6AV2124-0MC01-0AX0西门子12寸显示屏

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可编程控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一，在工业生产领域得到了广泛的使用，西门子公司的PLC产品有SIMATIC S7、M7和C7等几大系列，S7系列是传统意义的PLC产品，其中S7-400是用于中性能要求的大型PLC，可以扩展300多个模块。S7-300／400可以组成MPI(多点接口)，PROFIBUS网络和工业以太网。 

1 S7-400的基本结构与特点 

1.1 基本结构 

S7-400采用大模块结构，由机架、电源模块(PS)、处理单元(CPU)、数字量输入／输出(DI／DO)模块、模拟量输入／输出(AI／AO)模块、通信处理器(CP)、功能模块(FM)和接口模块(IM)组成。DI／DO模块和AI／AO模块统称为信号模块(SM)。机架用来固定模块、提供模块工作电压，并通过信号总线将不同模块连接在一起。S7-400提供了多种级别的CPU模块和种类齐全的通用功能模块。$7-400采用模块化无风扇设计，性能范围宽广的不同模块可以灵活组合，扩展方便。 

1.2 特点 

S7-400的特点有： 

a．运行速度高，存储器容量大； 

b．I／O扩展功能强，可以扩展21个机架； 

c．强的通信能力，容易实现分布式结构和冗余控制系统，集成的MPI能建立多32个站的简单网络，大多数CPU集成由PROFIBUS—DP主站接口，可以用来建立高速的分布式系统； 

d．能通过钥匙开关盒口令实现保护； 

e．诊断功能强，新的故障和中断时间保存 

在FIFO(先入先出)缓冲区。 

2 S7-400的配置和工作原理 

2.1 S7-400的配置 

S7-400按冗余方式设计，主要器件都是双重的，可以在发生故障时继续使用备用的元器件。S7-400由两个子系统组成，每个系统有一块有容错功能的CPU414-4H，一块PS407电源模块。子模块用于连接两个处理器，放置在处理器内部，并由光缆互连。每个处理器上有S7I／O模块，控制器也可以有扩展机架或ET200M分布式I／O。 

功能总是冗余配置的，I／O模块可以是常规配置、切换型配置或冗余配置，具体说明如下： 

a．常规单通道单路配置。两个子系统只有一个有一套I／O模块(单通道)，它可以在一个控制器中，或者是分布式的I／O站。I／O模块只能被该子系统访问，读出的I／O信息同时提供给两个控制器。如果出现故障，属于故障控制器的I／O模块退出运行。 

b．单通道切换式配置。单通道切换式配置的I／O模块虽然是单通道设计，但是两个控制器都可以通过冗余的PROFIBUS-DP网络访问I／O模块。切换式I／O模块只能在ET-200M远程I／O站中。 

c．双通道I／O模块容错冗余配置。系统中有两套相同的容错冗余配置的I／O模块，每一个子系统都可以访问这两套I／O模块。 

2.2 S7-400H冗余控制PLC的工作原理 

S7-400H采用“热备用”模式的自动冗余原理，在发生故障时无扰动的自动切换。无故障时子单元处于运行状态，如果发生故障，正常工作的子单元能立完成整个过程的控制。为了保证无扰动切换，实现控制器链路中间的快速、的数据交换。两个控制器使用相同的用户程序，自动的接受相同的数据块，过程映像和相同的内部数据，例如定时器、计数器及存储器等。 

这样可以确保两个控制器同步的新内容，在任意一个系统有故障时，另一个可以承担全部控制任务。 

S7-400H采用“事件驱动同步“，在两个子单元的内部状态不同时，例如在直接I／O访问、中断、报警和修改实时时钟，就会进行同步操作。通过通信功能修改数据，由操作系统自动执行同步功能，不需要用户编程。 

S7-400H对控制器之间的链接、CPU模块、处理器、ASIC和存储器进行自检。在启动后每个子单元完成执行所有的测试功能。每个周期只执行部分自检功能，以减轻CPU的负担。 

3 S7-400H冗余故障分析及相应处理 

3.1 丙烯循环气压缩机控制系统 

聚丙烯装置丙烯循环气压缩机(PK301)的控制系统是一套典型的S7-400H PLC

由于该PLC系统的一个稳压电源(220V AC.24V DC)故障，在PK301停车检修时对故障电源进行换。可在稳压电源换好之后，PLC系统再上电，发现后启动的CPUl状态为STOP，且两CPU上的REDF(冗余故障)和EXTF(外部故障)红灯亮，控制器上其它状态指示灯和故障指示灯正常。判断系统出项冗余故障造成外部故障。 

将两个控制器的模式选择开关都扳到STOP位置，然后将先前没有起来的CPUl模式选择开关扳到RUN位置，等RUN绿灯亮，STOP黄灯灭后，再将CPU0模式选择开关扳到RUN位置，RUN绿灯闪烁后灭，STOP黄灯一直亮，故障无法排除。系统下电前有一输入变量被强制，现在FRCE(强制)黄灯亮，将该输入点的强制取消(两CPU)，FRCE黄灯灭后，再次将状态为STOP的CPU0模式选择开关从RUN_STOP—RUN位置依次扳动，CPU0 RUN绿灯亮，STOP黄灯灭。这时两CPU都为RUN绿灯亮，REDF(冗余故障)和EXTF(外部故障)灯都灭，故障排除。 

故障排除后，又强制了一输出点，然后将热备CPU1模式选择开关从RUN—STOP—RUN位置依次扳动，RUN绿灯闪烁后灭，STOP黄灯一直亮，两CPU上的REDF(冗余故障)和EXTF(外部故障)红灯亮。将强制解除后重复以上动作，CPU1恢复运行状态，热备冗余正常。由此可知，如果S7-400H系统有输入／输出点被强制时，两个子控制系统控制器任意一个或同时状态为STOP，或是系统掉电，均会出现冗余故障，先启动的控制系统会运行正常，而后面的一个则无法启动到运行模式，此时系统不冗余，只有将强制解除后方可排除该故障，系统恢复冗余。 

3.2 挤压机控制系统 

高压聚乙烯装置的挤压机控制系统同样是一套典型的$7-400H PLC。某El巡检时发现系统出现冗余故障，两CPU上的REDF和EXTF红灯亮，IF(模块2故障)红灯亮，热备CPUl状态为STOP黄灯亮，CPUl中(子模块)bbbb OK灯灭，控制器上其它状态指示灯和故障指示灯正常。判断为模块2故障造成冗余故障，引起外部故障灯亮。 

如图1所示，S7-400H的每个处理器都有两个子模块，用于连接处理器。将CPUl的和CPU0的对调，结果CPU0的bbbb OK灯灭；再将CPU0的和CPU0的FMl对调，4个bbbb OK指示灯的状态没有变化，判断出现在CPU0的FMl和是好的；之后将CPUl的FMl和对调，结果CPU0的FMlbbbb OK灯灭，至此判断出：现在CPU0的FMl卡是坏的。将其换后，控制器中故障指示灯灭，4个bbbb OK指示灯均为亮，系统恢复正常。 

从以上操作过程及相应结果可知，如果模块故障，同一组中，bbbb OK灯亮的一个是坏的，相反bbbb OK灯灭的一个是好的。 

3.3 S7-400H PLC与HMI的PC机通信 

某聚丙烯装置挤压机的控制系统是一套S7-400H PLC，并有HMI(人机界面)座位操作站

前言 

西门子S7—200 PLC是小型化的PLC,它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7—200 PIE的强大功能使其无论单机运行或连成网络都能实现复杂的控制功能。 

1 工作原理 

机械手在原点位检测到工件时按启动按钮．下降电磁阀通电．机械手下降。下降到底时。碰到下限位开关。下降电磁阀断电，下降停止：同时接通夹紧电磁阀。机械手夹紧。夹紧后。上升电磁阀通电。机械手上升。上升到时，碰到上限位开关。上升电磁阀断电。上升停止；同时接通右移电磁阀．机械手右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。若此时右工作台上无工件。则光电开关接通。下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时。碰到下限位开关，下降电磁阀通电。下降停止．同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。放松后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到时．碰到左限位开关，左移电磁阀断电。左移停止．此时机械手经过8步动作完成一个周期的动作。 

2 输入、输出端子的分配 

本文的机械手控制系统所采用的可编程控制器是德国西门子公司生产的S7-200CPU214该机械手控制系统。一共使用了14个输入量。6个输出量。端子分配如表1所示。 

3 自动操作程序设计 

机械手自动操作流程如图1所示。下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时。碰到下限位开关，下降电磁阀通电。下降停止．同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。放松后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到时．碰到左限位开关，左移电磁阀断电。左移停止．此时机械手经过8步动作完成一个周期的动作。 

 
图2：(左)系统输出的常见架构图 ，(右)带动态功率控制的系统输出

 
图3：其中DC-DC调节功能后，片内芯片温度大幅降低

从表1中ADI OVP解决方案的电路图中可以看出，ADA4092-x有两个不同的ESD电路，用于增强其过压保护功能。其中一个电路是一个5kΩ的串联电阻，连接至内部输入端和从内部输入端到供电轨的二管(D1和D2；D5和D6)。另一个保护电路为连接至供电轨的两个DIAC(D3和D4；D7和D8)，DIAC可以看作是带传递特性的双向齐纳二管。对于差条件设计分析，可考虑两种情况：从内部运算放大器输入端到供电轨，ADA4092-x采用正常的ESD结构；从外部输入端到供电轨，则采用42 V DIAC。 

除上述集成式OVP解决方案外，ADA4096-x还具有轨到轨输入/输出摆幅的特性。此外，该产品功耗很低，每个运算放大器的典型值只有60μA，只要保证在其电压工作范围3V至30V之间，这也使得它非常适合于电池供电或监控电池供电情况。其单位增益带宽为800kHz(Vsy = ±15V时的典型值)，会随着电压下降而有所降低。低失调电压的典型值也只有35μV。与同类产品相比，ADA4096-x具有竞争产品的2倍带宽、1/2 Vos、1/3TcVos及1/2Vn。该器件提供业内水平的过压保护，可以在要求严苛的工业与仪器仪表应用中稳定工作。

 
图4：连接到SDP板的bbbb-CN0241-SDPZ评估板

 
图5：AD7176数字滤波器功能框图

一、 概述 
利用工业数码相机拍摄照片，模拟图像，再通过图像采集卡，对图像进行离散化 后传送给计算机,计算机将得到的数字图像按一定的图像文件格式保存;然后调用该图像处理系统对图像处理分析,根据需要提取的特征值,后对得到的特征数值进行数据重构分析,精度公差结果。

二、 该软件的构件关系
本软件的设计是以VB6.0为客户，MATLAB6.5与AUTO为服务器来共同完成的。利用VB的可视化设计构建人机对话界面，利用MATLAB的图形处理功能和强大的编程功能完成软件处理，而后利用AUTO的图形标注和测量功能完成图像数据的获得。

对Auto对象控制[1]：adoc.sendcommand "符合Auto 的指令" ；该命令可以向Auto发出指令调用且执行该指令。

对MATLAB的对象控制[2]：在将MATLAB作为服务器利用ActiveX技术进行调用时，在操作系统的注册表中只有以下三个函数可以用。 

1) matlab.execute “ MATLAB格式的程序”；该句用于执行MATLAB的命令
2) matlab.getfullmatrix(“a”, “base”, “mreal”,“mimag”)；该句用于执行从MATLAB中读出距阵的数值，放在数组a中，mreal为距阵的实部，mimag为距阵的虚部。
3) matlab.putfullmatrix(“a”, “base”, “mreal”,“mimag”)；该句用于执行把外部的数组读入到MATLAB中距阵的数值，放在距阵a中，mreal为距阵的实部，mimag为距阵的虚部。

在VB中应用符合MATLAB与Auto的命令，建立VB与MATLAB，VB与Auto之间的联系。这是通过在VB中书写公用变量声名的方式来实现的。
其程序为：
Public matlab As bbbbbb ；全局变量声名
Public acaddoc As bbbbbb
Public mdspace As bbbbbb
Public acadapp As bbbbbb
Public acadutil As bbbbbb
On Error Resume Next ；对于matlab的打开、声明和错误处理
Set matlab = Getbbbbbb( "matlab.application"
If Err Then
Err.bbbbb
Set matlab = Createbbbbbb("matlab.application"
If Err Then
MsgBox "软件不能打开MATLAB,请重试!"
Exit Sub
End If
End If
以下是auto的引用，对Auto的打开、声明和错误处理
On Error Resume Next
Set acadapp = Getbbbbbb(, "autocad.application"
If Error Then
Err.bbbbb
Set acadapp = Createbbbbbb("autocad.application"
If Err Then
MsgBox "无法引导AUTO,请检查是否已安装了AUTO2000."
End If
End If
Set acaddoc = acadapp.activedocument ；设置autocad的具体工作情况
Set mdspace = acaddoc.modelspace
Set acadutil = acaddoc.utility
acadapp.Visible = False

三、 软件的算法

1、 灰度图像的算法

边缘是指其周围象素灰度有阶跃变化或者屋变化的那些要素的集合[4]。求解二维实函数的梯度后选择合适的阈值提取边缘的方法称为梯度阈值法。这种微分算法运算简单，但抗干扰能力差。经典的边缘检测方法是考察图像的每个像素的某个领域内灰度的变化，利用边缘邻近一阶或二阶导数变化规律，用简单的方法检测边缘，该方法常被称为边缘检测局部算子。

Roberts算子的基本原理：
对数字图像的灰度函数为Z=f(x,y)，x和y分别为像素的坐标。若在坐标点（x,y）处有边缘，则利用f(x,y)在x与y方向上的变化率可以算出其变化快的方向，即梯度方向。

若考虑数字图像的离散域，可以直接用图像的一阶差分代替图像函数的偏导数，二维离散图像函数在x方向与y方向的一阶差分分别定义为f(x+1,y)-f(x,1)与f(x,y+1)-f(x,y)。 

2、 二值图像的算法
二值图像中所有的像素只能从0和1这两个值中取值，因此，在MATLAB中，二值图像用一个由0和1组成的二维矩阵来表示。它们分别代表着关闭和打开，关闭表示该像素处于背景，而打开表示该像素处于前景。以这种方式来进行操作图像容易识别出图像的结构特征。

四、 该软件的操作方法 
是，原照片图像的工作。可以是彩色照片也可以是黑白照，它们都是模拟图像，如果想要对其进行处理就先将其转换为数字图像。其次，是图像的预处理。用户可以通过该软件进行各种图像格式的剪裁、翻转、比例调整、滤波，二值图像的腐蚀处理、膨胀处理、直方图的均衡化等等。再次，是灰度图像的处理。用户可以根据自己的需要通过比较各种算子的处理结果来确定所的图像，及而是对灰度果图像的处理结果进行图像的拟合重构分析。如果用户对灰度图像的处理结果不满意，可以通过二值图像操作菜单栏进行二值图像的相关操作；在这里用户可以进行，二值图像的骨架化处理，其精度可以高达一个象素级。接下来，用户将进行的是图像几何尺寸的重构和公差的计算显示。在此处，用户可以通过点击菜单栏相应的内容，其点击的顺序是从上向下依次序点击。后，在相关信息菜单栏用户可以通过已打开的图片信息，圆度公差表以及该软件的版权声明信息。

五、 一个简单的实例