6ES7318-3EL01-0AB0支持验货

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随着计算机信息网络技术的飞速发展，以PLC为的工业控制系统也向着大规模、网络化方向发展。各PLC生产企业都开发有自己的网络产品，并不断增强其网络的联接能力。三菱公司的工业控制网络产品很丰富，可以构成各种档次的网络系统，以适用于各种层次的工业自动化网络的不同需求。其代表性的三种网络为：信息与管理层的以太网(Ethernet)、管理与控制层的局域令牌网(ELSECNET／H)、CC-bbbb开放式现场总线设备网。本文仅对CC-bbbb开放式现场总线设备网进行研究。  

1 CC-bbbb网络的特点及功能  

1．1 CC-bbbb网络的特点  

CC-bbbb(Control&Commbbbication bbbb，控制与通信链路系统)，是三菱电机新近推出的开放式现场总线，其数据容量大，通信速度多级可选择，而且它是一个复合的、开放的、适应性强的网络系统，能够适应于较高的管理层网络到较低的传感器层网络的不同范围。CC-bbbb是一个以设备层为主的网络，一般情况下，CC-bbbb整个一层网络可由1个主站和64个从站组成。网络中的主站由PLC担当，从站可以是远程I／O模块、特殊功能模块、带有CPU和PLC本地站、人机界面、变频器及各种测量仪表、阀门等现场仪表设备。且可实现从CC-bbbb到AS—I总线的联接。CC-bbbb具有高速的速度，可达10 Mb／s。CC-bbbb的底层通信协议遵循RS 485，一般情况下，CC-bbbb主要采用广播一轮询的方式进行通信，CC-bbbb也支持主站与本地站、智能设备站之间的瞬间通信。  

1．2 CC-bbbb网络的功能  

CC-bbbb网络具有完善的RAS(Reliability，A—vailability，Serviceability)功能。即自动返回、切断从站、通过链接继电器／寄存器的错误检测功能。  

2 CC-bbbb总线通信  

2．1 CC-bbbb的通信原理  

CC-bbbb的通信形式可分为2种方式：循环通讯和瞬时传送。循环通讯意味着不停地进行数据交换。各种类型的数据交换即远程输入RX，远程输出RY和远程寄存器RWr，RWw。一个从站可传递的数据容量依赖于所占据的虚拟站数。占据一个从站意味着适合32位RX和／或RY，并以每4个字进行重定向。如果一个装置占据两个虚拟站，那么它的数据容量就扩大了一倍。除了循环通信，CC-bbbb还提供主站、本地站及智能装置站之间传递信息的瞬时传送功能。信息从主站传递到从站，信息数据将以150 B为单位分割，并以每批150 B传递。若从从站传递到主站或其他从站，每批信息数据大为34 B。瞬时传送需要由指令FROM／TO来完成，瞬时传送不会影响循环通信的时间。限于篇幅，本文只介绍了主站与远程设备站之间的通信关系，其通信关系如图1所示。主站与远程设备站之间的通信原理如下：  

(1)PLC系统电源接通时，PLC CPU中的网络参数传送到主站，CC-bbbb系统自动启动；  

(2)远程设备站的远程输入RX自动储存在主站的“远程输入RX”缓冲存储器中；  

(3)储存在“远程输入RX”缓冲存储器中的输入状态储存到用自动刷新参数设置的CPU软元件中；  

(4)用自动刷新参数设置的CPU软元件开／关数据存储在“远程输出RY”缓冲存储器中；  

(5)根据“远程输出RY”缓冲存储器中存储的输出状态，远程输出RY自动设定为开／关(每次链接扫描的时候)；  

(6)用自动刷新参数设置的CPU软元件的传送数据存储在“远程寄存器RWw”缓冲存储器中；  

(7)存储在“远程寄存器RWw”缓冲存储器中的数据自动送到每个远程设备站的远程寄存器RWw中；  

(8)远程设备站的远程寄存器RWr的数据自动存储在主站的“远程寄存器RWr”缓冲存储器中；  

(9)存储在“远程寄存器RWr”缓冲存储器中的远程设备站的远程寄存器RWr数据存储在用自动刷新参数设置的CPU软元件中。  

2．2 CC-bbbb通信的初始化  

CC-bbbb通信的初始化实际上就是指CC-bbbb的网络参数设置。网络参数指：站的信息和站号。通信的初始化对于启动数据链接非常重要，CC-bbbb通信初始化设置方法只要在三菱GPPW编程软件的网络配置菜单中设置相应的网络参数，远程I／O信号就可自动刷新到CPU内存，还能自动设置CC-bbbb远程元件的初始参数。  

3 CC-bbbb网络控制系统的设计  

3．1 网络控制系统的构成  

图2为炉窖网络控制系统原理图。控制系统设计4条生产线，图2只给出炉窖网络控制’系统中的1条生产线，其余3条从站的配置是相同的。为了提高整个控制系统的性以及性，系统采用了双机冗余措施。在双主机系统中，二者处于对等地位，并且同时可以监测对方的运行情况以及网络的冲突侦听，并相互间传递心跳信息，一旦发现对方系统出现故障或者连接的网络故障，监测方立即接管测控任务，从而保证了系统在任何时候系统主机的完整性和完好性，只要主机和网络，控制系统便会，实时性便可得到保证。两台冗余主机的配置均采用Q系列CPU，CC-bbbb总线模块QJ61BTll，QJ71E71—100以太网模块，主机配置相同以保证二者的相近似，满足系统相似性原理，对控制系统的性设计提供了保。  

从站采用Q02H CPU智能控制单元，主要作用是管理模拟量采集(A／D)模块、模拟量输出(D／A)模块、数字量输入(DI)／数字量输出(DO)的端口I／0操作以及计数定时模块的设定，并且将所采集的数据负责上传到主站，并从主站获得的控制参数下传到模拟量输出、数字量输出模块，控制相应的执行结构。A／D，D／A，DI／DO以及计数定时模块分别用于采集煅烧炉中的温度、给控制三相异步电机旋转的变频器提供O～10V控制信号源、控制电机的起停以及监测控制开关的状态、控制三相异步电机旋转的时间等。模块的选用为：模拟量采集：AJ65BT一64AD；模拟量输出：AJ65BT一64DAV；数字量输入／输出：AJ65BTB2—16DR；热电偶输入：AJ65TB一68TD；高速计数器：AJ65BT—D62。  

为了将系统集成为具有测量、控制、管理功能于一体的测控系统，在车间级的Intranet中集成了生产在线数据库以及控制参数与工艺数据库服务器，生产在线数据库服务器主要用于管理当日当班的人员、计划调度以及生产完成情况，工艺数据库服务器主要用于记录生产工艺参数、重要工段以及重要设备的定时抽检数据、故障几率等，便于了生产管理。整个程序的设计功能见图3。  

3．2 网络控制系统的功能  

(1)整个网络监控系统采用CC-bbbb现场总线，可高速地将现场数据传至主站进行管理。  

(2)上位机(PC)将操作指令通过从站1CPU传送给受令执行单元执行操作，远程执行单元将工作状态通过从站CPU传送给上位机(PC)。上位机(PC)将车间中所有控制的工作状态(开、关、报警)信息显示出来供操作人员监控。上位机(PC)接到报警和停线信息立即打印故障信息并计时、统计停线时间，并通过声卡驱动音箱进行语音提示。  

(3)主站和从站采用三菱Q系列CPU负责CC-bbbb网络的管理，以及将数据送到上位机(PC)进行分析和将中控室发出的指令送至现场从站。  

(4)为保证系统内大量的，每一条生产线的参数采集和控制由一台CC-bbbb从站完成。所有测控参数测量值通过CC-bbbb与从站通信。  

4 结 语  

实践证明，利用CC-bbbb开发的网络控制系统具有实时性、开放性、保护功能齐全、通信速率快、网络、布线方便等优点，有利于分散系统实现集中监控，提高系统自动化水平，减轻工人劳动强度，减少事故率，提高设备的使用寿命，节能降耗，提率，降低了成本。

当今对于大多数设备制造商以及系统集成商而言，面对日益竞争的市场，赢得市场及售后服务响应的及时性与性已变得至关重要。然而，传统的售后服务模式即一旦设备或系统出现故障，工程师需到客户现场进行设备维护，势必花费大量的人力成本与时间成本，从而间接造成设备或系统成本的增加。因此，为节约成本，同时为客户提供为快捷的服务，减少客户的损失，本地化的远程诊断和维护目前已成为用户迫切需要解决的问题。

事实上，随着网络通讯技术的快速发展，从早期借助公用电话交换网络(以下简称PSTN网络)到如今基于互联网，目前远程诊断和维护的解决方案已逐渐完善与成熟。本文将针对具体的应用情况，提出几种基于硬件设备实现PLC远程诊断与维护的解决方案。

方案一、通过使用Modem，借助PSTN 网络建立远程连接

电话网PSTN是目前普及程度、成本的公用通讯网络。PSTN是以电路交换（circuit-switched）方式进行。在进行之前，建立一条端到端的链接电路，一旦链路建立成功，此后所有的数据都会沿着相同的路径和顺序进行传输。因此利用PSTN网络实现远程访问是一种切实可行的解决办法，这也是目前PLC远程诊断与维护广泛采用的解决方案之一。其具体实现方式如配置图1所示：工程师站PC端和远程的PLC站之间是通过Modem直接拨号进行连接。硬件配置上仅需两端各连接一台Modem。当需要对PLC进行远程访问时，通过使用 AT命令或Modem厂家提供的拨号软件直接拨打对端Modem的电话号码即可建立连接。网络支持上，工程师站与PLC远程站均需要电话网的接入。软件方面，仅需继续使用原有PLC组态软件即可。

图1 通过Modem直接拨号方式，建立PC与PLC设备之间的远程连接。

该方案实施时，Modem的选型时需要充分考虑其兼容性、通用性、性及访问性，从而保证数据稳定的传输。对于PSTN网络的互联，通常可以采用普通拨号电话线入网和租用电话专线入网两种方式。其中普通拨号电话线连接方式的费用比较经济，收费价格与普通电话的收费相同；通过租用电话专线入网则可以提供高的通信速率和质量，但相应的费用也较种方式高。使用专线的接入方式与使用普通拨号线的接入方式没有太大的区别，但是省去了拨号连接的过程。通常，当决定使用专线方式时，用户向所在地的电信局提出申请，由电信局负责架设和开通。当上述硬件设备和PSTN准备好后，PLC的远程诊断与维护便可轻松实现了。

显然该方案配置十分简单，硬件设备价格。但该方案也存在一定的应用限制：PSTN网络连接速度受限，传输速率仅33,600bit/s，且容易出现连接中断的现象。因此该方案特别适用于一些小型PLC系统的远程维护或简单的远程维护任务如：内存故障读取或程序错误正等，但值得一提的是，这足以满足大多数工程应用的需求。对于较大PLC系统及大量的应用场合，则需要寻求为适合的方案。

方案二、通过使用路由器，基于互联网建立远程连接

由于PSTN网络存在如上限制，随着以太网技术在工业自动化领域的发展，许多用户开始考虑结合互联网技术实现对PLC等工控设备的远程访问。当然，这也得益于互联网建立和运营成本的降低。无疑基于互联网实现远程访问，能够大大提高数据的传输速率，满足工程师在线监控、高速上传及下载程序等需求，同时也可以实时采集数据和系统监控。目前，这种解决方案已在采用以太网通讯协议的PLC设备及系统中得到应用。具体实现方式如配置图2所示。工程师站PC端及远程PLC站各配置一台路由器，路由器分别接入互联网，即建立两台路由器间点对点连接，实现PC与PLC的远程连接。

图2 通过路由器，建立PC与PLC设备的远程连接。

该方案实施中，为关键的是需要解决固定（静态）IP地址的问题。在互联网上想要访问到某一个设备就需要知道该设备的IP地址。IP地址分为两种，即固定IP地址和IP地址。这里所指PLC设备所需的IP地址为固定IP地址。固定需要向当地的ISP申请得到。但由于资源有限，申请和使用费用较高，如：南京地区某客户应用中IP地址使用费用为100/月（非官方报价，仅供参考)。因此，若使用固定IP地址进行大量PLC设备的远程访问显然是不经济的（当然，这种方式也有其应用的环境，比如大型系统的实时监控）。本文提出两种IP的方式：一种是采用ADSL宽带接入互联网的方式；另一种是采用DDNS动态域名解析的方式来。

1）ADSL宽带接入：通过使用ADSL Modem上网，一旦ADSL Modem联网后即可获得一个IP地址，若网络不中断，该IP地址一直保持不变，因此可以视为固定IP地址。具体实现时，将路由器的WAN网口与ADSL Modem连接，通过路由器读取到的IP地址，即为固定IP地址。

2）动态域名解析服务，简称DDNS（Dynamic Domain Name Server），是将用户的IP地址映射到一个固定的域名解析服务上，用户每次连接网络的时候，客户端程序就会通过信息传递把该主机的IP地址传送给位于服务商主机上的服务器程序，服务程序负责提供DNS服务并实现动态域名解析。就是说DDNS捕获用户每次变化的IP地址，然后将其与域名相对应，这样域名就可以始终解析到非固定IP的服务器上。一些DDNS服务商可以提供的动态域名使用，用户可以在线申请的域名。

解决固定IP的问题后，通过路由器内置的NAT功能，将PLC设备的内网地址映射至路由器的外部端口，PC就可以轻松地远程访问到PLC，对其进行远程诊断与维护了。

另外，由于互联网网络存在一定的不性。在该方案实施中需要适当考虑保证的性的措施，特别是一些关键及重要数据的传输。目前通过(虚拟网络)以及IPsec（Internet协议）协议保证数据地性是行之有效的解决办法。技术为PC与PLC之间建立一个临时的、的连接，也理解为一条穿过混乱的公用网络的、稳定的隧道。而IPSec则为这种“隧道技术”提供了两种机制：和加密。认证机制使IP通信的数据接收方能够确认数据发送方的真实身份以及数据在传输过程中是否遭篡改。加密机制通过对数据进行编码来保证数据的机密性，以防数据在传输过程中被窃听，从而保在网络层实现数据的加密与认证。目前工业路由器（如菲尼克斯电气FL Mrd）均已内置及IPsec功能，配置简单易于操作。本文对路由器的配置不再赘述。

显然，所述两种方案，工程师站PC端以及远程PLC站都需要铺设电话线或网线，才能接入电话网络或互联网。然而对于在某些应用场合可能没有电话线或一些移动、旋转设备铺设线缆很不方便，同时铺线后往复运动很容易导致线缆的折断。因此适合采用无线的方式。接下来本文将介绍一种基于互联网和GPRS网络的无线远程访问方案。

方案三、通过 GPRS Modem，基于移动网络及互联网建立远程连接

该方案的具体配置拓扑如图3所示。与方案二比较，PC端仍然与一台路由器连接，而PLC则通过串口电缆或网线与GPRS Modem连接。网络支持上，PLC远程站侧，用户需要向运营商中国移动申请开通GPRS/EDGE业务的SIM卡（资费有包月或按数据流量计费两种方式），插入GPRS Modem内用于上网使用。其实现原理与方案二相同，通过路由器与GPRS Modem间建立，建立不同局域网内的PC与PLC设备的连接。方案实施时，同样需要考虑固定IP地址问题。在时，GPRS Modem 通常作为访问的发起者连接路由器。因此，GPRS Modem需要到路由器的公网IP，才能访问到路由器。这里的公网IP即为工程师站的固定IP。若按方案二中阐述的IP地址方式，显然GPRS Modem需要具有支持DDNS功能。

图3 通过GPRS Modem,建立PC与PLC设备之间的远程连接。

目前，除南韩及日本，GPRS网络已广泛覆盖至范围。GPRS以分组交换技术为基础，采用TCP/IP通讯协议，从而将移动通信与Internet网络联系起来。随着运营商网络建设的加速，GPRS网络基础上发展的2.75G EDGE网络，传输速率可达210kbit/s。同时，GPRS在线。因此GPRS网络在数据通讯上具有通用性、实时性、高速传输及运营等优势，是目前无线通讯领域采用较多的网络。特别是随着3G技术的发展，基于移动网络的性能将大大提升。基于GPRS网络的PLC远程诊断与维护方案，较有线的通讯方式，组网为方便与灵活；同时在线与高通讯速率，满足了工程师PLC快速诊断与维护的需求。

当前业内越来越多的设备制造商开始提供或出售设备的在线服务，提升竞争力的同时，大大降低售后服务成本。本文提出的三种PLC远程维护方案，适用于不同应用的需求。但随着以太网技术在工业自动化的发展，我们可以预见，未来基于以太网和互联网的远程访问方式必将成为发展趋势。

1 引 言  

目前国外的无损检测技术正在从NDE向ANDE和QNDE发展，也就是说从一般的无损检测技术向自动无损检测和定量无损技术发展。加程、实现产品的连续在线检测，这对我国无损检测技术有着启发的作用。涡流探伤检查在国内越来越受视，因此，各种涡流检测装置也得到广泛应用。然而这类检测装置要求性能稳定，性高，自动化程度高，为此需要一个合理的控制系统来满足其要求。 

本文采用PLC对涡流检测装置进行自动化控制，经过试验，其整体性能稳定，运动模拟量，操作方便，目前该检测装置交付公司使用，有效提高了检测性能，有利于类似检测装置的开发设计。

2 涡流检测装置简介  

国内外一些学者经过多年努力，通过对轴裂纹的理论研究模拟实验，研制出了各类用于轴类涡流检测的仪器及系统，用以早期发现轴裂纹的存在并监视其扩展情况，但目前对涡流检测技术的研究主要集中在涡流检测理论的研究、探头的设计和缺陷识别与成像方法的研究等几个方面。在实际应用，特别是对大规模产品自动化检测的检测装置开发还有待于进一步的提高。  

为此，本文提出了基于PLC控制的涡流检测装置的研制，并将其应用到汽车轮毂等转轴的中，了很好的效果。其中，使用了美国ZETEC公司的信号处理器，便于安装其他探头来检测其他缺陷，提高检测装置多功能测试。

本装置以转轴涡流为目标，完成示意结构如图1所示的涡流检测装置：他主要由控制系统、打标装置、工件抓取和夹紧装置、检测装置和信号处理器组成。 

该涡流检测装置流程图如图2所示：在保证电源和气源的前提下，标准工件正确装载，调整开关至参数设置状态；手动启动按钮后气爪手指夹住标准件；旋转机构中的步进电机通过传动装置带动工件转动并保持其恒定转速；调节装置中的探头推至工件表面并保持检测距离；检

测完毕后主机读取数据和保存初始化设置；探头返回初始位置；电机停止转动。待标准工件停止转动后气爪手指松开，取出标准工件和准备工件测试阶段。

调整开关至测试状态，手动启动按钮，气爪夹住工件，旋转机构带动工件恒速转动，探头推出开始测量工件。经过处理器的判断后将检测结果反馈给PLC。若工件合格，合格指示灯亮，PLC控制步进电机停止工作。待工件停止旋转时，打标系统的打标喷头快速在工件特定位置打上合格标记。气爪手指松开工件，进入下一个工件检测。若工件不合格，不合格指示灯亮和发出蜂鸣报警，探头返回初始位置后再推至工件表面重新检测，有效防止因工件表面还有杂质而误判。检测完毕后若工件合格，合格灯亮，蜂鸣停止报警，打标系统打标，其中注墨装置在打标几次后自动工作，保证喷头有源源不断的墨水供应；若不合格，不合格灯和蜂鸣报警继续工作，打标系统不工作。气爪手指松开工件。若取出工件是合格品，人工将其取下安放到合格品位置，否则将其放到不合格品通道。不合格品通道安装有传感器，当有工件通过后，不合格灯和蜂鸣报警停止工作，此时不合格品已经进入不合格品安放处，否则不能进入下一次检测，这将有效防止不合格品安放到合格品安放处。  

3 PLC控制系统  

传统的电器控制是采用继电器控制，继电器硬件接线电路是逻辑、顺序控制，体积大，连线复杂，当改执行程序时修改困难，有触点系统，寿命短，性和可维护性都较差。基于继电器控制的这些缺点，目前有被PLC取代的趋势。  

PLC可编程控制器具有较强的抗干扰能力，他能在0～55℃温度范围内正常工作，可以承受峰值1000 V，脉宽1Ls的矩形脉冲列的尖峰干扰，而且其微处理器与I／O回路之间采用了光电隔离技术，有效地隔离了输入与输出之间的电的联系，具有较高的性。"可编程控制器接线简单，硬件安装方便，开发柔性好"。而且，在PLC的输入、输出口安装有多孔插接板，通过香蕉插脚，实现外电路和PIC的快速连接。同时，气动元件也可以用香蕉插脚在的多孔均布的安装平台上快速安装及拆卸。所以，当实验项目变时，无须改变硬件设备就能快速组合成相应的气路和电路，装卸调试方便、灵活、快捷。对于设备的新，只需改变PIC应用软件程序，比如在微机上设计绘制相应的梯形图，就可自动生成应用软件程序，并通过电缆将程序传输给可编程序控制器运行，实现对相应气动系统的控制，不仅能快捷完成全气控气动回路而且对于电控气动系统方便快速地进行电路和气路设计组装、调试和实验。本检测装置通过PIC也有效控制步进电机的工作。  

在该检测装置中，()MR()N公司的PLC作为控制的，实现了如图3所示的控制系统，完成对步进电机驱动器、各种电磁阀及其信号接收等控制。PLC控制气爪抓住或松开工件，控制气缸将传感器推到位置和返回初始位置，控制步进电机以一定速度旋转和停止，能给处理器一个测试使能信号，接收处理器的反馈信号(合格或不合格信号)，根据所得的信号控制信号灯亮，根据检测结果控制打标系统和蜂鸣器报警。

图4给出了PLC控制该装置的线路图，实现了PLC的供电方式及PLC与其他各个部位的连接。同时为了好地实现与外部的线路连接，端子排起了一定作用。并且预留一定的接口数量以备后用。

3.1 步进电机的PLC控制过程  

该检测装置使用步进电机作为工件转动动力源，他具备快速启停功能，能在大批量产品检测中提高工效。  

步进电机是一种将输入脉冲信号转换成相应角位移或线位移的开环控制元件。在非载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变换的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机转过一个步距角。这性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，保证了该检测装置工件在测试时转速保持恒定。他还有一个优点是容易由PLC控制。本检测装置中，PLC通过步进电机驱动器输出脉冲信号CP，CP的频率和步进电机的转速成正比，cP的个数决定了步进电机旋转的角度。驱动器输入输出信号全部光电隔离，需要满足以下公式。

其中，Vout,Iout为外部输入电压与电流；Rout为外部电阻，Rin为内部电阻。

由式(1)可知外部需串连的电阻值为：

则在外面串连一个电阻Rout,如图5所示，PLC与步进电机有效地完成控制。

带三管输出的CPM1A PCs具有输出频率范围为20 Hz～2 kHz(单相)的脉冲输出功能。IR 01000或IR01001均可选择作脉冲输出，且脉冲输出既可设置为在连续模式下，可以通过一条指令来停止脉冲输出；又在立模式下，脉冲输出在输出完预设定的脉冲个数后停止。  

步进电机脉冲控制梯形图如图6所示。

图6中梯形图(1)表示图7中的升频，梯形图(2)表示降频。在启动时，静态惯性很大，以较小加速度升频，运动惯量逐渐增大后，可以较大加速度升频。降频时为反指数曲线。在梯形图中升频使用了积分，降频使用了微分。  

3.2 气动系统的PLC控制  

本检测装置采用了4个两位五通的电磁阀，分别连接气爪A、探头用气缸B、注墨用气缸C和打标用气缸D，同时气缸B具有磁性开关和减压阀，便于PLC控制与气压调节，气爪A与电磁阀之间连接有旋转分气块，保与气爪相连的气管始终保持相对静止状态。图8为气动系统分布示意图，工作顺序关系为A-B-C-D。PLC通过电磁阀控制他们的工作顺序。 图9为PLC控制电磁阀结构，他能有效协调各部分连贯运动。

随着化发展，国产的优势也正在受到新的挑战。PLC行业已经不存在劳动密集型、的优势，要想打入市场，就做到技术密集和规模化生产。

中国PLC市场的高速增长，为国产PLC产业化提供了良好的市场基础。其实，PLC产业难题在于如何解决规模化生产和市场现状的问题。笔者认为，当前PLC产业需要集中力量做好出路、研发、制造与应用四个方面，形成产业链，以突破当前的现状。

两化融合遭遇PLC短板

两化融合旨在将信息技术与设计、制造技术多方融合，包括推广应用/CAM/CAE/CAPP以及并行工程、虚拟设计制造等技术，数控(CNC)、可编程序控制(PLC)、分布式控制(DCS)、现场总线控(FCS)、控制(APC)、柔制造单元和柔制造系统等加工控制技术，实现生产过程自动化和高产、低耗、、多品种、变批量的要求，满足工业企业日益强烈的个性化、多样化需求。

两化融合没有止境，当前我国还处于工业化中期，资源、环境等刚性约束明显，需要充分地利用信息技术来提升利用效率。推进两化融合，走新型工业化道路，任重道远。

研究表明，在推进两化融合过程中，面临的问题却越来越紧迫，工厂自动化(FA)程度较低的问题越来越。虽然大中型企业普遍采用了的自动化系统对生产过程进行控制，但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制，如机械行业80%以上的设备仍采用传统的继电器和接触器进行控制。

工业自动化控制是工业技术进步的重要方向，是机电一体化、推进两化融合的基础工作。制造业的控制主要以逻辑控制为主，大量传统产业的自动化改造也为其应用提供广阔的发展空。作为工业控制为重要的设备的PLC为尴尬，几乎是外国的。据预测，仅PLC，国内就有70亿元的市场，而到2015年，这一数字将达到100亿元。然而这么大的市场，包括在内的国产PLC比重却只有不到5%。

工业自动化严重“偏科”

国内PLC市场被国外各大公司分割是不争的事实。究其原因，既有历史原因，又有PLC产业的特殊性。众所周知，工业自动化有两个主要领域：以过程(流体运动)控制技术支撑的流程自动化(PA)和以运动控制技术支撑的工厂自动化(FA或离散型生产自动化)。

过去人们一直重视流程工业自动化(PA)而导致工厂自动化(FA)发展严重滞后于水平。我国连续流程自动化(DCS)发展比较快，以能源和重化工为主，主要在应用方面，并且多年来得到国家政策支持，所以行业内部的认识和重视程度比较高，与水平的差距正在缩短。

生产自动化是工厂自动化的问题，工厂自动化的建设，PLC是其重要的一部分。从20世纪60年代始，西方国家就依靠技术进步开始对传统工业进行改造，使工业得到飞速发展。世界上台可逻辑控制器问世以来，由于它功能强，适应面广，因而很快就被采用到各个工业生产领域。西方国家很快便掌握了PLC的技术，并使其快速产业化。1973年我国开始研制PLC，虽然也用于机械、冶金、石油化工、轻工、电力、航空、造船等行业，但在技术、产业化方面已然显得落后。

20世纪80年代引进国外生产线，为节约外汇仅对单台自动化技术感兴趣，指导思想是能用人工的尽量用人工。由于当时对工厂自动化的意义认识不完整，考虑效率，把自动生产线加工精度和质量放在位，以致了赶上工厂自动化潮流的历史机遇。

当前PLC技术的应用范围，涵盖了除大型化工、电力企业之外的几乎所有工业行业。本国PLC企业处于劣势，跨国公司的产品享受零部件进口等政策优惠，本国厂商在家门口面对强势竞争，毫无招架力。

随着化发展，国产的优势也正在受到新的挑战。PLC行业已经不存在劳动密集型、的优势，要想打入市场，就做到技术密集和规模化生产 。

国内PLC的挑战与机遇

虽然PLC量大面广，但因有可买、小企业多、行业组织难等问题至今未能得到国家高度重视。议，“十二五”就“工厂自动化控制系统平台”进行科研与产业化立项，支持PLC共平台研发与应用领域的结合、推广。

中国PLC市场的高速增长，为国产PLC产业化提供了良好的市场基础。其实，PLC产业难题在于如何解决规模化生产和市场现状的问题。笔者认为，当前PLC产业需要集中力量做好出路、研发、制造与应用四个面，形成产业链，以突破当前的现状。国产PLC产业化的外部环境越来越成熟，在市场需求、技术水平和生产工艺等方面，我国企业已经具备规模化生产PLC的条件。

，经过多年的发展，我国PLC技术并不存在瓶颈。当前PLC技术正在由封闭走向开放，在硬件设计和软件平台上大量采用通用技术和标准化技术，使得PLC的设计和开发不再存在技术壁垒。这为后来者提供了开放的技术平台，降低了进入门槛。如和利时、信捷、永宏等一批国产找自己的位置，凭借对国内厂商的了解和对市场的把握，国产在近几年内获得了一定的成长。

其次，细分行业应用，有针对性地研发产品。在发展小型产品方面，在集成性、功能性、适用性、经济性等方面选择一个合适的平衡点，设计出满足用户不同要求的产品小型产品仍将是市场主流，小型是有可能实现国产化的。小型国产化是，产、学、研结合，国内企业可以利用本地优势根据用户的特殊需求，快速地为用户研发出客制化产品。

再次，加强服务领域。国内PLC厂商的服务由公司相关人员去实施，PLC生产厂商可以直接面向终户。由于公司技术人员充分了解自己的产品，能够解决实际应用中发现的问题，能显著提高服务水平务质量。国内PLC厂商可以在PLC的售前、售中和售后中为用户提供增值服务。

后，牺牲小我，顾全大局。国内PLC厂商进行大联盟，以其中两三家企业为主导，为所有的PLC厂商生产的硬件、模块和产品，其余PLC厂家在联盟的指导下全力去开拓市场，做好服务，力争在“十二五”期间国外PLC占的局面。

移动机器人由于具有优越的机动性和灵活性而备受青睐，在许多场合投入实际应用，如核工业检测，消防、火场检测，有毒、易燃、易爆气体场所探测，采矿、星球探测及无人战场等。为了适应不同环境下的应用，移动机器人控制系统的硬件和软件结构也不相同。本文涉及到的移动机器人是应用在防爆系统中，控制系统要求高稳定性、性和实时性，采用西门子的S7-200系列的PLC作为控制器对其进行控制是一种既经济又能充分满足设计要求的有效方法。 1移动机器人控制系统的硬件设计

1．1 控制系统组成及PLG控制原理

一般的控制系统采用工控机控制整个系统的工作，工控机工作、控制准确、使用方便。防爆机器人一般工作在室外环境和野外环境，工作环境恶劣。作为移动机器人，整个控制系统要求尽量轻便，这时若采用工控机则整个系统不够方便、灵活。PLC具有良好的稳定性、结构轻巧，采用两个PLC作为上、下位机，则系统轻巧灵活。根据操作和控制要求，控制系统选用西门子公司的S7-200系列的PLC，该PLC可以满足多种多样的自动化控制需要。由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大功能的指令，使得整个控制系统的性价比大大提高，操作也简单易行；同时，系统的性、稳定性和控制的准确性也得到了保证。控制系统结构如图1所示。

此防爆机器人的控制系统主要由上、下位机两部分组成。上位机PLC(CPU224)用于整个系统的启停控制，控制台上为一系列控制按钮，控制台将希望的机器人的动作传到上位机的PLC和上位I扩展模块(EM221)里，操纵杆将电位器的位置通过PLC的扩展A／D模块(EM231)将模拟量转化为数字量，通过上位PLC和下位PLC(CPU224)的通讯，将这些到下位PLC。同时，上位机接收来自下位机的温度、位置、角度等状态信息。为了将这些数据显示，选用性价比较高的数码管与上位PLC进行相应的连接，然后将这些数据准确地显示出来。防爆机器人机体上的摄像头将机器人工作现场的画面传送到控制台的显示器上，在显示器上实时反映机器人的工作状态，便于操作者根据实际情况控制排爆机器人的动作。

下位机的PLC一方面接收上位机传过来的指令，并和O扩展模块(EM222)一起通过继电器组对直流电机驱动器进行控制而对相应的直流电机动作进行控制，完成操作者希望的机器人的动作；另一方面，从工作现场采集到温度、位置、角度等模拟信号，通过模拟量扩展模块(EM231)将其模拟量转换为数字量。通过与上位机PLC的通讯，将这些数据传送到上位PLC上。

1．2 数据信号传输媒介

数据信号传输媒介多用光缆和电缆，光缆传输容量大，传输距离长，抗电磁干扰能力强，但是对安装技术要求高，并且价格相对昂贵。电缆作为信号传输媒介，价格，安装方便，准确、快速，但是有线通讯有许多局限性，例如整个系统由于电缆的存在而不够灵活。

在实际使用过程中，为了解决有线通讯的局限性，采用无线数传模块进行数据信号的传输。无线数传模块体积小、使用方便，但是的误码率比较高，易受电磁干扰。这里采用的TDX-1000无线通信模块包括无线接收、发射、FSK调制方式，并采用前向纠错信道编码技术，提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力。接口方式是5V TTL电平兼容接口，无线通信模块是半双工的，收／发的切换通过收发控制信号线实现。

2 软件系统的设计

2．1 控制系统控制流程

控制系统的控制流程如图2所示。

系统的控制过程为：用户将希望的机器人的动作作为指令输入到控制面板上，PLC对这些指令进行处理，转换为数据，发送到下位PLC上；下位PLC接收到上位PLC的数据后，将这些数据转换为控制信号，控制机器人体上的直流电机，完成相应的机器人动作。与此同时，下位机采集由传感器发来的现场信号，并进行处理，从而转换成数据传送到上位机上；上位机接收下位机发来的现场的数据，通过数码管将这些数据显示出来。 

2．2 格式

S7-200系列产品的通信模式有两种：一种是点对点通讯协议，用于S7-200与其编程器或西门子公司的人-机接口产品之间的通讯；另一种是对用户开放的自由口模式，用户根据实际系统的应用要求，自行规定通讯协议。本系统是两个PLC之间进行通讯，使用自由口通讯协议。上、下位机PLC之间的通讯的波特率为9600bps，奇校验，数据的格式是1位起始位、8位数据位、1位FCS校验位、1位停止位。数据格式如图3所示。

2．3 控制系统的程序流程

根据移动机器人工作的要求，确定机器人各个电机工作的相互关系，画出程序流程图，再由PLC的输入输出的逻辑关系编写梯形图。其上、下位机的程序流程图如图4(a)、(b)所示。限于篇幅，各子程序的流程图本文不再给出。

2．4 提高无线通信性的方法

系统采用无线通信还涉及到许多问题，包括：(1)无线通讯的收发切换问题；(2)无线收发模块易受电磁干扰，时误码率比较高。

采用以下几种方法对产生的问题进行解决。：关于收发切换引起的延迟。在半双工通讯中，波特率一定的条件下，系统的响应时间主要取决于PLC的大指令执行循环时间和无线收发模块的收发切换时间。PLC的大指令执行循环时间由PLC的软件系统结构决定，在进行编程的时候，充分考虑这些因素进行编程。二：关于的稳定性和准确性。为了保证的稳定性和准确性，采取了几种方法。(1)对发送来的每一组数据检查起始字节和结束字节，采用奇校验；(2)采用工程上的循环冗余校验(CRC)，这种方法是对发送的数据按字节进行异或运算，将得到的结果作为FCS校验码同要发送的数据一起发送到下位机，下位机将收到的数据进行同样的运算，将结果与FCS比较来确定收到的数据是否正确；(3)此外，在收发切换与数据发送之间插入一定的延时，延时时间大于无线收发模块的收发切换时间，易于保证的稳定性。实验证明，以上方法大大提高了通讯系统的性，降低了误码率，减少潜在的故障。

本系统采用两个PLC分别作为上、下位机进行移动机器人的控制，可使整个系统的性能稳定，易于操作，维护方便，。本系统已经成功应用于防爆机器人上，在实际的应用中受到