济南西门子模块代理商触摸屏供应商

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0 引言

   PLC控制系统以器件数量少、接线少及PLC本身的低故障率而具有较高的性。但这并不是说PLC控制系统不会出现故障，PLC控制系统在长期运行中，或多或少地会出现一些故障，为了设备的长期正常工作和减少控制系统中出现故障，对PLC控制系统的故障检查和处理是非常关键的。而当系统工作过程中一旦出现故障，要充分了解故障，判断故障发生的具体位置，分析故障现象是否具有再生性，是否与其他设备相关等；然后再深究故障产生的原因，并设法予以排除。下面以三菱FX系列PLC为例，来介绍PLC运行中出出故障时的检查流程。

1 总体检查

      总体检查用于判断故障的大致范围，然后逐步细化，以找出具体的故障，对PLC控制系统的检查是按照电源、系统报警、I／O、工作环境的顺序逐一搜索故障区域。

2 电源的故障分析和处理

   　 PLC中的电源是故障率较高的部件。如果在总体检查中发现电源指示灯不亮，则需进行电源检查，PLC控制系统中的电源包括主机电源、扩展单元电源和自带电源等。进行电源检查应从外部电源开始，依次是主机电源、扩展单元电源、传感器电源和执行器电源。这里需要注意的一点是：在对电源系统故障进行检查时，需要事先了解并熟悉有关的供电标准等。

3 致命异常故障检查

  　  当PLC发生致命错误时，PLC将停止运行，所有输出都将断开。对于电源中断错误，CPU面板上的全部指示灯都暗。对于其他的致命错误，CPU面板上的POWER指示灯和ERR／ALM(错误服警)指示灯亮，RUN指示灯暗。

4 非致命异常故障检查

    　当PLC发生非致命错误时，CPU模块面板上的电源指示灯和运行指示灯仍保持亮，而ERR／ALM指示灯闪烁。虽然此时的PLC会继续运行，但仍需要继续纠正错误，可在必要时停止PLC操作，以排除某些非致命错误。

5 I／O检查

  　  PLC控制系统的I／O是CPU与外部控制对象沟通信息的通道，能否正常工作，除了和输入、输出单元有关外还与连接配线、接线端子、熔丝一类元件的状态有关，这是PLC控制系统中多见的故障，由于I／O故障情况太复杂，这里只是简单地说明一下，还需具体问题具体分析。

6 工作环境检查

 　   影响PLC工作的环境因素主要有温度、湿度和噪声等，各种因素对PLC的影响是立的。

 这里需要指出的是：在换PLC控制系统中的有关部件，如供电电源的熔断器、锂电池等时，停止对PLC的供电，对允许带电换的部件，例如输入输出插卡，也要操作。在换传感器或执行机构后，应对相应的部件进行检查和调整，使换后的部件符合操作和控制的要求。

7 结束语

   　 PLC是一种性、稳定性较高的控制器。只要按照其技术规范安装和使用，则出现故障的概率低。但是，一旦出现了故障，一定要按上述步骤进行检修、处理，特别是由外部设备故障造成的损坏，一定要查清故障原因，待故障排除以后再调试运行。

0.引言

   　 随着化工自动化技术的不断发展，集散控制的思想越来越广泛地被广大自动化工程技术人员所青睐，并正在逐渐被应用于新建、扩建和技改项目中。但传统的集散控制系统一般由厂家生产，具有一定的专有性；另外传统的集散控制系统一般来讲其控制规模比较大，成本费用比较高；因此限制了在中小规模的自控系统项目中的推广应用。那么如何在中小规模控制系统中实现集散控制的思想呢？带着这一问题，笔者在阅读了大量技术资料的基础上对现有DCS 和PLC的控制系统进行了总结对比，提出了在中小规模化工项目中用PC +PLC 构成DCS的思想，并在贵州宏福实业开发有限总公司年产80万吨重钙装置改的技改项目中的储运工段成功地得到了应用。

1.用PC 和PLC实现集散控制（DCS）的基本原理

   　  集散控制的基本思想是集中管理，分散控制。即：将流程工业的自动控制过程与操作管理人员对自动控制过程的管理过程相对分离；流程工业的自动控制过程由各控制站相对立地自动完成，而操作人员对自动控制过程的管理则由控制室的操作站来完成。操作站与各现场控制站一方面各自相对立地运行，从而将各种故障限制在局部范围内，大地提高了自动控制系统总体的性和性；另一方面又相互进行实时数据通讯和信息交换，实现了操作人员在控制室的操作站对整个自动控制过程进行管理和调整。

     　 现场控制站的主要任务是实现对生产过程的自动控制，因此它必需要能够自动采集全厂的各种工艺参数（如各种工艺介质的温度、压力、流量、粘度、组分，物位高度等）以及设备的运行状态（如阀门的开度、机泵的开停、设备震动、机械位移）等生产信息，然后按照事先编好的控制程序进行大量的数值计算，后输出4~20mA标准模拟信号（或ON/OFF数字信号）去驱动各种阀门、电机等执行机构，调节各种工艺参数，实现生产过程的自动控制；另外还要与操作站进行实时通讯，将采集到的各种生产信息传送到操作站供操作人员使用，同时接收操作人员通过操作站发出的各种指令实时调整自动控制方案、优化生产过程。因此它还需要具有标准化的通讯接口。目前的各种PLC均具有这样的功能，而且其容量弹性大，扩充方便，控制方案的组态简单易学，性能价格比优越，因此是中小型DCS的操作站的理想选择。

    　 控制室的操作站实际上是一个人机界面，一方面把控制站采集的各种生产信息进行加工处理，然后以操作人员所习惯和熟悉的各种流程画面、生产报表、历史趋势和声光报警等形式给操作人员。另一方面把操作人员的各种指令进行编码后传送给操作站对控制方案进行调整，以优化生产过程或对特殊情况的紧急处理。对中小型DCS来讲，目前市面上比较流行的各种软件均能实现这样的功能，且对计算机的硬件和操作系统无特别要求，用普通的PC机加一套软件就可实现。

用PC机+PLC组成集散控制系统时，PLC承担了现场控制站的工作，PC机承担了操作站和工程师站的工作。在安装有 PLC系统软件的PC 机上可以离线（或在线）编辑PLC的控制应用软件（一般称为梯形图），控制应用软件下载到PLC后，PLC立完成现场数据采集、逻辑控制、模拟控制等。而操作站的各种功能都可以通过“实时软件”+“PC机”来实现，在安装有实时软件的PC机上可以方便对生产过程进行监控。

2.用PC 和PLC实现集散控制（DCS）一例

2.1.工艺过程简介：

储运工段是贵州宏福实业开发有限总公司年产80万吨重钙装置改的技改项目中的重要组成部份，设计卸氨能力250吨/小时，罐区缓冲能力9000吨。氨在常温常压下为气体，易燃、易爆、有毒、有害；储运工段是总公司的高危区之一，生产是本自动控制系统应考虑的。

2.2.控制系统概况：

    　为提高生产的性，在本控制系统中对重要的工艺参数点采取了“3取2表决”的策略，并设计了21个自动连锁回路，对生产过程进行连锁保护；为保证生产过程的平稳运行和节能降耗，系统设计了6个调节回路。为便于监控和操作，在操作站设计了一幅流程画面总貌图，集中显示了与生产密切相关的一批工艺参数、设备运行状况态和报警信息；对其它化工单元操作过程设计了相关的局域流程画面，地显示了与其相关的各种详细生产信息；根据操作人员的习惯，在操作站设计了4组组画面，分别集中显示温度、压力、流量和液位信号；对6个调节回路分别设计了调节画面，实现对PID参数的整定、手自动模式的切换以及对调节阀门的手动操作；对21个主要阀门分别设计了弹出式开关画面，实现对生产过程的自控或遥控；对主要工艺参数设计了历史趋势图，为故障诊断和优化控制提供了数据。为确保生产，实现对紧急事故的应急处理，对6个调节器回路加装外部自动跟踪调节器，一旦出现控制系统故障，自动切换到跟踪调节器立于DCS来控制调节阀；对21个主要阀门加装应急处理按钮，立于DCS实现对阀门的强制开关。

2.3.硬件配置：

    　控制站选用OMRON的C200型PLC，配置了数字模块（OD211/ ID212）9块，模拟模块（AD003）4块，调节模块（PID03）3块；操作站选用DELL　OPTIPLEX　GX150　计算机；工程师站选用COMPA型PC机。

2.4.控制站软件组态：

   　控制站的组态用OMRON的系统软件SSS作为技术平台，用梯形图作为编程工具，其组态内容主要有：

2.4.1.PLC内部地址的分配：

 　   I/O 地址的分配：PLC的I/O地址是PLC与现场检测设备、执行机构进行数据通信的的一一对应的寄存器地址，I/O地址的分配是对PLC进行进一步组态的基础；对OMRON-C200而言，I/O地址与所连接的I/O模块有关；连接到数字模块上的现场设备，其I/O地址取决于I/O模块的安装位置和在该模块上的点号，连接到模拟模块、PID模块上的现场设备，其I/O地址取决于I/O模块的单元号（不同的模块应通过模块的硬开关设置不同的单元号）和在该模块上的点号；比如在本系统配置中，现场的雷达液位变送器LT-101输出的4~20mA 的模拟信号连接在单元号为3的模拟输入模块AD003的二点上，则它在PLC中的配置的地址便是IR：132；而阀门HV120的关闭状态信号（closed）连接到安装在的扩展机架二槽的数字输入模块ID212的十点上，则它在PLC中的配置的地址便是IR：01210；本系统中，共定义 I/O地址142点。

操作站与控制站数据交换地址的分配：操作站与控制站的数据通信是通过读写PLC的内部寄存器来完成的，为了实现操作站与控制站的实时通讯，还为PLC配置足够的内部寄存器地址来存贮这些数据；比如，定义DM0232作为操作站与控制站交换LT－101的数据的内部寄存器，则PLC把采集到LT－101的液位信号经过预处理后存贮在DMO232，而操作站则到PLC的DM0232读取LT－101的数据来建立自己的数据库；本系统中，共定义此类地址184点。

  　  中间地址的分配：PLC在运行过程中，还需要大量的中间寄存器来存放那些运算过程中的临时数据，为提高应用程序的可读性，也对这些寄存器进行必要的定义和注释。

2.4.2.为控制策略编写梯形图

  　  自动调节：本系统中选用3个PID03模块组成6个调节回路来完成生产过程的自动控制，为了方便操作人员在操作站对控制过程的管理，PID03的SW2应设置为ON，并编写相应梯形图以实现PLC与PID03的数据交换，比如：调节回炉PIC111由单元号为5的PID03的二回路完成，PLC中地址DM0060中的数据就被定义为调节回路PIC111的给定值。

三取二表决：为保证生产，常压罐的压力控制在规定的范围内，每升高（降低）到一定范围时，就启动（停止）相应的设备；为此，在现场用三块压力表来测量其压力，PLC中对三个压力进行比较，只有三块中的二块同时具备条件时，连锁才动作；在编写梯形图时，采用比较指令、再加上与、或、非等逻辑指令就可实现此控制策略。（梯形图略）

连锁保护：梯形图与电气连锁逻辑图非常相似，I/O地址确定以后，为连锁保护编写梯形图既操作简单又可读性强。为保护设备和生产，本系统共编写连锁回路21个。（梯形图略）

2.4.3.I/O模块的设置与校正：

梯形图编写完成以后，还对I/O模块进行必要的设置和校正，PLC才能正常工作；模拟模块应设置与现场设备相对应的输入信号种类和对输入信号的预处理方法，还应对零点和量程进行校正；PID模块除了对输入信号种类、输入信号的预处理方法进行设置外，还要对PID模块存储区的内容及其修改方式、调节回路设定值的修改方式、PID的控制作用及其控制方式等内容进行设置。

2.5.操作站软件的组态：

操作站的组态选用INbbbLUTION的系统软件FIX32作为技术平台：其主要内容包括：系统配置、建立数据库、绘制流程图、定义历史趋势和报表等。

系统配置在本系统中实际上就是在PC机上安装FIX系统，其主要内容是定义FIX系统的安装目录，安装接口设备驱动程序配置SA系统，配置报警系统，配置网络等。FIX提供有庞大的I/O接口设备驱动程序库，本系统配置控制站为OMRON的PLC，因此要选择安装I/O驱动程序OMR.drv和 OMRON的PLC进行通讯。

建立数据库：数据库是SA系统赖以工作的基础，它由一系列数据点构成，每个数据点实际上就是一个功能块， FIX提供了各种功能块以满足不同的需要，这些功能块或对接口设备读写数据，或对数据进行运算和报警处理。在数据库中建立一个数据点就是定义一个功能块，其内容包括：功能块类型，数据点的位号、注释、零点、量程，接口设备，I/O地址，数据的格式，报警上、下限等。如：在数据库中添加一个AI模块，在其属性对话框中定义；“位号”为“LT-101”，“描述”为“缓冲球罐F0101A液位”，“接口设备”为“OMR”，“I/O地址”为“D：DM： 232”，“数据的格式”为“12AL”，“零点”为“0”，“量程”为“17”，“单位”为“M”；则在数据库中便建立了一个数据点LT-101，它读取PLC中地址为DM0232的寄存器中的数据（0 -4095），并转换为0-17M的数据供FIX其它功能块和流程图调用。

绘制流程图：流程画面实际上是一个人机接口，操作人员就是通过流程画面来了解和控制生产过程的，所以流程画面既要信息，又要简单扼要。FIX系统提供了bbbbbbS 风格的绘图工具和相关控件，可以很方便地绘制多种动态画面来满足操作人员的要求。比如：在流程画面中，为了形象地显示缓冲球罐F0101A的液位，只需在其图形的动态特性对话框中选中动态属性，定义其色的高度随“位号”为“LT-101”的数据的大小而变；为了准确地显示该液位的实际高度，可在该球罐图形旁边定义一个动态数据连接，连接到“位号”为“LT-101”的数据点；为了直观地显示各种阀门的工作状态，在其图形的动态属性对话框中选中动态颜色变化，阀门关显示静止的红色，阀门开显示静止的，阀门关出现故障显示闪烁的红色，阀门开出现故障显示闪烁的；为了快速控制阀门，把它的弹出式开关画面连接到其图形上，只需用鼠标单击其图形，即弹出开关画面，实现流程画面上的对象所见即所得。

定义报表：考虑到总公司已推行电子化办公，各种报表均设置为定时保存到文件，操作人员可以根据需要随时调用，并随着办公自动化的推行，与企业内部管理网连网，通过WEB页浏览和调用。

3.结束语

该控制系统投用2年多来，性能稳定、运行，界面友好，操作简单，维护工作量很小，受到了操作和维护人员的欢迎；投用后，根据技改工作需要又进行了2次扩容均未影响正常生产，实践证明PC+PLC构成DCS，系统配置灵活、软件组态简单，便于自行设计和调试，性能价格比优越，系统扩展容易且维护工作量小，是企业进行技术改造和中小型生产过程的自控系统。

1 GPRS技术简介

    　GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线业务)是一种基于二代移动通信系统GSM的无线分组交换技术，特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的，也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS的传输速率可达171．2 kbps，实际应用中的平均速率也高达53．6kbps。GPRS为移动用户和数据网络之间提供连接，为移动用户提供高速无线接口和X．25服务。GPRS采用数据分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以有多个用户共享，因而资源被有效利用。用户永远在线，按流量计费，降低了服务成本。

   　 利用GPRS进行具有如下的优点：

  　  ①接入范围广。GPRS是在现有的GSM网上升级，可充分利用全国范围的电信网络，可以方便、快速、地为用户数据终端提供远程接入网络的部署。

    ②传输速率高。理论值可达171．2 kbps，是当前GSM网络中电路数据交换业务速度的十几倍。下一代GPRS业务的速度甚至可以达到384 kbps，可以满足用户应用需求。

 　   ③登陆快捷。GPRS接入等待时间短，可快速建立连接，平均耗时为2 s。

    ④永远在线，提供实时在线功能。“实时在线”或“永远在线”即用户随时与网络保持联系。即使没有数据传送，终端也一直与网络保持联系，这将使访问服务变得非常简单、快速。

    ⑤按流量计费。用户只有在发送或接收数据期间才占用无线资源，按照用户接收和发送数据包的数量计费。没有数据流量时，用户即使挂在网上也不收费。

   　 ⑥切换自如。用户在进行数据传送时，不影响语音信号接收。数据业务和语音业务的切换有自动和手动2种方式，具体形式依据不同终端而定。

2 系统总体结构

 　   按照路灯远程测控系统的设计要求和要实现的功能，将系统大体分为控制室、集中控制器和路灯控制器3层网络结构。

1层控制室是l台PC服务器，负责整个城市路灯的监控；2层集中控制器负责一条街上全部路灯的控制；3层路灯控制器负责同一灯杆上的所有灯具。其中，l层与2层之间使用了GPRS无线通信网，这两层之间距离远，虽然通信成本较高但通信成员少。2层与3层应用了窄带电力线载波通信技术，利用现有的电力线传输信号，不用另外铺设线缆，几乎没有运行成本，特别适合通信对象多的情况。

 　   另外，本设计还具有电量计量等功能，由电压互感器和电流互感器对各路段路灯的电力参数进行实时，将采集到的数据进行分析和存储，或者通过监控的巡检把现场各路段工作参数(包括电压电流开关量等)传回监控。监测终端能自动检测到跳闸、断路、电压异常、供电故障、开关灯控制异常等突发事件，并及时将告警数据上传监控，以供监控值班人员及时了解情况做出处理。GPRS通信网络是监控与无线数据采集监测终端的通道，选用固定方式通过GPRS网络将所采集到的工作参数主动、及时地上传到监控。

3 系统硬件设计

3．1 GPRS发送模块电路设计

 　   GPRS模块主要实现无线上网的功能。市场上有一些成熟的产品，譬如说Sony／Eircsson公司的M47c、Simens公司的MC35等。这里选用Cello公司的CMS91，它是一种双频段GSM／GPRSlO级模块，主要优点有低功耗、接口简单、AT指令功能完善、可支持GPRS CLASS10、开发多媒体应用、价格较低等。同时，它也提供SMS(短消息服务)和语音功能。GPRS模块提供RS232接口，可以通过它来完成对模块的控制，譬如拨号和切换模式等。一旦通过模块连接上Internet，采集到的数据就可以用TCP／IP传输方式发送到任意一台具有公网IP地址的主机上去，从而实现采集数据的无线传输。

在该设计中，CMS91模块相当于1个无线调制解调器用户的应用系统，需要通过PPP(LCP／／IPCP)先和运营商的Internet接入服务器连接，然后才能应用TCP／IP／UDP或者高一层的应用层程序(如HTTP、FTP等)进行通信。该模块已经集成了1个天线模块，实际使用时需接入SIM卡插座。GPRS终端是通过RS232接口与设备进行通信的，利用电平转换芯片MAX232实现了微处理器的TTL电平与RS232电平的转换。MAX232能满足TIA／EIA-232-F和1TU v．28标准的要求，其工作电源电压为3～5．5 V，有1个驱动器和1个，数据速率可达250 kbps，该芯片具有静电保护功能和自动掉线的特点。

3．2 电力线载波模块设计

 　   电力线接口模块由线驱动器和线接口组成，它的主要功能是：

    ①发送模式中，用于将ST7537送来的传送信号(AT0)放大和滤波；

 　   ②接收模式中，从电力线给ST7537的接收口提供接收信号；

    ③有抵制尖峰脉冲和过载的保护电路。

   电力线接口模块的框图如图3所示。线驱动器起放大ST7537的输出信号(AT0)的作用。为了使线驱动器适用于电力线，使用了线接口。在线接口中使用了变压器，其功能为：

 把其他电路与电力线隔离开；

    把传输信号送到电力线上去；

    从电力线中提取出接收信号；

    滤除传输信号中的谐波。

 变压器由1个主绕组和2个副绕组组成。绕组比例为4：1：1，其参数为：主绕组9．4μH，副绕组140μH，C1=2．2 nF。为了防止非线性畸变，C2的线性非常好，C3滤除从电力线过来的50／60 Hz的信号，并有短路保护功能。当相位不知时，使用附加电容C4加到C3上去，组成放电回路，避免发生触电危险。

    为了避免尖峰信号对电路的破坏，采用1个双向稳压管。当电压值大于或等于稳压管电压时，稳压管就会短接到地，保护接口电路地器件不会被烧坏。

    另外，该系统采用了Dallas半导体公司的DS1302涓流充电时钟芯片。该芯片是可编程I2C串行接口时钟芯片，还提供31字节的非易失SRAM用于数据存储。优点是电路结构简单，可以通过单片机的任意I／O口作为SCL和SDA信号线，编程简单，成本较低。

4 系统软件设计

 　   系统主要采用无线Modem CMS91来进行历史数据、实时数据以及报告信息的远程传输。通过单片机AT指令对CMS91进行上网前的设置和数据的传输。当收到CMS91的正确反馈回答后，1条物理信道就在CMS91和GPRS网络之间建立起来。单片机通过向Modem发送不同的AT命令来控制其工作。

   　 CMS91加电后，应用程序需通过P0口操作CMS91的ON／OFF控制位，CMS91正式启动的过程大约3～5 s，若CMS91接有有效的SIM卡，CMS91将附着在GPRS网络。对CMS91的串口读写操作仍然由中断服务程序来实现，复位上电后，程序行工作频率等参数的设置，然后进行拨号和PPP协商。PPP协商成功后，将得到系统本地IP，一旦获得自己的IP，系统实际上就已经连入Internet，但要和连入Internet的另一IP终端通信，就还需要与另一IP终端进行端对端的TCP连接。在TCP连接成功后，整个程序将保持这个连接状态。进入TCP连接状态后，可能会收到TCP连接的另一IP终端发来的数据，在层层解包处理之后，便可以得到TCP层之上的种种应用层数据。如果要向对方发送数据，则要行中断请求发送，在等到TCP连接建立之后方可发送。这部分TCP／IP协议的处理由CMS91内嵌的单片机来完成。

5 结论

    本文设计的基于GPRS和PLC的远程路灯监控系统，相对于以往的时钟以及光电控制路灯，能够对路灯线路进行有效的监控，实现遥控、遥测和遥信功能，而且运行稳定、。该设计采用GPRS和PLC进行通信，重新铺设线缆和构建新的通信网络，运行成本很低，具有很好的应用和推广。

1 引 言

plc是近四十年发展起来的现代工业控制技术，由于它把计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点和继电器系统的控制简单、使用方便、抗干扰能力强、价格等优点结合起来，并且其本身具有体积小、功耗低、性能稳定等特点，因而在工业生产过程控制中的得到了广泛应用，被称为现代工业自动化的三大支柱(plc、 数控技术、工业机器人)之一。

对于输入输出点数比较少的系统可以不需要接口扩展；当点数较多时，需要进行输入输出扩展。不同公司的plc产品，对系统总点数及扩展模块数量都有限制，当扩展仍不能满足需要时，就不得不使用网络结构，这既增加了系统的复杂度，也提高了系统成本。

针对大量开关量信号输入的问题，以日本三菱公司的fx系列plc为例，本文设计了一种基于组扫描输入的plc开关量采集方法，借助于输入接口板，可以实现多个开关输入信号接入plc单个输入点，使用这种方法，对输入点数较多的控制系统，可以节省plc的输入点数，提高plc的信息效率效率，对降低控制系统成本具有重要意义。

2 硬件设计

对于工业现场中经常会用到的开关、按钮等开关量信号，通常按照图1的配线方法接入plc的输入点，该方法以com端作为所有开关量输入信号的公共端，每一个开关或按钮接入一个plc的输入点。

为解决大量开关量信号输入问题，利用信号扫描原理，设计了一种基于组扫描输入的plc开关量输入采集方法，硬件结构如图2所示。图中以16个开关量输入信号为例，这16个开关量输入信号被分为4组，分别接入四块接口板(每块接口板可接入4路信号，通过二管输出)。通过接口板后，k1、k5、k9、k13均接入plc的x1输入端，依此类推，k2、k6、k10、k14均接入plc的x2输入端，k3、k7、k11、k15均接入plc的x3输入端，k4、k8、k12、k16均接入plc的x4输入端，16个开关量输入信号只占用了plc的4个输入端。

4块接口板分别由plc的4个输出y1～y4选通(用虚线画出)，如当y1有效而y2～y4均无效时，接口板i被选通，此时k1～k4的信号被送入x1～x4，当y2有效而y1、y3、y4无效时，k5～k8的信号被送入x1～x4，另外两组信号的送入方法相同。在这种结构中，输出端y代替com作为公共端。

这样每个周期扫描4次，可分4次将16个信号送到plc的输入端，每次扫描过后在程序中将x1～x4的状态转移到其他位置。16个输入信号仅占用了4个输入端和4个输出端，节省了一半的plc输入输出点数，在实际使用中还可以根据需要进行灵活扩展，获得高的使用效率。如若每块接口板上接8个开关量输入信号，4块板共接入32个输入信号，共占用plc的8个输入端，输出端仍然是4个。

设计时要注意接口板中二管的选择，一定要选择质量高、稳定性好的二管，如果出现二管损坏或击穿的情况，将会出现输入信号不能被正确送入plc输入端或出现输入紊乱。另外输入信号的组数不宜过多，图2中是4组，若每次扫描时间间隔为100ms，则4次扫描的扫描周期是400ms，输入信号的延迟大可能达到400ms，若组数过多(如过10组)，会出现信号延迟导致系统的灵敏度下降。

3 软件设计

在软件设计中要考虑两个主要的问题。一是要定时输出单个扫描选通信号，用来选通相应的接口板，二是要及时将扫描进来的数据转移到其他位置。在这种plc输入设计方法中，在每个扫描周期，每组开关量信号中的一个依次送入一个plc输入端，这样就在下次扫描数据来临前将上一次扫描进来的开关量信号状态转移到其他位置保存。

基于上述考虑设计的软件程序(梯形图)如图4所示。每次扫描时间间隔100ms，16个开关量信息到plc后分别送入m100～m115保存，指令rol和ref的含义分别是循环左移和输出刷新。

4 结束语

本文设计的一种基于组扫描输入的plc开关量采集方法，利用信号扫描原理，能有效解决工业现场中存在的大量开关量信号输入问题，该方法可以大大减少plc的输入点数，降低控制系统设计成本，系统结构稳定，扩展性、灵活性好，具有一定的使用和推广意义。

1  引言

  　  主要用于石油管路铺设的φ1100mm大口径钢管由板材经焊接后，其它辅助工艺与设备包括管内清渣机用于管内焊接后残留的焊渣的清理；钢管内壁除尘机、外焊清渣机等。本系统是后一道工序，主要是对钢管的总重量的测量以及长度的测量，并形成数据存贮起来。

2  原理设计

2.1 工艺概述

测量系统由横移车将钢管放到输送辊道，然后由开关发出钢管到位信号传送给本系统，由称重装置进行重量检测，称重装置位于钢管的底部，由液压油缸起称重装置，这样钢管的重量由称重装置来承担，左、右两侧各安装一个称重传感器，通过rs232串行口与工控机通讯，将重量值传给上位机。称重完成后测量长度小车分别由两侧起始点同时启动且相向而行，当快接近钢管端面时(由接近开关发信号)小车减速运行，当行至钢管端面时，小车停止运行，同时将钢管长度计算出来传至上位机。

2.2 系统组成

控制系统由接近开关采集现场信号送入西门子plc s7-216内，完成逻辑关系的运算，其输出到安川sgdm-04ada驱动控制器，由sgmah-04a电机经齿轮、齿条传动驱动测量小车，驱动系统由两套组成，分别位于钢管的两侧，工作时小车相向而行。液压系统驱动称重装置，plc和称重装置分别与上位机组成串行通讯，上位机软件采用visual basic编制，通过编制的画面发出指令并时实显示钢管重量及测量长度。系统硬件由西门子plc 6es7216-2bd22-0xb0，通讯模块6es7277-0aa22-0xba，扩展模块6es7223-1hf22-0xa0组成。

2.3工作方式

控制系统具有手动/半自动/自动三种工作方式。手动工作方式下，可以分别对测量小车、称重装置进行单调整；半自动工作方式可以对钢管进行单循环测量，即按启动则开始称重与测量，结束后等待下一启动指令；自动工作方式则对钢管连续测量，直到按下自动停止按钮，方可停止。

3  系统实现

3.1 传感器通讯编程

称重传感器采用的是美国zemic公司bm8h-5t，它通过信号分配器gm-jx-v与深圳市杰曼科技有限公司称重管理器gm8803a连接，gm8803a终与上位机进行rs232串通讯，其通讯协议尊循使用说明书中规定波率为9600kbty，奇偶校验位为奇校验，数据位为8位，站地址为2，停止位为1。按此规定用vb编写上位机部分通讯协议程序如下：
            　dim rcvlenth
            　dim rcv() as bbte         定义模块级变量
            　private lub bbbb-load()　　定义接收字符的动态数组
            　with  mscomml
            　comport=2　　　　　　　　选择串口2
            　settings=”9600,n,8,1”　　　9600kbit/s,　奇校验，8位数据位，1位停止位
            　injputmode = combbbbbmodebinary　以二进制格格式读取接收缓冲区
            　rthershold=1　　　　　　　　　　接收的字符数大于等于1就会产生接收事件
            　bbbbblen=0　　　　　　　　　　　读接收缓冲区内容
            　outbuffercount =0　　　　　　　　清空发送缓冲区
            　inbuffercornt=0 　　　　　　　　　清空接收缓冲区
            　end with
            　if not mscomm1.portopen then
              mscomm2.portopen=ture　　　　　打开串口2
            　end if
            　end sub

  　3.2 信号调理

    小车行走的距离通过旋转编码器反馈回来的脉冲接入plc的高数计数端子，通过计数值可以知道小车行走的长度，计算精度可达0.01mm。由于项目所用的高数计数器是ab正交输入方式，只需将a+、b+及公共端接入plc即可，而伺服控制器脉冲输出为a+ a- b+ b- z+ z-，在调试中发现，plc的高数计数值不稳定，误差很大，感觉有干扰存在，经分析认为是a- b- 是干扰源，因此我们采用以上电路，用比较器将a+ a-进行比较后经三管开关接入plc，问题得了解决，则即提升了电压又抑制了干扰，了良好的效果：

3.3 编码设计

伺服电机后端的旋转编码器的分辩率为13比特，即2048脉冲/转，而电机转速为3000r/min，plc大捕捉频率为20khz，为达到匹配，将驱动器的参数pn201分频比设定为400，即达到400脉冲/转，为进一步提在plc中采用4倍分辨率，即为1600脉冲/转，由此根据电机驱动齿轮、齿条转一圈所走的距离计算出每个脉冲所走的距离，得出位移值。伺服系统采用多段速控制方式，p-son、n-cn、p-cl三端组合且设置以下参数：

            　pn000.1    设为3　　　　　设为多段速控制方式
            　pn201     设为400  　　　　设置倍频
            　pn50c     设为8fea 　　　41端子速度1；45端子速度2；46端子速度3
            　pn50a     设为2801　cn140端子输入on;p-con无效；cn142端子禁止正转
            　p n 50b    设为8843　cn143端子禁止反转；cn144端子警报解除；p-cl\p-nl为无效；
            　pn50e     设为0000　　对应端子无效
            　pn 50f     设为0001　　25、26端子为扭矩限制检测

3.4 plc通讯编程

 　 plc与上位机通讯方式设为自由口方式，初始化程序设置sm30为05意义为：每个字符为８位，无校验，波特率为19200，自由口方式。通讯协议规定为：

所有的发送数据格式为：

00h，总字节数，(数据)，校验码，ffh

其中总字节数是包括00h到ffh在内的总数，占一个字节，校验码是包括00h和总字节数在内的校验码之前的所有数据的异或值，占一个字节。以下只对数据位格式进行说明。

数据位所占字节数不确定，格式如下：

a，(发送数)

其中a是对数据的说明，如果是命令，则a=07h，如果是数据，则a=15h，a占一个字节。

当a=07h时，发送数占一个字节，发送数的数据说明如下：

01h——与电脑连机

设备启动后，在工作过程中，每次测量前向电脑发送一次此命令，电脑发回的回复信息与plc发出的数据相同，即：

00h，06h，07h，01h，00h，ffh

plc发送此命令后，如果在2秒内不能收到回复信息，再发送一次，如果2秒内还不能收到回复信息，则plc自动转为自存储方式，把本次测量的长度顺序记录在plc内存中，并不再发送称重命令。如果在5秒内收到回复信息，plc把内存中的记录发送给电脑，然后再正常工作，(即plc不再自存储，直接把长度数据发送到电脑，并在每次工作都发送称重命令)；

02h——称重命令

电脑发回的回复信息与plc发出的数据相同，如果发出此命令后2秒内收不到回复信息，再　发送一次，如果2秒内还不能收到回复信息，则放弃。

03h——通知来料

无回复信息

当a=15h时，发送数占字节数未定，发送数的数据说明如下：

            　b，(bd1，bd2，bd3，…)
            　其中bd1，bd2，bd3，…为bcd码，即每个字节都为0～9的数字，高位在前。

 回复信息：
            　00h，06h，15h，04h，17h，ffh
            　如果发出此数据后2秒内收不到回复信息，再发送一次，如果2秒内还不能收到回复信息，则放弃。
               西门子s7-200自由口部分编码通讯plc程序如下：
            　sbr1                              子程序1　将接收到的字符依次放入接收缓冲区
            　network 1 　　　　　　　　　　　　　网络1
            　ld     sm0.0
            　incb   vb100　　　　　　　　　　　接收字节数加1
            　incd   vd86　　　　　　　　　　　接收缓冲区指针加1
            　movb   smb2, *vd86　　　　　　　将接收到的字符存入vd86指向的地址
            　int 0
            　network 1
            　ldb<>  smb2, 0　　　　　　　　　　若不是起始字符0
            　creti　　　　　　　　　　　　　　　中断返回
            　network 2
            　ld     sm0.0　　　　　　　　　　　movb   0, vb100　　　　将接收字节　计数器vb100清零
            　movd   &vb100, vd86　　　　　　指针vd86指向接收缓冲区地址vb100
            　call   sbr1                     将起始字符存入接收缓存区的vb101
            　atch   int1, 8                   接收字符中断连到int-1
            　int1                             
            　network 1 
            　ld     sm0.0
            　call   sbr1                      存放接收到的报文数据区字节数
            　movb   smb2, vb99　　　　　　　　将报文数据区字节数存于vb99
            　movb   vb99, vb90                  校验码字节vb90初始化
            　atch   int2, 8　　　　　　　　　　　字符中断事件连接以中断程序2
            　int 2　　　　　　　　　　　　　　　　接收数据区数据的中断程序2
            　network 1 
            　ld     sm0.0
            　call   sbr1　　　　　　　　　　　将收到的数据存入接收缓冲区
            　xorb   smb2, vb90　　　　　　　　　将数据区的数据逐字节异或，计算校验码
            　decb   vb99　　　　　　　　　　　　数据字节计数器减１
            　network 2 
            　ld     sm1.0　　　　　　　　　　　　零标志sm1.0＝1,表示vb99＝0,接收已完成
            　atch   int3, 8　　　　　　　　　　　字符中断事件连接到中断程序3
            　int 3
            　network 1 
            　ldb<>  vb90, smb2　　　　　　　　如果校验错误
            　atch   int0, 8　　　　　　　　　　重新启动接收
            　creti　　　　　　　　　　　　　　　中断返回
            　not　　　　　　　　　　　　　　　　报文结束且校验　正确
            　call   sbr1
            　call   sbr6

4  结束语

本项目采用plc与visual basic工具设计和开发了大口径钢管的称重与测量系统，系统稳定，称重准确度高，测长精度可达0.01mm，满足工艺要求，使系统即有控制又有完整的人机界面，在使用过程受到了用户的认可，且受到