济南西门子模块代理商电源供应商

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1 引言

发动机装配线PLC控制系统，主要针对包括转台、举升台、举升转移台、翻转机五种工位的控制。在汽车发动机装配过程中，由于被装配零件的多样性，需要在装配线的每个工段适当调整发动机的方位以方便装配零件。装配线上共计20余个工位，包括7个普通转台、2个维修转台、4个无滚轮举升台、7个单向滚轮举升台以及2个翻转机。

整个被控对象包括22个工位,每个工位上包含必需的转移电机或举升电机,此外还有32个生产线传输电机。每个工位均由一个ET200S和一个ET200eco从站组成,用于该工位的I/O点数据采集和发送以及分散控制。

2 系统结构及功能

系统包括操作员站、工程师站、自动化系统、网络和现场I/O站等几个部分。

系统各部分功能:

操作员站:提供全汉化人机界面，实现控制系统的监控操作功能（操作、显示、报表、报警、趋势），并且可以在人机界面上直接查看对应的step7源程序。

工程师站:用于系统的组态和维护。

自动化系统:使用SIMATIC控制器完成回路调节和逻辑运算。

现场I/O站:使用现场总线技术，在设备现场直接采集现场仪表的信号,控制现场的执行机构。

现场总线ProfiBus:用于连接控制单元与操作员站以及管理网络。

本系统采用PLC300CPU和CP342-5、CP343-1的接口模块相连构成系统的主站。CP342-5是用于连接S7-300和 profibus-DP的主/从站接口模块，CP 343-1是用于连接S7-300和工业以太网的接口模块。在该控制系统中，除了上述主站外，从站是由 22个ET200S和22个ET200eco组成，分别分布在两条profibus网络上。CPU上自带的profibus-DP接口构成 profibusⅠ线，CP 342-5接口模块构成profibusⅡ线。

系统中ET200S从站上采用的IM151-1接口模块有两种: 基本型和标准型，基本型的接口模块所能挂接的电源管理模块和I/O模块个数范围为2～12个，标准型的接口模块其范围为2～63个。所以当从站I/O模块较多时，宜选用标准型的接口模块。接口模块上带有profibus地址设定拨码开关。

系统中ET200eco从站中选用了8DI和16DI两种模板，模板结构紧凑，模板的供电采用7/8‘电源线，模板的通讯采用M12通讯接头。接线灵活而快速，方便拔插。其接口模块上带有2个旋转式编码开关用于profibus地址分配。

网络设备按照适应工业现场环境的程度，以及生产线的布局来考虑选用不同防护等级。控制箱中的模块采用防护等级为20的ET200S I/O模块，对应每个控制箱的还有一个防护等级为67的ET200eco模块，置于生产线滚轮下方，由于该模块需要接触到现场较为恶劣的生产环境，因此需要有防油防尘等功能。

3 目标控制系统

3.1 系统设计

汽车发动机装配线是一个对发动机顺序装配的流水线工艺过程。由于工艺的繁琐性，工程的计算机控制系统考虑采用分散控制和集中管理的分布式控制模式，采用以PLC为构成的计算机控制系统，各立工位控制系统之间通过网络实现数据信息、资源共享。该装配线在整个生产过程中较为关键，由于每个工位之间是流水线生产，因此每个环节的控制都具备高性和一定的灵敏度，才能保证生产的连续性和稳定性。从站中的每个ET200S站和其对应的 ET200eco站共同构成一个工位, ET200eco主要是采集现场数据之用。ET200S站的模块置于小型控制箱内, 对于工位的基本操作有两种方式，就地控制箱手动方式和就地自动方式。由于每个控制工位的操作进度不一致，操作工可以按照装配要求进行手自动切换。特殊情况下亦可通过手动操作进行工件位置的修正。

安装在各工位的分布式I/O模块ET200S和ET200eco通过现场检测元件和传感器将系统主要的监控参数（主要是开关量）采集进来，ET200S和ET200eco将现场模拟量信号转换为的数据量，通过速度可达12M的Profibus-DP现场总线网络将采集数据上传到控制器，控制器根据具体工艺要求进行处理，再通过Profibus-DP网络将控制下传给ET200S，实现各工位的控制流程。 PROFIBUS是应用广泛的过程现场总线系统。PROFIBUS有三种类型:FMS、DP和PA。PROFIBUS-FMS可用于通用自动化;PROFIBUS-DP用于制造业自动化;PROFIBUS-PA用于过程自动化。使用PROFIBUS过程现场总线技术可以使硬件、工程设计、安装调试和维修费用节省40%以上。PROFIBUS-DP的技术性能使它可以应用于工业自动化的一切领域，包括冶金、化工、环保、轻工、制等领域。除了安装简单外，它有高的传输速率，可达12Mbits/s，通讯距离可达到1000米，如果加入中继器可以将通讯距离延长到数十公里，具有多种网络拓扑结构（总线型、星型、环型）可供选择。在一个网段上多可连接Profibus-DP从站即ET200S或是ET200eco 32个。

整个控制系统根据工艺划分由转台、举升台、举升转移台、翻转机五种工位组成。各部分可立完成各自的控制任务，并通过工业以太网实现和上位监控系统的连接，由上位系统实现各部分的协调控制。

装配I线工程PLC控制系统和网络通讯系统具有下列特点:

（1） 计算机集成自动化过程控制系统，分布式、高性、高稳定性。

（2） 从站作为相对立的系统分散控制各个工位的运行。

3.2 系统控制要点

（1） 该系统网络中一个主站CPU下两条profibus网络所带的从站有44个之多，在利用Simatic Manager编程软件进行硬件配置时，根据S7-300CPU中CPU31XC的地址分配的参数规范，对于数字量输入输出，其分配的参数范围为0.0～127.7。因此在进行硬件配置时, S7～300CPU自带的profibus-DP接口上的profibus I线上的模块数字量I/O地址一般规定在0.0～127.7的范围中,如有出则采用间接寻址的方式来处理。profibus Ⅱ线上的模块的数字量I/O无论处在哪个范围中,都采用间接寻址方式。

（2） 关于接触器的硬件互锁。对于转台工位，转台有正转和反转两种工作状态，因此转台的回转电机需要有一个负荷开关和两个接触器一并来控制（而举升电机一般只需要一个负荷开关和对应的一个接触器即可进行控制），接触器分正转接触器和反转接触器，输入端为380AV。正转接触器的三相电压A、B、 C分别和反转接触器的C、B、A短接。如图2所示，当程序在执行过程中，若存在某些漏洞使得正转接触器和反转接触器的输出点同时置1时，则会出现正转接触器和反转接触器各自的A相和C相短接，造成接触器短路损坏，主电源开关跳闸。为了避免这种事故的发生，保程序中不能出现两个接触器同时置1的情况，其次即是采用接触器上硬件互锁，如图2所示，点Q1、点Q2是输出控制点，Q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子，同理， Q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子，但是改接成如图所示。接触器上有自带的一个常开点和一个常闭点，互锁中只需用到常闭点，当输出点Q1闭合时，正向接触器上常闭点随之断开，则Q2输出点两端之间不可能形成回路，也就不会出现短路跳闸的事故。

（3） 该项目中涉及到的变量数目较多，根据现场情况随时可能有改，为了便于管理，采取S7程序界面和Wincc人机界面共用一套变量。这样可以将建立变量的工作量减少一半，也将出错概率减少一半。先安装step7软件，之后自定义安装Wincc软件，将Wincc通讯组件安装完整。然后在 step7软件中插入OS站，可点击右键打开并编辑Wincc项目。在Wincc项目中需要引用变量的位置进行变量选择，出现变量选择对话框，即可在 step7项目变量表中选择需要的变量，从而保证人机界面和下位机所用变量的一致性。

3.3 系统控制功能

（1） 手自动回路的切换

在Wincc人机界面上可以很方便地知道每个工位的手自动状态，但是手自动状态的切换是在从站的控制箱面板上实现的。在自动状态下，工位的操作全由下位控制，可实现全自动控制机械的操作流程。在手动状态下，操作具有自保护功能，在某些机械操作动作下通过软件互锁可杜绝相应的危险动作的发生。

（2） 保护

上位监控系统设定了若干级操作密码，管理员和操作员分别有自己的操作权限，且操作员在进行操作时有必要的警告提示框和信息提示框出现。

（3） 查询源程序代码

当上位机画面显示某个工位出现故障时，可从画面直接点击按钮进入相应的下位机梯形图程序界面，即可查找出故障的根本原因，节省了维修时间。

（4） 故障报警和报表打印

当设备出现故障时，报警框中会出现提示，并伴随有声音报警。操作员可根据需要打印与生产相关的报表信息。

4  结束语

西门子S7300 CPU通过两条profibus-DP网络连接若干ET200S和ET200eco从站构成的集中分散式控制系统已经在该发动机装配线成功投运，能够保证生产线连续稳定地生产，尤其在机械动作灵敏度上有较大提高，满足了用户的要求

1 引言：

高速线材轧线张力控制是线材自动控制中重要的一项技术，是衡量轧线自控系统的一项重要标志。一般采用负荷法实现间接张力控制。张力数据的采集是间接张力控制系统重要环节，采集到的数据能否真实地反映现场的实际情况，是否直接关系到后续控制的精度与稳定性。在一般的PLC 控制系统中，模拟量由于受到现场环境等的影响造成采集上来的信号不能充分反映现场的真实情况，信号进入系统运算后容易造成运算差，有可能引起系统控制错误导致各种事故。由此可见模拟量控制的成功与否在很大程度上决定可控制系统的好坏。一般滤波控制只是简单的把几个采样值进行平均处理，有时造成的偏差较大，而且调试起来很不灵活，本文针对轧钢现场的实际情况，介绍一套用于轧线PLC 控制的模拟量信号采样、滤波的方法。实现了自由灵活的信号处理。

2 轧线PLC 控制系统的组成：

在我们设计调试的线材生产线中，一般采用Siemens S7-400 PLC 作为主控制器，粗、中轧机，预精轧机，吐丝机，夹送棍传动采用SiemeNS 直流调速装置 6RA70，精轧机采用交流变频装置。主轧线设两个HMI，HMI 与PLC 通过以太网通讯，PLC 与各传动采用Profibus-DP网通讯。

（1）轧线张力控制的实现方法：

棒线材轧线张力控制一般采用间接张力控制方法，即利用轧机负荷反馈计算轧机的张力。本文控制方法为利用PLC 与传动装置之间的Profibus-DP。

（2）PLC 内部的信号滤波算法：

信号滤波在功能为输入信号的采样、储存，数据分析处理、滤波，信号输出等环节：

1） 采样、存储环节：PLC 系统接受模拟量信号后，进行可控周期、可控数量的采样，采样采取FIFO 算法，保证数据的实时性。保证在任何时间段内采集存储的的数据都是新、近的。

2） 数据处理排序环节：利用冒泡算法对采集的数据排序。

3） 数据处理均值环节：去除 N 个大值、小值。对剩余的数据进行均值处理。

3 滤波系统功能详细介绍：

考虑到数据采样的连续性以及在特定的时间段内要保留一定数量的连续的采样数据，在系统中定义一个FIFO 数据链表，采样数据按照时间顺序依次进入链表，当链表数据个数N（可调）一定时，那么着N 个采样值就是一段时间内的连续采样值。在采样过程中从频率根据具体情况进行调整。

采样数据的大值和小值在采样过程中有可能受到干扰，或者采集的数据与其它值有较大偏离，其采样度不如其他中间数据，在运算中将规定数量（可调）的值除去。采用冒泡算法对数据排序，然后分别除去两端的一定个数（可调）的大值和小值。后剩余的数据均值处理。

4 方案模块化：

本次应用的特点就是将上述功能模块化集中在一个功能块FC 中，任何时候只要调用此功能块，就可实现采样滤波功能，通过调整功能块参数（爪子），可以实现可变频率采样，

可变数量采样等数据滤波功能。本功能基于Siemens S7-400PLC 系统设计，采用SCL 编程语言，功能块参数描述如下：

bbbbb：

I_main：模拟量输入信号

S_EN：功能允许信号

S_TRG：采样允许信号

F_SEL：需要去除的值个数

S_NO：采样个数

S_ARR：采样寄存器

Output：

O_main：滤波后信号输出。

S_ok：采样滤波计算正常。

调用此功能块的程序如下：FC10 为采样功能块

CALL FC 10 （

I_main ：= MD 300，

S_EN：= L 20.0，

S_TRG：= L 20.1，

F_SEL：= MW 502，

S_NO：= MW 504，

O_main：= MD 404，

S_ok：= M 506.0，

S_ARR：= DB10.ARR）;

5 应用体会

采用此滤波功能后，对速度相应要求相对较慢的张力数据采集有较好的滤波效果。本功能可以方便地修改采样周期，采样个数，特殊值去除个数等，尤其便于根据具体情况进行现场调试，提高现场工作效率

0   引言 
    河南省某大坝进水塔的两个渗漏集水池位于大坝的底部，潜水泵、离心泵等排水设备和原来的电气控制柜则位于集水池上方的渗漏排水泵房内。工作人员只能根据巡查情况，就地手动控制进行排水，由于进水塔渗漏水在水量和时间上有很大的随机性和不确定性（会依据天气和季节变化的不同而不同），这就给操作人员和大坝的管理带来了很大的困难，曾经就出现过由于短时间内积水过多，大坝底部廊道内的部分设备被淹（包括渗漏排水设备本身）的情况，造成了很大的经济损失；且由于电气控制柜位于大坝底部，环境潮湿，渗漏水滴经常落到控制柜上，造成控制柜电气元件受潮，出现短路或拒动，给渗漏排水系统的控制带来了很大的麻烦。因此有必要将电气控制柜上移至进水塔塔面，改善运行环境，并将两个集水池的排水设备用一套控制设备来进行集中监控。控制系统主要采用自动控制方式，根据渗漏水量的大小及时启动排水量较小的潜水泵和排水量较大的离心泵进行排水， 以保证泵房的稳定运行。

1    工艺流程与监控要求 
1.1 工艺流程 
      进水塔渗漏水量较小时，经过一定时间的积累，达到主用潜水泵启动水位 2.40m，用主用潜水泵 D3 进行排水；当水量增大时，达到备用潜水泵启动水位 2.60m，增加备用潜水泵D4进行排水；在此过程中，若水位回落到停泵水位 1.5m时，则停止潜水泵；若水量进一步增大，以致达到主用离心泵启动水位 2.80m和备用离心泵启动水位 3.00m时，则分别启动主用离心泵 D1 和备用离心泵 D2 进行排水。此时潜水泵作为离心泵的充水泵，同时启动潜水泵 D3、D4，打开充水电磁阀 Z1（或 Z2），延时 3 分钟左右并且达到一定压力要求后启动离心泵并打开排水电动阀门 F1（或 F2）进行排水，然后关闭潜水泵 D3、D4 和电磁阀 Z1（或 Z2）。在排水过程中，若水位回落到停泵水位 1.50m，则关闭离心泵。在关闭离心泵时， 要先关闭相应的电动阀 F1 或 F2， 然后再关闭离心泵。 

1.2 系统要求 
      整个系统由两个电力进行供电，控制设备对供电进行选择，以确保系统在任何一个电力电源正常的情况下都能够正常工作。 
      在控制柜的控制面板上安装有自动/手动/触摸屏手动三位切换旋钮， 以及各个设备的手动控制旋钮，通过控制面板和触摸屏可以对各个设备进行手动控制。 
      在集水池中安装两套水位计，以确保在任何一套水位计正常的情况下，渗漏排水系统都能够正常工作。一套水位计采用节点式的，检测四个启泵水位和一个停泵水位；另一套采用模拟式的，不但可以在触摸屏上显示集水池的实时水位，而且还可以通过 PLC 内部的算法模拟出与节点式的水位计等同的水位信号，然后与节点式水位计的信号进行并联，以确保整个控制系统控制信息的性。 
      当水位达到备用离心泵启动水位（即警戒水位）时，报警电铃自动鸣响，报警指示灯闪烁，工作人员发现警戒情况后，可以按下相应按钮，关闭电铃；但报警指示灯仍闪烁报警，直至水位回落到警戒水位以下。 
      本系统的监控部分包括：两路电源的供电情况；2#明流塔和 3#发电塔的水位高程及集水井水位信息；所有电气设备原件如两塔潜水泵、离心泵、电动阀、电磁阀等动作情况；正常时水流量及启泵后排水量的监控等。

2   系统硬件构成 
      本系统上位机采用 Nematron 公司的PV6100i 系列触摸屏，下位机采用 GE 公司 PLC。触摸屏可读取 PLC 中所有的输入、输出寄存器，内部寄存器等的值，动态显示水位高低，设备运行情况等，并能采集、显示水位信息和历史动作，方便工作人员的监控。PLC 控制输入、输出信号的逻辑关系，控制接触器驱动现场的阀门、水泵等执行机构。二者通讯时PLC 出口为RS-485,触摸屏入口为RS-232。 
2.1 上位机硬件 
      PV6100i 系列触摸屏拥有良好的人机界面，能在上提高一般控制系统或 PLC工作站应用的综合能力。开发环境简单，可以与主流PLC 进行无缝连接；支持多种 USB 设备。 
      该系统采用的触摸屏特征参数为：4线纯电阻式触摸屏；宽屏幕800×480；TFT 液晶人机界面； 24V直流供电； 128MB闪存； 68MB DDR2随机存储器； 自带32位的RISC 400MHz处理器； 支持多种接口： 1个串口 COM1(RS -232/ RS-485  2W/4W),串口 COM2 (RS-232)，串口COM3(RS-232/RS-485  2W)；1 个USB主从机接口；支持 SD卡等。
2.2 下位机硬件 
      本控制系统主要有一个PLC 控制柜和一个动力柜组成。新控制系统把两个泵房中的电动阀、电磁阀、潜水泵、离心泵等用信号电缆和动力电缆分别接入PLC 柜和动力柜内. 
      系统PLC 采用GE Fanuc公司生产的系列 90-30 PLC。该系列PLC具有强大的功能，能满足各种工业解决方案的要求，已有的记录表明它在 200000多项应用中被采用。 
      通过对系统的输入设备和控制对象的分析，本系统选用 IC693CPU350 型 CPU，共用 2个开量输出模块，4个开关量输入模块，1个模拟输入模块，安装在1 个 10 槽基架上。其中实际使用输入 62点、输出 28点、模拟输入2点。具体选择PLC 硬件模块如下： 
    （1）CPU 模块型号：IC693CPU350，该 CPU 基于的 386EX 处理器，能够实现快速计算和大吞吐量； 
    （2）背板：选用一块 10槽的 IC693CHS391背板，用于支持各模块的安装； 
    （3）电源模块：选用 IC693PWR321，为PLC 系统提供充足的电源； 
    （4）离散量输入模块：选用 4块 IC693MDL645，用于接收现场各个离散量信号； 
    （5）离散量输出模块：选用 2块 IC693MDL741，用于控制现场的各个设备； 
    （6）模拟量输入模块：选用 IC693ALG221，用于采集两个集水池的水位高度信号和两个泵房的排水流量；

3    系统软件构成 
3.1 上位机软件 
      上位机采用触摸屏内置屏幕设计程序 ViewBuilder 8000进行界面编程。 它具有丰富的图形库和强大的图形组态工具，支持报警管理 、管理 、趋势管理、菜单管理等功能，使得开发和应用管理加方便。触摸屏编程时，通过USB 接口与PC 机相连。 
      本系统人机界面的设计包括主界面的设计、实时参数显示设计、实时曲线设计、历史记录设计等；系统的画面设计所应用的主要元件包括字符串设定、触摸键设定、画面切换、数值显示、历史曲线及历史趋势图等。 
      系统设计了两个渗漏排水泵房中各个设备的手动控制界面， 根据渗漏排水泵房内排水设备的实际位置设计了画面，动态显示出现场的潜水泵、离心泵、电动阀、电磁阀等设备的开关状态，并实时显示水位的高度、流量的大小。还设计了两个泵房的联合监控界面，便于用户的操作，其中水位高程为集水井水位再加一个基准高程）。各个界面下设有切换按钮，可以方便的切换到其它界面。并且利用触摸屏的数据记录功能，记录水位、流量信息及潜水泵、离心泵、电动阀、电磁阀等设备开关时间信息等，并形成实时和历史趋势画面；可定期导出历史数据，经过处理后形成 Excel 文档，便于在 PC 机上进行后期分析处理。

3.1.1参数设定 
     由于ViewBuilder 8000软件适用于几个系列的机型，在编程开始时，要选择与本项目所对应的机型。本项目使用的是 PV6100i 系列触摸屏，故选择PV-8070iH/PV-6100i/PV-8100i(800x480)，并选择相应的PLC 类型(GE Fanuc SNP-X)。 
     设置通讯参数：触摸屏的通讯参数与 PLC 一致，否者二者不能进行通讯。接口类型为 RS-232，采用 COM1 口通讯，波特率为 19200，数据位 8 位，奇偶校验为奇校验，停止位 1位。 
3.1.2相关信息的采样与显示 
    1、水位信息的采样与显示： 
     本系统的水位信息采样分为两部分：1、周期采样；2、触发采样。 
   （1）周期采样： 
     PLC 将水位传感器采集到的 2#明流塔水位高程、集水井水位以及 3#发电塔水位高程、集水井水位等水位信息分别存入其内部寄存器 R1,R3,R5,R7当中。每隔 120 分钟，触摸屏进行数据采样，通过读取PLC的内部寄存器，可获得水位信息，还可以保存读取到的数据，以历史数据的方式显示以往的水位信息，方便工作人员分析水位速度和趋势。 
   （2）触发采集： 
     一旦 2#明流塔或 3#发电塔的水泵启动工作，便触发相应塔的水位信息采样，每隔 1 分钟，触摸屏就读取分别保存在 PLC 的内部寄存器 R1,R3,R5,R7 中的水位信息，进行 1 次采样。这样可以获得泵启动后水位变化的实时信息，便于工作人员掌握水泵的排水量和排水能力。并保存读取到的数据，方便工作人员的查询。 
    2、动作采样及显示： 
     触摸屏可以读取 PLC 的内部所有输入寄存器，输出寄存器，内部寄存器的值，并存储在自己的寄存器当中，当 PLC 的输入输出状态发生变化时，其寄存器的值就会发生改变，触摸屏便采集并保存下来，工作人员可以方便的查询设备何时动作、何时恢复原状态，充分掌握该系统的运行情况。 
    3、历史数据、历史动作的显示： 
      触摸屏在对信息采样的同时，便将这些信息保存在自己内部寄存器中，工作人员可以查询 180 天以内的所有水位信息和动作信息。也可直接用 U 盘下载采集到的保存在触摸屏内的水位信息的历史数据及历史动作，利用相应软件，将下载数据转换成excel文件，便于工作人员进行研究分析，也便于将资料归档整理。

3.2 下位机软件 
      本系统下位机软件采用 bbbbbbs操作系统下的VersaPro2.0进行编程调试工作，该编程软件拥有良好的人机操作界面，编程简单易行，便于用户的调试、维修、改造等工作。软件由主程序和六个子程序构成，主程序用于系统初始化、数据处理、通讯、报警输出和调用子程序等； 六个子程序分别用于对两个泵房的设备进行自动控制、 手动控制和触摸屏手动控制，其中水位高度为集水井水位高度。

4    联合调试 
      在系统联合调试过程中，通过触摸屏显示的信息，发现有些开关量的状态的很不稳定，出现触摸屏多次重复记录信息或记录有误的情况。比如，系统设定，当水位达到2.4米时，2#主潜水泵启动，2#水位触发采样进行。然而在分析触摸屏记录的 2#动作信息和 2#触发采样水位信息时发现，在一个很短的时间内，2#主潜水泵输入状态在“开”、“关”之间反复转换，相应记录的触发采样水位信息也很混乱。通过查询大量资料，分析现场环境，得出了可能是因为水位不稳，水以波状形式冲击水位传感器的缘故，在PLC 控制程序中加入了防抖动程序之后，解决了该问题。

5   结论 
     系统经过改造后， 可以在进水塔塔面的控制室内对两个渗漏排水泵房内的设备进行集中监控，改善了系统的运行环境。该系统采用的以GE 90-30 PLC 为构建自动/手动控制系统，操作简单，维护方便，运行稳定，大大减轻了操作人员劳动强度。触摸屏的友好界面和历史数据记录功能，不仅给操作带来了方便，而且记录了泵房的运行状况，给自身系统的分析、事故排查、乃至水工物的分析提供了的数据来源。该系统投运一年多来工作稳定正常，用户反应良好。

1  引言

   　HMI(人机界面)以其体积小，，强实时等特点，越来越多的应用于工业自动化系统和设备中。它有字母、汉字、图形和图片等不同的显示，界面简单友好。配有命的薄膜按钮键盘，操作简单。它一般采用具有集成度高、速度快、高且价格低等优点的单片机[1]作为其控制器，以实现实时快速处理。 PLC和单片机结合不仅可以提PLC的数据处理能力，还可以给用户带来友好简洁的界面。本文以Modbus通讯协议为例，详细讨论了一个人机系统中，如何用C51实现单片机和PLC之间通讯的实例。

2  Modbus通讯协议

  　 Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络和其它设备之间可以通信。

    　Modbus协议提供了主—从原则，即仅一设备(主设备)能初始化传输(查询)。其它设备(从设备)根据主设备查询提供的数据作出相应反应。主设备查询的格式:设备地址(或广播，此时不需要回应)、功能代码、所有要发送的数据、和一错误检测域。从设备回应消息包括确认地址、功能码、任何要返回的数据、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。

   　 控制器能设置为两种传输模式:ASCII和RTU，在同样的波特率下，RTU可比ASCII方式传送多的数据，所以采用KTU模式。

(1) 典型的RTU消息帧

RTU消息帧的地址域包含8bit。可能的从设备地址是0...127(十进制)。其中地址0是用作广播地址，以使所有的从设备都能认识。主设备通过将要联络的从设备的地址放入消息中的地址域来选通从设备。当从设备发送回应消息时，它把自己的地址放入回应的地址域中，以便主设备知道是哪一个设备作出回应。

   　 RTU消息帧中的功能代码域包含了8bits，当消息从主设备发往从设备时，功能代码域将告之从设备需要执行哪些行为;当从设备回应时，它使用功能代码域来指示是正常回应(无误)还是有某种错误发生(称作异议回应，一般是将功能码的位由0改为1)。

    　从主设备发给从设备消息的数据域包含附加的信息:从设备用于进行执行由功能代码所定义的行为。这包括了像不连续的寄存器地址，要处理项的数目，域中实际数据字节数。如果没有错误发生，从从设备返回的数据域包含请求的数据。如果有错误发生，此域包含一异议代码，主设备应用程序可以用来判断采取下一步行动。

    　当选用RTU模式作字符帧时，错误域包含一16Bits值(用两个8位的字符来实现)。错误检测域的内容是通过对消息内容进行循环冗长检测(CRC)方法得出的。CRC域附加在消息的后，添加时先是低字节然后是高字节。

(2) 所有的Modbus功能码

3  常用功能通讯程序的设计

    　本文介绍了几个Modbus常用功能程序的设计。笔者采用单片机作为主机，在单片机上编写程序实现单片机与PLC之间的通讯。由单片机向PLC发出命令信息，PLC自动作出回应。PLC通过单片机的串行通讯口通讯，程序用C51实现。程序的子函数及其功能:

(1) 串口初始化

void ProtocolInit(void)

函数功能:串口设置为异步通讯方式1(起始位1位，数据位8位，停止位1位);定时/计数器1设置为波特率发生器，通讯速率 9600bps;开串行中断，并把串行中断设置为。

(2) CRC简单函数

unsigned char Crc16(unsigned char *puchMsg, unsigned char usDataLen)

函数功能:先调入一值是全“1”的16位寄存器，然后调用一过程将消息中连续的8位字节各当前寄存器中的值进行处理。每个8位字符都单和寄存器内容相或 (OR)，结果向有效位方向移动，有效位以0。LSB被提取出来，如果LSB为1，寄存器单和预置的值或一下，如果LSB为0，则不进行。整个过程要重复8次。在后一位(8位)完成后，下一个8位字节又单和寄存器的当前值相或。终寄存器中的值，是消息中所有的字节都执行之后的 CRC值。

(3) 初始化变量

void Initvar(void)

函数功能:初始化所有过程变量。

(4) 串行中断服务程序

void ProtocolSerialProcess(void) interrupt 4 using 2 
   
函数功能:发送中断发送主机形成的命令数组，发送完后置标志位;接收中断接收PLC返回的响应数组，存入接收数组，并置标志位，且设响应正确，留待主机处理。

(5) 读N个位变量(线圈)

void ProtocolRead_bit(unsigned char DeviceAddr/* PLC局号*/, unsigned char RegType/*寄存器类型*/, unsigned int BitAddr/*起始地址*/, unsigned char SubAddr/*子地址*/, unsigned int BitNum/*位数*/)

函数功能:根据函数参数，形成读N个位变量的命令数组，启动发送。等待发送完并接收完(如时未接收完则重新发送)。分析接收数组:正确，保存读取的数据;错误，重新发送。

(6) 写一个位变量

void ProtocolSetBit(unsigned char DeviceAddr/* PLC局号*/, unsigned char RegType/*寄存器类型*/, unsigned int BitAddr/*地址*/, unsigned char SubAddr/*子地址*/, unsigned int ClrSet/*写值“1”或“0”*/)

函数功能:根据函数参数，形成置某位变量为“1”或“0”的命令数组，启动发送。等待发送完并接收完(如时未接收完则重新发送)。分析接收数组:正确，返回;错误，重新发送。    

(7) 读N个字节变量

void ProtocolReadByte(unsigned char DeviceAddr/* PLC局号*/, unsigned char RegType/*寄存器类型*/, unsigned int RegAddr/*起始地址*/, unsigned char SubAddr/*子地址*/, unsigned int RegNum/*个数*/)

函数功能:根据函数参数，形成读N个字节变量的命令数组，启动发送。等待发送完并接收完(如时未接收完则重新发送)。分析接收数组:正确，保存读取的数据;错误，重新发送。

(8) 写N个字节变量

void ProtocolSetByte(unsigned char DeviceAddr/* PLC局号*/, unsigned char RegType/*寄存器类型*/, unsigned int RegAddr/*起始地址*/, unsigned char SubAddr/*子地址*/, unsigned int RegNum/*个数*/)

函数功能:根据函数参数，形成写N个字变量的命令数组(要写的数从某参数数组中读取)，启动发送。等待发送完并接收完(如时未接收完则重新发送)。分析接收数组:正确，返回;错误，重新发送。

4  结束语

    以上的程序已经通过实验，并应用于实际的人机系统中。依照类似的方法，可以编写其他不同功能的程序，实现对PLC的不同控制和操作。利用单片机和PLC进行优势互补，可以组成网络化、智能化的工业控制系统。另外整个单片机系统程序用C51语言编程，程序简洁，便于阅读与调试。单片机和人机界面结合可以实时的显示PLC的工作状况，实时的控制、设置、调整PLC工作情况，提高工业控制的自动化程度和实时性