基于ProfiBusDP總線的轉向拉桿自動線系統的設計與實現

其通過Drive-CLiQ總線接口與Simanics S120。的其他模塊進行數據交換，實現連接軸的運動控制。

4 控制系統的軟件設計

整個控制系統的軟件設計按照系統硬件設計結構可分為三部分：工程師站監控程序設計、S7-300PLC的程序設計、Simotion運動控制模塊的運動控制程序設計。三部分程序通過ProfiBusDP總線實現相互之間數據交換，實現對整個生產線的自動控制。控制系統數據交換如圖3所示。

圖3控制系統數據交換示意圖

4.1 工程師站監控程序設計

人機界面監控程序設計采用Wincc Flexible組態軟件，采用SQL-server2005 for Wincc數據庫支持整個項目的數據處理和管理任務。在組態軟件中，完成人機界面數據和S7—300PLC中的數據地址的鏈接，在組態建立的HMI和PLC的連接中，實現HMI與PLC的數據傳輸，完成人機界面監控整個自動線的動作狀態和伺服位置信息。監控程序的設計基于簡潔，能顯示自動線狀態，便于整個自動線故障分析和診斷的原則，程序采用圖片監控和VBS腳本結合的方式設計。自動線過程監控的四個工序車削工序、擴孔工序、攻絲工序、切槽工序以及其他裝置的狀態都以動態畫面顯示。主軸電機的轉動，伺服電機的位置狀態，各夾具狀態，輔助設備電機的起動停止等狀態采用VBS腳本語言方式編程實現。動態畫面的實現，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，實現畫面的動態以及快慢顯示。整個監控程序的軟件結構如圖4所示。

圖4監控程序的軟件結構示意圖

顯示動態畫面的VBS腳本是由定時脈沖上升沿觸發執行的。定時脈沖是由S7-300PLC提供的，通過定時調用腳本，計算整個自動線動作部分的狀態參數，調用圖形列表中不同索引的圖片，實現對自動線生產狀態的動態，直觀顯示。

4.2 PLC程序設計

PLC程序是基于西門子的軟件開發環境Step7設計完成的。整個PLC程序分為硬件配置，邏輯程序設計兩部分組成。配置S7-300PLC為整個網絡的主站，地址設定為2，通信速率為1.5 Mbps，運動控制模塊，人機界面模塊，變頻器，工程師站都設定為從站，從站地址按序排列。PLC的邏輯程序設計分為：輔助設備動作邏輯設計、系統通訊數據處理、通訊故障處理三部分。輔助設備動作邏輯按照生產工藝要求實現控制。PLC的數據讀取是通過系統函數SFC65和SFC66來實現的，其代碼實現如下：

對于在通訊中出現故障時，為了避免PLC進入stop狀態，還必須處理通訊故障模塊OB82，OB86，OBl22，保證即使網絡中出現故障，PLC仍然處于運行狀態。

4.3 Simotion運動控制程序設計

整個控制系統中的伺服軸和主軸都是通過simo．tion運動控制模塊實現控制的。Simotion D425模塊控制16個軸，分別是8個伺服軸和8個變頻器驅動的主軸。Simotion運動控制程序是基于西門子的軟件開發環境Scout設計完成的。整個程序設計分為：硬件組態、系統驅動識別、軸配置、通訊數據處理以及驅動任務方式分配。與S7-300PLC的程序設計一樣，這里也必須做系統的硬件組態。

數據通訊部分調用內部發送函數_xsend，接收函數_xreeeive實現與S7-300PLC的數據交換。接收ProfiBus網絡上HMI從站上設定的伺服電機運行位置和速度參數，主軸電機的速度參數以及運動控制命令信息，發送當前伺服電機實際位置和速度，主軸速度，運動模塊故障狀態信息。實現設備和操作人員之間的數據交互。

運動控制流程序的設計采用運動流程圖結合ST文本編程的方式實現的。Simotion D425編程采用任務調用的方式控制軸運動，運動控制程序是被分配各不同類型的任務。用戶程序任務(user program tasks)分為啟動任務StartupTask，自由運行任務Mo．tionTasks和BackgroundTask，時間中斷任務以及同步任務。在本系統中，采用啟動任務負責初始化運動控制的各參數，軸運動控制是放置在MotionTasks這級，控制命令的邏輯處理放置在BackgroundTask循環執行任務中。伺服軸運動控制流程如圖5所示。

圖5伺服軸運動流程圖

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送的控制信號，按照設計調用不同的MotionTasks，實現運動控制。其程序代碼如下所示：