西门子6ES7223-1BF22-0XA8现货充足
1前言
随着我国经济的高速发展和城镇化程度的不断tigao，工业污水和生活污水日益增多。为维持经济的持续、健康增长和生态环境的良性循环，必须对工业及生活污水加以处理。目前，在我国主要城市和经济发达地区的城镇均已建成了各种规模的污水处理厂，但大部分经济欠发达地区的县市和小城镇没有对各类污水采取处理措施，而是直接排入附近河流。随着环保要求的不断tigao，未采取污水处理措施的小城镇在未来若干年内必然会建立污水处理厂。小城镇量大面广，对污水处理设施的需求量很大。同时，受投资额的限制，这些污水处理厂更愿意采用经济、实用的产品。本文介绍的监控系统在满足污水处理设备安全、高效运行的同时具有很好的性价比，具有良好的经济、社会效益和推广前景。
2 原方案分析
在污水处理厂内，各种污水处理设备分布较分散。为监视现场设备的运行参数和运行状态，需要建立一套中央监控系统。该监控系统由现场检测、数据采集和处理、数据通讯和中央监控等部分组成，现场检测仪表检测到的设备参数和运行状态经过处理后通过计算机网络上传至中央控制室，中央控制室内的运行人员通过监控计算机监视全厂设备的运行状态。运行人员根据运行参数和设备运行状态发出各种控制指令，控制指令通过计算机网络传到现场，控制设备的相应动作。
现场需要对模拟量和开关量进行监控，主要模拟量有liuliang信号、液位信号、压力信号、阀门开度信号等，主要开关量信号有刮泥车和吸泥车的启动、停止、运行、到位、故障及真空泵的工作状态等等。这些现场设备与中央控制室距离较远，目前大多数监控系统由分布式I/O完成检测与控制，现场设备与中央控制室之间的数据交换大都采用DP网络连接方式，在中央控制室设置DP主站，现场设备作为DP从站挂在DP网上。系统结构简图如图1所示。一个污水处理厂包括多个现场设备，每个现场设备作为1个DP从站连接到DP总线上。采用这样连结方式，现场施工工程量很大，需要架设电缆和桥架，费用较高，并且每个DP从站与DP主站之间采用有线连接，电缆容易损坏，维护起来比较麻烦。
图1 传统监控系统结构图
针对传统控制系统存在的缺点，我们提出了基于和利时公司小型一体化PLC HOLLiAS-LEC G3的无线解决方案。该方案的系统结构如图2所示。与传统通讯方案相比，该方案在现场设备和中央监控室间采用了无线通讯方式，具有传输距离长、可靠性好、抗干扰能力强、节省电缆、维护成本低等优点。
3 方案设计
如图2所示，该方案采用和利时公司的小型一体化PLC的CPU模块LM3107进行数据采集和传输。LM3107本身自带 RS232通讯接口，通过RS232连接到天线上，天线之间采用Modbus协议，具备CRC校验，协议简单、可靠性高。通过天线，可以实现远距离Modbus无线通信，从而实现了每个污水池（Modbus从站）的数据与上位（Modbus主站）之间的数据交换。然后，Modbus主站再通过DP通讯模块接入DP总线，这样就可以实现所有现场设备（Modbus从站）与中央监控室（DP主站）之间的数据交换，完成数据采集与控制功能。
图2 基于和利时PLC的无线监控系统
图3为数据流程示意图，每个模块之间的通讯都是双向的。对于污水池采集上来的数据，模拟量通过模拟量输入模块LM3310输入到下位LM3107模块（Modbus从站），开关量直接输入下位LM3107模块（Modbus从站），上位采用1个LM3107CPU模块与1个LM3401DP从站模块连接到DP网络中。
下位的LM3107通过RS232与无线通讯模块连接作为Modbus从站，上位的LM3107通过RS232与无线通讯模块连接作为Modbus主站。LM3107模块支持标准的Modbus RTU协议，所以上位与下位LM3107之间采用Modbus通讯。上位的LM3107再通过LM3401DP从站模块与中央监控室进行数据交换。
无线通讯可以根据实际情况选择如下Modbus通讯参数：
校验：奇校验、偶校验、无校验
位数：7位、8位
波特率：300bps 、600bps、1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps
图3 数据流程示意图
4 方案优势
本文提出的解决方案具有如下优势：
1. 只需要1条DP线就可以把所有污水池采集的数据传送到中心监控室DP主站，与传统通信方案相比节省了大量通讯线缆，同时也减小了线缆施工工作量，tigao了系统的可靠性和可维护性。
2. 采用无线通讯方式，数据传输距离长，数据利用天线透传，传输的距离与天线有关，多5K米。
3. 采用LM3107可以实现多247个Modbus从站互联，节省了每个污水池的DP从站模块费用，取而代之的是每个污水池做为Modbus从站存在，只需要1个DP从站即可实现所有的污水池数据与中心监测站数据的交换。
5 结束语
经过一段时间的调试和试运行，由HOLLiAS-LEC G3系列小型一体化PLC作为控制系统的无线监控方案已成功应用于污水处理现场。实践证明，该设计方案整体成本较低、数据传输距离长、可靠性好、抗干扰能力强、维护成本低、可操作性高，在市场中具备强有力的竞争能力，为污水处理行业增添了一套完善的解决方案。
随着计算机网络及现场总线技术技术的发展，PLC及触摸屏在工业控制和楼宇自动化中的应用非常广泛。现场总线技术及其总线接口模块、智能仪表、控制设备等组成的综合监控系统已成为当前自动化技术发展的一个重要方向。在工控领域，PLC与触摸屏结合运用的技术已越来越为工程人员所了解与熟悉 ,由于触摸屏具有操作简便、界面美观直接、编程容易掌握、与PLC通讯良好、抗干扰能力强等等特点 ,它正迅速地渗入各个行业 ,发挥自动化控制的大优势。
PROFIBUS提供了两种通信协议：DP、FMS，富士UG系列的触摸屏支持其中的DP协议。富士触摸屏具有很强的兼容性，可以与近30个厂家的PLC通讯，兼容性极强，而且还可以和计算机通讯（开放式通讯协议）。
通过接口单元、UG031-P通讯卡及总线的连接，UG触摸屏可以作为从站和作为主站的西门子的S7-300或S7-400系列的PLC通信（网络结构示意见图一）。
图一：PROFIBUS-DP的网络结构
1 系统结构
本文的背景为某食品加工厂某控制系统包括原料混料线、薯饼生产线、包装线等构成的主线系统，以及蒸汽锅炉系统、水系统、压缩空气系统、照明系统、通风系统和消防系统等构成的辅助系统。各系统位置比较分散，控制点较多，其中包括140多台电机，29台变频器，15个温湿度控制点。
由于系统比较复杂，控制采取分层控制策略，由两台上位机完成工厂级的监控及数据管理功能，触摸屏和PLC完成现场级的控制，采用Profibus现场总线的方式进行通讯。上位机留有接口，可连接局域网和广域网，以利于进一步的开发。其中数字输入点有900多点，数字输出有400多点，模拟量输入20个。
下面以这个食品加工厂为例，组成一个集中控制系统，系统结构如图二所示。
其中PLC(1)用于主系统，PLC(2)用于辅助系统。辅助系统的组成与主系统相似，因此图中省略了其构成。PLC选用S7-300系列的CPU315-2DP和S7-200系列的CPU226，PID模块为FM355C，通讯模块为CP342-5，扩展模块为IM153-1，I/O模块则使用到：数字输入模块选SM321、数字输出为SM322、模拟量输入为SM331。上位机选用西门子的工控机，它内置了PCI接口的CP5611卡用于与PLC通讯。
选用S7-300系列的CPU315-2DP是为了能进行扩展I/O模块以满足控制点数的要求，而用于扩展的IM模块的选型则是依据IM模块与中央控制器CPU315-2DP的距离。
由于所有的I/O模块均放在同一组控制柜里，因此选用了通讯距离在5米范围内的IM153-1[1]。当IM模块与中央控制器的距离较远时可以选择通讯范围为100米的型号的IM模块。
触摸屏选用富士UG420H-SC1，10.4英寸、128色STN显示，基于bbbbbbs95/98/NT操作平台下的专用组态软件，界面友好直观，易学易用，大大节省产品开发周期。编程软件中备有大量的图形库（开关、灯、棒图等）供选择，还可以根据用户需求编辑所需要的工艺图形，能够转换BMP文件和AUTOCAD中的DXF文件
图二： 控系统硬件组成及结构
2 触摸屏的通讯设置及界面设计
在硬件连接完成后，需要在组态软件中指定系统的硬件配置以及设置一些通信参数等等。首先制定所使用的触摸屏的类型，这里选择默认的UG420（640*480 10.4inches）；下一步指定和触摸屏通讯的PLC类型及型号，这里选SIEMENS S7-PROFIBUS；后一步指定系统参数，首先是读区和写区，读区是指作为从PLC读入数据的缓冲，如果系统中需要显示趋势图的话那么读区应当设大一些，一般设1000个字就可以了，写区用于显示存储屏幕的状态、页码、画面层叠以及报警状态等等。另外在对话框No.of Word Setting for I/O中需要指出触摸屏的MPI地址，以及传输的帧长度，MPI地址在PLC的硬件组态里已经定义好了，两者必须一致，否则会出现通信错误。另外帧长度为32字节；奇偶校验为奇校验；数据长度8位；停止位1位；通讯方式RS-485。
UG00S-CW具有非常完善而强大的组态功能，在开发组态的时候，开发者可以不去考虑通信协议的问题，因为富士公司已经将这一切的技术细节都屏蔽掉了，它具有智能的寻址功能。在建立一个按钮时，这个按钮在PLC中的预先有定义（在西门子PLC中，无论是数字量还是模拟量的定义都是在DB块中）。假设这个按钮的地址是DB2.DBX2.0（它的含义是第2个DB块中第2个字节的第0位），触摸屏中按钮的地址应表示为DB2：2-0。我们可以看到，除了地址的书写方式有所不同以外，你几乎无需作其他的工作，你无需去定义变量、更无需去理会通信的帧结构等等。
对于模拟量同样如此，只不过在模拟量中你需要指出模拟量所占的字节个数，其他的同数字量一样简单。
可以说，UG00S-CW在处理基本的模拟数字量的时候非常简单、方便，但是在处理一些较为复杂的情况时却遇到了意想不到的问题。在这个食品生产线的集中控制系统，其中就涉及到富士触摸屏和西门子PLC中的通信格式的兼容问题。
系统中有些PID控制的模拟量需要用趋势图来显示，UG00S-CW中显示趋势图并不复杂，首先点一下趋势图的图标，在弹出的对话框中选择趋势图的类型，然后选择每条曲线对应的地址即可。但是在联机调试时却总是出现comunication error（通信错误）信息，经过排查发现问题出在趋势图上，如果将趋势图从程序中去掉，则一切正常，后来我就尝试先将西门子PLC中的对应的模拟量数据读入触摸屏的缓冲（即内部存储区），然后将趋势图每条曲线的地址改为对应的内部地址。经过联机调试，发现不再出现comunication error信息，但是趋势图的曲线的显示却极不正常。经过观察，发现除了当模拟量的值为零时曲线显示正常，而为非零时曲线则指向无穷大。这个问题曾让笔者百思不得其解，后来终于想到有可能是西门子PLC和富士触摸屏在存储格式上可能会不兼容。原来富士触摸屏中趋势图中的模拟量一般都是双字（4字节），它从西门子PLC读取的顺序是将字读为高字，第二个字读为低字，而西门子PLC中模拟量的存储为先存低字再存高字，这样富士触摸屏从西门子PLC中读入的数据刚好都是高低字颠倒的。因为一般模拟量的值都比较小，所以高字都为零，这样相当于将原来的值乘了一个2的16次方的数，远远超过了模拟量的上限，所以才出现了以上情况。
为了解决以上问题，需要将PLC中的数据读入，然后依次高低字颠倒，然后再将趋势图的曲线地址指向存储修正数据的内部地址即可。为了完成这个功能，需要用到UG00S-CW的宏指令，富士UG00S-CW平台提供了丰富的宏命令集，
主要有以下几类：
屏幕类，当打开一个界面时可执行的OPEN macro，当关闭一个界面时可执行的 CLOSE macro，当打开一个界面后不断循环执行直到这个界面关闭为止时停止的 CYCLE macro。
按钮类，当按下一个按钮时可执行的 ON macro和当松开一个按钮时可执行的 OFF macro。
宏模式，即宏指令程序段受某一个比特位的控制，当这一位为1时执行，为0时停止，这个比特位可以是PLC中的地址，也可以是触摸屏的内部地址。
富士UG00S-CW的宏命令集和汇编语言非常相似，不过此外还增加了许多系统命令功能和辅助功能，使得开发程序更加方便快捷。触摸屏中的存储格式是字，地址用$u来表示，例如$u1000就表示第1000个字，$u1000-14就表示第1000个字的第14位，触摸屏中没有用来表示字节的地址表示方式。在这个食品生产线上有多个PID控制回路，每个回路对应一个趋势图，以个回路为例，它占用Buffer1（多有12个Buffer可供使用）趋势图有三条曲线PV、SP、OP，它们所对应的PLC地址分别为DB10：DBD0，DB10：DBD4， DB10：DBD8，然后将调整后的地址存入定为$u500~$u505，程序段如下：
/*首先将模拟量读入触摸屏内部，使用块赋值BMOV指令，即将DB10：DBD0~ DB10： DBD8赋值到$u500~$u505*/
$u500=DB0010：0000 C：12（BMOV）
//下面将各个量的高字和低字颠倒
$u600=$u500 （W）
$u500=$u501 （W）
$u501=$u600 （W）
$u602=$u502 （W）
$u502=$u503 （W）
$u503=$u602 （W）
$u604=$u504 （W）
$u500=$u505 （W）
$u505=$u604 （W）
然后将此程序段拷贝到每一屏幕的CYCLE macro中，然后将buffer地址初始地址指向$500，抽样模式定为：Constant Sample，曲线条数（即No. of Word）定为3条，存储长度为500，其他的设置为默认值，趋势图中对应三条曲线的地址改为$u500,$u502,$u504，这样才能保证触摸屏中的数据和PLC中的数据同步更新。将程序下载到触摸屏，经过联机测试，一切正常。
3 结束语
富士触摸屏以及西门子PLC由于其产品具有很高的稳定性，而且在软件开发上非常高效快捷，因此在工控方面，两者相结合是一个很不错的选择，能够充分发挥两者的优点。但是由于两者毕竟不是同一厂商，所以难免会在某些细节的兼容性上会有纰漏，这是我们在设计工控系统时特别要注意的地方，硬件漏洞软件补是IT界永恒不变的方法，在开发商还没有使他们的产品尽善尽美之前，我们应当运用我们自己的智慧来完善我们的系统。
前言
几乎所有CNC设备制造商都面临着创新的压力，但是在他们中间，并非所有厂商都拥有完整的专门从事自动化方案开发的电子与软件部门。他们需要获取各种标准CNC功能并以此打下一个坚实的基础，然后只需将自己的规范补充到这些CNC功能中去就行了。结合PLC编程的CNC应尽可能简单，并且可以运行在单个CPU上。贝加莱能够提供一套完整的解决方案，包括硬件、可视化、仿真以及自己的标准CNC软件包。该方案整合了所有机械制造领域先进的技术，从而推进了机械制造商们在自动化方面的创新开发活动。
机械制造业是一个创新领域：在过去几年里，自动化技术的进步给这一行业带来了突飞猛进的发展，使创新变得习以为常。客户要求tigao产量，由此驱使机械制造商们试图将越来越多的功能封装入每一台机器设备，从而大限度地减少浪费在非生产性任务如夹紧工件上的时间。其结果是：运动轴越来越多，定位越来越jingque，插值时间越来越少。但同时意味着：传感器越来越多，输入与输出点数快速增加。当实际加工与生产工艺已经优化至物理极限阶段，许多制造商关注于为内部物流程序作瘦身以及实现整个生产单元的自动化，包括所有操作设备，有时甚至覆盖整条生产线和整个生产车间。
另一方面，机械制造业并不具有革命性。良好的传统不会被随意抛弃，只有当它成为新事物发展的障碍时才会被舍弃。传统意义上，PLC控制的输入与输出过程和CNC控制的运动过程是两个完全不同的领域。对许多制造商来说，机器人控制器则完全是第三种情况。因此，相关制造商时至仍然在分别提供基于不同硬件的单独的PLC和CNC解决方案。这两种方案的编程不同，因此无法显示在相同的面板中，也无法同步运行。这对于整合带有大量传感器、执行机构和机器人操作设备的数量众多的高速轴来说并非易事。
贝加莱的客户现在能够轻松自如地应对这些任务，因为他们已经找到了一条由硬件产品和软件选项构成的完整的流程链：有连接各种外围设备的高速POWERbbbb总线系统，智能驱动技术以及作为开发与实时操作系统的Automation Studio，它为显示应用程序、PLC逻辑、运动控制、CNC和机器人技术提供了一个统一的平台。
当然，各种类型的功能之间存在着转换，但是机器开发人员一般都能确定在何处转换，并且确定在何处准备转换方能使之后的操作有意义。
一些大型机械设备制造商都深知这一点，并且非常欣赏贝加莱自动化技术能够让他们对加工、定位和显示任务进行自由组合，这些任务既可以轻松实现同步运行，也可以以合适的速度执行，即使一些非常复杂的任务亦是如此。其中一个突出的例子来自奥地利制造商Fill，这家公司基于运动机器人的加工中心被称为Robmill，它可以在一个通用硬件平台上实现机器人技术、PLC处理以及CNC通用运动功能。
贝加莱标准CNC软件包的目标是，为整个生产岛提供统一的自动化控制。
贝加莱的CNC面板和外部手持装置非常符合人机工程学原理
然而，不只是那些生产复杂设备的大型机械制造商会且必须将大量精力投入自动化技术的开发，大多数CNC制造商也会不断开发各自的产品来为客户提供有用的解决方案。这样做不仅可以应对日渐复杂的任务，这些任务所集成的运动轴和加工工艺越来越多，而且，在减少设备占地空间和所需能源的同时，增加了设备的效率和速度。贝加莱的通用运动控制技术（Generic Motion Control）结合了CNC和PLC功能以及从步进电机到液压系统的执行机构，可以在单个硬件平台上和统一的显示系统中实现，诸如Fill这样的公司也都能够从中获益。通过POWERbbbb连接的I/O和安全设备简单易用且节省空间，Automation Studio能够提供统一的自动化工程设计环境，这些都体现了相当大的优势。
但是，他们还需要一个标准软件包，它能包含CNC自动化的所有方面，它能利用各行业先进和有效的技术，它还能轻松扩展自定义功能。这个软件包应该作为每一台机器开发的核心，而不要求整个开发部门都使用，且完全无需编程。对于那些想专注于各自核心竞争领域且想在电子与软件方面获得大支持的机械制造商们来说，他们需要一个入门级的软件包。
专为CNC设备设计的快速入门软件包
贝加莱认识到这一需求，开发了CNC标准软件包。贝加莱德国分公司战略经营发展经理Markus Sandhöfner说道。“CNC设备制造商们次有机会获得一个完整且同质化的解决方案，它可以提供所有关键的CNC功能，易于使用的标准显示系统以及专门开发的硬件和仿真工具。”
贝加莱标准CNC软件包包含一个实时仿真环境，可以对整个机器或NC和/或PLC代码进行仿真。贝加莱还提供诸如对生产过程进行离线3D仿真的贝加莱机器人仿真（B&R Robotic Simulation）工具。
甚至显示程序也是设计好的，因此在很多情况下，程序可以按照原样执行而无需任何修改，但这并非是必须的：由于该显示程序是利用Visual Components创建的，因此客户可以修改，扩展或者简单调整它以适合自己公司的企业形象。它拥有7种现成的预编程操作模式供客户使用，包括自动、单步和仿真模式。该应用程序还附带完成了主页面、程序页面、数据页面和诊断页面，进一步缩短了Time-to-market。
在一个典型的CNC环境中，显示程序必须经常显示长表格，但又必须紧凑而易于操作。为了满足这些要求，贝加莱专门开发了一个15”垂直面板，它拥有众多功能开关和按钮，非常适合在恶劣的工控环境中使用，即使操作员携带手套操作也没有问题。由于机器操作员通常需要在够不着面板的情况下登入，因此手持装置的使用为机器操作提供了充分的机动性与灵活性。
该硬件使用Automation Runtime操作系统，它是对所有程序单元进行实时处理的基础。这里，CNC功能并不像其他制造商提供的方案那样运行在一个单独的控制器上，而是运行在和PLC逻辑同样的处理器上，因而能够在尽可能短的循环时间内完成分时多任务处理。
不像许多市场上的CNC单元只提供一个CNC通道，贝加莱的解决方案是没有这方面局限性的。目前是限制为8个CNC通道，每个CNC通道有9个轴。但是不久，这种限制也将成为过去。就这点而言，剩下唯一的局限性就是所使用的CPU的处理能力了。
CNC软件包还包含一个实时仿真环境，它运行在bbbbbbs操作系统上，主要用于办公室环境，允许进行机器或NC和/或PLC代码仿真，可以与机器操作并行使用或者用于机器流程的半实物仿真。
“我们的一些竞争对手为机械设备制造商们提供预制CNC套件已经有一段时间了，”Markus Sandhöfner说道。“贝加莱标准CNC软件包不仅可以使我们的客户快速入门，而且能够让他们在无需控制器厂商提供定制化编程的情况下完全自由地实现创新，从而确保其产品拥有独特的卖点并完全受到保护。它还能为他们所有的自动化组件提供先进的技术，更轻松地满足按客户要求tigao产量的要求。”
贝加莱标准CNC软件包不仅可以使我们的客户快速入门，而且能够让他们在无需控制器厂商提供定制化编程的情况下完全自由地实现创新，从而确保其产品拥有独特的卖点并完全受到保护。
