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1、基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) Software Design of Train Operation Control System Based on PLC 基于基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 摘 要 本課題以火車(chē)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為被控對(duì)象，構(gòu)建基于 PLC 的 DeviceNet 遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。首先，根據(jù)火車(chē)運(yùn)行策略的具體要求，設(shè)計(jì)基于 CQM1 型 PLC 的 火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)，通過(guò)電路設(shè)計(jì)及軟件編程、調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了對(duì)兩輛火車(chē)模型停車(chē)避 讓、進(jìn)出站選擇等運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控；其次，通過(guò)研究 DeviceNe

2、t 現(xiàn)場(chǎng)總線，建立以 CS1 型 PLC 為主站的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，并利用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。經(jīng)調(diào)試運(yùn) 行，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)通過(guò) CS1 主站對(duì) CQM1 從站火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。 關(guān)鍵詞 可編程序控制器；實(shí)時(shí)監(jiān)控；組態(tài) Software Design of Train Operation Control System Based on PLC 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) Automation Major YAN Liang Abstract: This topic, which takes the experimental platform of train run

3、ning as controlled object, constructs the DeviceNet Remote real-time supervisory system based on PLC. According to the requirements of trains operation strategy, the design forms a train operation control system based on CQM1 PLC. By circuit designing, programming and debugging, this system achieved

4、 real-time monitoring for the running state of two trains preventing collision and route choice, etc; and then, through studying the DeviceNet, network monitoring system of host station based on CS1 PLC is established, and the supervision system is developed by the configuration software. After debu

5、gging, the design fulfills the Remote real-time supervisory system CS1 host station to the CQM1 slave station. Key words: programmable logic controller; real-time monitor; configuration 目目 錄錄 1 引言.1 1.1 概述 1 1.2 可編程控制器簡(jiǎn)要概述 1 1.3 PLC 在工業(yè)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用.2 1.4 本課題主要研究?jī)?nèi)容 2 1.5 本課題的意義 3 2 火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì).3 2.1 火車(chē)模

6、型平臺(tái)概述 3 2.2 控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 4 2.3 控制系統(tǒng)主要元器件選型 5 3 基于 CQM1 型 PLC 火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)6 3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6 3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 7 3.3 基于 CQM1 型 PLC 的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)13 4 DEVICENET 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)18 4.1 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概述 18 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)概述 18 4.3 網(wǎng)絡(luò)配置 19 4.4 遠(yuǎn)程 I/O 通信.20 4.5 網(wǎng)絡(luò)測(cè)試 21 4.6 基于 DEVICENET 網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)22 結(jié)束語(yǔ).25 參考文獻(xiàn).26 致謝.36 基于 PLC 的火

7、車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 1 1 引言 1.1 概述 隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，自動(dòng)化控制技術(shù)己滲透到各個(gè)領(lǐng)域，同時(shí)，由于計(jì)算機(jī) 科學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用軟件的飛速發(fā)展，對(duì)被控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，已由最初的儀器儀表顯示 狀況，發(fā)展到現(xiàn)代在 PC 機(jī)中配以生動(dòng)的界面來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，有的監(jiān)控界面，甚至能 夠模擬被控對(duì)象的具體過(guò)程來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。操作界面不僅方便、美觀，而且生動(dòng)、 及時(shí)、準(zhǔn)確。 控制技術(shù)的發(fā)展提高了生產(chǎn)自動(dòng)化的程度，設(shè)備和系統(tǒng)的控制，需要較大的空間 分布，控制系統(tǒng)的這種發(fā)展要求可編程控制器(PLC)具有分散控制的功能，因此遠(yuǎn)程連 接和通信功能成為 PLC 的基本性能之一。PLC 及其網(wǎng)絡(luò)被公認(rèn)為現(xiàn)代工業(yè)

8、自動(dòng)化三大 支柱(PLC、機(jī)器人、CAD/CAM)之一，對(duì) PLC 及其網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行理論上的研究和實(shí)踐中的 應(yīng)用是科技發(fā)展的迫切需要。 1.2 可編程控制器簡(jiǎn)要概述 PLC(Programmable Logic Controller)，是可編程邏輯控制器的縮寫(xiě)。它是一種以微 處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電器控制技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展 起來(lái)的一種新型、通用的自動(dòng)控制裝置，具有如下特點(diǎn)： (1) 高可靠性：如歐姆龍、西門(mén)子、三菱的 PLC 產(chǎn)品，平均無(wú)故障時(shí)間大大超出 IEC 規(guī)定的 10 萬(wàn)小時(shí)，并可采用多機(jī)冗余系統(tǒng)，進(jìn)一步提高可靠性。 (2) 編程方便、易于使用：梯形圖語(yǔ)言、SFC

9、、功能塊等多種編程語(yǔ)言和方式，直 觀易懂，易于上手。 (3) 控制功能極強(qiáng)：除基本的邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等功能外，還可實(shí) 現(xiàn)點(diǎn)位控制、PID 控制、過(guò)程控制、數(shù)字控制等功能，還可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。 (4) 擴(kuò)展與外部連接極為方便：各個(gè)受控設(shè)備可通過(guò) PLC 網(wǎng)絡(luò)模塊連接在一起， 實(shí)現(xiàn)有效信息資源的共享于交換。 在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，可編程邏輯控制器起著核心作用。可編程邏輯控制器于 1969 年在美國(guó)面世，經(jīng)過(guò) 30 多年的發(fā)展，已成為現(xiàn)在最重要、最可靠、應(yīng)用場(chǎng)合最廣 泛的工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)。 PLC 的 CPU 是以分時(shí)操作的方式處理各項(xiàng)任務(wù)的。由于運(yùn)算速度高，從 PLC 的 外部輸人、輸

10、出關(guān)系來(lái)看，處理過(guò)程幾乎是瞬時(shí)完成的。PLC 的用戶(hù)程序由若干條指 令組成，指令在存儲(chǔ)器中按步序號(hào)順序排列。用戶(hù)程序采取掃描工作方式運(yùn)行，在沒(méi) 有跳轉(zhuǎn)指令的情況下，CPU 從第一條指令開(kāi)始，順序逐條執(zhí)行用戶(hù)程序，直到用戶(hù)程 序結(jié)束，然后，程序返回第一條指令開(kāi)始新的一輪掃描。PLC 就是這樣周而復(fù)始重復(fù) 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 2 上訴的掃描循環(huán)，達(dá)到實(shí)時(shí)控制的目的。 1.3 PLC 在工業(yè)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 PLC 發(fā)展至今，已有 30 余年的歷史，隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的 發(fā)展，工業(yè)控制領(lǐng)域已有翻天覆地的變化，PLC 亦在不斷的發(fā)展變化之中，以其結(jié)構(gòu) 緊湊、可靠

11、性高、功能強(qiáng)、速度快、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)獲得廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為工業(yè)控制 系統(tǒng)的主流。 在全球工業(yè)計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域，圍繞開(kāi)放與再開(kāi)放過(guò)程控制系統(tǒng)、開(kāi)放式過(guò)程控制 軟件、開(kāi)放性數(shù)據(jù)通信協(xié)議，已經(jīng)發(fā)生巨大變革，幾乎到處都有 PLC，但隨著軟 PLC（SoftPLC）控制組態(tài)軟件技術(shù)的誕生與進(jìn)一步完善和發(fā)展，安裝有 SoftPLC 組態(tài) 軟件和基于工業(yè) PC 控制系統(tǒng)的市場(chǎng)份額正在逐步得到增長(zhǎng)，PLC 市場(chǎng)也面臨著較大 的沖擊。面對(duì)這些事實(shí)， PLC 技術(shù)也是在不斷的更新和完善自己，使其在開(kāi)放式通信 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和開(kāi)放式的編程組態(tài)工具軟件方面得到了突破，將其融入更加開(kāi)放的工業(yè)控 制行業(yè)。 同時(shí)也應(yīng)該清楚的認(rèn)識(shí)到，

12、我國(guó)的工業(yè)發(fā)展及自動(dòng)化應(yīng)用水平與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相 比有幾十年的滯后，工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化程度普遍較低，PLC 產(chǎn)品仍有很大的應(yīng)用空間， 如機(jī)械行業(yè) 80%以上的設(shè)備仍采用傳統(tǒng)的繼電器和接觸器進(jìn)行控制，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的 快速增長(zhǎng)，中國(guó)的 PLC 市場(chǎng)仍然將保持高速的增長(zhǎng)勢(shì)頭。因此，PLC 在我國(guó)的應(yīng)用潛 力遠(yuǎn)沒(méi)有得到充分發(fā)揮。 1.4 本課題主要研究?jī)?nèi)容 PLC 作為工業(yè)控制領(lǐng)域中的核心器件，其不斷地采用新技術(shù)以及增強(qiáng)系統(tǒng)的開(kāi)放 性，除傳統(tǒng)的硬 PLC 外，還融入控制組態(tài)軟件之中，使其在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用范 圍不斷擴(kuò)大。 分析國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，同時(shí)結(jié)合我校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件，設(shè)計(jì)了基于 CQM1 型

13、 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由 CS1G-CPU42 型 PLC 作為網(wǎng)絡(luò)主站核 心控制器，CQM1-CPU21 型 PLC 以及兩塊遠(yuǎn)程終端 I/O 模塊作為從站，火車(chē)運(yùn)行系統(tǒng) 可以通過(guò) DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控車(chē)輛運(yùn)行情況。采用兩臺(tái) PC 機(jī)作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用 ForceControl 組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)上位機(jī)監(jiān)控界面，分別對(duì)火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 具體設(shè)計(jì)安排如下： (1) 簡(jiǎn)單介紹當(dāng)前 PLC 領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r和我國(guó)目前面臨問(wèn)題，以及該領(lǐng)域未來(lái)的 發(fā)展前景，同時(shí)提出本次研究設(shè)計(jì)的內(nèi)容和意義。 (2) 簡(jiǎn)要介紹火車(chē)模型運(yùn)行控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案和系統(tǒng)硬件選型。 (3) 詳細(xì)

14、介紹基于 CQM1 型 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，包括系統(tǒng)硬件 介紹、軟件設(shè)計(jì)和基于 CQM1 型 PLC 的上位機(jī)組態(tài)過(guò)程。 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 3 (4) 組建 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)，并開(kāi)發(fā)基于 CS1G 型 PLC 的上位機(jī)監(jiān)控界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)火 車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。 (5) 分析整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題及其需要進(jìn)一步深入研究設(shè)計(jì)的內(nèi)容。 1.5 本課題的意義 研究了 DeviceNet 的組網(wǎng)原理和方法及其應(yīng)用特點(diǎn)，并將其應(yīng)用于火車(chē)模型運(yùn)行 控制系統(tǒng)中，存在以下幾點(diǎn)意義： (1) 構(gòu)建 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)，并且利用上位機(jī)和 PLC 共

15、同對(duì)被控對(duì)象實(shí)時(shí)監(jiān)控，增 強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。 (2) 本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用于我國(guó)目前的自動(dòng)化工程等改造項(xiàng)目中去，可 行性和可移植性強(qiáng)。 (3) 對(duì)現(xiàn)有火車(chē)模型控制系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)，可以為廣大從事該類(lèi)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的廣 大工程技術(shù)人員提供的一定借鑒。 2 火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 2.1 火車(chē)模型平臺(tái)概述 “車(chē)輛運(yùn)行控制策略”實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，建立在一個(gè) 2.5 米長(zhǎng)，1.26 米寬的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，該 實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，它主要由 6 個(gè)手/電動(dòng)岔道；2 臺(tái)機(jī)車(chē)， 2 個(gè)站臺(tái)，2 個(gè)紅、綠、黃信號(hào)燈 以及三段分段供電的軌道和沿途共設(shè)置的 22 個(gè)紅外信號(hào)傳感器所組成的一個(gè)軌道車(chē)輛 運(yùn)行系統(tǒng)，如圖 1 所示。

16、圖 1 車(chē)輛運(yùn)行控制策略實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 列車(chē)在軌道上的運(yùn)行速度和運(yùn)行方向，可通過(guò)調(diào)節(jié)軌道電壓的大小和方向進(jìn)行控 制，其運(yùn)行路線通過(guò)改變電動(dòng)/手動(dòng)道岔的位置來(lái)改變，整個(gè)模型可結(jié)合相應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn) 換電路和控制電路構(gòu)建一個(gè)模擬的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)被控對(duì)象，利用 PLC 和上位機(jī)對(duì)其進(jìn)行實(shí) 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4 時(shí)監(jiān)控。 2.2 控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次需要完成兩項(xiàng)任務(wù)，第一，設(shè)計(jì)基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系 統(tǒng)，達(dá)到對(duì)模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制的目的；第二，構(gòu)建 CompoBus/D（DeviceNet）網(wǎng)絡(luò)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)多被控對(duì)象的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，為下一步構(gòu)建更高級(jí)的控制網(wǎng)絡(luò)打下基

17、 礎(chǔ)。 整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖 2 所示。 CS1 上位機(jī)-A DRT1 -OD16 DRT1 -ID16 CQM1 上位機(jī)-B C Co om mp po oB Bu us s/D 網(wǎng)絡(luò)層 火火車(chē)車(chē)模模型型控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)運(yùn)運(yùn)行行平平臺(tái)臺(tái) 圖 2 整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2.2.1 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 利用 PLC 可以構(gòu)成多種控制系統(tǒng):單機(jī)控制系統(tǒng)，集中控制系統(tǒng)，分散型控制系統(tǒng) 和遠(yuǎn)程 I/O 控制系統(tǒng)。由于設(shè)計(jì)所選被控對(duì)象較多，有位置檢測(cè)、軌道電壓控制、軌 道電壓方向控制、岔道控制、蜂鳴器控制等，被控對(duì)象比較集中，且相互之間的動(dòng)作 有一定的聯(lián)系，因此選用集中控制方案對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制

18、。集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 3 所 示。 控制器 傳感器被控對(duì)象被控對(duì)象 ABC 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路驅(qū)動(dòng)電路 圖 3 集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在此控制系統(tǒng)中，部分信號(hào)要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路才能與可編程控制器指定 I/O 相連接， 因此，對(duì)不同對(duì)象的檢測(cè)和控制，需要根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)置專(zhuān)門(mén)的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 5 PLC 作為一種控制設(shè)備，用它單獨(dú)構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)是有局限性的，主要是無(wú)法 進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算，無(wú)法顯示各種實(shí)時(shí)圖形和保存大量歷史數(shù)據(jù)，也不能顯示漢字和良好 的人機(jī)交互界面。在此，選用上位機(jī)完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的存貯、處理與輸出，以圖形形式 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬顯示、分析限值及其報(bào)警信息，

19、實(shí)現(xiàn)對(duì)被控系統(tǒng)的實(shí)施監(jiān)控。基 于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖 4 所示。 CQM1 火火車(chē)車(chē)模模型型控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)運(yùn)運(yùn)行行平平臺(tái)臺(tái) 上位機(jī)-B 圖 4 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng) 2.2.2 CompoBus/D(DeviceNet)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方案 CompoBus/D 是一種多供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)，含有多位控制和信息系統(tǒng),符合開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng) DeviceNet 規(guī)范。將 CompoBus/D 主單元與網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn) PLC 與網(wǎng)絡(luò)上的 從站之間的遠(yuǎn)程 I/O 通信。這種遠(yuǎn)程 I/O 通信能夠使用大容量的 I/O 和用戶(hù)的地址分配。 它將控制和數(shù)據(jù)融合在一起，并且遵循 DeviceN

20、et 開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)所存在的 問(wèn)題。 本次設(shè)計(jì)首先構(gòu)建了基于火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的 DeviceNet 實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)如 圖 5 所示。 CS1 上位機(jī)-A DRT1- OD16 DRT1- ID16 CQM1 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)層 上位機(jī)-B 圖 5 基于火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的 DeviceNet 實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，上位機(jī)用來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的修改與設(shè)定、自動(dòng)控制、在線監(jiān)視、 傳送信息等工作。上位機(jī)-B 機(jī)通過(guò)串行口與 CQM1 型 PLC 相連，進(jìn)行相互通信，共 同對(duì)模擬的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控；上位機(jī)-A 通過(guò)串口與 CS1 型 PLC 相連，由于 CS1 型 PL

21、C 與 CQM1 型 PLC 以及遠(yuǎn)程 I/O 模塊之間通過(guò)主從站的通訊單元可以進(jìn)行大 量的數(shù)據(jù)傳送，上位機(jī)-A 可以通過(guò)對(duì) CS1 型 PLC 的讀寫(xiě)操作達(dá)到遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控的目 的。 2.3 控制系統(tǒng)主要元器件選型 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 6 根據(jù)火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)，系統(tǒng)主要由兩臺(tái) PC、兩臺(tái) PLC、數(shù)字量 I/O 模塊、模擬量輸出模塊和構(gòu)建 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)所需的通訊模塊等組成。 （1）上位機(jī)：本次設(shè)計(jì)，均選擇個(gè)人計(jì)算機(jī)作為工控機(jī)來(lái)應(yīng)用，配置可滿(mǎn)足設(shè)計(jì) 要求，在實(shí)際的工業(yè)控制中，可根據(jù)合理設(shè)計(jì)的原則選擇相應(yīng)的工控機(jī)。 （2）通過(guò)對(duì)控制對(duì)象和控制任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)

22、計(jì)和分析，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備，確定 系統(tǒng)的規(guī)模、機(jī)型及配值情況如下： 主站:主單元選用 CS1G-CPU42 型 PLC，主站通信單元選用 C200HW-DRM21-V1 模塊。 從站：CQM1 單元選用 DRT21 從站模塊；遠(yuǎn)程 I/O 終端單元 DRT1-OD16 和 DRT1-ID16。 I/O 單元模塊：ID211 模塊，8 路開(kāi)關(guān)量輸入；OC221 模塊,8 路開(kāi)關(guān)量輸出； OC222 模塊，16 路開(kāi)關(guān)量輸出；DA021 模塊，模擬量輸出單元，提供輸出電流信號(hào)范 圍 0 到 20mA，電壓范圍-10V 到 10V。 3 基于 CQM1 型 PLC 火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 通過(guò)第

23、2 節(jié)的介紹，已經(jīng)對(duì)該系統(tǒng)有了一定得認(rèn)識(shí)，本節(jié)將簡(jiǎn)要介紹一下火車(chē)模 型控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和 I/O 分配情況，主要介紹系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和上位機(jī)組態(tài)的過(guò) 程。 3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 基于 CQM1 型 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)，硬件部分主要由電源、控制電路，信號(hào) 轉(zhuǎn)換電路和火車(chē)模型運(yùn)行實(shí)驗(yàn)平臺(tái)四部分組成。 3.1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖 6 所示，各部分電源分別供電，防止相互之間的干擾，PLC 單 元包括開(kāi)關(guān)量輸入輸出單元和模擬量輸出單元，中間電路部分包括信號(hào)電路和控制電 路，系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的傳感器信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)控火車(chē)模型運(yùn)行情況。 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 7 P

24、L C 單 元 光電傳感器 軌道電壓大小 控 制 電 路 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路 軌道電壓方向 岔道方向控制 蜂鳴器 信號(hào)燈指示 電源1電源2電源3 RS232C 上位機(jī) 圖 6 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖 3.1.2 系統(tǒng)部分電路介紹 火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)采用的光電傳感器信號(hào)為模擬量輸入，作為位置檢測(cè)即為數(shù)字 量輸入，必須通過(guò)模擬電路轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)化為開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)。光電傳感器輸入信號(hào) 轉(zhuǎn)換電路如圖 7 所示。 圖 7 光電傳感器輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換電路 在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該電路比較器輸出端一直存在方波信號(hào)，導(dǎo)致 PLC 輸入 端在沒(méi)有信號(hào)輸入的情況下，指示燈仍常亮或閃爍，但上位機(jī)監(jiān)控識(shí)其正常工作狀態(tài)。 后經(jīng)不斷測(cè)試發(fā)現(xiàn)，

25、該現(xiàn)象是由于光電傳感器受外界雜散光干擾，使其輸入信號(hào)存在 交流分量所致，經(jīng)修改電路，在比較器反向輸入端加濾波電容，電路正常工作。 火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)中，由于直接從模擬量單元輸出的信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力有限，不能直 接驅(qū)動(dòng)軌道上多輛火車(chē)運(yùn)行，所以在此，還設(shè)計(jì)了軌道電壓驅(qū)動(dòng)電路，如圖 8 所示。 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 8 圖 8 軌道電壓驅(qū)動(dòng)電路 3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 通過(guò)對(duì)火車(chē)模型控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件選型及其系統(tǒng)分析后，對(duì)其進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。首 先，對(duì)已選資源進(jìn)行合理的 I/O 分配；其次，根據(jù)確定的分配方案和設(shè)計(jì)要求，編寫(xiě) PLC 程序，并調(diào)試運(yùn)行。 3.2.1 系統(tǒng)輸入輸出設(shè)計(jì) 分析該系統(tǒng)，

26、共需 22 路開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)，23 路開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)和三路模擬量輸出 信號(hào)。由于實(shí)驗(yàn)室條件有限，本次設(shè)計(jì)所選的 DA021 單元只有兩路模擬量輸出信號(hào)， 所以只能將其中兩路共用，再用繼電器開(kāi)關(guān)將其分為兩路信號(hào)，分別對(duì)其控制，達(dá)到 兩路輸出的效果。 結(jié)合實(shí)際選型情況和控制要求，在此將信號(hào)分為開(kāi)關(guān)量輸入?yún)^(qū)、開(kāi)關(guān)量輸出區(qū)和 模擬量輸出區(qū)三部分。由于所選硬件資源有限，這里還采用軟件開(kāi)關(guān)的方式對(duì)整體系 統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行控制，如啟動(dòng)、運(yùn)行、停止等按鈕。硬件詳細(xì)分配情況如表 1、表 2、表 3 所示。 表 1 系統(tǒng)硬件資源分配情況 開(kāi)關(guān)量輸入分配 PLC 單元 CQM1-CPU21-EID211 模塊（8 路數(shù)

27、字量輸入） 名稱(chēng)地址分配描述名稱(chēng)地址分配描述 光電傳感器位置 0000.00開(kāi)關(guān)量輸入光電傳感器位置 16001.00 開(kāi)關(guān)量輸 入 光電傳感器位置 1000.01開(kāi)關(guān)量輸入光電傳感器位置 17001.01 開(kāi)關(guān)量輸 入 光電傳感器位置 2000.02開(kāi)關(guān)量輸入光電傳感器位置 18001.02 開(kāi)關(guān)量輸 入 光電傳感器位置 3000.03開(kāi)關(guān)量輸入光電傳感器位置 19001.03 開(kāi)關(guān)量輸 入 光電傳感器位置 4000.04開(kāi)關(guān)量輸入光電傳感器位置 20001.04開(kāi)關(guān)量輸 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 9 入 光電傳感器位置 5000.05開(kāi)關(guān)量輸入光電傳感器位置 21001.0

28、5 開(kāi)關(guān)量輸 入 光電傳感器位置 6000.06開(kāi)關(guān)量輸入 光電傳感器位置 7000.07開(kāi)關(guān)量輸入 光電傳感器位置 8000.08開(kāi)關(guān)量輸入 光電傳感器位置 9000.09開(kāi)關(guān)量輸入 光電傳感器位置 10000.10開(kāi)關(guān)量輸入 光電傳感器位置 11000.11開(kāi)關(guān)量輸入 光電傳感器位置 12000.12開(kāi)關(guān)量輸入 光電傳感器位置 13000.13開(kāi)關(guān)量輸入 光電傳感器位置 14000.14開(kāi)關(guān)量輸入 光電傳感器位置 15000.15開(kāi)關(guān)量輸入 表 2 開(kāi)關(guān)量輸出分配 OC211 單元模塊OC222 單元模塊 名稱(chēng)地址分配地址分配名稱(chēng)地址分配描述 外圍軌道電壓反向100.00開(kāi)關(guān)量輸出2#岔道

29、外圍101.00開(kāi)關(guān)量輸出 外圍軌道電壓正向100.01開(kāi)關(guān)量輸出2#岔道站內(nèi)101.01開(kāi)關(guān)量輸出 2#站軌道電壓反向100.02開(kāi)關(guān)量輸出3#岔道直行101.02開(kāi)關(guān)量輸出 2#站軌道電壓正向100.03開(kāi)關(guān)量輸出3#岔道進(jìn)軌101.03開(kāi)關(guān)量輸出 1#站軌道電壓反向100.04開(kāi)關(guān)量輸出4#岔道外圍101.04開(kāi)關(guān)量輸出 1#站軌道電壓正向100.05開(kāi)關(guān)量輸出4#岔道站內(nèi)101.05開(kāi)關(guān)量輸出 1#岔道外圍100.06開(kāi)關(guān)量輸出5#岔道外圍101.06開(kāi)關(guān)量輸出 1#岔道站內(nèi)100.07開(kāi)關(guān)量輸出5#岔道直行101.07開(kāi)關(guān)量輸出 6#岔道進(jìn)軌101.08開(kāi)關(guān)量輸出 6#岔道直行101

30、.09開(kāi)關(guān)量輸出 蜂鳴器101.10開(kāi)關(guān)量輸出 1#站紅燈101.11開(kāi)關(guān)量輸出 1#站綠燈101.12開(kāi)關(guān)量輸出 2#站紅燈101.13開(kāi)關(guān)量輸出 2#站綠燈101.14開(kāi)關(guān)量輸出 表 3 模擬量輸出分配 DA021 單元模塊 名稱(chēng)地址分配描述 1#站軌道電壓102模擬量輸出 2#站軌道電壓102模擬量輸出 外圍軌道電壓103模擬量輸出 設(shè)計(jì)完系統(tǒng)輸入輸出，對(duì)輸入輸出點(diǎn)以及系統(tǒng)編程中用到的變量進(jìn)行地址分配是 系統(tǒng)軟件編程的首要工作，本系統(tǒng)編程中所設(shè)計(jì)的主要變量地址分配如表 4 所示。 表 4 系統(tǒng)變量地址分配表 數(shù)據(jù)類(lèi)型地址分配注釋數(shù)據(jù)類(lèi)型地址分配注釋 BOOL100.00外圍軌道正向電壓B

31、OOL205.116#岔道直行-手動(dòng) BOOL100.01外圍軌道反向電壓BOOL205.12蜂鳴器控制-手動(dòng) BOOL100.022#站軌道正向電壓BOOL210.00啟動(dòng)指示 BOOL100.032#站軌道反向電壓BOOL220.00手動(dòng)運(yùn)行指示 BOOL100.041#站軌道正向電壓BOOL220.01自動(dòng)運(yùn)行指示 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 10 BOOL100.051#站軌道反向電壓BOOL221.00手動(dòng)正向運(yùn)行按鈕 BOOL100.061#岔道BOOL221.01手動(dòng)反向運(yùn)行按鈕 BOOL100.071#岔道BOOL221.14手動(dòng)運(yùn)行正向指示 BOOL101.00

32、2#岔道BOOL221.15手動(dòng)運(yùn)行反向指示 BOOL101.012#岔道BOOL222.00自動(dòng)正向運(yùn)行按鈕 BOOL101.023#岔道BOOL222.01自動(dòng)反向運(yùn)行按鈕 BOOL101.033#岔道BOOL222.14自動(dòng)運(yùn)行正向指示 BOOL101.044#岔道BOOL222.15自動(dòng)運(yùn)行反向指示 BOOL101.054#岔道BOOL225.06客車(chē) 2#站前標(biāo)記 BOOL101.065#岔道BOOL225.15客車(chē) 1#站前標(biāo)記 BOOL101.075#岔道BOOL227.00貨車(chē)起始位 BOOL101.086#岔道BOOL227.06貨車(chē) 1#站前標(biāo)志 BOOL101.096#岔

33、道BOOL227.15貨車(chē) 2#站前標(biāo)記 BOOL101.10蜂鳴器BOOL228.00 BOOL200.00啟動(dòng)BOOL228.151#站外圍軌道 BOOL200.01停止BOOL229.004#岔道直行允許動(dòng)作 BOOL201.00手動(dòng)按鈕BOOL229.012#岔道允許動(dòng)作 BOOL201.01自動(dòng)按鈕BOOL229.021#岔道允許動(dòng)作 BOOL205.001#岔道站內(nèi)-手動(dòng)BOOL229.035#岔道允許動(dòng)作 BOOL205.011#岔道外圍-手動(dòng)BOOL229.043#岔道外圍 BOOL205.022#岔道站內(nèi)-手動(dòng)BOOL229.056#岔道進(jìn)軌允許動(dòng)作 BOOL205.032#

34、岔道外圍-手動(dòng)BOOL229.062#岔道允許動(dòng)作 BOOL205.043#岔道進(jìn)軌-手動(dòng)BOOL229.074#岔道外圍允許 BOOL205.053#岔道直行-手動(dòng)BOOL230.001#站內(nèi)是否有車(chē)標(biāo)志 BOOL205.064#岔道站內(nèi)-手動(dòng)BOOL230.012#站內(nèi)是否有車(chē)標(biāo)志 BOOL205.074#岔道外圍-手動(dòng)BOOL230.021#站內(nèi)車(chē)輛出站前判斷 BOOL205.085#岔道站內(nèi)-手動(dòng)BOOL230.032#站內(nèi)車(chē)輛出站前判斷 BOOL205.095#岔道外圍-手動(dòng)BOOL230.12 BOOL205.106#岔道進(jìn)軌-手動(dòng) 3.2.2 系統(tǒng)程序流程圖設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)所需

35、變量地址分配完畢后，對(duì)控制系統(tǒng)所要完成的功能進(jìn)行詳細(xì)分 析，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求并列出設(shè)計(jì)要點(diǎn)，繪制程序設(shè)計(jì)流程圖如圖 9 所示。 系統(tǒng)運(yùn)行 系統(tǒng)啟動(dòng) 手動(dòng)自動(dòng)選擇 自動(dòng) 站前判斷 站內(nèi)有車(chē) 客車(chē) 軌道送電壓 鳴笛進(jìn)站 紅燈亮 到位停車(chē) 定時(shí)時(shí)間到 站前近距離有車(chē) 鳴笛 岔道動(dòng)作 出站 綠燈亮 站外等候客車(chē) 站外等候 貨車(chē)外圍繞行 站內(nèi)直行 正反向運(yùn)行選擇 正向運(yùn)行 結(jié)束 N Y N N N N NN 等候出站 等候出站 N N Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 手動(dòng)操作 岔道動(dòng)作 軌道電壓 圖 9 火車(chē)運(yùn)行策略程序結(jié)構(gòu)流程圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求如下： (1) 系統(tǒng)要求有啟動(dòng)、運(yùn)行、停止、手動(dòng)/自

36、動(dòng)選擇、運(yùn)行反向等基本控制按鈕； (2) 手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，能夠隨時(shí)控制各車(chē)輛（啟動(dòng)、停止、加減速、鳴笛、岔道動(dòng) 作等控制） ，以便調(diào)節(jié)車(chē)輛的運(yùn)行情況； (3) 自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)列車(chē)的運(yùn)行情況，并根據(jù)自己的運(yùn)行條件 做出行駛軌跡選擇，達(dá)到最佳路徑形式（貨車(chē)：遇到車(chē)站，若站內(nèi)無(wú)車(chē)，則鳴笛從站 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 11 內(nèi)通過(guò)，有車(chē)，則岔道動(dòng)作，從站外繞行；客車(chē)：遇到車(chē)站，若站內(nèi)有車(chē)，則需站前 等待，若站內(nèi)無(wú)車(chē)，則鳴笛進(jìn)站、到位停車(chē)，延時(shí)等待，定時(shí)時(shí)間到，準(zhǔn)備啟動(dòng)，但 防止站外短距離內(nèi)有車(chē)，需判斷站前短距離內(nèi)是否有車(chē)，有車(chē)則需繼續(xù)等待，直至達(dá) 到安全距離時(shí)，車(chē)輛

37、鳴笛、出站） 。 設(shè)計(jì)要點(diǎn)： (1) 由于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的輸入只有位置檢測(cè)信號(hào)，而沒(méi)有車(chē)輛識(shí)別裝置，如何編程實(shí)現(xiàn) 在只知道初始位置和系統(tǒng)控制規(guī)則的情況下，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)，并做出準(zhǔn)確 的動(dòng)作； (2) 系統(tǒng)平臺(tái)位置檢測(cè)元件之間距離較大，而車(chē)輛運(yùn)行速度和本身的機(jī)械結(jié)構(gòu)等決 定了，車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程中不能相距太近，以防止發(fā)生追尾事故； 3.2.3 系統(tǒng)部分程序設(shè)計(jì) 在完成系統(tǒng)詳細(xì) I/O 地址分配和程序流程圖后，首先利用 CX-Programmer 6.1(后邊 簡(jiǎn)寫(xiě) CX-P)進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，在此，給出部分程序梯形圖，并進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明，詳細(xì)程序 請(qǐng)參考附錄程序。 圖 10 新建工程網(wǎng)絡(luò)設(shè)置 編寫(xiě)程序前，

38、需在 CX-P 下建立新工程，選擇設(shè)備類(lèi)型為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所對(duì)應(yīng)的 PLC 型號(hào)，接著需要選擇并設(shè)定網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型，在此只是對(duì)應(yīng)編程，選擇 SYSMAC WAY 網(wǎng)絡(luò)。打開(kāi)“設(shè)定”按鈕，彈出“網(wǎng)絡(luò)設(shè)置”對(duì)話(huà)框，如圖 10 所示，這里需要根據(jù)所 選 PC 的硬件情況進(jìn)行設(shè)置。 查看硬件設(shè)置情況，我的電腦屬性硬件設(shè)備管理器端口-通訊端口屬 性-端口設(shè)置-高級(jí)，設(shè)置連接屬性和數(shù)值格式，設(shè)置不對(duì)，將不能與 PLC 進(jìn)行通訊 連接。 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 12 設(shè)置完設(shè)備類(lèi)型和網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型后，即可在程序段下編寫(xiě)系統(tǒng)控制程序，同時(shí)為了方 便程序分析和移植，采用多程序段獨(dú)立編程結(jié)構(gòu)，在此給出了部分子程

39、序的程序設(shè)計(jì) 流程圖和程序梯形圖，系統(tǒng)自動(dòng)/手動(dòng)選擇控制子程序，如圖 11 所示。 圖 11 自動(dòng)/手動(dòng)選擇控制程序 由于系統(tǒng)硬件條件有限，系統(tǒng)運(yùn)行只知道車(chē)輛運(yùn)行的初始位置及運(yùn)行規(guī)則，為使 車(chē)輛能完成預(yù)定任務(wù)，須對(duì)車(chē)輛進(jìn)行站前識(shí)別，因此，對(duì)車(chē)號(hào)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，是 本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵?？瓦\(yùn)和貨車(chē)車(chē)輛實(shí)時(shí)跟蹤程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖流程如圖 12 所示。 系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行 車(chē)輛標(biāo)志位=站前 按規(guī)則繼續(xù)運(yùn)行 下一個(gè)位置到 寫(xiě)車(chē)輛標(biāo)志位 為當(dāng)前位置 岔道 蜂鳴器動(dòng)作 Y Y N N 圖 12 車(chē)輛實(shí)時(shí)跟蹤結(jié)構(gòu)流程圖 及時(shí)準(zhǔn)確的完成對(duì)不同情況下岔道動(dòng)作的控制，是車(chē)輛進(jìn)出站、停車(chē)避讓等控 制的前提，系統(tǒng)部分岔道控制程序如

40、圖 13 所示。 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 13 圖 13 部分岔道控制程序 3.3 基于 CQM1 型 PLC 的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通?？梢苑譃樵O(shè)備層、控制層、監(jiān)控層、管理層四個(gè)層次 結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了一個(gè)分布式的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，其中設(shè)備層負(fù)責(zé)將物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù) 字或標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)，控制層完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，監(jiān)控層通過(guò)對(duì) 多個(gè)控制設(shè)備的集中管理，來(lái)完成監(jiān)控生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程的目的，管理層實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù) 進(jìn)行管理、統(tǒng)計(jì)和查詢(xún)。監(jiān)控組態(tài)軟件一般是位于監(jiān)控層的專(zhuān)用軟件，負(fù)責(zé)對(duì)下集中 管理控制層，向上連接管理層，是企業(yè)生產(chǎn)信息化的重要組成部分。 3.3.1

41、 組態(tài)軟件概述 力控監(jiān)控組態(tài)軟件是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件，最大的特 點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)方式”而不是編程方式來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)集成，它提供了良好的 用戶(hù)開(kāi)發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的工程實(shí)現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的 “組態(tài)”，便可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，比如在分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 中，所有應(yīng)用（例如趨勢(shì)曲線、報(bào)警等）對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的引用方法與引用本地?cái)?shù)據(jù)完全 相同，通過(guò)“組態(tài)”的方式可以大大縮短了自動(dòng)化系統(tǒng)集成時(shí)間，提高了集成效率。 力控監(jiān)控組態(tài)軟件的基本程序及組件包括：工程管理器、人機(jī)界面VIEW、實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)庫(kù)DB、I/O 驅(qū)動(dòng)程序、控制策略生成器以及各種數(shù)據(jù)服務(wù)

42、及擴(kuò)展組件，其中實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)庫(kù)是系統(tǒng)的核心，組態(tài)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖14所示。 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 14 VIEW IOServer RTDB 控制策略 CommBridge NETSERVER ODBCRouter OPCServer PortServer 擴(kuò)展組件 圖 14 組態(tài)軟件結(jié)構(gòu)圖 3.3.2 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài) 力控組態(tài)軟件的開(kāi)發(fā)一般由下列部分組成：設(shè)計(jì)圖形界面、I/O設(shè)備組態(tài)、創(chuàng)建數(shù) 據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)連接、建立動(dòng)畫(huà)連接、運(yùn)行及調(diào)試等步驟。 采集數(shù)據(jù)在力控各軟件模塊中的數(shù)據(jù)流向如圖15所示。 View 數(shù)據(jù)庫(kù)變量 數(shù)據(jù)庫(kù)點(diǎn)參數(shù) IO服務(wù)器 IO連接項(xiàng) 設(shè)備地址 圖 15

43、組態(tài)軟件中數(shù)據(jù)流向 1)設(shè)計(jì)圖形界面 用戶(hù)可用抽象的圖形畫(huà)面來(lái)模擬實(shí)際的火車(chē)模型控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)和相應(yīng)的輔助設(shè)備。 利用力控軟件內(nèi)部圖庫(kù)和工具箱，繪制控制系統(tǒng)的監(jiān)控界面。打開(kāi)力控組態(tài)軟件，工 程管理/新建工程/確定，建立工程，選擇工程管理/選擇系統(tǒng)已建工程/開(kāi)發(fā)，進(jìn)入工程 畫(huà)面開(kāi)發(fā)界面，新建基于CQM1型PLC的火車(chē)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)界面，運(yùn)用工程項(xiàng)目導(dǎo) 航欄，管理當(dāng)前工程項(xiàng)目相關(guān)信息，運(yùn)用系統(tǒng)工具箱，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)手動(dòng)監(jiān)控界面如圖16 所示。 圖 16 火車(chē)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)手動(dòng)運(yùn)行畫(huà)面 由于系統(tǒng)工具箱繪圖能力有限，火車(chē)模型運(yùn)行系統(tǒng)的平臺(tái)用AUTOCAD2008繪制， 在力控工具箱下，采用CAD控件的方式，加

44、載DXF文件的CAD對(duì)象，建立火車(chē)模型控 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 15 制系統(tǒng)手動(dòng)運(yùn)行監(jiān)控界面。 2)I/O設(shè)備組態(tài) I/O設(shè)備的通訊一般包括：DDE、OPC、PLC、UPS、變頻器、智能儀表、智能模塊、 板卡等，這些設(shè)備一般通過(guò)串口和以太網(wǎng)等方式與上位機(jī)交換數(shù)據(jù)，只有在定義了I/O 設(shè)備后，力控軟件才能通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)變量和這些I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 在Draw 導(dǎo)航器中雙擊“I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)”項(xiàng)出現(xiàn)對(duì)話(huà)框，在展開(kāi)項(xiàng)目中選擇 “PLC”項(xiàng)并雙擊使其展開(kāi)，然后繼續(xù)選擇“OMRON”并雙擊使其展開(kāi)后，選擇項(xiàng)目 “HOST LINK”，雙擊 “PLC”出現(xiàn) “I/O設(shè)備定義”對(duì)話(huà)框，在

45、“設(shè)備名稱(chēng)”輸入 框內(nèi)鍵入一個(gè)人為定義的名稱(chēng)，下一步，設(shè)定串口，完成操作。I/O 設(shè)備設(shè)置，如圖 17所示。 圖 17 I/O 設(shè)備設(shè)置 3)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù) 數(shù)據(jù)庫(kù) DB 是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的核心，構(gòu)建分布式應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它負(fù)責(zé)整個(gè)力 控軟件應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)處理、報(bào)警信息處理、數(shù) 據(jù)服務(wù)請(qǐng)求處理。 在Draw 導(dǎo)航器中雙擊“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)”項(xiàng)使其展開(kāi)，在展開(kāi)項(xiàng)目中雙擊“數(shù)據(jù)庫(kù)組 態(tài)”啟動(dòng)組態(tài)程序DBManager主窗口。單擊菜單條的“點(diǎn)”選項(xiàng)選擇新建或雙擊單元 格，出現(xiàn)“請(qǐng)指定區(qū)域、點(diǎn)類(lèi)型”向?qū)?duì)話(huà)框，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)，如圖18所示。 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 1

46、6 圖 18 數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建 4)數(shù)據(jù)連接 如何將已經(jīng)創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫(kù)點(diǎn)與PLC中的數(shù)據(jù)項(xiàng)聯(lián)系起來(lái)，以使這些點(diǎn)的PV參數(shù)值 能與I/O設(shè)備PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，這個(gè)過(guò)程就是建立數(shù)據(jù)連接的過(guò)程。由于數(shù)據(jù)庫(kù) 可以與多個(gè)I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，所以必須指定哪些點(diǎn)與哪個(gè)I/O的哪個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)設(shè)備建 立數(shù)據(jù)連接。雙擊數(shù)據(jù)庫(kù)中點(diǎn)LEVEL的單元格，選擇“數(shù)據(jù)連接”選項(xiàng)或雙擊LEVEL 所對(duì)的“IOLINKI/O連接”單元格，都會(huì)出現(xiàn)如圖19所示的對(duì)話(huà)框。 圖 19 數(shù)據(jù)連接 單擊增加按鈕，出現(xiàn)數(shù)據(jù)連接對(duì)話(huà)框，“寄存器地址”選擇“0”，“寄存器類(lèi)型” 指定為“增量寄存器”，然后單擊“確定”按鈕返回，完成該點(diǎn)數(shù)據(jù)連接的

47、定義，在 點(diǎn)LEVEL的I/O連接單元格中列出了點(diǎn)LEVEL的數(shù)據(jù)連接項(xiàng)，當(dāng)完成數(shù)據(jù)連接的所有組 態(tài)后，單擊保存按鈕并退出DBManager窗口。 5)創(chuàng)建動(dòng)畫(huà)連接 前面已經(jīng)完成了很多工作，包括：制作顯示畫(huà)面、創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)點(diǎn)，與I/O設(shè)備 “PLC 中的過(guò)程數(shù)據(jù)一一連接。現(xiàn)在回到開(kāi)發(fā)環(huán)境Draw 中，通過(guò)制作動(dòng)畫(huà)連接使圖形在畫(huà)面 上隨仿真數(shù)據(jù)的變化而活動(dòng)起來(lái)。下面以所建的工程為例說(shuō)明建立動(dòng)畫(huà)連接的部分步 驟：雙擊“系統(tǒng)啟動(dòng)”對(duì)象，出現(xiàn)動(dòng)畫(huà)連接對(duì)話(huà)框如圖20所示。 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 17 圖 20 動(dòng)畫(huà)連接按鈕動(dòng)作 單擊“左鍵動(dòng)作”按鈕，出現(xiàn)腳本編輯器對(duì)話(huà)框，編寫(xiě)函數(shù)構(gòu)建動(dòng)

48、畫(huà)連接；右鍵 “LED指示燈”對(duì)象，出現(xiàn)動(dòng)畫(huà)連接對(duì)話(huà)框，點(diǎn)擊，選擇已經(jīng)創(chuàng)建的變量，建立數(shù) 據(jù)連接，如圖21所示。 圖 21 動(dòng)畫(huà)連接變量選擇 6)系統(tǒng)運(yùn)行 力控組態(tài)下新建工程初步完成，進(jìn)入運(yùn)行階段，首先保存所有組態(tài)內(nèi)容，關(guān)閉 DBManager(如果沒(méi)關(guān)閉)。在力控的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)（DRAW）中選擇“文件進(jìn)入運(yùn)行”菜 單命令，進(jìn)入力控的運(yùn)行系統(tǒng)。在運(yùn)行系統(tǒng)中選擇“文件打開(kāi)”命令，從“選擇窗口” 選擇“基于CQM1的火車(chē)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)”。 在運(yùn)行的主界面下，點(diǎn)擊“系統(tǒng)啟動(dòng)”按鈕，開(kāi)始運(yùn)行PLC 的程序，系統(tǒng)運(yùn)行指 示燈亮，點(diǎn)擊“手動(dòng)運(yùn)行”按鈕，手動(dòng)運(yùn)行指示燈亮，系統(tǒng)可以在手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn) 行之間切換工作

49、狀態(tài)，并可以在任何時(shí)候點(diǎn)擊“停止”按鈕來(lái)中止這個(gè)過(guò)程，結(jié)合 PLC中的程序，可對(duì)火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì) 要求，實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行主界面如圖22所示。 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 18 圖 22 火車(chē)運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng) 4 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) CompoBus/D是OMRON公司的一種開(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò)，它遵循DeviceNet開(kāi)放現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò) 標(biāo)準(zhǔn)，非MORNO公司生產(chǎn)的設(shè)備，如主從單元，都可以連接到該網(wǎng)絡(luò)上。 CompoBus/D是MORNO公司主推的網(wǎng)絡(luò)之一，它的內(nèi)容豐富，功能很強(qiáng)。隨著各種新 器件或單元的不斷推出，CompoBus/D的功能越來(lái)越強(qiáng)

50、。本次采用該網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型，設(shè)計(jì)了 基于火車(chē)模型控制系統(tǒng)的DeviceNet遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)火車(chē)運(yùn)行策略的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 4.1 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概述 現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù) 字的系統(tǒng)，也被稱(chēng)為開(kāi)放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通訊的底層網(wǎng)絡(luò)，它在各個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中 具有廣泛的應(yīng)用。 現(xiàn)場(chǎng)總線采用公開(kāi)規(guī)范的通信協(xié)議，它把單個(gè)分散的測(cè)量控制設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 節(jié)點(diǎn)，以現(xiàn)場(chǎng)總線為紐帶，把掛接在總線上、作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的智能設(shè)備連接為網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)并進(jìn)一步構(gòu)成自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控管一體化的綜合自動(dòng)化功能。現(xiàn)場(chǎng)總線是新型自 動(dòng)化系統(tǒng)，又是低帶寬的底層控制網(wǎng)絡(luò)（Infranet）。它可與因特

51、網(wǎng)（Internet）、企業(yè) 內(nèi)部網(wǎng)（Intranet）相連，且位于生產(chǎn)控制和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的底層，因而稱(chēng)之為底層網(wǎng)絡(luò)。 4.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)概述 4.2.1 DeviceNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 19 圖 23 DeviceNet典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 凡是支持DeviceNet開(kāi)放現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的主單元和從單元，都可以按照該網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型 接入。DeviceNet網(wǎng)絡(luò)典型結(jié)構(gòu)如圖23所示。 4.2.2 DeviceNet通信的主要技術(shù)指標(biāo) 表 6 DeviceNet通信的主要技術(shù)指標(biāo) 項(xiàng)目規(guī)格 通信協(xié)議DeviceNet 支持的連接主一從:遠(yuǎn)程I/O和Explicit信息 點(diǎn)對(duì)點(diǎn):FI

52、NS信息 以上兩種都遵守DeviceNet規(guī)格 連接形式M多分支和T型分支組合連接(干線和支線) 通信波特率500Kbps，250Kbps，或125Kbps(可選擇) 通信介質(zhì)專(zhuān)用5芯電纜 (50OKbps)網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度:最大100m; 支線長(zhǎng)度:最大6m;總支線長(zhǎng)度:最大39m (250Kbps)網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度:粗線250m，細(xì)線100m;支線長(zhǎng)度:最大6m;總支線長(zhǎng)度:最大78m 通信距離 (125Kbps)網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度:粗線500m，細(xì)線100m;支線長(zhǎng)度:最大6m;總支線長(zhǎng)度:最大156m 通信電源24V DC，外部供給 最大節(jié)點(diǎn)數(shù)64節(jié)點(diǎn)(包括配置器在內(nèi)) 最大主單元數(shù)沒(méi)有配置器:l 帶有配置器:

53、63 最大從單元數(shù)63個(gè)從單元 出錯(cuò)控制CRC出錯(cuò)檢查 4.3 網(wǎng)絡(luò)配置 4.3.1 網(wǎng)絡(luò)硬件配置 在配置網(wǎng)絡(luò)前先闡述一下幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)中常用到的概念： 主單元：支持在PC和從單元之間，OMRON PC與OMRON PC之間，以及OMRON 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 20 PC與其他公司主從單元之間的遠(yuǎn)程I/O通信，主單元相當(dāng)于INTERNET網(wǎng)絡(luò)中的 SERVER。 從單元：提供一般的I/O或晶體管（無(wú)觸點(diǎn)）I/O單元模塊。 主站：包括電源在內(nèi)的所有一般I/O模塊（包括主單元模塊在內(nèi)）的整機(jī)。 從站：每個(gè)從站根據(jù)自身的特征可以帶有一個(gè)或者一個(gè)一上的從單元，即每一個(gè) 從單元對(duì)應(yīng)唯一的

54、節(jié)點(diǎn)號(hào)。 節(jié)點(diǎn)：連接在網(wǎng)絡(luò)中的主從單元為了能夠進(jìn)行通信，必須給其編號(hào)，就像局域網(wǎng) 中的IP地址，同一網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)號(hào)不能重復(fù)。 1)硬件安裝 主單元安裝：主單元像其它單元一樣安裝在PC上，當(dāng)不使用配置器時(shí)只有一個(gè)主 單 元能與PLC連接。主單元是一個(gè)特殊的I/O單元，只要單元號(hào)不與另一個(gè)特殊的I/O單元 號(hào)沖突就可安裝在CPU機(jī)架或者擴(kuò)展I/O機(jī)架底板的任何槽中。本次設(shè)計(jì)主單元直接安 裝CS1的CPU機(jī)架上即可。 從單元安裝：I/O Link單元能和標(biāo)準(zhǔn)I/O單元一樣安裝到CQM1 PLC上，I/O字的分 配取決于單元裝在PLC上的順序。裝好單元后，需將PLC用DIN軌道螺釘和端子板固定。 2)

55、通信連接 通信連接需注意通訊電纜、通訊電纜接頭、終端電阻、電源等問(wèn)題。這里選擇五 芯電纜，如表7所示。 表 7 五芯電纜指標(biāo) 顏色信號(hào) 棕色電源線，負(fù)電壓（-V） 藍(lán)色通信線，低（CAN低） 屏蔽線 黃色通信線，高（CAN高） 紅色電源線，正電壓（+V） 選用DCN1-3C接頭，將網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)連接在一起，同時(shí)一定要注意電源和終端電 阻 的連接方法，注意事項(xiàng)參考相關(guān)參考手冊(cè)。 3)通信設(shè)置 本次構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)，主要設(shè)置參數(shù)如下表8所示。 表 8 DeviceNet網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)置 機(jī)架模塊主/從站單元號(hào)波特率節(jié)點(diǎn)號(hào)通信電源 CS1GC200HW-DRM21-V1主站0150OKbps0024V DC C

56、QM1CQM1-DRT21從站50OKbps0324V DC 遠(yuǎn)程 I/ODRT1-OD16從站50OKbps0124V DC 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 21 遠(yuǎn)程 I/ODRT1-ID16從站50OKbps0224V DC 注意，如果相同的節(jié)點(diǎn)號(hào)用于主單元和另一個(gè)節(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)號(hào)重疊） ，從單元將不能 夠參與通信。系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中，在改變節(jié)點(diǎn)號(hào)設(shè)置之前，需先關(guān)閉從單元的電源（包 括通信電源） 。 4.4 遠(yuǎn)程I/O通信 遠(yuǎn)程I/O通訊時(shí)，安裝在主單元PLC的I/O存儲(chǔ)區(qū)為每個(gè)從單元分配字地址，以實(shí)現(xiàn) 與從單元I/O數(shù)據(jù)的自動(dòng)交換。 4.4.1 I/0分配方式 本次設(shè)計(jì)只有一個(gè)主單元

57、，且沒(méi)有使用配置器，所以選擇了缺省遠(yuǎn)程I/O分配的方 式。使用缺省遠(yuǎn)程I/O分配時(shí)，PLC存儲(chǔ)區(qū)中的字地址是根據(jù)從單元的節(jié)點(diǎn)地址進(jìn)行分 配的，分配的字地址分成輸入?yún)^(qū)和輸出區(qū)，PLC由輸入?yún)^(qū)接收從單元的輸入，由輸出 區(qū)輸出數(shù)據(jù)到從單元，每個(gè)節(jié)點(diǎn)地址分配一個(gè)輸入字和一個(gè)輸出字。如果一個(gè)從單元 需要不止一個(gè)輸出或輸入字，它將占有不止一個(gè)節(jié)點(diǎn)地址，如果一個(gè)從單元需要的字 少于一個(gè)字，它僅占有分配給它的字的最右邊的位。 4.4.2 掃描表 要想使網(wǎng)絡(luò)能夠正常進(jìn)行通訊，必須在主單元中創(chuàng)建掃描表。掃描表提供下列信 息。 每個(gè)從單元的I/O分配，多少I(mǎi)/O點(diǎn)以及節(jié)點(diǎn)地址是什么； 提供有關(guān)遠(yuǎn)程I/O通信狀態(tài)和通

58、信循環(huán)時(shí)間的通信參數(shù)； 當(dāng)用戶(hù)缺省遠(yuǎn)程I/O分配時(shí)，掃描表可置為使能或無(wú)效，但對(duì)于用戶(hù)設(shè)定分配時(shí)必 須使其使能。因此，必須使用軟件開(kāi)關(guān)進(jìn)行登記。軟件開(kāi)關(guān)的位置如表9所示。 表 9 軟件開(kāi)關(guān)位 位0掃描表使能 位1清除掃描表 位2清除通信出錯(cuò)阻塞 位3起動(dòng)遠(yuǎn)程I/O通信 位4停止遠(yuǎn)程I/O通信 位515不能用（系統(tǒng)要求） 通過(guò)查閱資料，得出本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中CS1內(nèi)存區(qū)中掃描表軟件開(kāi)關(guān)的通道號(hào)計(jì)算方法： 軟件開(kāi)關(guān)通道號(hào)=CIO 2000 +10*單元號(hào) 單元號(hào)為通訊模塊在該機(jī)架中的設(shè)置，此處，設(shè)置主站單元號(hào)為01，所以軟件開(kāi) 關(guān)的通道號(hào)為CIO 2010。 4.5 網(wǎng)絡(luò)測(cè)試 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控

59、制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 22 通過(guò)前邊的網(wǎng)絡(luò)配置安裝，在對(duì)其測(cè)試之前，先按照參考手冊(cè)中的應(yīng)用步驟，對(duì) 其再進(jìn)行一次系統(tǒng)的檢查，然后，編寫(xiě)軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)測(cè)試。 4.5.1 工程創(chuàng)建 使用CX-P軟件組建工程，CPU選擇CS1G-CPU42，連接PLC后，創(chuàng)建I/O表，系統(tǒng) 將自動(dòng)檢測(cè)CPU機(jī)架上的硬件信息，如圖24所示。 圖 24 主單元I/O表創(chuàng)建 注意該處如無(wú)特殊情況，盡量使用軟件自動(dòng)創(chuàng)建I/O表，否則容易出現(xiàn)I/O檢驗(yàn)等錯(cuò) 誤。如果主站通信模塊LED燈提示錯(cuò)誤，通過(guò)查看相應(yīng)的操作手冊(cè)，可以判斷網(wǎng)絡(luò)通 訊故障類(lèi)型，然后進(jìn)行排除。在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于以前創(chuàng)建的掃描便與現(xiàn)行的硬 件不匹配，通訊過(guò)程中，一

60、直提示“D5”錯(cuò)誤，后通過(guò)軟件開(kāi)關(guān)重新建立掃描表，問(wèn) 題解決。這里需注意兩個(gè)問(wèn)題：建立掃描表和軟件開(kāi)關(guān)通道號(hào)計(jì)算。 4.5.2 檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 建立掃描表后，查看主從站的MS和NS指示燈，若都為綠色則為通訊正常，若不正 常，查看相關(guān)手冊(cè)，進(jìn)行故障排除。當(dāng)指示燈檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)通訊正常后，再查看主單元的 狀態(tài)區(qū)，可以進(jìn)一步確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)通訊正常與否。主站狀態(tài)區(qū)標(biāo)志指示了主單元和網(wǎng)絡(luò)的 狀態(tài)。根據(jù)硬件配置情況，本次查看以下通道確認(rèn)系統(tǒng)通訊是否正常，如圖25所示。 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 23 圖 25 系統(tǒng)通訊檢測(cè) 主單元狀態(tài)區(qū) 1 通道= CIO 2011 登記從單元數(shù)據(jù)通道= CIO 201

61、2 正常從單元數(shù)據(jù)通道= CIO 2016 4.5.3 編程測(cè)試 經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，確認(rèn)系統(tǒng)通訊正常，即可在 CS1G 下編程，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試。由于 本次選擇的 CQM1-DRT21 通訊模塊不支持 message 通訊方式的，只有 I/O 通信方式， 所以 CS1 和 CQM1 的通信只能通過(guò)掃描表的 I/O 映射實(shí)現(xiàn)，即前邊 I/O 分配給出的映 射關(guān)系。 在 CS1G 下給 CIO 0053 通道的送 0003 數(shù)據(jù)，通過(guò)基于 CQM1 的上位機(jī) PC 監(jiān)控， 在 CQM1 的內(nèi)存區(qū)監(jiān)控到 IR002 通道收到數(shù)據(jù) 0003，可以證明系統(tǒng)通訊正常。 4.6 基于DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控

62、系統(tǒng)設(shè)計(jì) DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)可以將不同的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接進(jìn)來(lái)，前邊雖然連接了三個(gè)從站，但這 里暫時(shí)只用到 CQM1 從單元，將其作為現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集控制設(shè)備，通過(guò)對(duì) CQM1 從站的 操作，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。 4.6.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài) 這里仍然采用力控軟件組態(tài)，組態(tài)過(guò)程已在前邊詳細(xì)的介紹，這里不再闡述，根 據(jù)設(shè)計(jì)要求，遠(yuǎn)程上位機(jī)監(jiān)控主界面和系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控界面分別如圖 26、圖 27 所示 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 24 圖 26 火車(chē)模型控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控主界面 圖 27 火車(chē)運(yùn)行系統(tǒng)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控界面 4.6.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 該網(wǎng)絡(luò)中遠(yuǎn)程監(jiān)控所需數(shù)據(jù)，都是通過(guò) I/O

63、 映射傳送，即在主單元 PC 內(nèi)存區(qū)直接 讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)區(qū)，便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備的監(jiān)控。但這里沒(méi)有經(jīng)過(guò)配置器分配，采用 自動(dòng)創(chuàng)建的掃描表的方式，內(nèi)存映射區(qū)只有一個(gè)字的輸入?yún)^(qū)和輸出區(qū)，可供數(shù)據(jù)實(shí)時(shí) 傳輸。因此大量的數(shù)據(jù)怎樣能夠通過(guò)一個(gè)字的通道，進(jìn)行實(shí)時(shí)無(wú)誤的傳輸，便成為本 次上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。 軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一定要根據(jù)設(shè)置好的 PLC 內(nèi)部資源分配表進(jìn)行編程，注意 I/O 映射區(qū)的一一映射關(guān)系，要結(jié)合從站單元 PLC 編程時(shí)的 I/O 分配情況，為對(duì)應(yīng)主單 元分配合理的地址，不至于邏輯上出現(xiàn)紊亂。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸及其主從單元內(nèi) 部 I/O 映射關(guān)系如圖 28 所示。 基于 PL

64、C 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 25 CS1G 輸入?yún)^(qū)輸出區(qū) CQM1 CIO 0051 CIO 0050 CIO 0052 CIO 0053 CIO 0054 . CIO 0099 CIO 0350 CIO 0351 CIO 0352 CIO 0353 CIO 0354 . CIO 0399 DRT1-OD16 節(jié)節(jié) 點(diǎn)點(diǎn) 01 DRT1-ID16 節(jié)節(jié) 點(diǎn)點(diǎn) 02 節(jié)節(jié) 點(diǎn)點(diǎn) 03 IR104 IR002 . . . . 輸出區(qū)輸入?yún)^(qū) 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)流流向向 圖 28 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主從站 I/O 映射關(guān)系 簡(jiǎn)單的 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)主從單元站 PLC 對(duì)應(yīng)編程測(cè)試?yán)?，如圖 29、圖 30

65、 所示。 圖 29 從站 CQM1 編程 圖 30 主站 CS1G 編程 基于 PLC 的火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 26 4.6.3 火車(chē)模型運(yùn)行控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控測(cè)試 在設(shè)計(jì)完硬件和軟件的基礎(chǔ)上，利用上位機(jī) A 通過(guò) CS1G 型 PLC 對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)從單 元進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，利用上位機(jī) B 通過(guò) CQM1 型 PLC 對(duì)火車(chē)模型運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行采樣監(jiān)控。 通過(guò)測(cè)試，可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)之間、上位機(jī)與 PLC 之間實(shí)時(shí)通訊，如：系統(tǒng)啟動(dòng)、 啟動(dòng)允許、系統(tǒng)停止兩地控制、現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，達(dá)到預(yù)期效果。 結(jié)束語(yǔ) 現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用水平是反映一個(gè)國(guó)家的工業(yè)綜合實(shí)力的風(fēng)向標(biāo)，它不但反映 了企業(yè)的綜合實(shí)力、管理水

66、平、技術(shù)力量；同時(shí)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)直接相聯(lián)系，其運(yùn)轉(zhuǎn)情況 直接影響著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和國(guó)家的財(cái)政收入，意義十分重要。 基于 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控 PLC 的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊 技術(shù)去監(jiān)測(cè)控制工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的手段，也是保障穩(wěn)定可靠生產(chǎn)的方法，還是企業(yè)減低成本， 提高經(jīng)濟(jì)效益的途徑，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。 本文設(shè)計(jì)基于 CQM1 型 PLC 火車(chē)模型控制系統(tǒng)，是根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有控制設(shè)備，結(jié) 合被控對(duì)象的特性，去模擬一個(gè)復(fù)雜的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)。設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及有網(wǎng)絡(luò)通訊、 上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)、PLC 編程以及模擬電路設(shè)計(jì)等系統(tǒng)知識(shí)，基本包含了工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng) 中所要應(yīng)用的內(nèi)容，符合本次設(shè)計(jì)的目的。最終通過(guò)調(diào)試運(yùn)行，已實(shí)現(xiàn)整體網(wǎng)絡(luò)的正 常監(jiān)控運(yùn)行，達(dá)到了預(yù)期效果。 由于我國(guó)的自動(dòng)化程度較低，該系統(tǒng)運(yùn)行模式在我國(guó)工業(yè)企業(yè)有很大的發(fā)展空間， 因此，本次研究具有一定的實(shí)際意義。 經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的設(shè)計(jì)，本次課題的設(shè)計(jì)任務(wù)已基本完成，但也有許多需要進(jìn)一步 研究設(shè)計(jì)的內(nèi)容： (1) 目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的通訊，