shù)據(jù)地址的鏈接，在組態(tài)建立的HMI和PLC的連接中，實(shí)現(xiàn)HMI與PLC的數(shù)據(jù)傳輸，完成人機(jī)界面監(jiān)控整個(gè)自動(dòng)線的動(dòng)作狀態(tài)和伺服位置信息。監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)基于簡(jiǎn)潔，能顯示自動(dòng)線狀態(tài)，便于整個(gè)自動(dòng)線故障分析和診斷的原則，程序采用圖片監(jiān)控和VBS腳本結(jié)合的方式設(shè)計(jì)。自動(dòng)線過程監(jiān)控的四個(gè)工序車削工序、擴(kuò)孔工序、攻絲工序、切槽工序以及其他裝置的狀態(tài)都以動(dòng)態(tài)畫面顯示。主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服電機(jī)的位置狀態(tài)，各夾具狀態(tài)，輔助設(shè)備電機(jī)的起動(dòng)停止等狀態(tài)采用VBS腳本語(yǔ)言方式編程實(shí)現(xiàn)。動(dòng)態(tài)畫面的實(shí)現(xiàn)，采用了圖片屬性中的顯示屬性，利用VBS腳本程序控制顯示圖片列表中的索引，實(shí)現(xiàn)畫面的動(dòng)態(tài)以及快慢顯示。整個(gè)監(jiān)控程序的軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4監(jiān)控程序的軟件結(jié)構(gòu)示意圖

顯示動(dòng)態(tài)畫面的VBS腳本是由定時(shí)脈沖上升沿觸發(fā)執(zhí)行的。定時(shí)脈沖是由S7-300PLC提供的，通過定時(shí)調(diào)用腳本，計(jì)算整個(gè)自動(dòng)線動(dòng)作部分的狀態(tài)參數(shù)，調(diào)用圖形列表中不同索引的圖片，實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)線生產(chǎn)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)，直觀顯示。

4.2 PLC程序設(shè)計(jì)

PLC程序是基于西門子的軟件開發(fā)環(huán)境Step7設(shè)計(jì)完成的。整個(gè)PLC程序分為硬件配置，邏輯程序設(shè)計(jì)兩部分組成。配置S7-300PLC為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主站，地址設(shè)定為2，通信速率為1.5 Mbps，運(yùn)動(dòng)控制模塊，人機(jī)界面模塊，變頻器，工程師站都設(shè)定為從站，從站地址按序排列。PLC的邏輯程序設(shè)計(jì)分為：輔助設(shè)備動(dòng)作邏輯設(shè)計(jì)、系統(tǒng)通訊數(shù)據(jù)處理、通訊故障處理三部分。輔助設(shè)備動(dòng)作邏輯按照生產(chǎn)工藝要求實(shí)現(xiàn)控制。PLC的數(shù)據(jù)讀取是通過系統(tǒng)函數(shù)SFC65和SFC66來實(shí)現(xiàn)的，其代碼實(shí)現(xiàn)如下：

對(duì)于在通訊中出現(xiàn)故障時(shí)，為了避免PLC進(jìn)入stop狀態(tài)，還必須處理通訊故障模塊OB82，OB86，OBl22，保證即使網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)故障，PLC仍然處于運(yùn)行狀態(tài)。

4.3 Simotion運(yùn)動(dòng)控制程序設(shè)計(jì)

整個(gè)控制系統(tǒng)中的伺服軸和主軸都是通過simo．tion運(yùn)動(dòng)控制模塊實(shí)現(xiàn)控制的。Simotion D425模塊控制16個(gè)軸，分別是8個(gè)伺服軸和8個(gè)變頻器驅(qū)動(dòng)的主軸。Simotion運(yùn)動(dòng)控制程序是基于西門子的軟件開發(fā)環(huán)境Scout設(shè)計(jì)完成的。整個(gè)程序設(shè)計(jì)分為：硬件組態(tài)、系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)識(shí)別、軸配置、通訊數(shù)據(jù)處理以及驅(qū)動(dòng)任務(wù)方式分配。與S7-300PLC的程序設(shè)計(jì)一樣，這里也必須做系統(tǒng)的硬件組態(tài)。

數(shù)據(jù)通訊部分調(diào)用內(nèi)部發(fā)送函數(shù)_xsend，接收函數(shù)_xreeeive實(shí)現(xiàn)與S7-300PLC的數(shù)據(jù)交換。接收ProfiBus網(wǎng)絡(luò)上HMI從站上設(shè)定的伺服電機(jī)運(yùn)行位置和速度參數(shù)，主軸電機(jī)的速度參數(shù)以及運(yùn)動(dòng)控制命令信息，發(fā)送當(dāng)前伺服電機(jī)實(shí)際位置和速度，主軸速度，運(yùn)動(dòng)模塊故障狀態(tài)信息。實(shí)現(xiàn)設(shè)備和操作人員之間的數(shù)據(jù)交互。

運(yùn)動(dòng)控制流程序的設(shè)計(jì)采用運(yùn)動(dòng)流程圖結(jié)合ST文本編程的方式實(shí)現(xiàn)的。Simotion D425編程采用任務(wù)調(diào)用的方式控制軸運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)控制程序是被分配各不同類型的任務(wù)。用戶程序任務(wù)(user program tasks)分為啟動(dòng)任務(wù)StartupTask，自由運(yùn)行任務(wù)Mo．tionTasks和BackgroundTask，時(shí)間中斷任務(wù)以及同步任務(wù)。在本系統(tǒng)中，采用啟動(dòng)任務(wù)負(fù)責(zé)初始化運(yùn)動(dòng)控制的各參數(shù)，軸運(yùn)動(dòng)控制是放置在MotionTasks這級(jí)，控制命令的邏輯處理放置在BackgroundTask循環(huán)執(zhí)行任務(wù)中。伺服軸運(yùn)動(dòng)控制流程如圖5所示。

圖5伺服軸運(yùn)動(dòng)流程圖

控制命令的邏輯處理采用ST文本編程，主要處理外部控制面板上發(fā)送的控制信號(hào)，按照設(shè)計(jì)調(diào)用不同的MotionTasks，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制。其程序代碼如下所示：