产品描述
6ES7253-1AA22-0XA0现货充足
学自动化的,整天听别人说起PLC,究竟什么是PLC呢?PLC就是可编程控制器。PLC可编程序控制器:PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器,定义是:一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。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。
二十世纪六十年代美国开始推出可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC),用来取代传统继电器控制装置,从那时起,PLC技术快速发展,在全世界范围内得到了广泛的应用。PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高,PLC的功能也不断完善,PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制,在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。
PLC作为离散控的制的可以选择产品,PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展,全世界PLC使用年增长率保持在20%~30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大,近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是,在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料,2004年**PLC的销售收入为100亿美元左右,在自动化领域占据着十分重要的位置。
PLC是由摸原继电器控制原理发展起来的,二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制,首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令;并通过数字输入和输出操作,来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求,并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行,以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器,在程序运行过程中,每执行一步该计数器自动加1,程序从起始步(步序号为零)起依次执行到较终步(通常为END指令),然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC,循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程,在解算逻辑方面,表现出快速的优点,在微秒量级,解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理,16位(也有32位的)为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。
相同I/O点数的系统,用PLC比用DCS,其成本要低一些(大约能省40%左右)。PLC没有**操作站,它用的软件和硬件都是通用的,所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器,可以接收几千个I/O点(较多可达8000多个I/O)。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少,采用PLC较为合适。PLC由于采用通用软件,在设计企业的管理信息系统方面,要容易一些。
近10年来,随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大,越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制,PLC在我国的应用增长十分迅速。随着的高速发展和基础自动化水平的不断提高,今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头
通用PLC应用于**设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器,但PLC相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器,现在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器,PLC产业一定会有一个美好的未来。
通讯程序设计在自动化系统的应用越来越广泛,例如plc 与操作界面的数据交换,通过通讯对变频器的控制, plc 的连网等等。
要想实现 plc 的通讯编程,首先所选的 plc 必须有强大的通讯能力,就是说 plc 的操作系统能够支持多种通讯格式,通常一种品牌的 plc 如果能够提供给用户更多的编程自由度,那么这种品牌的技术开发能力就越强大,大多数品牌只能提供固定格式的通讯格式或协议,这就大大局限了 plc 与其他智能设备的数据交换。
我们的 plc 产品具有 RS232 和光电隔离的 RS485 两个自由通讯口 , 两个通讯口可以同时收发数据,几乎可以适应所有通讯格式,可以提供 CRC 和 BCC 等多种校验方式。
以一台 PLC 通过 485 通讯控制多个某品牌的变频器为例:
如果该变频器的波特率是 9600b/s , 8 个数据位,奇校验, 1 个停止位。那么首先必须在 plc 的嵌入 C 窗口的初始化代码区编程一个通讯口设置语句: Set485Port(9600,o,8,1); 仅仅一个语句就完成了对 485 通讯口的编程。
由于 485 通讯必须设定主从关系,这里是 plc 控制多台变频器,所以 plc 必须设置为主,因此还需在初始化代码区增加一个地址和主从设定语句: SetAddress(1,MASTER); 事实上,对于主控制器来说,地址已经失去意义。
通讯口已经设置完毕,下面就是如何根据要求将数据发送给变频器。
基于和利时LM系列PLC的气体分析预处理系统可以为气体分析系统提供符合要求的采样气体。实践证明,取样气体预处理效果良好。取样气体经预处理装置后,达到了降温、除水、除干扰组份的目的,投运后运行稳定,在线分析响应时间常量分析小于30秒,微量分析小于40秒。取样气体测量准确,能够迅速和正确反映工况,同时仪器的故障率与维修量大为下降,保证了气体分析系统的长周期稳定运行,为较终客户的安全生产、稳产、高产、降耗等起到了重要作用。
关键词:和利时LM系列PLC;气体分析;多通道;巡检
1 气体分析预处理技术概述
本文介绍和利时LM系列PLC在四路巡检气体分析预处理系统中的应用。基于和利时LM系列PLC和HT6000系列触摸屏的气体预处理系统因其可靠性高、自动化水平高、预处理质量稳定、人机界面友好等特点在得到了广泛的应用。
传统的分析方法如化学分析法、气相色谱法较多采用人工采样法。人工采样法的特点是采用人工取样的方式,抽取某一时点的样气进行分析。其缺点显而易见:
(1)必须对气体进行人工取样,在实验室进行分析,其中操作者的操作技能对分析的精度有很大影响;
(2)只能单一成份地逐个进行检测分析,不具备多重输入和信号处理功能;
(3)分析费时费力,响应速度慢,效率低,难以实时地反映工况信息。
在现代气体分析仪器的设计中,主要包括两种设计方案。一种是以分离器件和小规模集成电路为基础的模拟信号处理方案,这类仪器主要应用于功能简单的小型仪器,它们一般只能进行简单的测试,由于仪器内部没有专门的功能软件,所以无法完成更进一步的数据处理和计算功能,这类产品一般都做成便携式仪器,间断的对气体进行取样检查。*二种方案是以单片机技术为基础的数字电路处理方案,这类仪器在进行信号处理和数据通讯方面具有较高的灵活性,在气体分析仪器行业中处于主流地位,已基本能够完成必要的数据处理和运算功能。对于一些具有高集成的单片机系统,它具有更全面的功能。但是对多种组份、多路通道、恶劣环境的气体测量要求,对采样气体需要进行必要的预处理的应用要求,以单片机技术为基础的气体分析仪在设计时存在着较大的难度。针对*二种方案的不足,我们把气体分析预处理系统单独分离出来,用成熟灵活的PLC系统来设计。
气体预处理系统是可靠性和稳定性要求较高的气体分析子系统,其性能直接决定了采样气体的质量。基于PLC的气体预处理系统可以实现气体的自动连续采样。采用不同测量方法的气体分析系统都由采样预处理系统和分析仪表两部分组成。采样探头将被测气体从烟道或管道中引出,并送入预处理系统进体预处理,然后连续送入仪器的气体室中,分析仪器通过不同的方法完成气体浓度的测量。采样预处理系统完成气体的采样工作,其基本原理分为正压和负压两种,由PLC完成各管路电磁阀和电动阀的时序动作。
2 气体分析预处理控制系统硬件设计
气体分析辅助系统由以PLC为核心的控制机柜、执行机构、声光报警和一次、二次外围元件组成,控制柜里配置有PLC、报警继电器、泵、阀等。每一路输出通道都有与之相对应的流程指示灯,可以检查某一通道的当前工作情况,而且系统具有自动巡检和手动功能。
本系统的CPU模块选用和利时LM系列PLC的LM3107E模块,模块本体上集成12点数字量输入和8点继电器输出,还有2路模拟量输入和1路模拟量输出。系统采用LM3223扩展8通道继电器输出。系统中显示部件采用和利时HT7700T触摸屏,通过串口以ModbusRTU的协议与
PID 指令(FUN30) 系将目前所量测之外界模拟输入值当作程控变量( ProcessVariable, 简称PV),
将使用者所设定之设定值( Setpoint, 简称SP) 与程控变量经由软件PID 数学式运算后, 得到适宜之输出
控制值经由D/A 模拟输出模块或再处理经由其它界面以控制受控程序在使用者所期望之设定范围内。
● 数字化PID 表达式如下:
Mn=(D4005/Pb)×(En)+∑0[ (D4005/Pb)× T i × Ts × E n ]−[(D4005/Pb)×Td×(PVn−PVn-1)/Ts]+Bias
Mn : 〝n〞时之控制输出量
D4005: 增益常数, 内定值为1000; 可设定范围为1~ 5000
Pb : 比例带( 范围: 1~ 5000, 单位为0.1%; Kc ( 增益) =D4005/ Pb)
Ti : 积分时间常数( 范围: 0~ 9999, 相当于0.00~ 99.99 Repeats/Minute)
Td : 微分时间常数( 范围: 0~ 9999, 相当于0.00~ 99.99 Minutes)
PVn : 〝n〞时之程控变数值
PVn - 1 : 〝n〞之上一次之程控变数值
En : 〝n〞时之误差=设定值( SP) −〝n〞时之程控变数值( PVn )
Ts : PID 运算之间隔时间( 范围: 1~ 3000, 单位: 0.01S)
Bias : 偏置输出量( 范围: 0~ 16383)
参数调整
依下列原则适当调整PID 参数以得到所要之程控反应:
比例带( Pb) 调整越小, 即增益越大, 对输出贡献越大, 可得到较快且灵敏之控制反应。
但增益如过大,会造成振荡现象;尽量调高增益( 但以不造成振荡为原则), 以增快程序反应并减少稳态误差。
积分项可用来程控反应之稳态误差。积分常数( Ti)调整越大,对输出贡献越大, 当有稳态误差时,
可调高积分常数, 以减少稳态误差。
积分常数=0 时, 积分项无作用。如已知积分时间为6 分钟, 则Ti=100/6=17 ; 如积分时间为5 分钟, 则Ti=100/5=20。
微分项可用来让程控反应较平顺, 不会造成过度追赶。微分常数( Td) 调整越大,
对输出贡献越大, 当有过度追赶时, 可调高微分常数, 以减少追赶量。
微分项对程控反应相当灵敏, 大部分之应用不必使用微分项, 而将其设定为0。
微分常数=0 时, 微分项无作用。如已知微分时间为1 分钟, 则Td=100; 如微分时间为2 分钟, 则Td=200。
1.前言
实时数据采集系统过去在DOS操作系统下一般是采用汇编语言开发制作。随着bbbbbbs操作系统的普及应用,数据采集及工业控制等软件的开发也上升到 bbbbbbs环境下。可视化软件开发平台的出现,为软件开发提供了强大的图形界面功能,使得开发出来的各种应用软件具有良好的人机交互功能。汇编语言的特点是功能强、运行速度快,但编程复杂、调试难,而高级语言具有良好的可读性及方便的调试手段。
Visual Basic 是bbbbbbs环境下简单、易学、的可视化编程语言开发系统,以其所见即所得的可视化界面设计风格和32位面向对象的程序设计等特点,已广泛地应用于各个领域,是很多计算机软件开发采用的开发工具。VB不但提供了良好的界面设计能力,而且在微机串口通信方面也有很强的功能。采用 VB开发Winodws下的数据采集和工业控制应用软件十分方便,尤其软件界面设计非常便捷,编程工作量较小,开发,特别适合非计算机专业的工程技术人员掌握和使用。
2.MSComm控件特点
MSComm控件是Microsoft提供的扩展控件,用于支持 VB程序对串口的访问,该控制“隐藏”了大部分串口通讯的底层运行过程和许多烦琐的处理过程,同时支持查询方法和事件驱动通讯的机制,事件驱动通讯是交互方式处理串口事务的一种非常有效的方法,特别适合 bbbbbbs程序的编写。在串口通讯过程中,当发送数据、收到数据或产生传输错误时,触发MSComm控件的OnComm事件,然后可以通过判断 CommEvent属性值获得事件类型,再根据事件类型进行相应数据处理。因此用其实现微机串口的数据通讯相当简单,以很少的程序代码就可以轻松实现串口的访问和数据通讯。
3.实时数据采集示例程序
下面给出的应用实例,通过对一台工业八通道实时检测仪表数据通讯协议进行分析,利用VB6.0开发微机通过串口对多通道工业仪表进行实时数据采集的编程技术。给出的程序代码具有通用性,并有详示,可以直接或稍加改动后用于其它数据采集或实时控制程序中。
3.1 仪表及其数据通讯协议
这台工业用八通道实时检测仪表,较多可同时接高精度位移传感器,用于测量多点微小形变或微量位移,仪表测量精度为0.01毫米,测量范围较大值为50毫米。该仪表带有一个9针的RS-232C串口,能与微机进行串口数据通讯,实时传送检测数据,通过微机软件处理可实现工业实时监控。
该仪表的串口数据通讯协议是:速率为9600bps,1位开始位,8位数据位,1位停止位,无奇偶校验位。仪表每秒通过串口发送200个字节数据,由于接入的位移传感器数量在 1-8路可调,所以发送的每帧数据长度不定长,随传感器数量多少而变化。仪表首先发送每帧数据的开始标志字节,该字节定义为二进制常数0FAH;然后发送1个字节的通道状态字节,该字节按位顺序每位代表相应的一路通道状态,某位是1则代表该通道接有位移传感器,某位是0则代表该通道未接位移传感器;从*三个字节开始按位移传感器接通的通道顺序发送采集数据字节,每道数据有三个字节,前2个数据字节采用压缩的BCD码编码方式,*1个数据字节是高位,*2个数据字节是低位,即一个字节表示两位十进制数,则两个字节表示四位十进制数,小数点采用固定形式,定义在两字节中间;*3个数据字节为符号字节,该字节*八位为1,即1xxxxxxx则为负数,*八位为0,即0xxxxxxx则为正数。
例如发送的字节数据为:0FAH 0B1H 26H 87H 8H 34H 62H 00H 37H 76H 0H 42H 53H 80H
0FAH为帧开始标志字节,**道,*五道,*六道,*八道接有位移传感器,表示 -26.87 34.62 37.76 -42.53。
3.2 部分参数的技术分析
3.2.1 仪表通讯传输速率为9600bps,则较快速度为1.0417ms发送一个字节;仪表每秒发送200个字节,平均5.0ms发送一个字节,在查询方式或连续读取串口数据时要在程序中添加循环等待程序,等待接收缓冲区收到足够的字节才能进行数据处理。
3.2.2 仪表发送每帧数据长度不定长,为了实现实时监测功能,接收数据的读取要尽可能的快速,则在程序开始运行时设置MSComm1的属性
RThreshold = 26 接收缓冲区收到26个字节产生OnComm事件
bbbbbLen = 1 bbbbb每次读取一个字节
等到程序接收到一帧完整数据后,计算出当前帧数据长度,再将Rthreshold属性修改为帧长度,则接收缓冲区在收到一帧数据后,MSComm控件才会触发一个OnComm事件,这样就会有更多的时间进行数据的计算和处理。
3.2.3 仪表每秒发送200个字节数据,微机收到一完整帧数据至少需要t(ms)时间(只接一道传感器t=25ms;接八道传感器t=130ms),然后再进行数据处理。如果微机在下一帧数据接收前即t ms内能将数据计算处理完毕,则接收缓冲区内只会保存有一帧数据,不会存有两帧以上数据,接收缓冲区的大小不会影响实时监测效果(接收缓冲区>=一完整帧长度),这时完全可以实现实时监测或实时控制;如果微机在t ms内不能将数据计算处理完毕,接收缓冲区设置的又很大,在数据计算处理完毕前,接收缓冲区内就会保存有两帧以上数据,而且一次工作时间越长,缓冲区内滞留数据帧就越多,数据采集和数据处理之间产生逐渐增大的额外时间差,当接收缓冲区充满后,时间差不再增大,固定在某一值,部分数据因不能及时采集到接收缓冲区中,数据产生丢失现象,真实工作情况就会和微机处理结果产生较大的时间差,对实时监测和实时控制很不利,这种情况下接收缓冲区的大小就会影响实时监测效果,所以接收缓冲区设置不能过大,让部分数据丢失,以保证数据处理的实时性。
3.2.4 设置MSComm控件的接收数据模式采用二进制方式,即 bbbbbMode=combbbbbModeBinary,但用bbbbb属性读取数据时,不能直接赋值给 Byte 类型变量,只能通过先赋值给一个 Variant 类型变量,返回一个二进制数据的数组,再转换保存到Byte类型数变量中。
3.2.5 VB中有 Byte类型变量,但没有字节的位处理语句。通道状态字节的位处理要通过对该字节的值运算进行判断,符号字节的位处理则要判断符号字节的值是否大于127,大于127则为负数;压缩的BCD码存入Byte类型变量,VB系统只按十进制数处理,这要通过一个简单算法换算,解压BCD码才能还原成十进制表示数值。如a是Byte类型变量,W是Single类型变量,将一个压缩的BCD码存入 a中,则算法是:
W=(a\16)*10 + a-(a\16)*16
则W=a-(a\16)*6
3.3 程序代码
在(通用)(声明)中定义程序所用变量:
Dim ab(4) As Byte 注释:字节数据类型数组,用来存贮接收到的一组字节数据
Dim av As Variant 注释:用来从接收缓冲区读取数据
Dim i As Integer
Dim j As Integer
Dim w As Integer 注释:接收数据个数计数器
Dim b1 As Single
Dim b2 As Single
Dim WW As Single 注释:十进制检测值
Dim TD(8) as Boolean 注释:通道状态数组
Dim Wmax(8) As Single 注释:较大值数组
Dim Wmin(8) As Single 注释:较小值数组
在窗体中添加名为Command1的[开始]按钮和名为MSComm1的MSComm控件。
[开始]按钮的Click事件处理程序主要是对MSComm1控制的参数初始化设置,程序中大部分参数在设计时可在MSComm1控制的属性窗口中设置:
Private Sub Command1_Click() 注释:开始按钮
With MSComm1
.CommPort=2 注释:使用COM2
.Setting="9600,N,8,1" 注释:设置通信口参数
.InBufferSize=40 注释:设置MSComm1接收缓冲区为40字节
.OutBufferSize=2 注释:设置MSComm1发送缓冲区为2字节
.bbbbbMode = combbbbbModeBinary 注释:设置接收数据模式为二进制形式
.bbbbbLen = 1 注释:设置bbbbb 一次从接收缓冲读取字节数为1
.SThreshold = 1 注释:设置Output 一次从发送缓冲读取字节数为1
.InBufferCount = 0 注释:接收缓冲区
.OutBufferCount = 0 注释:发送缓冲区
For i=1 to 8
Wmax(i) = -99 注释:较大值赋初值
Wmin(i) = 99 注释:较小值赋初值
Next i
w = 0 注释:数据个数计数器清零
.RThreshold = 1 注释:设置接收一个字节产生OnComm事件
On Error Resume Next 注释:改变错误处理的方式。
Err.bbbbb
If .PortOpen = False Then 注释:判断通信口是否打开
.PortOpen = True 注释:打开通信口
If Err Then 注释:错误处理
MsgBox "串口通信无效"
Exit Sub
End If
End If
End With
End Sub
为了达到实时数据采集目的,实时数据采集处理程序采用MSComm事件驱动方式。MSComm1_OnComm 的事件处理程序只处理comEvReceive事件,首先判断帧数据的开始字节,关闭OnComm接收事件,然后接收数据字节,将压缩BCD进行还原转换,再接收符号字节,判断数据符号,判断数据较大较小值,最后打开OnComm接收事件,等待下一次OnComm事件产生:
Private Sub MSComm1_OnComm()
With MSComm1
Select Case .CommEvent 注释:判断MSComm1通讯事件
Case comEvReceive 注释:收到Rthreshold个字节产生的接收事件
av = .bbbbb 注释:读取一个接收字节
ab(1) = av(0) 注释:转换保存到字节数据类型数组
If ab(1) = 170 Then 注释:判断是否为数据开始标志,0FAH=170
.RThreshold = 0 注释:关闭OnComm事件接收
W=W+1 注释:计数器加1
av = .bbbbb 注释:读取通道状态字节
ab(0) = av(0) 注释:转换保存到字节数据类型数
For i = 1 To 8 注释:通道状态数组复位
TD(i) = False
Next i
cn = 2 注释:帧长度赋初值,一个开始字,一个状态字
If ab(0) >= 128 Then 注释:判断*八通状态
TD(8) = True 注释:*八道是真
ab(0) = ab(0) - 128 注释:*7位置零
cn = cn + 3 注释:帧长度加3个字节
End If
If ab(0) >= 64 Then 注释:判断*七通状态
TD(7) = True 注释:*七道是真
ab(0) = ab(0) - 64 注释:*6位置零
cn = cn + 3 注释:帧长度加3个字节
End If
If ab(0) >= 32 Then 注释:判断*六通状态
TD(6) = True 注释:*六道是真
ab(0) = ab(0) - 32 注释:*5位置零
cn = cn + 3 注释:帧长度加3个字节
End If
If ab(0) >= 16 Then 注释:判断*五通状态
TD(5) = True 注释:*五道是真
ab(0) = ab(0) - 16 注释:*4位置零
cn = cn + 3 注释:帧长度加3个字节
End If
If ab(0) >= 8 Then 注释:判断*四通状态
TD(4) = True 注释:*四道是真
ab(0) = ab(0) - 8 注释:*3位置零
cn = cn + 3 注释:帧长度加3个字节
End If
If ab(0) >= 4 Then 注释:判断*三通状态
TD(3) = True 注释:*三道是真
ab(0) = ab(0) - 4 注释:*2位置零
cn = cn + 3 注释:帧长度加3个字节
End If
If ab(0) >= 2 Then 注释:判断*二通状态
TD(2) = True 注释:*二道是真
ab(0) = ab(0) - 2 注释:*0位置零
cn = cn + 3 注释:帧长度加3个字节
End If
If ab(0) >= 1 Then 注释:判断**通状态
TD(1) = True 注释:**道是真
cn = cn + 3 注释:帧长度加3个字节
End If
For i = 1 To 8 注释:
If TD(i) = True Then
av = .bbbbb 注释:读取**个数据字节(BCD码高位字节)
ab(2) = av(0) 注释:转换保存到字节数据类型数组
av = .bbbbb 注释:读取*二个数据字节(BCD码低位字节)
ab(3) = av(0) 注释:转换保存到字节数据类型数组
av = .bbbbb 注释:读取*三个接收字节(符号位字节)
ab(4) = av(0) 注释:转换保存到字节数据类型数组
b1 = ab(2) - 6 * (ab(2) \ 16) 注释:高位字节压缩BCD码转换为实数
b2 = ab(3) - 6 * (ab(3) \ 16) 注释:低位字节压缩BCD码转换为实数
WW = b2 + b1 / 100 注释:数值组合,标定小数点
If ab(4) > 127 Then WW = -WW 注释:判断数据符号位
Label1(i-1) = bbbbat(WW,"0.00") 注释:显示毫米单位数值,2位小数
If WW>Wmax(i) And WW<51 Then 注释:判断较大值,仪表在刚开始工作时有干扰,会传导一些乱码,位移传感器有参数差,较大值一般都略大于50毫米,所以取51为极限较大值,取-51为极限较小值。
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