6ES7232-0HB22-0XA8诚信合作

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一、引言

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是美国国家仪器公司（National Instruments）推出一种基于图形语言（G 语言）的开发环境，编程非常方便，人机交互界面直观友好，用户可以创建立的可执行文件，能够脱离开发环境而单运行，是目前的虚拟仪器编程平台，广泛应用于测试测量、过程控制、实验室研究与自动化等方面。

可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）是将计算机技术、通信技术和自动控制技术结合在一起的自动控制设备，具有性高、体积小、功耗低、抗干扰能力强等诸多优点，保证其在温度和湿度都较高、空间较小、工作环境恶劣的环境下稳定、、长时间连续地工作。

将 LabVIEW 与PLC 结合起来应用于工程实践，不仅可以大大降、缩短开发周期，而且可以使得控制操作方便、界面美观。

二、应用背景

在某遥控模型装置的研制过程中，因被遥控装置的体积小、重量轻、内部结构复杂，以及其恶劣的工作环境决定了不适合在装置内部安装普通计算机，所以选用体积小重量轻、工作的松下公司FPE 型PLC 来作为被遥控装置被控端的主控单元。该型号的PLC 有16点输入和16 点输出，程序容量可达32KB。PLC 在遥控装置中的作用主要是采集模型装置的状态、接收遥控端的控制信号以及驱动电机等。遥控端选用普通计算机，作用主要是负责读取PLC 中模型装置的相关动态数据并进行相关运算、根据具体工作模式给PLC 端自动发送控制信号或者通过采集人工输入信号并将其发送给被遥控装置的PLC。

鉴于 LabVIEW 软件可方便实现数据采集和信号处理，具有强大的外部接口能力，而且采用LabVIEW 编写控制程序主界面的既简单美观，又能节约开发时间，大大提高了程序设计效率等优点，遥控端的控制程序采用LabVIEW 编写。

三、LavVIEW 与PLC 的无线通信

由于模型装置的遥控端和被控端相隔的距离较远，为方便控制被控装置的运动，所以考虑采用无线通信的方式让遥控端与被控端进行通信联系。LabVIEW 与PLC 之间的通信通常是采用串口方式，为此只需在这两者之间架设无线电台，并以无线电台为桥梁实现LabVIEW与PLC 之间通过串口进行无线通信。

3.1 无线电台及其与终端的连接

我们采用深圳市友讯达科技发展有限公司生产的 FC211LP 微功率无线数传模块作为无线电台。该电台工作频率在ISM 频段（载波频率433MHz），基于FSK 的调制方式，采用信道编码技术，提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力。其传输性能优良，接口多样，且设置使用方便，共提供三种内部接口方式：TTL/RS232/RS485，并提供透明的数据接口，接口波特率为1200/2400/4800/9600Bit/s，空中波特率为1200/2400/4800/9600Bit/s，用户均可根据实际需要进行设置。另外，该电台还具有性高、体积小、重量轻等特点。

将电台和用户终端连接好后，只需打开其附带的编程软件Fc211sp，进行相关设置即可使用。在这个编程软件中，可以读取电台当前设置，也可以改变信道、空中频率以及端口等的相关设置。由于PLC 与LabVIEW 之间数据传送是双向的，所以两个电台的设置应当一致。

3.2 LabVIEW 与PLC 的串口通信

利用串口实现 LabVIEW 与PLC 之间通信的常用方法一般有两种，种方法是利用VISA 进行串口通信。VISA 是应用于仪器编程的标准I/O 应用程序接口，它本身并不具有仪器编程能力，VISA 是调用底层驱动器的高层API。二种方法是利用标准串口通信函数进行串口通信。LabVIEW 中提供了几个标准的串口通信函数，包括串口初始化函数、数据写入串口函数、从串口读出数据函数以及关闭端口函数等。这两种方法虽然都可是实现LabVIEW 与PLC 的串口通信，但是前提是程序设计人员充分熟悉串口通信的工作原理及LabVIEW 的程序编写，并且还需要设置相关的参数以及出错处理等，保串口通信正常进行，程序编制过程相对比较复杂。

实际上，LabVIEW 本身就带有“Instrument I/O Assistant”，这个I/O 助手可帮助程序设计人员轻松完成串口通信相关参数的设置，并实现与相关设备的串口通信。下面就以LabVIEW 与PLC 的串口通信为例说明如何利用I/O 助手实现串口通信。

I/O 助手可以选择不同的设备端口，设定延迟时间以及定义接收和发送时结尾字符。由于LabVIEW 与PLC 的串口通信是应答式的，并且设计中以LabVIEW 为主动，PLC 为被动，所以在“Select Instrument”中要先选择加入“Write”，并将其输入的字符串命名为bbbbb，用以存放给串口的写入命令，来对PLC 进行读或写，然后选择加入“Read and Parse”，并将其输出的字符串命名为output，用以存放串口中的返回数据。

松下公司的 PLC 串口通信格式是采用MEWTOCOL 协议，所以还要根据其协议格式来组织输入的命令字符串以及分解串口返回的字符串。以向PLC 中写数据为例，如果要向PLC的DT600 到DT603 四个数据单元中分别写入数据100、200、300、400，则输入字符串，即控制命令字符串应为“%01#WD00600006036400C8002C019001CR”，其中CR 为校验码，控制命令字符串中的4 个数据项应当都为16 进制数据。命令字符串的组成可以通过LabVIEW提供的相关函数来完成。

其中 XOR 子VI 作用是求取“%01#WD00600006036400C8002C019001CR”这个字符串的校验码，其程序可采用LabVIEW 中的相关函数来编写。命令字符串组成完后，将其赋值给bbbbb 字符串变量，然后建立bbbbb 字符串变量的一个局部变量，将其连接到“Instrument I/O Assistant”中bbbbb 项。另外，还要创建一个接收从串口返回的字符串的变量output，以及为串口通信报错的error 变量，并将其都连接至“Instrument I/O Assistant”中的相关项。

对于向 PLC 写入数据，如果串口通信正常，则返回字符串output 中将应是“%01$WD13”，否则将会报错，并提示错误代码，错误原因可根据错误代码查阅MEWTOCOL 协议手册。如果是从PLC 中读出数据，与向PLC 写入数据相比，则不仅输入的命令字符串不同，而且返回字符串output 的内容也不同，返回字符串output 中将包含所读取的数据信息以及其他校验信息等，需要从这个字符串中将数据信息提取出来。例如，如果命令是读取PLC中DT650到DT653 的数据，则写入的命令字符串是“%01RDD0065000653CR”，其中CR 是校验码。

设PLC 中这几个寄存器中的数据分别为150、250、350、450，则返回的字符串是“%01$RD9600FA005E01C201CR”，其中CR 是校验码。得到返回字符串后，还需要进一步将其分解，以便得到相应的数据。

因采用的是应答式串口通信，当数据量很大时，通信滞后可能是要面临的一个问题。另外，因无线通信为保证通信准确率，在距离较远的情况下，需要适当调低无线通信的空中频率，这也可能会造成串口无线通信的滞后。当通信的数据量较大，可采用数据分组的方法，将所有要交互的数据分成若干组，让那些实时性要求很高的数据在每一组数据中都出现，而其他数据分布再不同的组中，但每一组的数据总量要适中，程序在每一次循环内只分别对一组数据进行读操作和写操作，这样会在很大程度上减少大量数据通信滞后带来的一些问题。

四、结束语

本文介绍了利用无线电台实现LabVIEW 与PLC 之间通过串口的无线通信的方法。这种方法已经在某无线遥控模型装置上通过测试并得到应用。实践证明，这种无线通信方法不仅通信，错误率低，而且简单易行，能满足一些工程实际需求。

本文点：采用LabVIEW 中的“Instrument I/O Assistant”模块与PLC 进行串口通信，并实现LabVIEW 与PLC 的无线通信，不仅通信，且简单易行。

 2.注塑机控制特点
    2.1合模
    合模过程可分为三段，先是低压高速，等模具接近闭合时转换成低压高速，闭合后以高压锁模。
    2.2
    过程分为两个阶段，阶段是把熔融物料高速的入模具中的阶段,此时的压力称为压力，二个阶段是材料充满模具后所加的压力称为保压压力。
    压力过低会引起充填量不足的情况。压力过高可使制件的密度增大,收缩率减小，但过高的话则会使制件产品毛边或发生较大的残留应力，有时还会使制件脱模困难。因此在调试产品的时候,应从低压开始并逐渐地提高，以确定合适的一次压力。
    保压压力是在物料充满模腔后至冷却固化后作用于物料上压力，在保压压力作用的整个时间称为保压时间。它的作用是在防止毛边的发生和过度充填的基础上把伴随着冷却固化中因收缩引起的体积减小的部分从喷嘴用融融料过行不断地，以防止制件因收缩而产生的缩痕(缩水)。其它压力设定一般比一次压力低。
    2.3背压压力
    在进入下一次前螺杆将通过旋转把熔融物料输送到料筒的前部加以储备，此时螺杆一边旋转一边将料输送到料筒前部的熔融物产生的反压力而后退。为了调整和控制螺杆后退的方式，可在螺杆上加上一定的和熔融物料相反的压力，这就是背压。螺杆背压可以提高材料的熔融的效果，同时也可以保证使熔融物料在螺杆前部的充满，以提高计量的正确性。但背压过高，将引起物料处理能力的下降，还将使物料因摩擦热增加而引起温度上升。相反，背压过低会引起量的计量不准。
    2.4料筒温度
    对料筒的温度设定时，一般是使之保持一定的温度梯度，即从后部至前部的射嘴应设定使其温度逐步增高。在送料段所设定的温度主要是对物料进行预备加热，压缩段的温度应材料的溶点，寻找和考察其物料的温度可进行2-3℃范围的小幅度调节。
    2.5模具温度
    模具温度低，模腔内的物料冷却快，提高了成型作效率。但模温过低引起制件品质问题，如流痕、缩水、熔合线等。
    模具温度高，由于冷却慢可以使结晶度变大，有利于提高和改善其制件的尺寸精密度和机械物性等。
    2.6速度

    速度可以为温度压力以外的调机手段，它能对物料粘度进行控制和调节。通过速度的控制和调整，可以防止和改善制件外观，如：毛边、喷射

  SIMATIC PCS7 是西门子的新一代控制系统。它以先前的SIMATIC产品为基础的系统所获得的经验集中起来并进一步发展而成的，模块化结构，可按系统进行配置，从单个的小型自动化解决方案到复杂的控制系统。  
    本工程为日产1000吨熟料水泥生产线，设有控制室（CCR），其控制、监视、管理范围包括生料配料、原料粉磨、废气处理、生料入窑、预热器、回转窑、冷却机、熟料储存、媒粉制备、水泥配料及水泥粉磨等到主要生产流程。在控制室对生产工艺过程的现状和趋势进行监视、管理和操作，从而达到使生产工艺设备稳定、运行的目的。根据生产流程分设1#、2#、3#、4#四个现场控制站，分别设置在原料磨电气室、窑尾电气室、窑头电气室和水泥磨电气室内。它们各自的控制和检测为：1#现场控制站：生料配料站、原料粉磨及废气处理。2#现场控制站：生料入窑、烧成窑尾及烧成窑中。3#现场控制站：烧成窑头、煤粉制备及输送。4#现场控制站：熟料配料、水泥粉磨及输送。 现场控制站具有闭环控制，电机顺序联锁控制，以及数据采集，数据处理，储存、报警等功能；拥有数字量的模拟量控制的全部功能，可有效地对生产过程进行控制，与电气马达控制（MCC）一起对生产流程的马达实施逻辑联锁、顺序控制、分组启动/停止，同时，通过数据高速通道与控制室操作站进行过程数据和信息传输，接受来自操作人员的各种控制命令，完成检测控制要求。另外，还具有在线/离线组态功能，自诊断等功能。分布式控制系统的现场控制站均可立完成各自的控制任务。  
    在本工程投标活动中，我们选择了SIEMENS公司的SIMATIC PCS7，根据标书要求及所提供数据：SIMATIC PCS7，SIEMENS公司的新集散控制系统（DCS），是全集成自动化（TIA）的部分，是使用单一、全集成化通用的系统解决自动化问题的革新产品。根据技术资料介绍，在新的自动化概念范围内，SIMATIC PCS7克服了系统间的许多障碍：计算机领域和DCS/PLC之间的障碍，控制和监视之间的障碍，集中式和分布式自动化结构之间的障碍，生产制造和工艺过程间的障碍。拥有真正灵活、集成化系统所的全点。目前PCS7系统在世界范围内已发售341套，在国内运行着12套。而本工程应用PCS7所有部件构成完整的工厂自动化在国内还属次。  
    分布式现场控制单元（AS）为S7400主站加ET200M分布式I/O。SIEMENS公司新研制的PLC具有下列特点：高速、坚固、通信能力强、使用方便、能满足用户要求，简而言之：性能高，操作简单。包括通信、处理速度、诊断以及完善的处理功能。 自动化系统从SIMATIC S7400系统中选择的处理器以模块化形式组合，如基于以下SIMATICCPU：S7414 - 2DP，S7416 - 2DP，S7417 - 4DP，系统组成：电源模块，CPU，通讯处理器。分布式I/O采用装有S7300模块的分布式ET200M站用于过程连接。分布式现场站ET200M，是用于高集中输入/输出设备的模块化I/O站，具有处理全部分布式自动化问题各种需要的能力。可通过S7300I/O模块扩展。用来替代S7400模块，大幅降低费用。ET200是PROFIBUS - DP的被动从站，大传输速率为12Mbit/s。ET200M I/O站包括IM153接口模块，多8个S7300可编程控制器模块，它们通过PROFIBUS DP现场总线与自动化系统相连接。对要求有高性的本方案来说，要求在运行过程中能插、拔模块，则应用一种插入和取出I/O子系统，它允许带电插拔模块，而不必停止系统的运行。技术资料介绍："有源总线模块使运行时热换模块成为可能。换模块时不需要中断运行，老模块仍保持运行，新模块插入时能自动启动。"  
    采用ET200M I/O能构成分散的自动化系统。Siemens公司的Profibus现场总线是当代应用相当广泛、发展很快的现场总线标准。与从前使用的对等连接相比，现场总线的优点如今已广为人知。PROFIBUS的普及说明了现场总线已被人们所接受。ET200M I/O正是基于Profibus的分布式自动化系统。因此SIMATIC PCS7支持I/O向为分散的方向发展。所有PCS7自动化系统都有集成在CPU上的一个PROFIBUS - DP接口。而且，智能I/O设备可以直接连接到PROFIBUS - DP上。与当今各现场总线技术相比，PROFIBUS还是有不足之处。PROFIBUS是主从结构，它的配置需要从主站下传至每一个从站，再等待全部从站发回备妥信号，在主站每次初始化中均占用大部分时间。而当主站正常运行时，任何一个从站的故障都会导致主站停机。这使得我们觉得实在是PROFIBUS的一大缺陷。 另外ET200M有一个的优点，那就是S7 - 300模拟量模块。一个模拟量模块可以覆盖所有测量范围。通过软件可以单设置多达40个不同的测量范围，如需要每个通道的测量范围都可以不同。混合方式也可以。这些大的增加了灵活性。在培训中、在现场调试中我们反复向用户方强调这一点，现在用户方已经从中得益，并且能够掌握配置方法。不仅如此，ET200M还降低了后勤和库存的费用，因为对于所有测量范围只需一种模块作库存备用。该工程项目中现场设备除了ET200M分布式I/O模块外，还包括SIPOS执行机构，SIMOVERT可变速驱动装置，SIMOCODE电动机接触器和控制模块等和来自其它制造商的各种与PROFIBUS兼容的现场设备，能连接到PROFIBUS - DP。 
    过程控制系统SIMATIC PCS7使用SIMATIC NET工业通信网络。所有的SIMATIC NET产品都是为工业应用而专门开发的。SIMATIC NET提供三种总线选择：用于大型网络的工业以太网，用于小型网络的PROFIBUS - FMS和用于连接现场设备的PROFIBUS - DP。它们特别适宜网络部件会遭受严重的电磁干扰、液体侵入、大气侵蚀、高度污染或过重的机械负荷的地区。所有这些网络都已成功的用于世界各地。 从SIMATIC NET系列引出的系统总线用于工程和自动化系统与人 - 机接口之间的。在小规模应用中，例如：在小批量生产设备中，操作员面板和自动化系统可经过集成的MPI接口连接，PROFIBUS适用于有要求的中型到大型工厂，而工业以太网则满足大型工厂的要求。从而，SIMATIC PCS7能使生产工厂的所有地区（亦即实际的生产过程及上游和下游自动化级）用统一的通信系统相互连接。也可利用有冗余布置的光纤与光纤链路模块（OLM）的PROFIBUS和工业以太网各种型式。工业以太网是用于为大型工厂设计的要求的SIMATIC PCS7的系统总线。把S7 - 400连接到已有的网络是非常容易的，只要简单地将SIMATIC NET通信处理器（CP）插入PLC，然后在STEP7软件中配置通信处理器的参数，这就完成了入网操作，CPU和CP之间的交换是由集成的已编程的通信功能模块来处理。我们在本次应用中选择了工业以太网为系统总线。 
    SIMATIC PCS7的人 - 机接口是基于WinnCC4.02版。为WinnCC额外提供专门设计用于过程控制系统用户需要的控制系统选件，它与基本的WinnCC功能结合，形成一种完整的、功能强大、现代化的操作员站。在WinnCC系列内，支持OP47、SIMATIC、工业PC及编程设备。因而，从一个局部的现场操作员站（OP）起，经过有一个或二个监示器的单用户系统，直至有几个操作员终端（通过一条以太网终端总线连接）的多用户系统，可以实施模块化解决方案。 多用户系统由几个操作员终端组成，这几个操作员终端由通过终端总线提供数据。终端总线是立于系统总线的标准以太网总线。终端总线立于系统总线而存在，只用于从OS服务器向过程终端，工程系统和主计算机提供数据。系统总线和终端总线分离，OS服务器只需通过自动化系统提供一次数据，或者，如果有多个操作员通讯通道的话，则通过过程终端提供。多用户系统的优点是：过程终端能够以大的灵活性安装与排列。安装费用相当低廉。OS服务器的操作系统是NT4.0 SERVER or WORKSTATION，运行TCP/IP协议。操作员站的操作系统是WIN95 or NT4