西门子模块6ES7231-7PF22-0XA0产品特点
1、引言
某大修厂千吨封头拉深水压机主要用于中厚板、薄板封头热拉深生产。原控制系统以继电器为主控元件，故障率高，维护维修困难,不能实现工艺所必需的压力和liuliang控制，不能进行点动、手动及半自动操作。鉴于原水压动力系统元部件无厂家生产，将系统传动介质改为液压油，改水压机为液压机，并综合应用PLC控制与比例阀、变量泵技术于千吨水压机控制系统改造中，实现无级调定压力和liuliang。通过互锁控制及三地操作，保证了设备安全和操作的方便性。
2、工艺原理分析
在受到液压机原有本体设备格局的束缚、无法对整体框架进行改造的情况下，将压机本体改造为三梁四柱式结构。执行机构包括主缸、tisheng缸、顶出缸和大小压边缸。其中，小压边缸置于活动横梁内，用于压制小于Φ1000mm封头;大压边缸固定于活动横梁前后两侧，用于压制大于Φ1000mm封头。改造后的压机拉深封头的一次工作循环为：动梁上行→上料→压边圈快速下行→主缸充液（快速行程）→主缸加压（工作行程）→动深回程→悬空停止。电磁铁动作表如表1所示。
表1 电磁铁动作表
3、PLC电控系统设计
3.1 硬件设计与软件实现
系统中所用的断路器、接触器、热继电器、转换开关、按钮、指示灯等控制元件均选用可靠性高、电气寿命长的IEC标准优质产品。泵站、压机、高位油箱上的配线,采用包塑金属软管,并配有软管接头，打有管夹,可防止线缆拔脱和线缆的机械损伤。压力传感器选用电流输出形式，压力传感器至控制台数字面板表的信号传输采用屏蔽信号电缆，克服了信号传输过程中的衰减和干扰，保证面板表显示数据的准确性。
接触器PLC选用西门子公司的模板式可编程控制器，主要模板包括：一块CPU941模板，三块32点输入模板（430），一块16/16点输入/输出模板（482），一块32点输出模板（451），两块16点输出模板（454）。I/O总点数112/80点，实际使用96/74点,留约10%的裕量，以备功能修改时点数扩展。用户程序模块选用EEPROM（375），容量为8K，实际程序量约为6K字节。各输入输出模板的编址见表2所示：
表2 各输入输出模板的编址
压机改造后属压机类。除压制封头时，主缸总有一个“保压后卸载”的工艺过程。若卸载过程处理不好，则主缸换向必定产生强烈振动和噪声。传统的方法是采用溢流阀卸荷，难以实现卸荷压力从0-32MPa间的任意变化，所以卸荷的效果欠佳。而采用比例溢流阀则能满足卸荷压力在0-32MPa间的任意控制和调节，再加上PLC控制后,其卸荷功能会更好。比例电磁铁接线如图1所示。
图1 比例电磁铁接线图
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应用软件采用模块化结构，其中的组织块（OB）和程序块（PB）及其控制功能如表3所示。
表3 模块及控制功能
3.2 三地操作
（1） 本地操作台即主操作台，对所有电动机进行远程启停操作;加热器加热、停止控制;所有工艺过程进行远程自动操作控制（如主缸、tisheng缸升降,顶出缸顶出、缩回，大小压边缸升降,压制大小封头的工进等）;对设备的运行状态进行集中指示（电动机的运行、停止,各缸的进、退,泵的工作、卸荷等），使设备整体运行状况一目了然;对系统的故障（横梁超上下限，液压系统超压、超高低液位、超高低温等）进行集中声光报警;对主压力、大小压边力、系统压力进行数字显示;对主压力、大小压边力进行远程手动调定;对数字面板表进行定度等。
（2） 机旁操作箱，对主缸、tisheng缸、大小压边缸、顶出缸的升降，对大小封头工进进行集中点动操作控制，方便生产过程的上料和卸料。
（3） 远地操作台即液压站旁操作箱，对主泵、循环泵、加热器进行本地启停操作控制，本地、远程控制切换，泵的卸荷控制等，方便调试及维修。
4、PLC可靠性保护措施
系统采用多种措施,以保护PLC及其输出点。如每一模板都设一单极自动开关（2A/3A/5A）进行短路保护;当输出点需驱动交流接触器线圈时，经直流中间继电器转换，且接触器线圈两端并联阻容吸收块。454模板单点大输出电流为2A（24VDC）,可直接驱动阀用电磁铁（DC24V/1A），考虑到输出点的保护，电磁铁线圈并接吸收二极管，且串联2A熔断管。
4.1 电动机组保护
三台160SCY14-1B型高压变量柱塞泵，加之阀台控制，可以实现对liuliang的无级调节。三泵两用一备进行冗余，由三台75kW电动机驱动，并采用卸荷启动、卸荷停止方式，启动负载较轻。同时三台电动机采用自动Y-△降压启动方式，一方面tigao了泵和电动机的使用寿命，另一方面可减少对电网的冲击。电动机组、液压站及站旁操作台如图2所示。
图2 电动机组、液压站及站旁操作台
4.2 机械设备的保护
活动横梁上、下各设两极限位,即上极限位、工作上限位、工作下限位、下极限位。每一极限位采用两个行程开关，进行冗余，分别安装在相对的两立柱上。当活动横梁行进到工作上限位或工作下限位时，就有液压阀回中位，声光报警。若因液压阀卡死而造成活动横梁行进到工作上位或工作下位时不能停止，活动横梁继续上行或下行到达上极限位或下极限位时，停泵保护。加之系统中设置了压力继电器的保护措施，tigao了设备运行的安全性，可避免设备事故的发生。压制过程如图3所示：
图3 液压机压制过程
系统设有指示灯故障测试和运行状态报警控制，并采用严格的电气联锁，加之采用了多种编程技巧及三地点操作优先级管理程序组织块保证即使是误操作也不会发生任何意外事故。
5 、结束语
改造后压机可实现液流方向、liuliang及压力的就地、远程控制，实现了点动调模、手动和半自动操作。使该电控系统具有较高的先进性和自动化程度，运行安全可靠，操作简单方便，维护维修性好。自改造后，设备一直运行良好
引言
在现代工业控制系统中，PLC以其高可靠性、适应工业过程现场、强大的联网功能等特点，被广泛应用。可实现顺序控制、PID回路调节、高速数据采集分析、计算机上位管理，是实现机电一体化的重要手段和发展方向。但 PLC无法单独构成完整的控制系统，无法进行复杂的运算和显示各种实时控制图表和曲线，无良好的用户界面，不便于监控。将个人计算机（PC）与PLC结合起来使用，可以使二者优势互补，充分利用个人计算机强大的人机接口功能、丰富的应用软件和低廉的价格优势，组成高性能价格比的控制系统。
1. 系统构成
系统设备组成，如图1所示。
图1 系统组成示意图
推进系统中，PC机选用工控计算机。它是整个控制系统的核心，是上位机。其主要利用良好的图形用户界面，显示从PLC接收的开关量和控制手柄的位置，进行一些较复杂的数据运算，并且向PLC发出控制指令。
PLC是该系统的下位机，负责现场高速数据采集（控制手柄的位置），实现逻辑、定时、计数、PID调节等功能，通过串行通讯口向PC机传送PLC工作状态及有关数据，同时从PC机接受指令，向蜂鸣器、指示灯、滑油泵、控制手柄的位置等发出命令，实现PC机对控制系统的管理，tigao了PLC的控制能力和控制范围，使整个系统成为集散控制系统。
2. 通讯协议
计算机与PLC之间的通信是建立在以RS232标准为基础的异步双向通信上的，FX系列PLC有其特定的通信格式，整个通信系统采用上位机主动的通信方式，PLC内部不需要编写专门的通信程序，只要把数据存放在相应的数据寄存器中即可，每个数据寄存器都有相应的物理通信地址，通信时计算机直接对物理通信地址进行操作。通信过程中，传输字符和命令字以ASCⅡ码为准，常用的字符及其ASCⅡ码对应关系如表1所示。
表 1
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计算机与PLC进行通讯时，计算机与PLC之间是以帧为单位进行信息交换的，其中控制字符ENQ、ACK、NAK，可以构成单字符帧发送和接受，其余的信息帧发送和接受时都是由字符STX、命令字、数据、字符ETX以及和校验5部分组成，如图2所示。
图2信息帧的组成
在图2中,CMD是通信命令字,其意义如表2所示。
表 2
校验和在信息帧的尾部用来判断传输的正确与否，和校验码的计算方法是将命令码到ETX之间的所有字符的ASCⅡ码（十六进制数）相加，取所得和的低2位数，在后面的通信程序设计里面还会提到。进行差错检验的方法很多，常用的有奇偶校验码，水平垂直冗余校验LRC，目前广泛使用的是CRC校验码，它能查处99%以上18位或更长的突出错误，而在计算机与PLC点对点的短距离通讯时，出错的几率较小，因而采用校验和法，基本能满足要求。
3. 多线程技术及在VC++串口通信程序中的实现
在bbbbbbs的一个进程内，包含一个或多个线程，每个线程共享所有的进程资源，包括打开的文件、信号标识及动态分配的内存等等。一个进程内的所有线程使用同一个32位地址空间，而这些线程的执行由系统调度程序控制，调度程序决定哪个线程可执行和什么时候执行线程。线程有优先级别，优先权较低的线程必须等到优先权较高的线程执行完任务后再执行。在多处理器的机器上，调度程序可以把多个线程放到不同的处理器上运行，这样可以使处理器的任务平衡，也tigao系统的运行效率。
bbbbbbs内部的抢先调度程序在活动的线程之间分配CPU时间，bbbbbbs区分两种不同类型的线程，一种是用户界面线程（User Interface Thread），它包含消息循环或消息泵，用于处理接收到的消息;另一种是工作线程（Work Thread）它没有消息循环，用于执行后台任务、监视串口事件的线程即为工作线程。
本系统采用MFC编程方法，MFC是把串口作为文件设备来处理的，它用CreateFile（）打开串口，并获得一个串口句柄，用SetCommState（） 进行端口配置，包括缓冲区设置，超时设置和数据格式等。然后调用函数ReadFile（） 和WriteFile（） 进行数据的读写，用WaitForSinglebbbbbb（） 监视通信事件。在用ReadFile（） 和WriteFile（） 读写串口时，一般采用重叠方式。因为同步I/O方式是当程序执行完毕才返回，这样会阻塞其他线程，降低程序执行效率。而重叠方式能使调用的函数立即返回，I/O操作在后台进行，这样线程就可以处理其他事务，同时也实现了线程在同一串口句柄上实现读写操作。
使用重叠I/O方式时，线程要创建OVERLAPPED结构供读写函数使用，该结构重要的成员是hEvent事件句柄。它将作为线程的同步对象使用，读写函数完成时hEvent处于有信号状态，表示可进行读写操作;读写函数未完成时，hEvent被置为无信号。
利用bbbbbbs的多线程技术，在辅助线程中监视串口，有数据到达时依靠事件驱动，读入数据并向主线程报告;并且，依靠重叠读写操作，让串口读写操作在后台运行。
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4. 上位计算机通信程序设计
以读取PLC输出线圈Y0为首的2个字节的数据为例，编写一个通信程序。查PLC软元件地址表可知，输出线圈Y0的首地址为00A0H ，2个字节的数据即为Y0-Y7和Y10-Y17，根据返回的数据，就可以知道PLC此时的状态，以实现对PLC的监控。在每一次读操作之前，先要进行握手联络。对PLC发请求讯号ENQ，然后读PLC的响应讯号。如果读到的响应讯号为ACK，则表示PLC已准备就绪，等待接收通讯数据。
BOOL CPlcComDlg::ReadFromPLC（char ＊Read_char, char ＊Read_address, int Read_bytes）
｛ CSerial Serial;//用于串行通讯的类
if（Serial.Open（1））//初始化串行通讯口COM1
｛Serial.SendData（&ENQ_request,1）;//发送联络讯号
Sleep（20）;//等待20ms秒
Serial.ReadData（&read_BUFFER,1）;//读取PLC响应讯号
if（read_BUFFER==ACK）｛
… …
Serial.SendData（&STX_start,1）;//向PLC发送“开始”标志代码
Serial.SendData（&CMD0_read,1）;//发送“读”命令代码
datasum_check+=CMD0_read;
for（i=0;i<4;i++）｛
Serial.SendData（&Read_address[i],1）;//发送起始元件地址的ASCⅡ代码
… …
Serial.SendData（&ETX_end,1）;//发送结束标志代码
Change_to_ASCII（senddatasum_CHECK,datasum_check）;//将“和”转化成ASCⅡ代码
Sleep（40）;//等待PLC的反应
… …
Serial.ReadData（&Read_char[i],1）;//读Read_bytes个字节
if（＊readdatasum_CHECK==＊readdatasum_check）//“和”效验
｛ AfxMessageBox（"数据读取成功!"）;
return TRUE;｝
else｛AfxMessageBox（"校验错误!"）;
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return FALSE;｝｝
｝
5. 结束语
本文作者创新点：笔者提出了一种基于多线程的PC机与PLC的通讯，该通讯程序采用VC比用VB具有更好的实时性;并采用MFC编程方法用重叠结构读写串口，使串口读写在后台进行。该通讯程序可靠、可移植性好。
本通讯程序作为该系统的一个重要组成部分，经现场调试证明，既简单又实用，具有很好的实用价值。同时，该系统具有直观的人机界面和方便的操作方式，具有广阔的应用前景。
