温州西门子模块代理商CPU供应商

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1 前言
只有了解设备当前的工作状况才能保证产品的质量。不论是大型的控制系统(如上辅机控制系统)还是小型的控制系统(如单台设备的控制),绝大多数都需要在控制柜(台)面板上显示一些必要的数据信息,这些数据可能是温度、压力、转速、计时或计数的当前值和设定值等。在可编程序控制器（PLC)广泛应用于控制系统以前,这些参数是通过各种仪表来显示的,混炼时间一般采用带复位功能的时钟来机械读数;温度和功率则采用双笔记录仪通过观察所绘制的曲线图来读取。这样,不仅控制参数显示不直观,而且精度不高,给操作带来许多不便。随着科学技术的不断发展,PLC以其、、方便灵活等诸多优点,成为从事自动控制系统设计与研制人员的产品,已广泛应用于工业生产的自动化控制领域。PLC集CPU、输入/输出接口、电源于一体,或模块化结构,可完成计时、计数、复杂的数字运算等。但是PLC模块本身通常不直接装有数字显示界面,所以我们在设计PLC控制系统时,一般将选定的各种数字仪表与PLC的模块相连接,将PLC处理过的数据显示在仪表上。
2 数据的传送显示方法
以日本OMR0N公司生产的C200H型PLC为例,说明PLC与数字显示设备的连接和数据传送的方法。
2.1 PLC与数字显示设备通过串行RS232C/R-S485接口通讯
这种方式中,对数字显示装置有特定要求,这类设备须具备RS232C/RS485串行接口,同时其通讯协议与PLC的通讯协议相同,否则不能在两者之间传送数据。
(1)C200H型PLC与0MRON生产的温度调节器之间进行。
由于温度调节器与PLC同为OMRON产品,其通讯协议相同,所以可直接存取数据。
(2)C200H型PLC与智能人机界面进行连接当前广泛将计算机作为控制系统的智能人机界面,PLC与计算机进行通讯时,须预先在计算机内编制与PLC通讯协议相配套的通讯程序。例如密炼机上辅机微机控制系统中,上位机通过RS232C接口与PLC进行通讯,可实时地动态监控系统的运行情况,向PLC发送工艺配方,采集各种控制参数,形成车、班等生产报表等,为用户生产管理提供了便利条件。
2.2 用PLC的输出点将BCD数据代码并行传送至数字显示仪表
这种方法中,是用PLC的多路输出点与数字显示仪表构成并行接口传送数据,PLC与仪表间接线较多。若显示4位数据,则需要连接16根导线。显示的参数内容较多时,就要相应地增加PLC模块的数量。但这种数据传送方式编程简单,传送速度快,显示稳定。如用C200H-OC225向一块4位数字显示仪表传送数据,PLC中需要传送的数据放在DM0005中,输出模块OC225占用IR002通道,参见图1、2。
2.3 用PLC的晶体管输出点将BCD数据代码以“选通一锁存”方式传送至数字显示仪表
这种方法中是用PLC的多路晶体管输出点与数字显示仪表构成动态接口,由数据信号和选通信号相互配合形成。它由两个电路组成,每个提供点(8点数据信号和8点选通信号)。C200H的多路输出单元OD501可作为128点动态输出使用。不用复杂的接线,即可简单地实现与数字显示设备连接。在动态输出方式下,多个LED显示器显示4组通道中每一位的状态。若其中一通道相应位要显示0N,则显示器亮。对于每一通道,每次可输出一个信号,利用这一特性能够快速而简单地校验连线的正确性。以0D501带3块具有“选通一锁存”功能的数字显示仪表为例,说明该方法在控制系统中的使用。0D501模块是一个多输出点单元,它占用PLC的多个通道,单元号在板设定。如果单元号设为“O”,则输出通道号为R100～R109。例子中,当接点00000接通时,将从DM0001开始的三个通道的内容显示在3块显示仪表上,参见图3、4。
2.4 PLC与数字显示设备通过3S/OUT串行口以BCD数据代码通讯
在PLC的主机架或扩展机架上,使用晶体管输出单元,任选其中三个输出点作为基本的3S/OUT串行输出接口:并行时钟RCK,串行时钟SCK,数据口DATA,将PLC程序中任意的数据,以规定的代码格式,传送到外部设备或装置上,这些设备对接收到的数据进行进一步处理,再将数据显示出来。在系统的设计中,采用了3MD2系列数字显示器。如果PLC驱动一台四位数字显示器,只要一个数据通道,每帧数据传送一个字的BCD码。在基本的连接基础上只需增加数据输出口,各个数据通道在相同时钟的驱动下同时向外部装置传送数据,而且传送速度不变。若PLC同时驱动多台外部装置,也只要增加数据输出口,将数据分别送到对应显示仪表上,而且各台仪表的RCK和SCK分别并联起来,共用时钟,如图5所示。
在这种传送方式,须在PLC程序中编制一个3S/OUT驱动程序,各个要被传送的字数据由MOV指令来捕捉,并传送到各个对应的字串行移位通道上,在串行时钟SCK的作用下数据从输出口逐步移位出去,被传送的数据高位在前、低位在后,由送的数据的值装载到移位通道上,以便进行新的一帧传送。

1 前言
只有了解设备当前的工作状况才能保证产品的质量。不论是大型的控制系统(如上辅机控制系统)还是小型的控制系统(如单台设备的控制),绝大多数都需要在控制柜(台)面板上显示一些必要的数据信息,这些数据可能是温度、压力、转速、计时或计数的当前值和设定值等。在可编程序控制器（PLC)广泛应用于控制系统以前,这些参数是通过各种仪表来显示的,混炼时间一般采用带复位功能的时钟来机械读数;温度和功率则采用双笔记录仪通过观察所绘制的曲线图来读取。这样,不仅控制参数显示不直观,而且精度不高,给操作带来许多不便。随着科学技术的不断发展,PLC以其、、方便灵活等诸多优点,成为从事自动控制系统设计与研制人员的产品,已广泛应用于工业生产的自动化控制领域。PLC集CPU、输入/输出接口、电源于一体,或模块化结构,可完成计时、计数、复杂的数字运算等。但是PLC模块本身通常不直接装有数字显示界面,所以我们在设计PLC控制系统时,一般将选定的各种数字仪表与PLC的模块相连接,将PLC处理过的数据显示在仪表上。
2 数据的传送显示方法
以日本OMR0N公司生产的C200H型PLC为例,说明PLC与数字显示设备的连接和数据传送的方法。
2.1 PLC与数字显示设备通过串行RS232C/R-S485接口通讯
这种方式中,对数字显示装置有特定要求,这类设备须具备RS232C/RS485串行接口,同时其通讯协议与PLC的通讯协议相同,否则不能在两者之间传送数据。
(1)C200H型PLC与0MRON生产的温度调节器之间进行。
由于温度调节器与PLC同为OMRON产品,其通讯协议相同,所以可直接存取数据。
(2)C200H型PLC与智能人机界面进行连接当前广泛将计算机作为控制系统的智能人机界面,PLC与计算机进行通讯时,须预先在计算机内编制与PLC通讯协议相配套的通讯程序。例如密炼机上辅机微机控制系统中,上位机通过RS232C接口与PLC进行通讯,可实时地动态监控系统的运行情况,向PLC发送工艺配方,采集各种控制参数,形成车、班等生产报表等,为用户生产管理提供了便利条件。
2.2 用PLC的输出点将BCD数据代码并行传送至数字显示仪表
这种方法中,是用PLC的多路输出点与数字显示仪表构成并行接口传送数据,PLC与仪表间接线较多。若显示4位数据,则需要连接16根导线。显示的参数内容较多时,就要相应地增加PLC模块的数量。但这种数据传送方式编程简单,传送速度快,显示稳定。如用C200H-OC225向一块4位数字显示仪表传送数据,PLC中需要传送的数据放在DM0005中,输出模块OC225占用IR002通道,参见图1、2。
2.3 用PLC的晶体管输出点将BCD数据代码以“选通一锁存”方式传送至数字显示仪表
这种方法中是用PLC的多路晶体管输出点与数字显示仪表构成动态接口,由数据信号和选通信号相互配合形成。它由两个电路组成,每个提供点(8点数据信号和8点选通信号)。C200H的多路输出单元OD501可作为128点动态输出使用。不用复杂的接线,即可简单地实现与数字显示设备连接。在动态输出方式下,多个LED显示器显示4组通道中每一位的状态。若其中一通道相应位要显示0N,则显示器亮。对于每一通道,每次可输出一个信号,利用这一特性能够快速而简单地校验连线的正确性。以0D501带3块具有“选通一锁存”功能的数字显示仪表为例,说明该方法在控制系统中的使用。0D501模块是一个多输出点单元,它占用PLC的多个通道,单元号在板设定。如果单元号设为“O”,则输出通道号为R100～R109。例子中,当接点00000接通时,将从DM0001开始的三个通道的内容显示在3块显示仪表上,参见图3、4。
2.4 PLC与数字显示设备通过3S/OUT串行口以BCD数据代码通讯
在PLC的主机架或扩展机架上,使用晶体管输出单元,任选其中三个输出点作为基本的3S/OUT串行输出接口:并行时钟RCK,串行时钟SCK,数据口DATA,将PLC程序中任意的数据,以规定的代码格式,传送到外部设备或装置上,这些设备对接收到的数据进行进一步处理,再将数据显示出来。在系统的设计中,采用了3MD2系列数字显示器。如果PLC驱动一台四位数字显示器,只要一个数据通道,每帧数据传送一个字的BCD码。在基本的连接基础上只需增加数据输出口,各个数据通道在相同时钟的驱动下同时向外部装置传送数据,而且传送速度不变。若PLC同时驱动多台外部装置,也只要增加数据输出口,将数据分别送到对应显示仪表上,而且各台仪表的RCK和SCK分别并联起来,共用时钟,如图5所示。
在这种传送方式,须在PLC程序中编制一个3S/OUT驱动程序,各个要被传送的字数据由MOV指令来捕捉,并传送到各个对应的字串行移位通道上,在串行时钟SCK的作用下数据从输出口逐步移位出去,被传送的数据高位在前、低位在后,由送的数据的值装载到移位通道上,以便进行新的一帧传送。
3 四种数据传送显示性能的比较
这四种数据传送显示方法,在我们设计的自动控制系统中均有采用,其各种特性如附表所示。

长期以来，PLC始终活跃于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常的控制应用。其主要原因在于，它能够为自动化控制应用提供和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化应用的需求。

随着PC及因特网时代的到来，工业PC或PC-based控制器由于可以融入到网络时代的信息系统中，具有网络系统的基本特性，即具有、格、系统开放、丰富的人才基础等优势，因此PC-based控制器一经出现就具有很强的生命力，发展为迅猛。有观点说，PC-BASED控制器将取代传统PLC，当然解决性及编程问题。近几年来，这些问题已基本得到解决，PC-based控制器从外观到性也都开始可以与PLC相近。在编程方面，由于IEC61131-3编程语言标准的推出和广泛采用，为PC-based控制器的高速发展铺平了道路。这样，PC-based控制器不仅具有PC的优势，也具有传统PLC的优势。它可无缝地融合到网络时代的信息系统中。

那么，PC-based一定会取代PLC吗？二者应用于包装生产线时，它们各自发挥着何种不同的作用？让我们听听来自三位的看法。

贝加莱工业自动化公司行业销售经理 董继鑫

在自动控制领域，PLC技术和PC-based技术是当前比较具有代表性的控制技术，两者的技术起源和发展有较大的差异。

PLC（Programmable Logic Controller）产生于上世纪70年代初。早的PLC是以替换继电器系统的角色出现，其主要实现的功能仅仅是逻辑简单的顺序控制功能。PLC一经出现，就以其高性、小体积和直观的编程模式而显示出强大的生命力，成为自动控制领域的“”。

PC-based是一种基于PC技术的控制系统。早的PC-based控制系统是以工控机为，通过扩展带PCI接口的板卡组成。PC-based借助于IT技术的发展，在运算、存储、组网和软件开放性方面具有优势。

从以上的阐述可知，PLC和PC-based两者在技术特点上存在明显区别。PLC具有体积小、功耗低、抗干扰能力强；具有很高的性，其平均无故障率时间间隔（MTBF）可达50万、甚至100万个小时；具有简单直观的编程模式（如梯形图）；具有内部实时时钟。而PC-based具有大运算能力；具有开放标准的系统平台和PCI接口；精美且的显示技术；丰富的组网能力。但系统的性略差，如性能较好的IPC的平均无故障时间间隔约5万小时。此外，PC-based虽然具有很强的CPU，但其多任务操作系统是非实时的，所以程序的循环周期反而没有的PLC快。

这些差异决定了PLC和PC-based两者在包装机械上发挥不同的作用。PLC通常处于设备底层，为设备提供的、实时的控制，包括IO和Motion方面的控制。而PC-based通常处于设备的操作层，用于数据的采集、存储和人机界面显示等。就目前国内的包装机械的发展水平来说，与厂商相比还存在较大差距，拥有高度自动化和大型化的成套包装机械设计、生产能力的厂商不多。控制简单、自动化程度较低的单机设备占主流，所以基本都采用PLC作为控制器。

随着中国包装技术的飞速发展，未来包装设备的控制器应该能够融合PLC和PC-base两者的技术优势。事实上现代控制技术发展的确呈现出这种趋势，如贝加莱公司的B&R 2005系列PCC控制器就是这种发展趋势的代表。这种融合了PLC和PC-based的控制器，其技术优势是非常明显的，势必成为未来包装机械自动化的主流控制器。

北京和利时系统工程股份有限公司事业部总经理 徐昌荣

尽管PLC和PC-based均可用于包装设备自动化，但二者的侧有所不同。PLC适合于设备控制，而PC-based多地用于设备运行状态的监视。相对于PC-based而言，PLC具有配置灵活、体积小、适应恶劣环境、抗干扰性强、性高等优点，但在软件功能及系统开放性等方面比PC-based稍差。当然，随着计算机技术和控制技术的不断发展，PLC和PC-based都在吸收对方的优点，以适应多的应用现场。就我所了解的情况而言，PLC在包装设备中的应用远远多于PC-based在包装设备中的应用。

凭借十几年工业控制产品的开发经验和雄厚的技术积累，和利时公司研制出新一代小型一体化PLC产品HOLLiAS-LEC G3。该产品已在各类包装设备中成功应用，应用案例包括DXD自动包装机、挂面包装机等。应用G3 PLC控制的DXD全自动包装机集送料、制袋、、封切等包装工序于一体，具有电眼跟踪、PLC控制、无级变速纠偏等功能，计量，符合行业标准，具有性能稳定、操作方便、运行等优点。

随着包装设备自动化需求的不断增多，越来越多的包装设备厂商考虑在其设备中配备的自动化产品，以提高产品的技术含量，提升市场竞争力。个人认为，在通用设备中，用户倾向于采用PLC加HMI的方式对包装设备进行控制。在部分具有特殊需求的设备中，一部分用户也可能会采用PC-based作为自动化解决方案，或者用PLC加PC-based的解决方案。总之，就产品的性、稳定性、灵活性、性价比等方面考虑，PLC在包装设备自动化领域比PC-based具有广阔的应用前景。

西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团OEM 管理部灌装与包装行业业务发展经理 张春林

PLC又叫做可编程控制器。从传统意义上讲，它主要应用在逻辑控制，顺序控制及时序控制等相对比较简单的工业控制场合。它具有体积小，编程简单实用，安装方便灵活等优点。缺点是处理速度慢、扩展不够灵活，各个厂商的编程语言不同等。

随着PC-BASED的工业计算机（简称工业PC，与普通的计算机相比，它具有防尘、防振、抗电磁、耐高低温等优点）的发展，以工业PC、I/O及监控装置、控制网络组成的PC-BASED的自动化系统逐渐成为工业自动化的另一种实现方式。PC-BASED自动化系统源于PC，可融入到网络时代的信息系统中，具有、格、系统开放、丰富的人才和应用基础等优势。

对于一般的包装设备，如袋成型//封口机、饮料灌装机等等，主要用到的是逻辑，顺序及时序等控制。西门子公司的S7-200和S7-300系列PLC广泛地应用于这一类包装机。

如某个场合不仅要有逻辑、顺序及时序等控制，还要有强大的计算、数据处理和过程控制，PLC则很难胜任。如一条可生产上百种产品的食品加工和包装生产线，需要大量的配方存贮与调用。普通的PLC受内存的影响，很难完成此任务。在类似这种场合，SIEMENS基于PC的工业自动化控制系统Wi是非常合适的产品。通过适当的二次开发，还可实现设备运行状态动态显示；电气参数、工艺参数、实时显示；实时曲线显示、历史曲线显示、大型动态标准数据库，提供年报表、月报表、日报表和随机打印报表的功能。

当前基于PLC的控制系统仍占主导地位，这和包装机械的整体水平有关。目前国内包装机械的状况是单机的自动化应用多，整条包装线联网的少，全厂或全公司联网控制的少。随着经济的发展，MES和ERP的普及，PC-BASED控制系统会越来越多地被采用。

PLC目前较多地应用于工业控制，因为它有较高的稳定性和性。兼有PLC和PC的优势，在网络化和信息时代，它符合时代的潮流。这样看来，在工业控制和信息管理要求日益提高的情况下，PLC确实将逐渐失去部分市场；但我们还应看到，PLC生产商早已经开始利用IT业的一些新的软硬件成果不断完善和扩充PLC的功能。PLC上现场总线、通讯和网络接口的出现，使得一个个PLC不再是孤立的。PLC将继续向开放式控制系统方向发展，使现代意义上的PLC具有新的内涵。实际应用中常常是PLC和IPC结合在一起，PLC在下位，IPC在上位。从技术上看，PLC在逐渐采用一些IT技术，IPC也在向PLC的某些特性靠拢。PLC和PC-BASED控制系统将呈现融合和竞争并存的状况。

小方坯连铸机是冶金行业中的一项重大节能设备，电气控制已由当初的继电器系统发展为当前的PLC，DCS和过程机控制系统等。下面将介绍1例PLC控制及动态画面自动监控系统在小方坯连铸机上的应用。

小方坯连铸机的性能

该小方坯连铸机是铸机半径为6m的刚性引锭杆式弧型连铸机，四机四流，浇铸断面为120mm ×120mm和150mm×150mm二种，铸坯定尺有3m，6m和12m三种，设备拉速为0.4～4m/min ，浇铸钢种为Q235，20MnSi和45钢3种。电气控制要求采用PLC及网络通讯系统对连铸机全线 实施控制，设计PLC的上位机监控系统，实现CRT动态画面显示和生产报表打印等功能。

PLC控制系统

根据小方坯连铸机设备组成、控制和操作等特点，这里把连铸机分为共用设备和设备两大类，共用设备是指各铸流共用的设备，如钢包回转台、中间罐车等。设备是指每个铸流的设备，如结晶器振动装置、铸坯输出辊道等。
为了设计、编程调试及维护方便，我们设计了由1台PLC控制共用设备，每个铸流的专 用设备各用1套PLC控制的方案，即选用5套PLC对连铸机全线实施控制。依据控制系统所需 要的I/O点数和要完成的一些特殊功能，我们选用了性能价格比较好的SG-8B型PLC，该种PL C采用16位CPU，I/O点数2048点，程序存储器32K语句，并可实现上位通讯、PC通讯和网络通 讯等功能。该小方坯连铸机PLC系统构成如图1。





图1　小方坯连铸机PLC系统构成

其内容如下：
1. 框架设备
共用设备和各铸流设备的PLC所用I/O点数均在500点左右，为了便于维护和管理，我们采用的
是8槽3框架集中设置的方法，即每套PLC(3个框架)设置在同1个配电柜内，称之为PLC柜 。
2. PLC电源
PLC电源采用交流200V。由于这种PLC设有立的电源模块，其本身具备了稳压电源的作用，适应范围为AC170～264V，所以外部线路再加稳压电源，但是考虑到一般钢铁厂电网干扰较严重，在PLC的外部电源线路上设计了1个隔离变压器。
3. 输入控制
输入控制电源采用直流24V，这主要是一方面考虑到信号线路较长，采用直流电源可避免线 间电容干扰，另一方面采用低电压，可使工作人员在操作台面上操作和维护元件具性 。PLC输入模块为32点，模块上有LED工作状态指示。
4. 输出信号灯控制
输出信号灯电源采用直流24V，PLC输出模块选用的是32点晶体管输出式，由于是无触点输出 ，所以提高了系统的性。
5. 输出逻辑控制
PLC的输出逻辑控制电源为交流220V，输出模块选用双向可控硅无触点式。
笔者认为，在PLC控制柜里所有PLC输出采用带熔断器式的接线端子，熔丝的容量根据负 载的大小来确定，这样即使某一路负载外部发生短路现象，也不会对PLC模块及整个系统产 生影响。
6. A/D模块
该模块用于各单流设备的PLC系统中，用于接收拉矫机的速度信号和结晶 器内钢水液位高度的信号，这些信号经过运算处理后除参与本系统的控制外，还将通过网络 传输给上位机的监控系统，进行数字及画面的显示。

PLC的网络通讯

每套PLC除了完成各种控制功能之外，它们之间还要进行大量的数据通讯，尤其是4套各单流设备的PLC，将分别与共用设备的PLC之间完成许多的电气联锁通讯功能，同时还要把多 种数据信号通过共用设备的PLC传送给上位机监控系统。为此，在该连铸机的电控系统中设 计了PLC的网络通讯功能。
SG-8B设计了简单实用的GENIUS网络通讯模块G-01GF模块，在使用时只要在要实现通讯的 每套PLC上插上1个G-01GF模块，再用1根双绞线把它们互联起来，即可实现网络中某1个 PLC对其他PLC的编程、监控和CPU全部信息的通讯功能，网络中信息的传送方式为半双工、 同步同期，多32个局，远传送距离为2 300m，且编程调试其简便。

PLC的监控系统

为了实现小方坯连铸机整个生产过程的集中监视、检测、数据显示、故障报警及记录和生产报表等功能，我们设计了1个PLC实时通讯的上位机监控系统，系统配置如下：
1. 通讯部分：选用了上位通讯模块G-01DM，安装在公用设备PLC上，由于通讯距离较远(约 100m)，所以在PLC与上位机之间增设了1个RS-232C/RS-422接口转换器D-01CV。
2. 主机：IBM386及其以上兼容机。
3. 编程软件：使用了与光洋 (KOYO)S 系列配套的 AMS (Automatic Monitoring System) 组态软件。
4. 画面生成：在GENIUS网络上连接的PLC中所有数据信息，均可通过G-01DM模块传送给上 位机，经数据组态实现了生产动态画面的监控功能。
根据生产需要，在本系统中我们开发设计了30多幅动态显示画面，在显示过程中可通过键盘进行切换，系统也可自动切换到有效故障报警的画面上。对某些画面需要用键盘进行初始化设定，也可操作键盘随时打印出所需的生产报表等。