西门子6ES7214-1AD23-0XB8厂家质保

西门子6ES7214-1AD23-0XB8厂家质保

1  引言
    PLC以其高性、适应工业过程现场、强大的联网功能等特点被广泛使用，是机电一体化的发展方向。bbbbbbs以图形化界面给用户提供了良好的人机界面,并且被很多人所掌握，所以我们考虑使用PLC作为工业控制下位机,使用PC作为上位机进行人机交互界面。这就涉及了使用PC如何控制PLC，PC如何与PLC进行通讯的问题。

    以Schneider公司的TSX Neza系列PLC为例，上位PC机与PLC通讯进行一些探讨。

2  计算机与Neza PLC通讯方式。
    Neza系列PLC提供了三种通讯方式，分别为:Modbus方式、ASCII方式、Unibbbway方式。
(1) Modbus方式
    MODBUS是Schneider公司为该公司生产的PLC设计的一种通信协议，通过24种总线命令实现PLC与外界的信息交换。具有Modbus协议的PLC可以方便的进行组态。
使用Modbus进行PLC通讯时需要使用PLC的扩展口，而多个PLC进行通讯时也要使用这的扩展口，也就是如果使用Modbus进行通讯时PLC无法与其他PLC进行通讯。Schneider公司早期产品不支持该协议。

(2) Unibbbway方式
    Unibbbway是基于Schneider公司的Xway通讯协议的，经过发展现在Neza使用的是Unibbbway V2，它与UnibbbwayV1.1基本兼容。通过Unibbbway提供的各项命令我们可以方便的访问PLC的各项资源，对PLC进行各项操作。在Modicon公司NAZA系列PLC中编好的程序就是使用Unibbbway下载入PLC。Unibbbway使用编程口并不占用扩展口。在通讯方式中Unibbbway是为理想的方式，但是Unibbbway协议并没有公开，一般用户无法使用。

(3) ASCII方式
    ASCII码方式在很多PLC上都可以使用名称也不一而足:ASCII方式、自由口模式等等。在自由口模式下，通信协议是由用户定义的。用户要根据自己的需要确定自己和PLC的通讯协议。自由码也是使用编程口与上位机进行通讯，并不占用扩展口。但是它的通讯协议需要自己确定，需要在PLC编程和上位机中确定的通讯方法。

3  通讯过程
每一次PC机和PLC数据交换有3个步骤，说明如下:
(1) 通讯是由在PLC中确定的时间触发, 发送一组字符给PC机
    在Neza系列PLC使用ASCII通讯时，通讯是由在PLC中确定的时间触发的。在确定的时间到达后，PLC要求数据发送时，PLC会发送一组字符过去。通常该字符个字符就是前导码，PC机根据前导码确定是否应该读取该字符串、该字符属于哪一个命令集合，以及用什么格式去读取字符串等。前导码不会是一般的符号字符，通常是一些不可见的字符(位于ASCII码表的前30个)或少被使用的符号字符，这是因为避免数据字符与前导码一样而发生错误判断。在前导码之后是站号，通常是以两个字符代表，单纯以RS232连接的单一设备也许不需要站号的设置，但是如果以RS485进行网络连接，就需要用站号来辨认命令是属于那一个设备。站号后面就是设备的命令或者数据。(本例为单机不需要站号)一般的通讯都需要进行数据的校验，在Neza系列PLC使用ASCII通讯中，PLC没有对数据的处理能力，所以没有设置校验位。为了保证通讯的正确，可以在PC中对数据进行一定处理。在数据后一般为这个帧的结束码，来保证数据帧的完整性。

(2) PC收到要求的字符串，并判读
    当PC收到要求的字符串，并经过判读确定后，同样按照相同的协议,按照用户需要对PLC进行的操作送出数据，数据被送出时会在数据之前加上前导码和站号。数据中携带了PC机对PLC要求的操作。

(3) PLC将数据发给PC
    在 PLC收到PC发来的数据包后经过判读确定后，进行一定的操作然后在触发时间到达后将PLC的状态写入数据发给PC，这样就完成了一次数据交换。

4  应用实例
    下面介绍所开发的系统是由下位机(PLC)—上位机(PC)组成，系统框图如图1所示。程序使用VB6，整个程序设计分为四部分:上位机程序设计;下位机程序设计;通讯硬件设计;通讯协议。

 控制区高位字节为命令,低位字节为发长度LgT/LgR，长度字节表示发送字符的长度(LgT)，在接收的结尾被改写为接收字符的长度(LgR)。当接收到帧的末尾字节后结束接收。结束码可以为用户修改(系统字%SW68的低位字节)。该字节默认值为H0D。

    在使用EXCH指令的发送模式，仅需要有控制区与发送区，TSX Neza仅传送发送区的数据。
在使用EXCH指令的发送/接收模式时，先发送，在发送结束时TSX Neza切换为等待接收的状态。如果接收状态正常且询问长度(LgT)和响应(LgR)的长度都小于%Mwi保留区(长度L)，那么等接收到响应后，把它复制到与发送表相关的%Mwi区。如果不是这种情况，则位%MSG.E变为1。当检测到结束码或接收区满了时，接收结束。

    在使用EXCH指令的接收模式，仅需要有控制区和接收区，TSX Neza仅接收数据。等接收到响应后，把它复制到与发送表相关的%Mwi区。如果不是这种情况，则位%MSG.E变为1。当检测到结束码或接收区满了时，接收结束。

    我们使用内部字MW1作为控制区，MW2至MW11作为发送区，其中MW2、MW3作为前导码。MW12至MW17作为接受区。在PLC程序中读取内部字作为工作的判定条件。

    本实例PLC每450ms与PC机通讯一次。

(4) 硬件部分
硬件包括RS232与RS485转换，如果上位机与下位机距离远的话，还要考虑485总线上的干扰问题。
硬件设置:
TER端口可以在PLC配置对话框中修改;
类型:半双工;
速率:9600bps;
格式:1个起始位，8个数据位、1个停止位。
校验:ODD。

5  结束语

1  引言
    随着现代科学技术的飞速发展，不仅对生产过程自动化，也对生产管理提出了高的要求。通过计算机网络技术把自动控制与计算机管理系统结合起来，集管理和过程控制为一体是当今工业自动控制发展的趋势。复杂的过程控制系统，常采用两级网络拓扑结构，底层用现场总线以便控制装置尽可能靠近被控生产过程现场，上层采用工业以太网，监控级相对集中于主控室内，从而实现对生产过程的集中管理和分散控制。这样构成的控制系统具有实时性好、性高、抗干扰能力强等优点，比传统DCS系统经济，。为了适应这一形式的发展要求，提高实验教学质量，使工科学生在校期间就能受到良好的工程实践锻炼，因此开发了基于工业以太网及现场总线的过程控制系统实验装置。

2  系统配置及网络结构
    实验装置控制系统由上位机监控系统和下位机PLC控制系统两部分构成。整个网络采用两层网络拓扑结构，上层为工业以太网，用于上位机PC之间以及上位机和下位机PLC之间的通讯，底层为PROFIBUS-DP现场总线，用于下位机PLC主站(DPM1)和四个从站(DPS1-DPS4)之间的通讯，其中，PLC主站和从站控制液位、压力和温度流量等过程控制实验装置。系统用 SIMATIC STEP 7软件进行网络组态、硬件组态以及PLC控制程序的编写，并用组态软件SIMATIC  WinCC实现了上位机与PLC的动态连结。整个系统组成如图1所示:

图1    过程控制系统实验装置结构图

2.1  现场部分
    现场部分是所需控制的液位、温度流量和压力实验装置，变送器将采样数据转换成 4～20mA的电流信号，直接接入SM334模块(模拟量输入/输出模块)，经模/数转换变成0～27648的数字量。开关量的输入输

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出接入SM323模块(数字量输入／输出模块)。

2.2  控制单元
    控制单元采用西门子PLC,S7-300系列PLC功能强大，采用模块化设计，有处理单元(CPU)、各种信号模块(SM)、通信模块(CP)、功能模块(FM)、电源模块(PS)、接口模块(IM)等，有多种规格的CPU可供选择。通过CPU上集成有PROFIBUS-DP接口、 MPI接口或通信模块可以连接 AS-I接口、PROFIBUS总线和工业以太网系统。
本系统主站采用西门子S7-300系列PLC，其CPU为315-2DP。它执行指令时间短，扫描1000条指令不需10ms，足以满足控制的时间要求。主站还带2个信号处理模块(DI 16/DO 16、AI 4/AO 2)和一个通讯模块CP343-1(用于上位机和PLC之间通过工业以太网进行通讯)。从站选用PROFIBUS-DP分布式I/O  ET 200M，带2个信号处理模块(DI 16/DO 16和AI 4/AO 2)，从站没有处理器单元，各从站之间经IM153接口模块通过DP总线进行连接。组态之后，添加的分布式I/O与PLC站中的本地I/O具有统一的编址。

2.3  上位机
    上位机为四台工控机，主机界面设计采用西门子的WinCC组态软件，保证了与工控机的兼容。软件集成了组态、脚本语言、OPC等技术，提供了bbbbbbs操作系统环境下使用各种通用软件的功能。该软件具有适用于工业生产过程的图形显示、控制和报警画面、实时和历史趋势曲线、归档以及报表打印等功能模块。另外WinCC还有对SIMATIC PLC进行系统诊断的选项，给硬件的维护提供了方便。
系统应用程序的开发和运行软件为STEP7 V5.2，它是适用于S7-300/400 PLC系列的编程、组态标准软件包。通过STEP 7 V5.2用户可以完成以下任务:
(1) 网络组态，设置连接和接口;
(2) 组态硬件;
(3) 编写和调试用户程序。

3  网络系统原理
    PROFIBUS-DP是一种性、开放式的现场总线标准，主要用在工业过程控制领域。参照ISO/OSI参考模型，PROFIBUS-DP中没有3层到7层，直接数据链路映像(DDLM)提供易于进入2层的用户接口，用户接口规定了用户及系统以及不同设备可以调用的应用功能。它是专为工业控制系统和设备级分散I/O之间的通信设计，用于分布式控制系统的高速,其模块可取代价格昂贵的24V或4～20mA并行信号线。控制器通过高速串行线同分散的现场设备进行通讯，多数数据交换过程是周期的, 主站周期地读取从站的输入信息并向从站发送输出信息。除周期性用户数据外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信，以进行配置、诊断和报警处。
    SIMATIC工业以太网是基于标准的网络，专为工业应用而优化设计，支持ISO和TCP/IP协议，通过它可快速地建立PLC与PC/PG之间的通讯。产品的开发遵循分布式的“开放式控制结构”，使其具有网络组态简便(即插即用)、通信、网络故障恢复时间短(小于0.3秒)等优点。由于采取全双工共担负荷方式工作，适用于对性能要求高的工业网络，通过切换技术能够可以实现非常庞大的网络结构。

1  引言
中国石化股份有限公司广州分公司6号罐区监控系统于2001年由常规仪表改造为PLC系统。其中工艺要求在监控系统中对瞬时流量FI101进行累积显示。经过对该流量累积的运算方法的多次测试，找到了在运算中大限度减少误差的方法，并在逻辑梯形图成功实现累积运算。

2  监控系统简介
广州石化6#罐区监控系统采用ROCKWELL公司的可编程控制器和人机界面软件，用于实现对该液态烃罐区的24个球罐的各种工艺参数的实时监控、报警、联锁等功能。该系统从2000年10月开始设计，2001年4月系统安装、组态、调试工作完工。
该系统人机界面采用Rockwell software公司开发的RSView32软件。RSView32基于Microsoft bbbbbbs NT和bbbbbbs 95/98平台设计，是一种易用的、可集成的，基于组件的人机对话系统，在编制人机交互界面方面具有大的灵活性和强的功能。
控制器采用ControlNet PLC-5/40C处理器热备系统。ControlNet PLC-5/40C处理器是PLC5系列中的新技术产品，处理器及I/O系统可以通过Redundant ControlNet总线交换数据。6#罐区监控系统将1号PLC和2号PLC配置为冗余控制器。在正常状态下，只有主处理器的输出数据对I/O系统进行控制，主从处理器通过ControlNet交换数据及状态保持同步，如果主处理器出错，从处理器将接替主处理器对网络及对I/O系统进行控制。
该PLC系统DI点采用1771-IBD开关量输入模块，DO点采用1771-OW16开关量输出模块，AI点采用1771-IFE模拟量输入模块，16点单边输入。采用1785-CHBM作为处理器热备模块，1771-ACNR15为带冗余网口的ControlNet适配器模块。
本系统有3台上位机，其中2台为操作站，1台为工程师站。每一台上位机都能通过ControlNet单对PLC进行数据采集和控制。上位机还通过以太网实现文件和其他数据的共享。
ControlNet的组态使用软件RSNetWorx，PLC系统组态及控制逻辑组态使用软件RSLogix5。在ControlNet 网络中，可以组态预定的数据传送操作。这样要实现在处理器和外部设备之间的数据交换，如在1771-IFE卡和处理器之间，主备处理器之间的数据交换，并不需要在逻辑梯形图中使用块传送指令。

3.1 流量FIQ101概述
广州石化6#罐区需要对进出罐的液化气流量FI101进行计量。就地仪表采用Micro Motion质量流量计。该流量计准确度±0.12%，除了可以就地显示外，同时可以将瞬时流量值输出为4-20mA信号。该信号接入PLC系统的1771-IFE模拟量输入模块，经过12bit 的模数转换后转换为0-4095的值。在1771-IFE中，还可以将0-4095的值定标为-9999到+9999的工程单位值。工艺要求在操作室除了可以监视瞬时流量值外，还要求有准确的流量累积值显示。我们在PLC中用梯形逻辑来实现流量累积的运算。

1  引言
中国石化股份有限公司广州分公司6号罐区监控系统于2001年由常规仪表改造为PLC系统。其中工艺要求在监控系统中对瞬时流量FI101进行累积显示。经过对该流量累积的运算方法的多次测试，找到了在运算中大限度减少误差的方法，并在逻辑梯形图成功实现累积运算。

2  监控系统简介
广州石化6#罐区监控系统采用ROCKWELL公司的可编程控制器和人机界面软件，用于实现对该液态烃罐区的24个球罐的各种工艺参数的实时监控、报警、联锁等功能。该系统从2000年10月开始设计，2001年4月系统安装、组态、调试工作完工。
该系统人机界面采用Rockwell software公司开发的RSView32软件。RSView32基于Microsoft bbbbbbs NT和bbbbbbs 95/98平台设计，是一种易用的、可集成的，基于组件的人机对话系统，在编制人机交互界面方面具有大的灵活性和强的功能。
控制器采用ControlNet PLC-5/40C处理器热备系统。ControlNet PLC-5/40C处理器是PLC5系列中的新技术产品，处理器及I/O系统可以通过Redundant ControlNet总线交换数据。6#罐区监控系统将1号PLC和2号PLC配置为冗余控制器。在正常状态下，只有主处理器的输出数据对I/O系统进行控制，主从处理器通过ControlNet交换数据及状态保持同步，如果主处理器出错，从处理器将接替主处理器对网络及对I/O系统进行控制。
该PLC系统DI点采用1771-IBD开关量输入模块，DO点采用1771-OW16开关量输出模块，AI点采用1771-IFE模拟量输入模块，16点单边输入。采用1785-CHBM作为处理器热备模块，1771-ACNR15为带冗余网口的ControlNet适配器模块。
本系统有3台上位机，其中2台为操作站，1台为工程师站。每一台上位机都能通过ControlNet单对PLC进行数据采集和控制。上位机还通过以太网实现文件和其他数据的共享。
ControlNet的组态使用软件RSNetWorx，PLC系统组态及控制逻辑组态使用软件RSLogix5。在ControlNet 网络中，可以组态预定的数据传送操作。这样要实现在处理器和外部设备之间的数据交换，如在1771-IFE卡和处理器之间，主备处理器之间的数据交换，并不需要在逻辑梯形图中使用块传送指令。

图1  6#罐区监控系统结构图概貌

3  FIQ101的累积实
3.1 流量FIQ101概述
广州石化6#罐区需要对进出罐的液化气流量FI101进行计量。就地仪表采用Micro Motion质量流量计。该流量计准确度±0.12%，除了可以就地显示外，同时可以将瞬时流量值输出为4-20mA信号。该信号接入PLC系统的1771-IFE模拟量输入模块，经过12bit 的模数转换后转换为0-4095的值。在1771-IFE中，还可以将0-4095的值定标为-9999到+9999的工程单位值。工艺要求在操作室除了可以监视瞬时流量值外，还要求有准确的流量累积值显示。我们在PLC中用梯形逻辑来实现流量累积的运算。
3.2  流量累积的原理
如何把瞬时流量(又称流率)经过累加运算为总流量，一般有如下一个公式:
瞬时流量×时间＝总流量
我们知道，设一个流量值为5m3/s在1min内不变化，则在这1min内的的总流量为:
  (5m3/s) * 60s = 300m3
现在设流量变化如下:
  4m3/s有 30 s
  5m3/s有 10 s
  6m3/s有 20 s
则在这1min内的的总流量为:
(4m3/s)*30s＋(5m3/s)*10 s＋(6m3/s)*20s=290m3
设随时都可能变化，那么就不能用上面的公式来计算总流量了。我们可以按一定的时间间隔采样流量值，然后计算这些值的总和。流量的采样时间越短，计算的结果就越准确。请看图2和图3。
在上面2个例子中，曲线下面的区域就是总流量。采样间隔时间越短，计算误差就越小。
在实际应用中，由于PLC计时器的限制，短的时间间隔只有0.01s。然而采样间隔时间越短，计算次数就越多，这样就增加了PLC的程序扫描时间。

3.3 在PLC 5/40C中流量累积运算的方法
我们用梯形逻辑来实现流量累积的运算时可以采用“可选定时中断子程序”来处理，这样采样间隔时间就是固定的了。但是在PLC 5/40C中只有一个可选定时中断子程序，其定时中断时间一般较难同时满足几种逻辑功能的需要。
我们也可以计时器指令来来作为采样间隔时间，每次计时器到了设定值就采样一次。计时器的精度不可能它的时基，因此每次计时器时和再次开始计时的时候，都要产生一个时基的正或负的误差。例如，10ms为一个时基的计时器预定计10次，其时间计算将是100ms正或负10ms。
我们也可以采用一种技巧来减少因计时器精度带来的误差。我们采用长的时间计时来作。例如，10ms为一个时基的计时器预定计30000次(PLC 5/40C的计时器的预置值范围为0-32767)，其时间计算将是300s正或负10ms。在这其中，我们可以预定一个采样间隔时间为10个时基(100ms)以上。每次程序扫描，处理器判断如果自从上次累积运算起，时间间隔过预定时间(例如:100ms)，就将这段时间乘以当前的瞬时流量值作为累加量。在这种算法中，采样间隔时间就不是固定的了。
另外要考虑的是运算所用到的数据格式。PLC 5/40C数据表按不同的格式和范围来存储不同类型的数据。有两种文件格式可以选择，一是N文件(整数型文件)，值的范围为-32768到+32767，占1个16位字;因为在累积运算过程中，数的乘积和多次累加值一般都会出+32767，所以我们尽量不用N文件。
另外是F文件(浮点数文件)，值的范围为±1.175494e-38到 3.402823e+38，占1个32位字。浮点数在寄存器中32位的空间表示为:
S xxxxxxxx mmmmm
上面: s=符号    x=指数    m=尾数
可见用浮点数表示的值的十进制有效位数只有7位。因此，考虑有效位数问题。举例如下:
设A代表计算的总流量，F代表计算上一次累加的流量，把F加到A上就会计算出一个新的总流量。在控制器的存储器中，A和F使用浮点数文件格式，有效数字是7位。一旦A比F大很多时，那么A和F的加数将会产生误差。
请看计算过程:
A＝3.632523E+9
F=4.978E+3
     3,632,523,000
   +  4,978
     3,632,527,978
因为这个结果只能保留7个有效位，所以舍去后几位数，写成3.632527E+9或3,632,527,000，数值978被丢失。为了避免出现这个问题，我们可以想办法使A和F在整个运算过程中不出现小数，数值不过7个有效位。4  结束语
流量累积的运算，要尽量避免计算过程中的误差，一是要选择正确的文件存储格式，二是要避免运算值出数值范围和有效位数范围，三是尽可能减少采样时间的定时器带来的误差。在上面PLC5/40C的梯形逻辑中，我们按照以上几个原则，经过细致的考虑和计算，使用长预置值的参考定时器，并使所有被用到的浮点数文件的值的有效位数不出范围，不出现小数，避免了丢失小的数值，从而实现的累积运算，满足了工艺要求。

3.2  流量累积的原理
如何把瞬时流量(又称流率)经过累加运算为总流量，一般有如下一个公式:
瞬时流量×时间＝总流量
我们知道，设一个流量值为5m3/s在1min内不变化，则在这1min内的的总流量为:
  (5m3/s) * 60s = 300m3
现在设流量变化如下:
  4m3/s有 30 s
  5m3/s有 10 s
  6m3/s有 20 s
则在这1min内的的总流量为:
(4m3/s)*30s＋(5m3/s)*10 s＋(6m3/s)*20s=290m3
设随时都可能变化，那么就不能用上面的公式来计算总流量了。我们可以按一定的时间间隔采样流量值，然后计算这些值的总和。流量的采样时间越短，计算的结果就越准确。请看图2和图3。
在上面2个例子中，曲线下面的区域就是总流量。采样间隔时间越短，计算误差就越小。
在实际应用中，由于PLC计时器的限制，短的时间间隔只有0.01s。然而采样间隔时间越短，计算次数就越多，这样就增加了PLC的程序扫描时间。

.3 在PLC 5/40C中流量累积运算的方法
我们用梯形逻辑来实现流量累积的运算时可以采用“可选定时中断子程序”来处理，这样采样间隔时间就是固定的了。但是在PLC 5/40C中只有一个可选定时中断子程序，其定时中断时间一般较难同时满足几种逻辑功能的需要。
我们也可以计时器指令来来作为采样间隔时间，每次计时器到了设定值就采样一次。计时器的精度不可能它的时基，因此每次计时器时和再次开始计时的时候，都要产生一个时基的正或负的误差。例如，10ms为一个时基的计时器预定计10次，其时间计算将是100ms正或负10ms。
我们也可以采用一种技巧来减少因计时器精度带来的误差。我们采用长的时间计时来作。例如，10ms为一个时基的计时器预定计30000次(PLC 5/40C的计时器的预置值范围为0-32767)，其时间计算将是300s正或负10ms。在这其中，我们可以预定一个采样间隔时间为10个时基(100ms)以上。每次程序扫描，处理器判断如果自从上次累积运算起，时间间隔过预定时间(例如:100ms)，就将这段时间乘以当前的瞬时流量值作为累加量。在这种算法中，采样间隔时间就不是固定的了。
另外要考虑的是运算所用到的数据格式。PLC 5/40C数据表按不同的格式和范围来存储不同类型的数据。有两种文件格式可以选择，一是N文件(整数型文件)，值的范围为-32768到+32767，占1个16位字;因为在累积运算过程中，数的乘积和多次累加值一般都会出+32767，所以我们尽量不用N文件。
另外是F文件(浮点数文件)，值的范围为±1.175494e-38到 3.402823e+38，占1个32位字。浮点数在寄存器中32位的空间表示为:
S xxxxxxxx mmmmm
上面: s=符号    x=指数    m=尾数
可见用浮点数表示的值的十进制有效位数只有7位。因此，考虑有效位数问题。举例如下:
设A代表计算的总流量，F代表计算上一次累加的流量，把F加到A上就会计算出一个新的总流量。在控制器的存储器中，A和F使用浮点数文件格式，有效数字是7位。一旦A比F大很多时，那么A和F的加数将会产生误差。
请看计算过程:
A＝3.632523E+9
F=4.978E+3
     3,632,523,000
   +  4,978
     3,632,527,978
因为这个结果只能保留7个有效位，所以舍去后几位数，写成3.632527E+9或3,632,527,000，数值978被丢失。为了避免出现这个问题，我们可以想办法使A和F在整个运算过程中不出现小数，数值不过7个有效位。4  结束语
流量累积的运算，要尽量避免计算过程中的误差，一是要选择正确的文件存储格式，二是要避免运算值出数值范围和有效位数范围，三是尽可能减少采样时间的定时器带来的误差。在上面PLC5/40C的梯形逻辑中，我们按照以上几个原则，经过细致的考虑和计算，使用长预置值的参考定时器，并使所有被用到的浮点数文件的值的有效位数不出范围，不出现小数，避免了丢失小的数值，从而实现的累积运算，满足了工艺要求。

图3   短的采样间隔时间

3.3 在PLC 5/40C中流量累积运算的方法
我们用梯形逻辑来实现流量累积的运算时可以采用“可选定时中断子程序”来处理，这样采样间隔时间就是固定的了。但是在PLC 5/40C中只有一个可选定时中断子程序，其定时中断时间一般较难同时满足几种逻辑功能的需要。
我们也可以计时器指令来来作为采样间隔时间，每次计时器到了设定值就采样一次。计时器的精度不可能它的时基，因此每次计时器时和再次开始计时的时候，都要产生一个时基的正或负的误差。例如，10ms为一个时基的计时器预定计10次，其时间计算将是100ms正或负10ms。
我们也可以采用一种技巧来减少因计时器精度带来的误差。我们采用长的时间计时来作。例如，10ms为一个时基的计时器预定计30000次(PLC 5/40C的计时器的预置值范围为0-32767)，其时间计算将是300s正或负10ms。在这其中，我们可以预定一个采样间隔时间为10个时基(100ms)以上。每次程序扫描，处理器判断如果自从上次累积运算起，时间间隔过预定时间(例如:100ms)，就将这段时间乘以当前的瞬时流量值作为累加量。在这种算法中，采样间隔时间就不是固定的了。
另外要考虑的是运算所用到的数据格式。PLC 5/40C数据表按不同的格式和范围来存储不同类型的数据。有两种文件格式可以选择，一是N文件(整数型文件)，值的范围为-32768到+32767，占1个16位字;因为在累积运算过程中，数的乘积和多次累加值一般都会出+32767，所以我们尽量不用N文件。
另外是F文件(浮点数文件)，值的范围为±1.175494e-38到 3.402823e+38，占1个32位字。浮点数在寄存器中32位的空间表示为:
S xxxxxxxx mmmmm
上面: s=符号    x=指数    m=尾数
可见用浮点数表示的值的十进制有效位数只有7位。因此，考虑有效位数问题。举例如下:
设A代表计算的总流量，F代表计算上一次累加的流量，把F加到A上就会计算出一个新的总流量。在控制器的存储器中，A和F使用浮点数文件格式，有效数字是7位。一旦A比F大很多时，那么A和F的加数将会产生误差。
请看计算过程:
A＝3.632523E+9
F=4.978E+3
     3,632,523,000
   +  4,978
     3,632,527,978
因为这个结果只能保留7个有效位，所以舍去后几位数，写成3.632527E+9或3,632,527,000，数值978被丢失。为了避免出现这个问题，我们可以想办法使A和F在整个运算过程中不出现小数，数值不过7个有效位。4  结束语
流量累积的运算，要尽量避免计算过程中的误差，一是要选择正确的文件存储格式，二是要避免运算值出数值范围和有效位数范围，三是尽可能减少采样时间的定时器带来的误差。在上面PLC5/40C的梯形逻辑中，我们按照以上几个原则，经过细致的考虑和计算，使用长预置值的参考定时器，并使所有被用到的浮点数文件的值的有效位数不出范围，不出现小数，避免了丢失小的数值，从而实现的累积运算，满足了工艺要求。

1  引言
机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工作或操纵工具的自动化装置。而可编程逻辑控制器(PLC)由于其具有的高性、编程方便、易于使用和修改、易于扩展和维护、环境要求低、体积小巧、安装测试方便等性能在工业控制中有着广泛的应用。根据我们所设计的机械手的驱动部件为步进电机驱动器的特点，我们采用了日本OMRON公司生产的位置控制单元模块NC111，用来产生脉冲和方向电平，来控制机械手的运行。

2  四自由度机械手的结构及运动
四自由度机械手为圆柱坐标型，可实现X轴伸缩、Z轴升降、底盘、腕回转功能。驱动全部采用步进电机控制，夹爪采用气动方式控制。机械手主要完成从3台辊道输送带到立体仓库出货台之间的货物传递。
(1) 四自由度机械手主要性能指标
X轴:大移动距离420mm
Z轴:大移动距离420mm
底盘回转:小控制转角0.09°，大回转角小于等于300°

图1   四自由度机械手限位开关示意图

图1为四自由度机械手的限位开关示意图，其中SQ1~SQ7为限位开关。其作用是保护运行时不会因为过限而造成机械上的损坏。
(2) 运动流程根据实际需要而定，如上升嘧笮朽逆时针旋转嘧ナ肿ソ羿下降嘤倚朽顺时针旋转嘧ナ址潘舌返回，还可以有其他工作流程。

3  机械手的工作原理
机械手的伸缩、升降、转盘、抓手的运动是由步进电机驱动器来控制的，型号为SH-2H057。其步进电机驱动器的输入脉冲和电平信号是由PLC上的NC111模块来提供的。其电路原理图如图2所示。

图2   机械手工作的电路原理图

(1) 步进电机驱动器
本驱动器的输入信号共有3路，分别是:步进脉冲信号CP、方向电平信号DIR、脱机信号FREE。它们在驱动器内部分别通过270Ω的限流电阻接入负输入端，且电路形式相同。OPTO端为3路信号的公共正端(3路光耦的正端输入)，3路输入信号在驱动器内部接成共阳方式，所以OPTO端须接外部系统的VCC，如果VCC是+5V则可以直接接入;如果VCC不是+5V则需外部另加限流电阻R，保证给驱动器内部光耦提供8-15mA的驱动电流。
a)  步进脉冲信号CP
步进脉冲信号CP用于控制步进电机的位置和速度，也就是说,驱动器每接受一个CP脉冲就驱动步进电机旋转一个步距角，改变CP脉冲的频率,能改变步进电机的转速，控制CP脉冲的个数，则可以使步进电机定位。这样就可以很方便的达到步进电机调速和定位的目的，本驱动器的CP信号为低电平有效，要求CP信号的驱动电流为8-15mA，对CP的脉冲宽度也有一定的要求，一般不小于5μS，如图3所示。
b) 方向信号DIR
方向电平信号DIR用于控制步进电机的旋转方向。此信号为高电平时，电机正转;为低电平时，电机反转。电机要转向，在电机停止以后进行，如图4所示。

图3   CP的脉冲宽度以及高低电平方式

图4   方向信号DIR

c) 脱机电平信号FREE
当驱动器上电以后，步进电机处于锁定状态(未施加CP脉冲时)或运行状态(施加CP脉冲时)，可以用FREE信号,手动调整电机而不关闭驱动器。
(2) NC111模块的工作原理
C200-NC111是C200PC用于位置控制的智能单元。它可以为步进电机驱动器或伺服电机驱动器输出脉冲，以控制运动部件的位置和速度。
a) 性能指标
l 每个单元可以控制一个轴;
l 输出控制脉冲:-8388607~+8388606;
l 脉冲速率:1~99990个/s;
l 脉冲速率得变化:控制系统可实现阶梯式自动加减速,加速度为每毫秒1~999每秒脉冲;
l 原点搜索:可监测原点或原点信号;也可进行原点补偿0~9999个脉冲;也可高速或接近现有速度搜索原点;
l 间隙补偿:0~9999个脉冲;
l 手动操作:可高速点动，低速点动和微动;
l 多点定位:可一次定位20点，以15种速度变化;
b) 系统配置
图5为NC111的结构框图。
位控单元有自己的微处理器和存储器，还有脉冲发生器和I/O接口。位控单元既可以被PC主CPU单元控制，也可以直接由控制台的外部输入信号控制。一方面它通过总路线及接口电路与C200HPC相连，与主CPU频繁交换信息;另一方面又通过I/O连接器接收外部开关量输入及输出脉冲。位控单元根据PC发出的控制指令和接收到的

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图5   NC111的结构框图

外部输入信号，由自身的CPU执行具体的定位算法，并依执行的结果控制脉冲发生器输出脉冲数及频率。位控单元减轻了主CPU的负担，它终还是作为C200HPC的一个智能接口单元，占用相应的I/O地址。NC111插入C200HPC的底板槽中，通过一条40芯插头与外部I/O连接。NC111接收外部的操作按钮、限位开关的信号，输出脉冲信号，用户通过PC向NC111设置参数及发出命令，NC111即可自动根据现场的检测信号和PC的命令来调整控制输出，达到准确定位。

4  机械手流程图及NC111模块的数据区设置
4.1 启动后机械手的流程
(1) 进行机械手的伸缩、升降、转盘和抓手的重启动和原点搜索;
(2) 机械手的伸缩臂向前，同时转盘顺时针旋转，一直分别运行到NC111模块bbbbbbbbing bbbbbb #0中设置的输出脉冲个数时停止;
(3) 机械手下降，一直到下降到NC111模块bbbbbbbbing bbbbbb #0中设置的输出脉冲个数时停止;
(4) 抓手电磁闸启动，抓手抓紧，抓起货物A;
(5) 机械手的升降进行原点搜索;
(6) 机械手的伸缩臂向后，同时转盘逆时针旋转，一直分别运行到NC111模块bbbbbbbbing bbbbbb #1中设置的输出脉冲个数时停止;
(7) 机械手下降，一直到下降到NC111模块bbbbbbbbing bbbbbb #1中设置的输出脉冲个数时停止;
(8) 抓手电磁闸再次启动，抓手放松，货物A放下;
(9) 再次对机械手的升降进行原点搜索;
(10) 机械手的伸缩臂、转盘进行原点搜索，全部复位。
图6是完成用机械手把货物从辊道上运到堆垛机货台上的一个流程。其它流程与其大体相似，只是在脉冲个数上的设置有所不同。本程序已经投入使用，一切工作正常。