西门子模块6GK7243-1EX01-0XE0当天发货
1 概述
可编程逻辑控制器PLC是专门为工业自动控制而设计的新型装置，它具有功能强，编程简单，可靠性高，使用方便等优点，在现代工业自动控制中得到广泛应用。但单纯的PLC控制系统，难于实现现场监控和工艺参数的现场设置和修改。若采用上位监控计算机与PLC通信的方式进行监控和参数设置，不仅投资成本高，而且上位机一般难于设置在工作环境恶劣的生产现场，不便于现场操作人员对生产过程进行实时监控和参数的在线设置。
对于小型的工业自动控制系统，可以采用有交互操作功能的图形化人机界面（HMI），与PLC一起组成结构紧凑的现场监控型自动控制系统，提高系统的实时管理和操作效率。
DELTA公司新开发的PWS－1760触屏式彩色HMI是免维护型工业级可编程终端，适合于在恶劣的工业环境下使用。它可用于振动、潮湿和高粉尘的环境中作为监控和人机操作介面，可以显示状态、故障和过程变量，显示文字、曲线和图形。操作人员可在触摸屏上实现对工业生产现场的过程控制，操作简便易学，方便直观。HMI上配有RS－485接口可连接PLC，RS232／422接口可连接计算机用于触摸屏画面软件的开发，或接标准打印机。
触摸屏上的触摸键取代了传统的控制面板功能，可使操作者把触摸屏当作一个操作面板，只要操纵触摸屏上配置的虚拟按钮，即可进行简单直观的操作。输入给触摸屏的数据可以传递给PLC，省去了大量现场的硬件按钮开关、数字设定和指示灯等易损器件，大大提高了系统的可靠性；而且能随时动态显示生产现场的重要信息，方便操作人员正确掌握生产现场的运行状况，及时调整工作参数，使系统尽可能地工作于佳状态。
2 均衡输蔗自动控制系统结构原理
甘蔗糖厂的压榨车间是一个高粉尘、高湿度和振动的生产环境，其生产过程的均衡稳定和安全运控制。
本系统以SIEMENS的S7－214PLC为控制核心，配以DELTA公司的PWS－1760型HMI，二者通过RS－485接口互连，传输速率为9600 bps，8位偶校验，1位停止位。RS－485的PLC站号为2，PWS端通信口为COM2。HMI的监控及参数设置画面在计算机上使用DELTA公司的SADP3编程软件进行规划、定义和编制，通过这些图形介面完成系统的现场监控和参数设置。
系统使用核子秤动态检测输送带上的蔗层厚度，PLC根据HMI上设定的当班榨量、输蔗机上的蔗层厚度和核子秤的检测电压、输蔗电机的实际转速、切撕机的负荷电流等现场参数，按控制算法计算出输蔗电机的目标转速，PLC经D／A模块对变频器进行控制，实现对输蔗电机的转速调整。在满足设定日榨量的前提下，实现均衡输蔗的自动控制要求和对入榨甘蔗的jingque计量。系统结构图如图2—1所示。
系统通过对HMI画面上所设元件属性和与PLC的数据交换地址的定义，实现HMI相关元件对应的暂存器对PLC存贮单元的读写。在不中断生产过程的同时，通过HMI上的软键盘对诸如班榨量、输蔗机的转速差、切撕机的大允许负荷电流、核子秤的物料整定系数等现场参数进行设定和调整。对PLC内部的数据以位、字节、字或双字及有符号／无符号方式，以BCD码数据格式、二进制数据格式、十六进制数据格式进行数据读写控制。
一般情况下，系统以主监控画面显示为主。在需要设置现场参数、查询榨量统计报表和系统故障状态、完成输蔗机转速和核子秤整定以及系统的秘码和时间设置时，可通过主监控画面和其它的次画面上设置的画面转换按钮，进入到相关画面，完成各自的任务。同时又可通过各次画面上的“返回”按钮，返回到上一级画面。画面切换顺序流程如图2—2所示。
3 触摸屏（HMI）介面设计
3．1 主监控介面（初始屏）的设计
在主监控画面上建立输蔗系统动态监控模型（见图3—1），实时显示1＃／2＃切撕机的瞬时负荷电流、1＃／2＃输蔗机的瞬时转速和核子秤的输出电压、设定的当班榨量曲线和实际榨量曲线、当班榨量的累计值；使用电机模型的颜色变化显示输蔗机和切撕机运行／停止状态；同时显示系统的手动／自动、正常／故障状态等现场的设备和参数信息。在该画面上还可通过数值输入按钮对当班榨量进行现场设定，以实现满足设定的当班榨量条件下的均衡输蔗的输蔗机转速的自动控制要求。
通过该主画面上的各画面切换触摸键，可顺利进入相关的其它监控画面。
3．2 统计报表介面设计
通过主监控画面上的“报表”按键，可进入“榨量统计和报表打印”画面，对PLC和核子秤计量出的当班榨量、当日榨量、小期榨量和年度榨量等计量值进行查询显示和打印，在实现自动控制的同时实现对入榨甘蔗的准确计量，为生产调度和管理提供科学依据。根据需要还可以对各累计榨量进行清零处理（见图3—2）。
3．3 参数设定介面设计
通过主监控画面可进入“参数设置和校正处理”画面（见图3—3），利用相应的参数设置按钮，可完成生产现场参数在线设置。为了避免切撕机入口处的蔗料发生堵塞或切撕机电流过荷而损坏设备或出现停机等生产事故，可对切撕机的负荷电流上限进行设定。通过软件对输蔗机转速进行实时调节，以保护切撕机的安全。输蔗机2的输蔗速度应快于输蔗机1，其转速差应随日榨量的变化和甘蔗成分的不同作相应调整，以使系统工作于佳状态，该转速差一般保持在200转至400转之间。在该画面还可设定系统的A／D采样时间间隔、渗透水与蔗比；通过该画面进入时间和操作密码权限设置画面、核子秤物料系数整定画面和输蔗机的转速校正画面等完成相关的操作。
3．4 核子秤物料系数整定介面设计
通过“参数设定画面”可进入“核子秤物料系数整定”画面（见图3—4），画面中对核子秤物料系数的整定步骤实现了方便直观的引导式操作，大大简化核子秤物料系数的整定过程。通过HMI与PLC的交互通信和操作人员的现场操作，PLC可实时完成对甘蔗的现场计量，再结合甘蔗的实际重量自动计算出核子秤的计量误差。操作人员根据计量精度要求确定下一步的操作，在精度不满足要求时，操作人员只要按压“计算物料系数”按钮，PLC即可自动计算出校正后的核子秤物料系数。通过HMI简单方便的Wizard方式，轻松完成核子秤物料吸收系数的整定操作。
3．5 其它监控介面的设计
除上述画面外，系统还可通过“模块状态”画面，对PLC上传的A／D模块正常／故障状态和系统的异常报警状态进行查询，为系统的故障排除提供详尽的设备状态信息；通过“密码／时间设置”画面，可对HMI的时钟和操作权限密码进行设置和管理，为蔗料的计量提供时间基准和确保现场参数设置的安全性，避免无操作权限的人员随意设置和修改相关的现场参数，确保系统的正常运行和安全生产。
在计量和输蔗自动控制系统中，对输蔗机转速的A／D采样信号和D／A输出控制信号的准确与否，直接影响到入榨甘蔗计量的jingque性和均衡输蔗的自动控制效果。通过“输蔗机转速整定”画面中设置的触摸按键，由PLC对输蔗机的各转速取样点的转速进行jingque整定。
4 总结
PLC和HMI的配合使用，触摸按键取代了传统的控制面板功能，省却了大量现场的按钮开关、数字设定和指示灯等易耗配件，大大提高了系统的可靠性，改善了PLC控制系统的操作性能，方便了现场操作人员对生产过程的监控和参数设置。与上位工控机构成的监控系统相比，具有体积小、功耗低、投资省，安装方便等特点。在甘蔗糖厂投入使用后，提高了压榨车间的自动化水平，实现了甘蔗的均衡入榨，提高了糖厂的压榨抽出率，产生了较好的经济效益和社会效益。
在雷达伺服控制系统中,可编程控制器(PLC)以其模块化结构,体积小、可靠性高,编程设计/更改方便,控制能力强,得到了广泛应用。西门子公司S7-200型PLC,不仅可实现输入/输出逻辑关系综合,延时/时序,数学运算及定时操作等功能,而且利用其串行口(RS485)与上位PC机串行口(RS232)的串行通信功能,可以直接进行上、下位机之间的数据传送,上位机(PC机)可以实时采集伺服控制系统中,各设备单元有关测试点状态,以及天线上控保开关状态;同时PC机通过该串口可实时给PLC发送控制指令。
在应用S7-200型PLC与PC机及通信时,首先碰到RS232/RS485串口转换问题,以及由于上、下位机通信为半双工(一方发送,另一方接收),上、下位机之间接收/发送数据同步问题,以及伺服控制系统中,各设备单元测试点状态的采集与处理等难点问题。以下将对这些难点问题一一进行阐述。
1 PLC与PC机通信接口
由于PLC与PC机在串行接口上的不同,PLC为RS485,PC机为RS232。我们采用西门子公司的RS232/RS485通信转换电缆为上、下位机通信的转换口。由于RS485采用差分型数据传输,传输线上为电位差信号,因而抗干扰能力强。
RS232/RS485串行通信框图如图1所示。
2 S7-200型PLC自由端口模式
S7-200型PLC有数种通信模式,一种为点对点(PPI)通信协议,另一种为对用户完全开放的自由端口模式。在自由端口通信模式下,通信端口完全由用户程序所控制,通信协议也由用户设定。在该模式下,PLC与PC机为主从关系,PC机始终处于主导地位。当PLC处于“RUN”状态下时，通信命令有效；当PLC处于“STOP”状态下时,通信命令无效。
在进行通信前,应该首先对PLC自由通信端口进行初始化。对S7-200型PLC初始化,是通过设置特殊标志位SMB30来实现的,需要设置的参数有：通信波特率,奇偶校验位,数据停止位,以及接收/发送的字节数等。
S7-200型PLC有专门的数据接收/发送指令,下面分别进行介绍：
（1）发送数据指令格式 ：XMT TABLE PORT
其中，变量TABLE中存储发送的数据总数n;TABLE+1为发送的个有效数据,TABLE+2为发送的第二个有效数据,以此类推,TABLE+n-1为发送的第n-1个有效数据(也是后一个数据)。
PORT指明通信口,这里必须为0口。数据存储格式如图2所示。
当正在发送数据时,特殊标志位SM4.5为0；当发送数据完成时,SM4.5为1；可用SM4.5的状态来判断发送是否完成。
（2） 接收数据指令格式：RCV TABLE PORT
其中，变量TABLE存储接收的数据总数n+2,TABLE+2为接收的个有效数据,TABLE+3为接收的第二个有效数据,以此类推,TABLE+n+1为接收的第n个有效数据(也是后一个数据)。
PORT指明通信口,这里必须为0口。
后一个字节数据接收完毕,PLC将产生一个中断。用户可将进行的处理操作放于中断处理程序中。
接收到的数据格式见图3所示。
3 串行通信接收/发送同步方式软件“握手”信号
在图1中,我们知道,RS485只有两根数据线TxD,RxD,这对数据线既可发送数据,也可接收数据。但通信双方不能同时接收/发送数据(即为半双工制),一方处于发送数据时,另一方必须处于接收数据；反之亦然。
由于无硬件握手信号,我们采用软件“握手”信号来保持数据传输的同步,以保证PLC与PC机通信时,一方处于发送数据时,另一方处于接收数据的状态。图4与图5给出了PLC与PC机通信程序流程图。
设计思想：
PLC发送数据前,首先发送一个字节的“握手”信号,PC机收到“握手”信号后,再将该“握手”信号回传给PLC,PLC将收到的“握手”信号进行比较,若正确,则开始发送n个字节的数据,此时PC机处于接收数据状态。若握手信号不正确,则重新发送“握手”信号,直到收到正确的“握手”信号为止。
PLC接收数据,PC机发送数据的同步方法类似,同样用校对“握手”信号的方法保持PLC与PC机的同步。
4 结论
本文设计的PLC与PC机串行通信方法在某雷达天线伺服控制系统中已获得了成功应用。目前,设备运行稳定、可靠。应用情况表明,本文提出的PLC与PC机串行通信方法,有效可行。
随着我国公路事业的迅猛发展，改性沥青在高等公路及城市道路建设中得到普遍使用。与普通沥青比较，改性沥青具有较大承载能力，高温时不易变形，低温时不易硬脆，雨天时不湿滑，抗老化，寿命长等特性。改性沥青设备是在普通沥青中掺加热熔性高聚物改性剂，经过混合研磨而制成改性沥青的专用设备。自90年代采用沥青改性技术以来，大多是直接进口国外成套设备。如奥地利Novophalt公司的沥青改性设备等，价格昂贵，维修不便。2000年我们受某工程设备有限公司的委托开发改性沥青设备自动控制系统，针对改性沥青设备环境条件差，工艺过程要求比较复杂，我们主要采用了可靠性高、抗干扰能力强、通用灵活、维护方便的PLC为核心控制器，与工控机组成PLC + 上位机的二级监控系统，既保证了设备的长期可靠、安全地运行，又使系统操作简便，实现了对生产过程的有效监督。
1 控制系统基本结构及原理
设计中采用日本三菱PLC，上位机选用台湾研华工控机，4台日本产智能称重仪表，分别对A罐、C罐、E斗、F斗的称重传感器信号进行转换。控制系统的结构如图1所示。
上位计算机主要完成与PLC的实时通信，通过组态软件开发出的动态监控画面能形象直观地显示阀的开关，管道中的物体流动，搅拌机的运、停及A、B、C、D各罐的液位升降等；进行工艺配方选择（配方1、配方2、洗罐）；对智能仪表的各级称量目标值及搅拌时间等参数进行设定。
PLC根据上位机设定的工艺配方、时间、参数等数据，调用相应的执行程序，连续读取各按钮、行程开关、智能称重仪表的加料、卸料信号的状态，在CPU内进行逻辑分析、比较，准确控制各电磁阀、电机等按照严格的逻辑顺序动作，同时将上位机所需的现场数据送入指定的内部数据存储器，便于上位机随时读取。
系统设置了自动/手动两种工作方式，由操作台上的选择开关进行切换。手动工作方式一般只在调试、维护时使用，这时PLC只对设备进行监视，而不控制。
如图2所示，设备的控制流程主要分为A罐混料过程、B罐研磨过程和C罐稀释过程3个过程。整个系统为连续生产过程，当A罐原沥青和改性剂形成的混合料全部进入B罐，开始定时研磨时，A罐已空，可开始下一周期的混料过程，当B罐高浓度改性沥青全部进入C罐后，A罐第二轮也已混料结束，即可进行下一轮的B罐研磨过程。这样就实现了A罐混料，B罐研磨，C罐稀释3个过程同时进行，连续生产，提高了设备的工作效率。
由于改性沥青粘度较大，易粘连，存留于沥青生产罐及管道中，故设备应在每次连续生产即将结束时，进行一次洗罐：当后一轮生产进行到A罐已空时（此时，B罐、C罐工作还在进行），即可开始洗罐过程。向A罐中加入少量的基质沥青搅拌，待B罐工作结束，将洗罐沥青注入B罐搅拌，依次使洗罐沥青沿改性沥青生产时的路径流通一遍，并在每个罐中搅拌停留一段时间，洗罐结束后，自动生产过程结束。
2 PLC控制系统设计
(1)PLC 硬件设计
本系统选用日本三菱PLC为核心控制器，型号为FX2N－64MR，其中输入点用了30个，输出点用了20个，其外部I／O分配如图3所示。
(2)PLC软件设计
PLC程序采用模块化结构，把各主要功能分别用子程序实现，主要有配方子程序和洗罐子程序，主程序根据需要调用不同的子程序。
在配方和洗罐2个子程序中，又将A罐混料，B罐研磨和C罐稀释工作过程设置为3个子系统，分别用子程序实现。主程序流程图如图4所示。
3 小结
PLC作为新一代的工业控制装置，具有可靠性高、抗干扰能力强、体积小，功能强，通用灵活，维护方便等特点，因而普遍应用于工业控制过程。以PLC为核心的改性沥青设备控制系统于2000年6月投入使用以来，运行情况良好，并已经过鉴定。实际应用结果表明：该控制系统不仅运行稳定可靠，保证了改性沥青生产的质量，而且和上位机结合，使系统简单、灵活，深受用户好评。
