西门子6ES7214-2AS23-0XB8技术介绍
本文以交通信号灯控制系统为例，介绍FX-0N系列的PLC与上位计算机工控组态软件组态王之间的通讯过程，经过实际运行，基于PLC的交通信号灯控制系统在组态王中得到实现。
引言
可变程序控制器（PLC）是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自60年代问世以来，PLC得到了突飞猛进的发展，尤其在数据处理、网络通信及与DCS等集散系统融合方面有了很大的进展，可变程序控制器已经成为工业自动化强有力的工具，得到了广泛的普及和推广应用。
本文以交通信号灯控制系统为例，着重讲述可变程序控制器（PLC）与上位计算机工控组态软件组态王之间的通信。
1、FX-0N-60MR PLC及其编程软件MELSEC-F FX Applications
日本三菱公司的FX0N系列是近年来推出的高性能微型可编程序控制器，外观结构小巧美观、功能强大，系统配置灵活，用户除了可以选用多种基本单元外，还可以选择适当的扩展单元和扩展模块，根据控制要求灵活方便地进行系统配置，组成不同I/O点数和不同功能的控制系统，各种不同的配置都可以得到很好的性能价格比。
FX0N系列有较强的通讯功能，可与内置RS-232C通讯接口的设备通讯。三菱公司FX系列的编程软件MELSEC-F FX Applications是适用于PC机的一种编程软件，可用梯形图、指令表两种编程语言编制程序，程序编制完成之后，利用PLC与计算机专用的F2-232C AB型RS232C电缆传送程序至PLC。
2、组态王V6.0
组态王是一个集成的人机界面（HMI）系统和监控管理系统，可与可编程控制器（PLC）、智能模块、板卡智能仪表、远程数据采集装置（RTV）等多种外部设备进行通讯。而其软件系统与用户终使用的现场设备无关，对于不同的硬件设施，用户只需要按照安装向导的提示完成I/O设备的配置工作，为组态王配置相应的通讯设备的硬件驱动程序，并由硬件设备驱动程序完成组态王与I/O设备的通讯。在系统运行的过程中，组态王通过内嵌的设备管理程序完成与I/O设备的实时数据交换。
3、交通信号灯控制系统
交通信号灯控制系统即十字路口红、黄、绿交通信号灯的控制。控制要求如下：按下启动按钮，交通信号灯开始工作，东西方向绿灯亮56S，同时南北方向红灯亮60S，东西方向绿灯亮56S后，闪烁2S，然后过渡到东西方向黄灯，黄灯亮2S；之后东西方向红灯亮60S，南北方向绿灯亮56S后闪烁2S后，随之黄灯亮2S后灭．．．．．．
I/O分配如下：
输入 输出
启动 X0 东西绿灯 Y1 南北红灯 Y5
停止 X1 东西黄灯 Y2 南北绿灯 Y6
东西红灯 Y3 南北黄灯 Y7
部分控制程序见图1。
图1 交通信号灯控制系统部分程序
4、PLC与上位计算机组态王软件的通讯
PLC与上位计算机的通讯可以利用语言编程来实现，但是用户必须熟悉互连的PLC及PLC网络采用的通讯协议，严格的按照通讯协议规定为计算机编写通讯程序，其对用户要求较高，而采用工控组态软件实现PLC与上位计算机之间的通讯，则相对简单因为工控组态软件中一般都提供了相关设备的通讯驱动程序，例如西门子公司的S7系列PLC与工控组态软件WinCC之间可进行连接实现PLC与上位计算机之间的通讯。
下面介绍组态王6.0与FX-0N-60MR PLC 之间通讯的实现步骤。FX-0N-60MR PLC采用RS232或RS422进行通讯，占用计算机的一个串行口。在不添加扩展卡的情况下可以使用编程口和计算机进行通讯。
、设备连接
利用PLC与计算机专用的F2-232CAB型RS232C电缆，将PLC通过编程口与上位计算机串口（COM口）连接，进行串行通讯。串行通讯方式使用＂组态王计算机＂的串口，I/O设备通过RS-232串行通讯电缆连接到＂组态王计算机＂的串口。
第二、设备配置
在组态王工程浏览器的工程目录显示区，点击＂设备＂大纲项下PLC与上位计算机所连串口（COM口），进行参数设置。
FX系列PLC编程口的通讯COM口参数设置：
然后在组态王浏览器目录内容显示区内双击所设COM口对应的＂新建＂图标，会弹出＂设备配置向导＂对话框。在此对话框中完成与组态王通讯的设备的设置。
利用设备配置向导就可以完成串行通讯方式的I/O设备安装，安装过程简单、方便。在配置过程中，用户需选择I/O设备的生产厂家、设备型号、连接方式，为设备指定一个逻辑设备名，设定设备地址（FX系列PLC在使用编程口进行通讯时，不需要设备地址）
第三、构造数据库
数据库是＂组态王＂软件的核心部分，在工程管理器中，选择＂数据库\数据词典＂，双击＂新建图标＂，弹出＂变量属性＂对话框。定义FX-0N-60MR PLC相应寄存器：
图2 交通信号灯的控制示意图
斜体字dddo、dddd、ddd等表示格式中可变部分，d表示十进制数，o表示八进制数，变化范围列于取值范围中。组态王按照寄存器名称来读取下位机相应的数据。组态王中定义的寄存器与下位机所有的寄存器相对应。如定义非法寄存器，将不被承认。如定义的寄存器在所用的下位机具体型号中不存在，将读不出数据。
第四、设计图形界面并建立动画连接
在组态王“画面”上创建十字路口红、黄、绿交通信号灯的控制示意图，见图2，建立启动和停止按钮，并将各个控制信号灯及启动和停止按钮与所建立相应变量关联，进行动画连接。
第五、系统运行
启动组态王运行系统TOUCHVIEW，运行交通信号灯的控制。将PLC开关指向“RUN”状态，按下启动按钮，观察交通信号灯系统的控制结果。实验结果表明，系统运行正常，动画效果良好。
5、结束语
PLC及PLC的多机联用与计算机的联网通信应用越来越多，它综合了计算机和PLC的长处，计算机作为上位机提供良好的人机界面，进行全系统的监控和管理，PLC作为下位机执行可靠有效的分散控制，利用工控组态软件实现PLC与上位计算机通信的方法简单易行，它降低了对用户的要求，大大缩短了设计周期，系统继承性较好，尤其对于大规模复杂控制系统来说，这当优点更为突出。
一、PLC输入的内部线路
PLC输入的内部电路一般采用光电耦合电路，如下图所示（共阴极）。这样做，是为了把外部电路和PLC内部电路隔离开来，从而避免PLC内部电路受到来自于外部电路的干扰。此图只示出了PLC的一个输入，其它输入一样，并且所有输入的公共端（COM）可以连接在一起，也可以分为几组连接在一起共用。
值得说明的是，公共端可以是发光二极管的阳极连接一起，也可以是阴极连接一起，根据发光二极管COM端连接的不同，可以分为“共阳极”和“共阴极”。例如：三菱FX系列PLC输入电路就采用的是“共阳极”接法，而西门子或台达PLC的COM端是悬空的，可以由用户来根据实际需要或习惯来采用是“共阳极”还是“共阴极”。
从图中可以看出，要想让PLC的某个输入端有输入，光电耦合的发光二极管两端必须形成回路，即：COM端接“＋”时，输入必须引入“－”电平（共阳极）；COM端接“－”时，输入端必须引入“＋”电平（共阴极）。
二、PLC输入外部电路的形式
PLC输入外部电路的外部节点形式共分为以下三种：
1、无源节点输入，即：开关节点输入。
2、NPN和PNP节点输入
3、二极管输入
下面，就这三种节点输入的形式及接线方式简单说明一下。
1、无源节点输入（开关量输入）
此种节点形式是PLC输入用的多的一种形式。使用此种形式时，只要注意PLC的输入公共端是共阳极还是共阴极就行了。如为共阳极，则通过开关节点引入的应该是负极，如为共阴极，则经过开关节点引入的应该是正极。如下图所示（括号内为共阳极时）：
2、NPN和PNP节点输入
一些传感器或接近开关的输出节点是NPN或PNP节点形式。这时，做为PLC的输入是选NPN还是PNP节点，一方面要看要看PLC的接线形式而定，另外还要看传感器或接近开关的接线形式。下面举例来说明：
如下图所示，传感器的输出是NPN形式的。从图中负载接线可知，传感器动作时，输出0V（黑线④处）。这就要求，PLC的公共端（COM）是正极。因此，对于此线路，当PLC的公共端接（CON）正极时，PLC的输入就只能用NPN形式。
下图正好相反，当传感器动作时，其输出为正极（黑线④处）。此时，就要求PLC的公共端（COM）接负极。因此，对于此线路，当PLC的公共端接负极时，PLC的输入就只能用PNP的形式。
PLC的输入节点到底是采用PNP还是NPN的形式，其实大不可必死记。只要明白PLC输入内部的电路原理就行了，即：采用PNP还是NPN节点，都必须保证PLC输入电路内部的光电耦合部分的发光二极管得电。
以上两例是以西门子PLC为例，西门子PLC输入内部线路的光电耦合的公共端可以是共阴极或共阳极，因此，在考虑使用NPN或PNP输入时，可以改变公共端（COM）的正极或负极来分别使用；而对于三菱FX系列的PLC，因光电耦合的公共端是固定采用共阳极的，因此公共端只能接正极，输入也就只能使用NPN节点输入方式了。
3、串二极管输入
有时，需要在PLC的输入节点中串入一个发光二极管来为指示。如下图所示：
此时，一般PLC都会规定串入二极管的允许电压降及允许串入的二极管的个数。比如，上图所示的FX系列的PLC规定，发光二极管允许电压降为4V，多允许中时串入2个。
注：这是我自己的一些看法，有什么不同意见，大家可以留言。
引言
随着我国城乡建设的迅速发展,水、电供应不足的矛盾越来越成为人们关注的问题。例如,人们日常生活中的用水量越来越大,中的用水量的波动也越来越大。以往的供水系统中,水泵的选取往往是按大供水量来确定,而实际的用水量在不断变化。高峰用水时间较短,这样水泵在很长一段时间内有较大余量,不仅水泵效率低,供水压力不稳,而且造成大量电力、水资源的浪费;并且以往依靠手动操作控制泵的启动、停止,也已不能满足要求。这里,介绍一种变频控制的恒压供水系统,它既能解决人工操作的繁杂劳动和精神压力,又能节约能源[5>。
一、系统介绍
该控制系统主要装置包括：可编程控制器（PLC）、变频器、压力传感器、PID控制器以及相关软件控制单元。该装置形成一套完整的、全自动的、智能的恒压供水控制系统，如图1所示。该系统能够以三种方式工作，分别为全自动、半自动和手动操作方式，其中后两种是在全自动方式出现故障时的弥补。
图1 恒压供水系统简图
2全自动恒压供水控制原理
当主水管网压力传感器的压力信号4~20mA送给数字PID控制器，控制器根据压力设定值与实际检测值进行PID运算，并给出信号直接控制变频器的转速以使管网的压力稳定。当用水量不是很大时，一台泵在变频器的控制下稳定运行；当用水量大到变频器全速运行也不能保证管网的压力稳定时，控制器的压力下限信号与变频器的高速信号同时被PLC检测到，PLC自动将原工作在变频状态下的泵，投入到工频运行，以保持压力的连续性，同时将一台备用的泵用变频器起动后投入运行，以加大管网的供水量，保证压力稳定。若两台泵运转仍，则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行，而将另一台备用泵投入变频运行。当用水量减少时，首先表现为变频器已工作在低速信号有效，这时压力上限信号如仍出现，PLC首先将工频运行的泵停掉，以减少供水量。当上述两个信号仍存在时，PLC再停掉一台工频运行的电机，直到后一台泵用主频器恒压供水[4>。另外，控制系统设两台泵为一组，每台泵的电机累计运行时间可显示，24小时轮换一次，既保证供水系统有备用泵，又保证系统的泵有相同的运行时间，确保了泵的可靠寿命。
二、系统原理图
1.PLC系统原理图，如图2所示：
图2 PLC系统原理图
2.外部设备接线图，如图3所示：
三、 恒压供水控制系统的编程
本程序用富士专用的FLEX PLC编程器编译[1>，利用梯形图清晰直观地展示各设备的运转状况等等。具体编程思想如下：
首先选择利用FLEX PLC的输入继电器、输出继电器以及内部继电器，确定本设计方案所包括的仪器仪表。即一台富士NB系列PLC、两台7.5KW水泵、一台富士G11/P11变频器、一台压力传感器、一台SR90系列PID调节器、若干个空气开关、断路器、中间继电器等。根据PLC接线原理图（如图2所示），进行详细接线，并参考FUJI NB系列可编程控制器得参考手册，对PLC输入输出端子进行定义。
部分梯形图
PLC的恒压供水控制系统部分梯形图如下[2>：
四、系统操作说明
4.1自动控制
1. 设定用户需要的目标压力值
系统送电之后，控制柜面板上的电源指示灯点亮，其下方的温控表将会有显示：PV---.---、SV---.---。其中PV---.---表示水管网中的实测压力值,SV---.---表示用户需要的目标压力值.用户可按动▲、▼键使 SV---.--- 中的数字发生改变，直到显示用户需要的水管网的压力值时按下ENT键，结束目标压力值设定。
2.选择需要开启的泵组
自动/停/手动开关向左45度扳动一次时，泵组处于启动状态，系统将选择1号泵组启动；控制柜面板上的自动/停/手动开关扳到垂直位置时，四台泵组均处于停止状态。当将自动/停/手动开关再次向左45度扳动一次时，系统将选择2号泵启动；
3.变频自动工作开始
当系统检测到某台泵组的启动信号以后，便会使变频器开始升频工作，此时水管网中的压力开始上升，即PV---.---中的显示值开始上升，并不断趋向于用户设定的SV---.---中的目标压力值。当水管网中的压力和用户的设定的目标压力值相吻合（即PV---.---中的显示值和SV---.---中的显示值相吻合）时，变频器的输出频率便会稳定[3>。
4.2自动控制中的部分功能
1.自动切换至工频
2.故障泵组自动退出运行
3.定期倒换工作泵组
五、恒压供水控制系统的优点
1.采用变频恒压供水，消除了主管网压力波动，保证了供水质量，而且节能效果明显，并延长了主管网及其阀门的使用寿命。
2.用稳压减压阀经济地解决了不同用水压力的问题。
3.拓宽运用变频恒压控制原理，较好地解决了加压泵房与抽水泵房的远程通讯总是并达到异地连锁控制的目的。
4.在抽水泵房设置连续液位显示，并将信号传与PLC，防止泵缺水烧坏电机，设定的取水位置，确保水的质量。
5.电机既有电机保护器，又有软起动器，克服了起动时的大电流冲击，相对延长了电机制使用寿命。
6.由于采用PLC控制的压力自动控制，可以实现无人远程操作，系统的PLC预留有RS485接口，可与公司总调度室计算机网络进行连接。
7.通过采用变频器控制，可在不同季节、节假日、日夜及上下班等全面调控水量。
