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六节点挖土汽车控制实验1挖掘机应用简介挖掘机是用来开挖土壤的施工机械，主要用于工程建设，如：公路、桥梁、建筑、养殖池、地下工程、抢险开挖等等，挖掘机主要特点是力气大，效率高，能完成人力所不能完成的工程，提高工作效率。一般工程队，建筑业，抢险部门，甚至私人（开挖养殖迟、道路、开垦）都需要挖掘机。据统计，工程施工中百分六十的土方工程是由挖掘机来完成的。此外，挖掘机在更换工作装置后还可以进行起重，打桩，夯土，拔桩，浇筑，安装，破碎，拆除，粉碎等多种作业。2实验的主要内容2.1实验的工作原理本实验主要是通过PLC实现挖掘机实物教学模型控制，通过控制直流电机的正反转来实现挖掘机的基本动作。本实验能手动完成六个基本的机械动作，分别是挖土----后退----转身-----卸土-----转身-----前进，并通过这六个基本动作组合出一套完整的自动挖掘过程动作，从而模拟出现实工业现场环境中挖掘机挖掘的整个过程。2.2实验的目的本实验主要是采用PLC实现挖掘机的模拟控制，主要内容如下：⑴在收集相关资料，学习了相关理论知识的基础上，对挖掘机控制系统进行总体设计。⑵通过对PLC选型、资源分配以及硬件电路的连接实现挖掘机控制系统硬件的设计。⑶通过对系统进行程序的设计、分析、调试、修改，最终编制出相应的梯形图程序。⑷利用组态王对挖掘机控制系统上位端进行实时监控。⑸最后软硬件进行联调，模拟运行，并实现组态与下位机的通信。2.3实验设备：（1）IA7000实验台一台；（2）S7-200可编程序控制器一台；（3）挖土车模型一台及控制器一个；（4）装有STEP7-Micro/WIN编程软件和组态王组态软件的计算机一台；（5）PC-PPI通讯电缆一根；（6）导线若干3系统资源分配L1L2L3L4L5L6L7L8POWERA/H二号孔按键挖土车接口指示灯挖土车控制面板图如上图所示，根据系统需要，输入点为I0.1，输出点有八个分别是Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7。分配如I/O口分配表所示。I/O口分配表输出端口控制器端口端子功能输入端口控制器端口端口功能Q0.0P1左轮前进I0.1A/AHP0手自动切换Q0.1P2左轮后退Q0.2P3卸土Q0.3P4挖土Q0.4P5主臂左转Q0.5P6主臂右转Q0.6P7右轮前进Q0.7P8右轮后退4控制系统的外部接线图通过控制盒连接S7-200，然后操作控制盒来控制挖掘机，如图所示。5控制系统程序的设计本系统自动动作依次为：挖土----后退----转身-----卸土-----转身-----前进，挖掘机最终回到起始位置，如图所示。启动原地挖土挖土机后退主臂右转异地卸土主臂左转挖土机前进手动or自动自动通过控制台按钮控制挖土机动作手动程序设计梯形图6人机界面的设计6.1挖掘机监控系统设备的连接在计算机外部设备硬件连接好后，为了实现组态王和外部设备的实时数据通讯，必须在组态王的开发环境中定义外部设备。本系统的设备连接过程如下：⑴在组态王工程浏览器树形目录中，选择设备COM1，在右边的工作区出现了“新建”图标，双击此“新建”图标，弹出“设备配置向导”对话框，在“设备”下的子项中默认列出的项目表示组态王和外部设备几种常用的通讯方式，DDE、PLC，智能仪表，智能模块，板卡，变频器。⑵在上述对话框双击PLC选择西门子提供的S7200系列的PPI项。⑶为S7200设备指定逻辑名称s7200。⑷为设备选择连接的串口为COM1。⑸为了保证组态王与PLC能够通信上，所以组态王的通信地址要与PLC的通信地址保持一致，在本系统调试的过程中，PLC的通信地址为18，因此此处填写设备地址为18。⑹设置通信故障恢复参数，默认参数。⑺检查各项设置是否正确，确认无误后，单击“完成”。6.2挖掘机监控系统数据变量的设计数据库中变量的集合形象地称为“数据辞典”，数据词典记录了所有用户可以使用的数据变量的详细信息。数据词典中的变量可以分为基本变量类型和特殊变量两大类，基本变量又分为内存变量和I/O变量两种。“I/O变量”指的是组态王与外部设备或其它应用程序交换的变量。这种数据交换是双向的、动态的，就是说在组态王系统运行过程中，每当I/O变量的值改变时，该值就会自动写入外部设备或远程应用程序；每当外部设备或远程应用程序中的值改变时，组态王系统中的变量值也会自动改变。所以，那些从下位机采集来的数据、发送给下位机的指令，比如前进按钮、后退按钮等变量，都需要设置成“I/O变量”。那些不需要和外部设备或其它应用程序交换，只在组态王内使用的变量，比如计算过程的中间变量，就可以设置成“内存变量”。基本类型的变量也可以按照数据类型分为离散型、实型、整型和字符串型。⑴内存离散变量、I/O离散变量⑵内存实型变量、I/O实型变量⑶内存整数变量、I/O整数变量⑷内存字符串型变量、I/O字符串型变量本实验设置参数如下：变量名：前进变量名：后退变量类型：I/O离散变量类型：I/O离散连接设备：s7200连接设备：s7200寄存器：Q0.6寄存器：Q0.1数据类型：Bit数据类型：Bit采集频率：1000采集频率：1000读写属性：只读读写属性：只读变量名：下挖变量名：卸土变量类型：I/O离散变量类型：I/O离散连接设备：s7200连接设备：s7200寄存器：Q0.3寄存器：Q0.2数据类型：Bit数据类型：Bit采集频率：1000采集频率：1000读写属性：只读读写属性：只读变量名：左转变量名：右转变量类型：I/O离散变量类型：I/O离散连接设备：s7200连接设备：s7200寄存器：Q0.4寄存器：Q0.5数据类型：Bit数据类型：Bit采集频率：1000采集频率：1000读写属性：只读读写属性：只读变量名：自动变量名：右旋1变量类型：I/O离散变量类型：内存整数连接设备：s7200变化灵敏度：0寄存器：Q1.0最小值：0数据类型：Bit初始值：0采集频率：1000最大值：999999999读写属性：只读变量名：下挖1变量名：后退1变量类型：内存整数变量类型：内存整数变化灵敏度：0变化灵敏度：0最小值：0最小值：0初始值：0初始值：0最大值：999999999最大值：9999999996.2图形画面的制作及动画连接⑴设计画面组态王的监控过程主要是通过主画面来实现的.如图所示：⑵动画连接动画连接”就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。这样，工业现场的数据，比如时间的变化等，当它们发生变化时，通过I/O接口，将引起实时数据库中变量的变化。图形对象可以按动画连接的要求改变颜色、尺寸、位置、填充百分数等。一个图形对象又可以同时定义多个连接。把这些动画连接组合起来，应用程序将呈现出动人的动画效果。6.3挖掘机监控系统的脚本程序系统主画面程序如下if(\\本站点\下挖==1){\\本站点\下挖1=\\本站点\下挖1+5;}if(\\本站点\后退==1){\\本站点\后退1=\\本站点\后退1+5;}if(\\本站点\右旋==1){\\本站点\右旋1=\\本站点\右旋1+10;}if(\\本站点\卸土==1){\\本站点\下挖1=\\本站点\下挖1-5;}if(\\本站点\左转==1){\\本站点\右旋1=\\本站点\右旋1-10;}if(\\本站点\前进==1){\\本站点\后退1=\\本站点\后退1-5;}6.4组态监控软件和下位机的调试在连接实际的I/O设备时，必须对串口通讯参数进行设置，且设置项要与实际设备中的设置项完全一致，否则会导致通讯失败。在上位机和下位机同步调试时，开始由于对组态软件不熟悉，所以在编写脚本程序时遇到了一定困难，最后在多次尝试纠正后，终于完成了脚本程序的编写。在上位机与下位机通信过程中，开始时通信不上，经过细心查找原因，原来是参数设置错误，经过改正，最后实现了上位机与下位机的通信。总结通过这次对PLC控制挖掘机的设计，可以说使我们对PLC的理解和运用有了更深一步地认识，使我们摆脱了单纯的理论知识学习状态，能够和实际设计相结合，锻炼了综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我们查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，通过这样的实践，使我们真正的掌握了本领。实验合作分工：（组长）赵德超plc程序编写、修改，设置组态王主画面，查找相关资料冯飞勇编写文档，组态王绘图，查找相关资料李毅plc程序编写绘图查找相关资料参考文献：PLC在挖掘机电气控制系统中的应用李增军搬运机械手PLC控制系统设计秦如明基于PLC的挖掘机电气控制系统设计刘美俊组态王KINGVIEW6.52使用手册.北京亚控出版社，2006组态王KINGVIEW6.52命令语言函数速查手册.北京亚控出版，2006控制系统综合实验——六节点挖土汽车控制实验成员：赵德超2010110216冯飞勇2010110240李毅2010110227