Matlab与PLC通信实现对装车控制系统的自动控制

自动化　

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－９４９２．２０１７．１１．０２５　

Ｍａｔｌａｂ与ＰＬＣ通信实现对装车控制系统的自动控制　

周　芳　

（广东省机械技师学院，广东广州　５１０４５０）　

摘要：通过现代煤矿系统的特点及问题，实现了装车控制系统的自动控制。使用Ｍａｔｌａｂ和ＰＬＣ通信，实现了整个装车过程控制　的自动化。分析自动化装车控制系统的分析，装车过程中的各个模块的程序进行编写。通过实验室的仿真表示所设计的装车系　统能够满足现代技术指标的需求，能够实现装车过程运行情况的实时监测，并且将装车数据进行全面的记录，有效解决现代煤　矿系统装车环境中传输、放料等问题。通过实践表示，自动化装车控制系统能够提高装车效率，实现装车系统自动控制，为各　行各业带来了较高的经济效益。　关键词：Ｍａｔｌａｂ；ＰＬＣ通信；装车控制系统；自动控制　中图分类号：ＴＰ２７３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—９４９２（２０１７）１１—００９４—０３　

Ｍａｔｌａｂ　ａｎｄ　ＰＬＣ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｔ０　Ｒｅａｌｉｚｅ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　

Ｌｏａｄｉｎｇ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　

ＺＨＯＵ　Ｆａｎｇ　

（Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｔｅｃｈｎｉｃｉａｎ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５　１　０４５０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｒｅａｌｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｒｎ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｅ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｕｓｉｎｇ　Ｍａｔｌａｂ　ａｎｄ　ＰＬＣ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｓ　ｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ　ｏｆ　ｅａｃｈ　ｍｏｄｕｌｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｒｅ　ｗｒｉｔｔｅｎ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓａｉｄ　ｔｈｅ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｃａｎ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｎｅｅｄｓ　ｏｆ　ｍｏｄｅｒｎ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ，ｃａｎ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｏａｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｄａｔａ　ｔｏ　ｃｏｎｄｕｃｔ　ａ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｒｅｃｏｒｄ　ｏｆ　ｓｙｓｔｅｍ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｒｎ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｅ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｆｅｅｄｉｎｇ，ｅｔｃ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｔｈｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ　ｂｒｉｎｇｓ　ｈｉｇｈ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ　ｔｏ　ａｌｌ　ｗａｌｋｓ　ｏｆ　ｌｉｆｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｍａｔｌａｂ；ＰＬＣ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｌｏａｄｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ；ｔｈｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　

Ｍａｔｌａｂ软件目前已经被广泛应用到控制系统　

领域模拟中，其具有较强的计算能力，并且能够　

实现复杂的控制算法。在现代控制理论不断完善　

的过程中，工业控制领域也逐渐在工程实践过程　

中使用先进的控制算法，但是在此过程中也出现　

了一系列的问题。比如复杂智能控制算法进行模　块处理过程中要单独购买，并且价格较高。ＰＬＣ　

作为专门在工业环境中使用的数字运算操作电子　

装置，其主要进行逻辑处理。基于此，将ＰＬＣ和　Ｍａｔｌａｂ联合使用，设计自动化装车控制系统，通　

过ＰＬＣ实现实时数据的采集和输出，在Ｍａｔｌａｂ中　

实现控制算法，通过ＯＰＣ实现两者之间的数据传　

收稿日期：２０１７—０６—０２　输，最后使用Ｍａｔｌａｂ中的ＧＵＩ创建上位机的监控　

界面。　

１系统需求分析　

根据某煤矿的装车系统改进策略进行设计，　使用ＰＬＣ实现装车系统的自动控制，指标包括：　

每辆车的装煤量为２０吨，要求精度为千分之四；　装车系统自动控制要求满足实际现场及工作需　

求，现场具备前后红外栅栏，通过传感器检测加　

煤车的位置，并且将加煤车的装车进度通过交通　

控制灯进行显示；具有较高的自动化程度，通过　

计算机控制装车的运行，在系统上电之后进入到　

全自动控制状态，煤矿技术人员主要对计算机中　

ｆ警　：｝９４　ｌ　一ｌｌ　：．．　．．　．　．．．．　．．　．．　．　．．　．．．．．．．．．．．．．１．．．．．．．．．。．．。．　．Ｉ　．．．，，　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　．。．　：．ｊ．

　周　芳：Ｍａｔｌａｂ与ＰＬＣ通信实现对装车控制系统的自动控制　自　

的数据实时观察，就能够掌握装车现场的状态；　

具有较高的检测及排除能力，能够实现装车现场　

的危险因素，降低安全事故的发生几率ｎ　。　

２系统的硬件结构分析　

２．１硬件系统的选择　Ｍａｔｌａｂ与ＰＬＣ通信结合的自动装车控制系统　

中的硬件系统主要包括上位机、下位机。　

（１）上位机的选择。在自动装车控制系统　

中，上位机的主要目的就是实现其中数据的管　

理，在此基础上，上位机在选择的时候可以通过　

计算机代替工控机，计算机的价格较为便宜，　

并且操作简单，具有较大的内存及良好的人机　

交互界面，其还有ＲＳ通信接口，能够实现计算　

机和ＰＬＣ的相互连接。目前工控机的价格比较　

高，考虑到经济实用性，可以选择计算机代替　工控机。　（２）下位机的选择。因为装车控制系统的控　

制对象量为开关量，并且控制量较少，在正常工　

作基础上，满足性价比需求，可以选择小型的　ＰＬＣ低档机，并且也能够直接和计算机连接，必　

须要适配器Ｉ２　。　

２．２系统的硬件结构　

系统的硬件结构主要包括输入部分、输出部　

分、工控机及计算机的通信、供电设备等内容。　

（１）输入部分。输入部分主要通过Ｒ一３４数据　

线传输信号及技术人员数据，数据线传输的信号　

主要包括红外栅栏传感器信号及称重仪表的数据　

等通过端口进行信号的传输；技术人员数据主要　包括在装车过程中发出的请求信号及装车数据　。　

（２）输出部分。输出部分主要包括开关的控　

制、交通灯的控制。　（３）ＰＬＣ和计算机通信。ＰＬＣ和计算机的通　

信是通过端口实现，其通信方式为双向通信，在　启动装车系统之后，ＰＬＣ就会将每辆车加煤的数　

据及装车过程中的请求信号朝着计算机发送，计　

算机在接收到ＰＬＣ发送的数据信号之后，通过检　

测及计算之后的指令数据，再朝着ＰＬＣ所传送。　

（４）供电设备主要包括交流供电及直流供电　

两种方式，其能够实现ＣＰＵ模块的相互连接，在　

装车控制系统中电气设备安装或者拆除之前，都　要确定此设备的电源处于关闭或者打开的状态　。　３系统的软件设计　

３．１系统的软件程序设计　

系统的装车流程为：在上电开关开启之后，　

装煤车就会向前移动，在经过红外栅栏的时候，　显示灯就会将车的位置显示出来。如果加煤车移　

动到加煤的位置时候，红外栅栏就会亮起，之后　

定时器就会开始定时。在到达一定时间之后，在　

加煤操作执行被确定之后，加煤的开关就会被自　

动开启，之后实现加煤精度控制的操作。如果仪　

表中的数字到达预先设置的数值时候，加煤的开　

关就是自动关闭，并且将另外定时器开启。在这　

个定时器开启的时候，装车完成的指示灯就会亮　

起，这个时候装煤车就会远离加煤的位置，并且　其中的显示灯就会自动关闭，之后对是否要执行　

加煤装车操作进行判断，在判断之后执行相应的　

操作。在装车控制过程中，要使每辆加煤车的重　

量及精度达到预先设置的值，并且使自动装车控　

制具有较高的可靠性及安全性。系统的程序设计　

通过分块设计实现，那么装车的控制主要包括五　

个程序模块，分别为数据交换、装车、计算机和　仪表及计算机和ＰＬＣ的通信、状态的代码传送及　

装车的精度控制　。　

３．２计算机和仪表及计算机和ＰＬＣ的通信　

通过自由口的模式实现通信接口的控制，从　

而实现计算机与ＰＬＣ及计算机和仪表的通信。通　信的设置主要包括：自由口的初始化、无校验、８　

位数据、波特的选择。自由口的初始化能够实现　

字节的控制，将空闲线的超时设置为５　ｍｓ，将字　

符数设置为１６。通过中断的设置实现中断操作、　

接收及发送的功能　。表１为ＰＬＣ的Ｉ／０分配。　

表１　ＰＬＣ的ｌ／ｏ分配　

Ｉ／０口　功能　Ｉ／０口　功能　

Ｘ２０　检测开关　Ｙ３　传送电机２　

Ｘ２１　检测承重开关　Ｙ２０　传送电机３　

ＹＯ　进料开关　Ｙ２１　红灯　

Ｙｌ　出料开关　Ｙ２２　绿灯　

Ｙ２　传送电机１　

３．３数据的转换　

通过系统中端口实现ＰＬＣ发送的数据接收，

　自动化　

如果接收到的数据数值为请求代码，那么系统就　

会进入到装车数据的发送。如果接收到的数据数　

值不是请求代码，那么就要根据程序控制的设　

计，对地址的位置进行操作，实现ＰＬＣ发送加煤　

重量的计算。为了能够使内存在数值变换过程中　

不影响存储地址中数值，那么程序就要通过ｗａｎｄ　

指令接受自身需求的数据，之后通过ｍｏｖ指令实　现数据的运算，最后存储，从而实现数据接收到　

转换、显示的过程。　

３．４装车精度的控制　

在精度控制过程中，选择ＶＤ１、ＶＤ２、ＶＤ３　

三个存储地址ＶＤ１存储２．０时的数据、ＶＤ２存储　

ｌ－３时的数据，ＶＤ３存储１．０７３时的数据。在加煤　

的质量＜ＶＤ１数值的时候，开关的开状态为最　

大；在加煤的质量＞ＶＤ１且＜ＶＤ２数值的时候，　

开关的开状态为最小；在加煤的质量＞ＶＤ２并且　

＜ＶＤ３数值的时候，开关的大小不变　。　

４系统的监控界面　

Ｍａｔｌａｂ中的ＧＵＩ是通过图形创建的用户界　

面，其不仅能够嵌入已经具备的仿真程序，还能　够将仿真之后的结果通过人际交互的方式显示。　

本系统中的上位机使用ＭａｔｌａｂＧＵＩ设计监控界　

面，从而实现ＰＬＣ状态的检测。系统的监控界面　

包括多个控制按钮，从而能够实现控制系统的操　

作，比如开始、暂停、停止等。在监控界面中的　控制参数输人使用的文本控件，确认之后将函数　

回调，首先输入参考文本框字符串实现转换，并　

且将对应的变量进行幅值，之后将变量和相应的　

变量相互连接，从而输入参数。　

之后使用神经元白适应的ＰＬＣ算法实现控制　

系统的测试，测试结果表示，使用ＰＬＣ算法能够　

提高系统的响应速度，并且具有良好的控制效　

果。因为ＰＬＣ算法在计算机中比较容易实现，所　

以本文的研究还能够深入扩展成为较为复杂的控　制算法　］。　

５结束语