产品描述
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1、引言
随着微电子技术、计算机技术以及自动控制技术的迅猛发展,PLC(Programmable Logic
Controller)作为新一代工业控制器,以其价格比在工业测控系统中获得了广泛的应用。
在由PLC构成的小型集散控制系统中,PLC具有使用简单方便,故障率低,对现场环境要求不
高等优点;但它也有一些缺点,即数据的计算处理与管理能力较弱,特别是不能提供良好的
人机界面。将计算机与PLC结合起来,可使两者优势互补,既可以充分利用PLC的高性、
开发、编程容易等特点;又可充分利用计算机友好的人机界面,实现人机对话和监控
功能,并可进行一定的辅助决策,组成价格比的控制系统。实现计算机与PLC结合的
控制系统的关键之一是二者之间的通信。本文以热电厂循环水过程控制的监控系统为基础,
详细介绍了基于Delphi7.0的软件开发环境中上位机与S7-200系列PLC之间通信的实现。
2、S7-200系列PLC与PC的通信及通信协议
2.1、S7-200系列PLC的通信协议
S7-200系列PLC的通信协议有以下四种。
⑴、PPI(点到点接口)协议:该通信协议是一个主/从协议,是西门子公司专为S7-200
系列PLC开发的一个通信协议,用于PLC与其编程器或其它西门子公司的人机接口产品之间
的通信,一般不对外公开。
⑵、MPI(多点接口)协议:MPI协议是集成在西门子公司的PLC、操作面板和编程器
上的集成通信接口协议,用于建立小型的通信网络。在MPI网络中,S7-200系列PLC可以与
S7-300/S7-400 PLC进行通信,但S7-200 PLC之间不能通信。
⑶、PROFIBUS协议:PROFIBUS协议用于分布式I/O设备(远程I/O)的高速通信。PLC
可通过Profibus的DP通信接口接入Profibus现场总线网络,从而扩大PLC的使用范围。
⑷、自由口通信协议(用户定义协议):对用户开放,用户通过编程定义通信协议。
采用自由通信口协议,不需要增加投资,PLC可以与任何有串行接口的外设进行通信,特别
适合中、小规模的集散控制系统。
在热电厂循环水过程控制的监控系统中采用了西门子S7-200紧凑型PLC、CPU模块为
SM226,利用PLC自由口通信协议实现上位机与PLC的通信。
2.2、S7-200系列PLC与PC的物理连接及通信
S7-200 系列PLC 的通信口是RS485 串行接口,而计算机是RS232 串行接口,由于PLC
与计算机在串行接口上的不同,计算机与PLC 的通信电缆中有RS485/RS232 转换器,
一般采用西门子公司的PC/PPI 电缆,就可以实现S7-200 系列PLC 与PC 的物理连接。S7-200
系列PLC 与PC 的物理连接如图1 所示。
在自由口通信方式中,用户在程序中就可控制通信口的操作。在进行自由口通信之前,
需要对通信口初始化。S7-200 系列PLC 处于RUN 模式时才能进行自由口通信;当处于STOP
模式时,自由口通信停止,通信口转换成PPI 通信。自由口通信采用主/从方式,以计算机
作为主机发起通信,从站PLC 始终处于被动状态,随时准备响应计算机的通信请求。PLC
的通信以“接受命令→发送命令”为一个通信循环,每次循环将中断服务程序连接到串口中
断事件。当PLC 接收到信息后;PLC 程序应能识别其信息内容,这就需要根据通信要求编
制PLC 接收的信息帧的格式和定义,即定义通信协议。在自由口模式下,通信协议由
用户程序控制。下面将介绍上位机与S7-200 系列PLC 通信编程。
图1 S7-200系列PLC与PC的物理连接
3、S7-200系列PLC的通信编程
在自由口通信模式下,PLC的通信编程是对串口初始化。对S7—200系列PLC的初
始化是通过对特殊标志位SMB30写入通信控制字,设置通信的波特率、奇偶校验位、停止
位和字符长度。本系统设定值为9600bps,无校验位,8位数据位,1位停止位。这些设定必
须与PC机设定值相一致。S7-200系列PLC在通信程序中通过使用接收中断、发送中断、发送
指令(XMT)和接收指令(RCV)控制串口通信操作。发送指令格式为:XMT TABLE PORT。
PORT为通信端口,本系统设为端口0,TABLE为发送数据的数据缓冲区,其个字节为
发送字符的个数,大为255。接收指令格式为:RCV TABLE PORT。其中TABLE 和PORT
的含义与XMT一致。在自由口模式下,通信协议有程序控制。PLC与上位机的数据通信
的程序如下:
NETWORK 1 //NETWORK TITLE (single line) 串口初始化
LD SM0.1
MOVB 16#09, SMB30
MOVB 16#B0, SMB87
MOVB 16#0A, SMB89
MOVW +5, SMW90
MOVB 100, SMB94
ATCH INT_0, 23
ATCH INT_2, 9
MOVD +0, VD100
ENI
RCV VB99, 0
MOVW +30, VW510
... ...
由于篇幅所限,程序其它的部分,不再列出。
4、上位机的通信编程
在Delphi7.0下开发上位机数据通信程序的方法主要有:利用串口通信控件TMSComm;
利用bbbbbbs API函数;自己设计开发串口通信组件等。利用bbbbbbs API 函数开发串行通
信程序是bbbbbbs下数据通信的基本方法,但是在bbbbbbs API函数中与串行通信相关的函
数约有20个,利用bbbbbbs API函数实现串口通信比较繁琐;自己设计开发串口通信组件也是
在bbbbbbs API函数的基础上实现的。MSComm(Microsoft Communication Control)控件是
Microsoft公司提供的简化bbbbbbs下串行通信编程的ActiveX控件,它通过封装API,为应用
程序提供了通过串口收发数据的简便方法。在Delphi7.0下使用TMSComm控件编程,就象使
用Delphi7.0常用控件一样可以方便地使用该控件完成对串口的读写工作。由于其它方法比较
繁琐,因此在Delphi7.0下开发与工业PLC通信的软件,采用通信控件TMSComm来完成上位
RS232 串口
RS232/RS485
转换器
RS485 串口
计算机的通信编程。
4、1 TMSComm控件的安装
图2 安装TMSComm控件的Import Activex对话框
在Delphi7.0中使用TMSComm控件需要安装。安装TMSComm控件,在Delphi7.0汉化
版的主菜单中选择“组件->导入ActiveX控件”菜单命令,紧接着弹出“Import ActiveX”
对话框(如图2所示);然后在“Import ActiveX”标签选择框中选择“Microsoft Common
Control 6.0[Version1.1]”选项,后用鼠标单击“Install”命令按钮,即可开始安装该控件。
安装完成后,TMSComm控件就被添加到组件面板的ActiveX标签下。使用TMSComm控件时,
在组件面板的ActiveX标签下找到该控件,然后把这个控件插入到工程之中,就可使用
TMSComm控件进行上位机的串口通信程序设计了。
4、2 上位机的串口通信编程
PC机通过RS232串行通信口与PLC进行通信,通信控件TMSComm提供了使用RS232串
行通信口开发串行通信软件的细则,使用事件驱动或查询方式来解决开发通信软件中遇到的
问题。事件驱动方式对事件发生的跟踪和处理可利用TMSComm控件的OnComm事件来实
现,它包括和处理通信错误等;查询方式设计者通过读取CommEvent值,并判断发生何
种事件,再进行处理。本文采用事件驱动方式处理TMSComm控件通信。该控件主要属性有:
CommPort:设置并返回通信端口号。每个使用的TMSComm控件对应一个串行端口,
若应用程序要访问多个串行端口,则使用多个TMSComm控件。
Settings:以字符串形式设置并返回串行通信协议,由波特率、奇偶校验、数据位、停
止位四个设置值组成。一般情况下的设置为“9600,N,8,1”,它的含义是波特率为9600bps,
无校验位,8个数据位,一个停止位。它的设置和PLC的设置一致。
PortOpen:设置并返回通信端口的状态。将PortOpen属性设置为True打开端口,将
PortOpen属性设置为False关闭端口。
Output:向发送缓冲区写入数据。
bbbbb:从接收缓冲区数据,并将保存在接收缓冲的数据删除。如果将bbbbb属性设
置为零,在使用bbbbb属性时,TMSComm控件将读取接收缓冲区的所有内容。
InBufferSize:设置接收缓冲区大小。
OutBufferSize:设置发送缓冲区大小。
bbbbbLen:设定从接收缓冲区读取的字符数。
bbbbbMode:接收数据的类型。
Rthreshold和Sthreshold:设定OnComm事件发生前,接收和发送缓冲区中可以存放的
字节数。
RTSEnable:设置RTS的有效性。
DTREnable:设置DTR的有效性。
其他属性采用默认值即可。
在向PLC发送命令时,按自己定义的命令帧格式,用ASCII码传送,然后等待PLC的应
答,并从应答中摘取相应的字符,以判断通信是否成功。
计算机接收字符时和向PLC发送命令是一样的,不同的是计算机此时根据TMSComm
控件的InBufferCount去判断接收到的字符数,然后从PLC应答中摘取有用信息。
开发上位机的通信软件只需上述几个重要属性设置好通信口,就可在Delphi7.0中编写上
位机通信程序,并按特定的数据格式实现上位机和PLC之间数据通信。
5、结束语
本系统根据PC机和PLC的特点,通过利用PLC的自由口通信协议,上位机利用Delphi7.0
开发工具,开发出PC和PLC通信的应用软件,实现了对热电厂循环水过程控制系统的监控。
实践证明这种方法结构简单,开发,节约投资,对小规模的集散控制系统其具现实
意义;经现场运行表明,系统具有性高,操作方便等优点。
本文作者点:(1)、本文在Delphi7.0开发环境中利用ActiveX组件提供的TMSComm控件
进行了上位机串口通信程序的设计,并应用到热电厂循环水过程控制的监控系统中上位机和
S7-200 PLC之间的串行通信,了良好的通信与监控效果。(2)、利用Delphi7.0进行了上
位机串口通信程序的设计,不仅可以清楚上位机串口的通信机制,而且可以节约成本,根据
需要随时升级上位机串口通信程序。
1.引言:
随着我国机械装备、汽车工业等行业的快速发展,我们对轴承加工设备,尤其是、率、高性的轴承磨床需求量十分庞大。轴承,作为机械工业的基础件,其加工设备的重要性非常。目前,我们国家的轴承加工设备相对存在加工精度差,重复精度不高、生产效率低的问题,生产的轴承和国外有相当大的差距。以小型球轴承加工设备为例,有许多个体企业还在使用手工作业生产,这从侧面说明了我们在设备的自动化控制方面还有许多工作要做。当然,轴承设备的机械加工精度要求很高,在此基础上,设计一套的自动控制系统及其控制软件非常重要。笔者在参与某集团公司的新型轴承自动化生产线的研制过程中,引进光洋电子的伺服控制模块,成功设计出了一套新的轴承磨床控制系统并完成系统软件的设计。值的一提的是,光洋(KOYO)精工是日本的轴承生产企业之一,其轴承磨削的自动化控制确有其到之处。
2.工作原理及控制要求:
以RF-3MZ203小型轴承内圆磨为例,其机械结构的关键在于磨削进给机构,一般采用直线导轨和滚珠丝杠总成。加工时,工件(轴承套圈)高速旋转,磨削进给机构控制砂轮运动,进行磨削加工。所以,磨削进给的控制精度十分重要,这里采用安川的全数字化交流伺服系统控制。
磨削进给机构示意图如下
该磨床自动化控制的总体要求是
(1) 开关量输入64点,开关量输出24点。
(2) 采用伺服定位模块控制安川的交流伺服系统。由于内圆磨床磨削加工时有测抓在线测量,所以需要构成全闭环伺服控制。加工,要求伺服系统有良好的高速响应能力;加工精度高,要求伺服系统有良好的刚性,以及的低速性能。总体上要求伺服系统在高、低限都能达到良好的性能。加工精度达到1μm
(3) PLC控制多台变频器。
(4) 采用触摸式人机界面,操作直观方便,界面友好。
(5) 具备PLC总线连接能力,可以进行整条生产线的联网控制。
3.控制系统硬件设计:
根据上述控制要求,PLC选择光洋电子的SU系列,变频器和交流伺服选择安川的产品,触摸屏选用光洋电子的GC-55EM2,共同组成磨削自动控制系统。选择光洋PLC主要是因为其中的U-01SP单轴伺服控制模块可以与交流伺服驱动系统良好的配合,达到优良的高、低速性能,而且伺服电机的编码器信号直接反馈到该模块,测抓反馈的中断控制信号也直接反馈到该模块,从而构成真正意义上的闭环控制。该模块在光洋精工已经得到长期应用。安川的交流伺服刚性好,技术、质量稳定,用于轴承加工设备非常合适;其变频器具备MODBUS总线,由于光洋电子的SU系列CPU模块的通讯口已经内置MODBUS协议,所以可以采用通讯方式控制多台变频,相比原先类似系统采用的模拟量输出控制简化了PLC硬件配置从而大幅节约了成本。值得一提的是SU-5M通讯功能强大,CPU自身具备3个通讯口,分别用于触摸屏通讯、变频器通讯、总线控制,而不需要单的通讯模块,对提高配置的性价比起到了十分关键的作用。
PLC 内置于防尘的电控箱因此,V80-U 能够满足辆对抗高低温、、防尘、防盐、冲击、振动等常规 PLC 无法胜任的工作的特殊要求。
系统主要由监控、无线通信系统、现场监控终端、传感器及仪表四部分组成。
监控:由微机、无线数传机、全向天线、模拟屏及UPS组成,主要完成各现场终端数据的实时采集、监测、控制、数据存储、打印报表、数据查询等功能。
无线通信系统:监控与各泵站终端之间采用无线方式通讯。监控为主动站,其它终端副站为被动从站,该系统采用无线电管理给定的数据频率,以一点对多点的方式与从站通讯,监控为全向天线,各副站为定向天线。
现场监控终端:为PLC,是一个智能设备,它有自己的CPU和控制软件,主要完成现场的数据采集、转换、存储、报警、控制等功能,并通过无线信道与监控微机进行数据通信。根据监控的命令分别完成系统自检、数据传送、控制输出等任务。
传感器及仪表:是PLC监测现场信号的“眼睛”,现场所有信号都需经过传感器及仪表的转换,才能输出标准信号,被PLC终端所接受。系统主要测量电压、电流、液位、压力、流量及耗电量等参数。
三、现场PLC终端
现场PLC监控终端是工业现场与监控之间的桥梁纽带,一方面它采集现场仪表、变送器、设备运行状态等信号,另一方面它又与监控通讯,执行有关命令。现场终端一般无人值守。因此,终端机的性能和质量对系统的性影响很大。经充分论证,选用西门子S7-200系列PLC作现场终端具有较高的性能价格比,它具有体积小、易扩展、性能优等特点,非常适合小规模的现场监控。
1、PLC硬件设计
现场某一终端需测控开关输入信号12路,开关输出信号14路,模拟量输入信号9路。因此,我们选用S7-214基本单元,一块继电器输出扩展单元(EM222),三块模拟输入扩展单元(EM231)。这样系统共有开关输入14路,开关量输出18路,模拟量输入信号9路,满足现场要求。
2、通讯接口
S7-214PLC基本单元提供一个RS-485接口,为了与无线信道的数传机(电源、Modem、进口电台三者合一)相连,我们专门设计了RS-485接口的Modem,并采用光电隔离技术,使二者在电气上立,避免相互干扰,由于数传机发射时需要RTS信号,而RS-485接口又不提供RTS信号,解决这个问题有两法。其一,由无线Modem根据PLC的发射信息产生RTS信号,这就要求该Modem智能化,同时PLC在发送信息之前需先与Modem通信,让其输出RTS信号,并回送RTS已产生信息,然后PLC再发送现场信息。其二,采用PLC的某一I/O输出点,产生RTS信号,由PLC在发送信息前现接通该点,控制数传机发射,延时一段时间后(电台建立载波时间),再发送信息。后一种方法简单、实用,较好的解决了无线通信的接口问题。
3、抗干扰设计
为提高系统的性,现场终端、数传机、PLC、直流温压电源及部分变送器装于一个控制柜内,各部分相对立,便于维护。PLC开关量输入、输出与现场之间家继电器隔离,模拟信号采用信号隔离器和配电器隔离,电源采用隔离变压器供电,以减小电源“噪声”,同时系统设置良好的接地。
四、PLC软件设计
PLC终端软件采用梯形图语言编写,为提高终端的抗干扰能力,软件设计中采用了数字滤波、故障自检、控制口令等措施,保证控制操作的正确性和性。程序设计采用模块化、功能化结构,便于维护、扩展。终端软件主要由下列模块组成。
1、初始化程序:设定各寄存器、计数器、PLC工作模式、通信方式等参数初始值。
2、数据采集子程序:对各路模拟量数据采集、滤波、平均等处理。
3、累计运行时间子程序:对泵机等设备的运行时间进行累计。
4、脉冲量累计子程序:对电耗、流量、仪表的输出脉冲进行累计,并进行标度变换。
5、遥信子程序:检测电机、阀门、报警开关等设备的运行状态。
6、置初值子程序:由监控对时间、电耗、流量等累计参数按用户的要求设定初始值。
7、故障自检子程序:检测PLC的故障信息、校验信息,并发往监控。
8、控制子程序:根据监控的命令,或现场自控条件输出相应的操作。
9、通讯子程序;完成与监控的各种通信功能。
1引言
目前,使用中的北京地铁人防控制设备如:车站人防集中控制台、电动液压人防区间隔断门原地控制台、车站及区间通风道电动人防门控制柜等所采用的元件都是传统的常规开关、中间继电器、时间继电器、闪烁继电器、报警器、直流稳压电源等。其的缺点是:技术落后、元件体积大、易损坏、接线复杂、工作不稳定、故障率高、检修不便,而且,由其组成的设备体积较大,需为其准备空间较大的地下控制室,从而使得土建成本较高。
而目前北京地铁车站的新建速度非常快,已有地铁四号线、五号线等几十个地铁站的土建工程开始动工。而且,随着我国新一轮城市基础设施大规凝设高潮的到来,全国城市地下铁道建设呈高速增长之势。其地下铁道中的新人防设备的安装与已有人防设备的改造量都比较大。因此,本文探讨PLC在地铁人防领域中的应用,拟以技术的PLC代替原地铁人防控制设备中使用的传统的继电接触器控制系统,克服其存在的缺点,提高我国地铁人防控制设备的技术含量。
2 PLC简介
1969年,美国数字设备公司(DEC)研制出世界上台可编程序控制器,简称PLC,并成功地应用于汽车生产线上,实现了生产的自动控制。之后,PLC作为控制领域的新技术发展,产品体积越来越小,功能越来越完善,产品新换代频繁,新产品不断出现。并成为控制领域中常见、重要的装置之一,砌叻地应用到了工业控制的各个领域。
PLC的主要特点:PLC的软件简单易学。它采用易学易懂的以继电器梯形图为基础的编程语言,而梯形图控制符号的定义与常规继电器的展开图一致,电气操作人员使用起来得心应手,不存在计算机技术与传统电气控制技术之间的鸿沟。PLC使用简便。在PLC构成的控制系统中,PLC的输入接口可与触点式开关直接相接,输出接口与执行元件相接,即只需在PLC的端子上接人相应的输入、输出信号线即可,使用非常方便;当控制要求改变,需要变控制系统的功能时,可以通过编制修改程序实现;PLC的输入、输出可直接与交流220v、直流24v等强电相接,并有较强的带负载能力(负载电流一般可达2A)。PLC抗干扰能力强、运行稳定可*。PLC是专为工业控制设计的,在设计和制造过程中,采取了多层次的屏蔽、隔离、滤波、电源调整与保护等抗干扰措施,可在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作,运行的稳定性和可*性较高。继电接触器控制虽然有较好的抗干扰能力,但继电器触点在开闭时会受到电弧的损坏,寿命短。而且,在较恶劣的环境下,灰尘等落人继电器内,将影响继电器铁芯的闭合,严重时.将烧毁继电器;而PLC是以集成电路为基本元件的电子设备,其内部继电g-lg无触点型。元件的寿命几乎不用考虑,目前,PLC整机平均无故障工作时间一般可达2—5万h。PLC体积小,接线少,维护方便。
3 用PLC替代传统的地铁人防控制系统设备分析
PLC内部有足够多的电子式继电器、定时器、计数器.通过程序控制.可以取代原控制系统中的中间继电器、时间继电器、闪烁继电器等元件;而其24V直流电源输出端子可代替原直流稳压电源向系统提供直流电压。PLC的输出端子可直接控制系统中的交直接触器线圈、电磁阀、报警器、停车信号灯等,进而控制系统的工作。由于PLC体积小、重量轻、接线少.用其取代原继电接触器控制系统中的元件后,可节省较大的元器件安装空间,使控制台体积大大缩小.从而减小地下控制室的空间,节省昂贵的土建开支。使用PLC后,还可减少大量的接线工作.并使系统调试工作简单化。还可以较大地提高系统工作的稳定性及设备的使用寿命。地铁人防控制系统中的各种指令控制信号和反馈信号都是开关型信号,而且数量不多。可选用开关量的小型PLC产品:目前.开关量的小型PLC产品价格非常,使用PLC产品还可以降低设备的制造成本。
4 结束语
综上所述.可编程序控制器无论在技术性能方面、经济效益方面,还是设备的工作可*性、稳定性及使用寿命等多方面均优越于继电器逻辑控制。采用PLC取代原地铁人防控制系统中的继电接触器控制.必将大大改善地铁人防控制设备的质量和自动化的程度,使我国地铁人防控制设备的技术含量大大提高;并能节省建设投资.创造可观的经济效益。
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