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产品描述
西门子模块6ES7232-0HD22-0XA0支持验货
一、嵌入式PLC
嵌入式PLC是将PLC系统软件构建于控制器内，根据用户控制需要定制硬件，以PLC的应用方式解决对象控制问题的PLC。它由两部分组成：嵌入式PLC系统软件和芯片组。
1、嵌入式PLC系统软件
嵌入式PLC系统软件将PLC语言（梯形图语言）、CAN总线嵌入到单片机中,使单片机的产品开发从使用汇编语言变为使用PLC梯形图语言,并具有CAN总线的互连特性。
该系统软件具有以下特点:1.以梯形图语言为内核,添加了中断管理系统,能实现PLC无法实现的硬实时操作;2.强化运算能力,增加了CANBUS函数库、浮点数库、*自整定PID、嵌入式WEB等,丰富了PLC的功能;3.提供开放式扩展结构,支持第三方开发扩展单元的接线;4.增加了网络互连功能,在远程端加载**浏览器后,即可实现远程监控。
系统软件包括三个部分。
①嵌入式PLC内核： 它完成实时任务调度、梯形图语言解释、执行、通讯等基本功能，并提供二次开发驱动接口；
②二次开发驱动程序 通过系统软件提供的外挂，使用内核开发各种面向具体对象个性化、差异化的驱动程序；
③终端应用程序 指面向工艺流程控制的梯形图语言程序
2、嵌入式PLC芯片组
EASY CORE 1.00 是一个加载了嵌入式PLC系统软件的核心芯片组，作为一款加载了系统软件的硬件平台，可以用来设计通用和**PLC。
1）芯片组基本性能：
①供电：+5V 200mA，RAM掉电保护5年。
②CPU： C8051F040。
③嵌入扩展能力
·32 I/O：可复用成SPI、I2C接口及外中断、外计数、AD等。
·4 AD： 12位精度，100 KPS。
·2 DA： 12位精度，100 KPS。
④ 通信接口
·CANBUS：系统软件管理，使用工具软件CANSet构建CANBUS总线网络。
·UART0：系统软件管理，用于梯形图编程、监控，支持人机界面及用户驱动程序下载。
·UART1：系统软件管理，用于下载CANBUS网络参数、构建RS485网络及支持第三方设备互连。
2）芯片组原理框图
二、应用开发
基于加载了系统软件的核心芯片组，我们可以根据工艺需要来开发自己的嵌入式PLC产品。下面就介绍基于嵌入式PLC芯片组开发的16路输入的模拟量PLC产品（可输入标准信号或热电偶信号）。
1、硬件设计
硬件整体结构图如下：
AI0是芯片组内的一个AD转换通道，P1.0—P1.4作为模拟开关的通道控制线来进行16个模拟信号通道间的切换。
（1）信号采集电路
用AD公司的高精密放大器OP07构成模拟信号放大电路，OP07具有低输入偏移电压（10uV）、低漂移电压（0.2uV/℃）和宽范围的供电电压（±3V－±18V）, 可以很好地满足该产品的要求。在这里OP07由±5V供电，R18、R79作为调零电阻，输出电压由下式给出：Vout＝Vin（1＋R98/R56）。
（2）信号选择电路
选择16通道的模拟开关CD4067构成信号选择电路，A、B、C、D、INH接到芯片组的P1.0－P1.4引脚，做为模拟开关的通道选择控制信号。OUT引脚接到芯片组的AIN0，即**个AD转换通道。
2、软件开发
嵌入式PLC是基于Cygnal公司的C8051f040芯片开发的，所以二次程序的开发使用51汇编语言。开发选择的编译器是KEIL C51，因为它可以生成我们所需要的.HEX文件。
内核留出了七个用户嵌入程序接口，我们只需要充分理解各个接口的功能就可了进行二次开发了，需要熟悉如下内容：a、内核功能b、内核结构c、内核任务管理d、内核存储空间分配。由于系统软件中已经加入了232通信、485通信和CAN通信的功能，所以16路模拟量PLC的二次驱动软件的开发主要集中在模拟量的AD转换和PLC资源区中AD值的实时刷新上。
（1）程序规划
T4中断：完成AD转换和16个通道的切换程序
USER_SCAN：PLC资源区中AD值的刷新。
AD转换过程如下：每一通道连续采样16次，采样完后得到累加和，然后启动下一通道的AD转换。
PLC资源区中AD值的刷新过程如下：在梯形图扫描周期结束时进行，把各路AD值的累加和求平均值后放入PLC的资源区的对应位置处。
（2）程序代码
INIT_AD: ;AD初始化
MOV SFRPAGE, #ADC0_PAGE
MOV REF0CN, #07H ;内部参考电压/输出到VERF
;启动内部温度传感器
MOV AMX0CF, #00H ;单极性输入
MOV ADC0CF, #0B8H ;D7——D3=SYSCLK/采样时钟-1
;采样转换时钟=1US
;D2——D0=GAIN
;000 GAIN=1
MOV ADC0CN, #90H ;启动AD采样
MOV AD_CHANNEL, #00H ;AD通道号，初值为0
MOV AD_COUNT, #00H ;16次采样次数计数。初值为0
RET
SAMPLE_AD: ;AD采样开始
MOV SFRPAGE, #ADC0_PAGE ;AD控制寄存器页
MOV A, AD_CHANNEL ;采样值的累加和是一个字基地址 ;为#XAI,偏移地址为AD_CHANNEL
RL A
MOV DPTR, #XAI ;XAI存放16次采样值的累加和
ADD A, DPL ;低字节相加
MOV DPL, A
MOVX A, @DPTR
MOV B, A
MOV A, ADC0L
CLR C
ADDC A, B
MOVX @DPTR, A
INC DPTR ;高字节相加
MOVX A, @DPTR
MOV B, A
MOV A, ADC0H
ANL A, #0FH
ADDC A, B
MOVX @DPTR, A ;#XAI中存放格式为低字节、高字节
MOV SFRPAGE, #ADC0_PAGE ;AD控制寄存器页
MOV ADC0CN, #090H ;启动下次AD采样
INC AD_COUNT
MOV A, AD_COUNT
CLR C
SUBB A, #16
JNC FILL_XAI_XAD ;当16次采样完成后,把XAI中16 ;个采样和（2字节）存放到XAD
RET
3、驱动程序的嵌入
在KEIL C51中编译上述程序。使用下载工具软件“DOWNHEX”，把生成的.HEX文件通过串口下载到芯片组的固定地址处，使得内核可以调用它，从而完成二次驱动程序的开发。到此，16路模拟量PLC的开发工作基本完成。
三、功能介绍
基于嵌入式PLC开发的多路模拟量网络节点具有以下功能：1、采集工业现场的多路热电偶信号，2、支持三菱、台达等多家人机界面， 3、支持梯形图编程（86条指令）， 4、支持CANbus互连（多机并联运行或扩展单元连接）等。这里简要介绍下该网络节点的梯形图功能应用。
嵌入式PLC的系统软件中内置了温度转换函数，其功能是把热电偶毫伏信号对应的AD值转化成温度值。适用于任意分度热电偶输入信号，应用于不同的控温场合，配合PID调节，使受控温度精度可达±1℃。
下面的梯形图程序就是把一路热电偶信号转换成温度值，该信号AD值放在D5000，转换后的温度值存放在D5160中可编程逻辑控制器(PLC)基本操作及功能简介
可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
数十年以来，可编程逻辑控制器（PLC）始终是工厂自动化和工业过程控制**组成的一部分。从简单的照明功能到环境系统、再到化学加工等各种应用，都离不开PLC控制。
这些系统具备许多功能，提供各种模拟和数字输入/输出接口、信号处理、数据转换以及各种不同的通信协议。PLC的所有元件和功能都以控制器为中心，而控制器则针对某项具体任务进行编程。
可编程逻辑控制器（PLC）基本操作及功能简介
基本的PLC组件必须足够灵活并可配置，以满足不同工厂和应用的需求。输入激励（无论是模拟还是数字信号）来自机器装置、传感器或过程事件，表现为电压或电流。PLC必须准确地为CPU提供解析并转换激励信号，CPU进而确定一组发给输出系统的指令，而后者控制着安装在工厂或另一工业环境的执行机构。
现代PLC起源于上世纪60年代，在随后的几十年中，通用功能和信号通道发生了少许变化。然而，21世纪的过程控制为PLC提出了更加艰巨的新要求：更高性能、更小体积和更大的功能灵活性。必须内置保护功能，防止潜在的破坏性静电放电（ESD）、电磁干扰和射频干扰（RFI/EMI），以及恶劣的工业环境中常见的大幅值瞬态脉冲。
可靠设计
PLC需要在工业环境中无故障工作数年，而这种环境对于为PLC提供**灵活性和精密性的微电子元件有较大损害。Maxim比任何一家混号IC厂商都更能理解这一状况，因为我们在成立之初就以**的产品可靠性和创新方案良好于业竞争者，确保高性能电子器件免受恶劣环境的损害，包括高ESD、高瞬态电压摆幅和EMI/RFI。设计人员已经普遍认可Maxim的产品，因为这些产品解决了模拟、混号设计的难题，并将年复一年坚持不懈地解决这类问题。
更高集成度
PLC具有4至数百路输入/输出（I/O）通道，支持各种不同规格的应用，因此，尺寸和功率也像系统精度、可靠性一样重要。Maxim坚持在IC中集成正确的功能，始终保持业的良好地位，从而减小了总体系统的空间和功率需求，得到更加紧凑的设计。Maxim能够以较小尺寸提供数百款低功耗、高精度 IC，使得系统设计人员能够构建完全满足苛刻的空间、功耗要求的精密产品。
工厂自动化—新发明
装配生产线是人类历史上相当新的发明创造，许多国家都在同一时期涌现出了类似的创新方案。我们在此列举了美国的几个示例。
SamuelColt（美国*制造商）在19世纪中叶展示了一种通用部件。早期的*需要独立制造每杆的部件，然后再分别进行组装。为了实现自动装配，Colt先生尝试把10只的所有部件分别放置在不同箱子内，然后随机地从箱子里抓取这些部件并组装成一只。20世纪初期，HenryFord进一步拓展了大批量生产技术。他设立了固定装配厂，汽车在生产线上传递到不同车间。雇员只需要了解很少的装配知识，在以后的工作中也只进行这类工作。1954 年，GeorgeDevol申请了美国**2，988，237，这项**标志着一个工业机器人的诞生，该机器人命名为Unimate。20世纪60年代末期，GeneralMotors？使用PLC组装汽车的自动变速器。DickMorley—PLC之父，为GM？开发了**PLC（Modicon），他的美国**3，761，893是当今许多PLC的基础。
基本的PLC操作
过程控制可以简单到何种程度？我们以一个常见的家用加热器为例进行说明。
加热器部件密封在一个容器内，便于系统通信。这个概念可以扩展到远端控制的家用恒温加热器，通信距离在几米左右，通常采用电压控制。
现在，我们在这个小型简单过程控制系统的基础上加以拓展，一个工厂需要哪些控制和配置？
远距离传输线的阻抗、EMI和RFI使得电压控制方案的实施非常困难，这种情况下，电流环不失为简单、有效的解决方案。由基尔霍夫定律可知，电流环中任何一点的电流等于环路中其它所有点的电流，由此可以抵消传输线阻抗的影响。由于环路阻抗和带宽较低（几百欧姆，并且《100Hz），EMI和RFI 的杂散拾取被降至较小。PLC系统对于适当的控制非常有用，例如工厂生产系统。
PLC的电流环传输
电流控制环的应用始于20世纪早期的电传打字机，较早使用的是0–60mA环路，后来改为0–20mA环路，PLC系统采用了4–20mA环路。
4–20mA电流环有很多优势。在传统的分立器件设计中需要仔细计算，而且与当前的集成4–20mAIC相比，电路占用很大空间。Maxim推出了几款20mA器件，包括MAX15500和MAX5661，可有效简化4–20mAPLC系统设计。
测量到的任何电流值都代表一定的信息。实际应用中，4–20mA电流环路工作在0mA至24mA电流范围。但0mA至4mA和20mA至24mA电流范围用于诊断和系统校准。由于低于4mA和**20mA的电流用于诊断，可以认为介于0mA和4mA之间的读数表示系统中传输线断开。同样，介于20mA和 24mA之间的读数可以表示系统中出现潜在的短路故障。
4–20mA通信的增强版称为高速可寻址远端传感器（HART？系统），该系统向下兼容4–20mA仪表。在HART系统中，采用基于微处理器的智能化集成现场器件能够实现双向通信。根据HART协议，能够在同一4–20mA 模拟电流信号线对上承载附加的数字信息，用于过程控制。
PLC的功能可划分成几个功能组。许多PLC厂商将这些功能集成为独立模块，每个模块所具备的功能随具体应用而有所不同。很多模块具有多种功能，可与多种传感器接口连接。然而，多数情况下会针对特殊应用设计**模块或扩展模块，例如：电阻温度检测器（RTD）、传感器或热电偶传感器。通常，所有模块具备相同的核心功能：模拟输入、模拟输出、分布式控制（例如现场总线）、接口、数字输入和输出（I/O）、CPU以及电源。我们将逐一说明这些核心功能，传感器和传感器接口将在其它章节分别介绍。
1 引言
随着自动化水平的日益提高，基于触摸屏技术的人机界面（HMI）技术应用日益深入到装备制造业的各个领域。同时，随着HMI的功能和配置升级，原来较为复杂的一些控制领域也得到应用，呈现触摸屏技术出特有的人性化友好和信息化人机工程优势。本文的把HMI应用到点胶机器人上的控制监控管理，就是典型的案例。
电路板表面贴装技术（SMT）工艺流程由丝印（或点胶）； 贴装 （固化）； 回流焊接；清洗；检测等工艺环节组成。丝印或点胶工艺作用是将焊膏或贴片胶漏印到PCB的焊盘上，为元器件的焊接做准备。所用设备为丝印机（丝网印刷机），位于SMT生产线的较。点胶是将胶水滴到PCB的的固定位置上，其主要作用是将元器件固定到PCB板上。所用设备为点胶机，位于SMT生产线的较或检测设备的后面。因此关键工艺设备点胶机器人得到越来越广泛的应用。
2 系统分析
对于自动化点胶机器人来说，其主要动作有两种：一种是到达每一位置点后点胶一次，例如按键类的点胶处理，此种处理容易控制，仅仅需要点到点的点位控制即可；另一种则是实现轨迹运动的处理，如直线、圆弧、点线等。此种点胶要求比较高，必须确保点到
本文介绍工业人机界面的特点和功能，并以国内某大型浮法玻璃生产线冷端切割区主控系统为例，介绍HMI在PLC工控系统上的应用。
1、前 言
可编程序控制器Programmable Logic Controller在工厂自动化中占有举足轻重的地位。技术的不断发展较大地促进了基于PLC为核心的控制系统在控制功能、控制水平等方面的提高。同时对其控制方式、运行水平的要求也越来越高，因此交互式操作界面、报警记录和打印等要求也成为整个控制系统中重要的内容。对于那些工艺过程较复杂，控制参数较多的工控系统来说，尤其显得重要。新一代工业人机界面的出现，对于在构建PLC工控系统时实现上述功能，提供了一种简便可行的途径。
2、工业人机界面的特点和功能
工业人机界面Human Machine Interface，简称HMI，又称触摸屏监控器，是一种智能化操作控制显示装置。工业人机界面以特殊设计的计算机系统32位RISC CPU芯片为核心，在STN、TFT液晶显示屏或EL电发光显示器上罩盖有透明的电阻网络式触摸屏。触动屏幕时，电阻网络上的电阻和电压发生变化并由软件计算出触摸位置。
NMI的主要功能有：数据的输入与显示；系统或设备的操作状态方面的实时信息显示；在HMI上设置触摸控件可把HMI作为操作面板进行控制操作；报警处理及打印；此外，新一代工业人机界面还具有简单的编程、对输入的数据进行处理、数据登录及配方等智能化控制功能。
3、HMI在PLC工控系统上的应用
下面以国内某大型浮法玻璃生产线冷端切割区主控系统为例，介绍HMI在PLC工控系统上的应用。
3.1 系统概述
切割区为浮法玻璃生产线中一个重要工段，其中包括测量发讯、纵切、横切、掰断加速、掰边、纵掰纵分、输送辊道等众多生产控制设备。系统硬件上主要由主控制器PLC，现场设备控制装置，包括伺服控制器、变频器、模拟量信号及脉冲信号处理器等和HMI构成。作为整个控制系统的核心，切割区主控系统在正常生产时根据生产工艺要求协调各个单机控制子系统的工作，制定切割计划，实现整个生产过程全自动化。整个系统的核心控制部分由日本三菱FX-200系列PLC完成，此部分内容本文略，而系统的监控和交互式操作界面等任务将由HMI承担。主要有以下内容：系统参数的设定；动态画面的显示；故障报警与诊断。其中HMI选用深圳显控公司的SA-5.7型人机界面。
3.2 HMI与PLC之间的通讯
当HMI用于PLC控制系统时，HMI与PLC之间通过串口以Direct bbbb（直接连接）方式进行通讯。在该方式下，HMI根据要求直接读入PLC的数据或把数据写入PLC相应的地址中。由于内装通讯协议，因此无须编制通讯程序，只要*所用PLC类型即通讯协议，运行时便可实现通讯。因此大大减少了PLC用户程序的负担。在系统设计时，直接*控制部件与其对应PLC的输入输出（I/O）、寄存器（R）、中间寄存器（M）的地址，运行时HMI就能自动和PLC进行数据交换。直接读取或改写PLC相应地址的内容，并据此改变画面上显示内容。同时通过对HMI的触摸操作，可向PLC相应的地址输入数据。
3.3 HMI监控主面
整个HMI监控系统采用树型结构，由监控主画面及相应功能子画面组成。在监控主画面下端设有控制功能键，按动功能键可以依次进入相应子画面，执行所需的功能。在每一个子画面中可通过 上一页 、 下一页 功能键在同一功能组中进行画面切换，在任一子画面都可以通过 主画面 功能键退回到监控主画面。系统自动采集相关数据，将切割计划、测量脉冲、辊道速度等一些重要生产工艺参数显示在主画面上，便于操作人员的观察。监控主画面上还有生产过程的动态画面显示，在动态画面上以各种形式模拟出主要控制设备的运行情况，例如光电开关的动作、电磁阀的吸合、电机的运行停止等，直观、生动的反映出现场的过程，方便操作人员对生产情况、设备工况的了解。显控公司的HMI编程软件SamDraw3.1提供了丰富的控制部件，例如按钮部件、画面切换部件、指示灯部件、数据文本显示部件等等，实现上述功能只要根据需要选择相应的控制部件，定义好其属性即可。SamDraw3.1采用软件通用模式，所有控制部件的属性通过组态形式完成，以实现相应控制功能。使用SamDraw3.1内附的图库及作图工具来构造生产现场的模拟画面，简便易行。内容丰富的作图工具库，使得画面生动、丰富多彩。 而且SamDraw3.1还支持图片上传以及自定义图库功能，用户可以很方便的将本地图片生成为图库或控件，在以后的组态过程中可以很方便的调用。
此外，充分利用HMI的优势将原先布置在控制柜上的开关、指示灯尽可能地用HMI中的控制部件替代，这样做减少硬件设备，简化了现场设备间的接线，更重要的是给设计和调试带来诸多方便。
3.4 HMI参数设置功能
主控系统中有多达近百个参数需要设置，根据控制功能将其分为联锁、横切、横掰、速度、掰边、纵掰及设备参数组，使整个系统的结构更加合理。同时利用HMI触摸操作的特性使参数设置变得较为直观和简便。在参数设定时，点击数字输入控件自动弹出系统的数字键盘进行操作。每个参数在部件属性中定义并分配了相应的PLC地址，当确认后输入的数据将存入PLC*的地址中。操作完成后，按动ENT键，可消去数字键盘同时完成数字输入。此种设计模式可较大化地利用画面的有效面积。同时每个参数都设有上下限限制，当输入数值****，系统将拒绝接受并且不能退出键盘，待输入正确后方可退出。此外对重要的系统设备参数组，为安全起见，可以对参数设置画面设置访问权限，赋予操作人员不同的操作权限，增加系统的安全性。
3.5 HMI报警功能
在系统报警设计时，将故障信息在报警编辑器中编辑好，并在报警记录子画面中设置报警记录显示部件用于故障信息显示。系统运行发生故障时，HMI根据PLC传送的故障信号，将报警编辑器中对应的故障信息在报警记录子画面显示出来。同时监控主画面上的“故障”信号灯将闪烁，声响报警。此时操作人员可进入报警记录子画面，根据故障信息查找原因，及时处理。
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