西门子模块6ES7223-1BF22-0XA8产品信息

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读S7-1500 CPU的运行时间有很多种方式，分别介绍如下几种方式。 
 

1 通过OB1的启动参数读出运行时间 在非优化的OB1启动信息中带有OB1的运行时间，如图1所示。

图1.读出非优化的OB1中运行时间

将启动信息参数传递到全局变量中就可以读出CPU的上次扫描、小、大扫描时间，编程非常方便。

2 调用RD_SINFO函数读出运行时间

如果使用优化的OB1，启动信息简化而没有这些运行信息，如图2所示，则必须调用函数读出。

图2优化OB1的启动信息

例如在OB1中调用RD_SINFO函数读出运行时间，程序如图3所示。参数TOP_SI为当前OB1的启动信息，

数据类型为SI_classic，需要手动键入，ZI1为上次扫描时间，ZI2_3包含小、大扫描时间，低字为小扫描时间，

高字为大扫描时间，示例中分别传送到MW10和MW12中。START_UP_SI为暖启动OB的启动信息，

示例中没有进行引用。

图3调用RD_SINFO函数

3 调用RT_INFO函数读出运行时间

通过函数RT_INFO也可以读出CPU的运行时间，示例程序如图4所示。

图4调用RT_INFO函数

通过模式1、2、3可以读出CPU的上次扫描、小、大扫描时间，在这三种模式下，参数INFO的数据类型为LTIME，可以直接读出。也可以通过其他模式读出运行时间的百分比。

4调用RUNTIME指令读出运行时间

通过指令RUNTIME可以从参数RET_Val直接读出CPU的运行时间，单位为秒，MEM为中间保存程序运行的存储器，两个参数类型都是LREAL，除此之外还可以读出一段程序的运行时间。如图5所示。

图5  RUNTIME指令

1.前言

　　可编程控制器（PLC）作为一种高性能的工业现场控制装置，已广泛地用于工业控制的各个领域。目前，工业自动控制对PLC的网络通信能力要求越来越高， PLC与上位机之间、PLC与PLC之间都要能够进行数据共享和控制。

　　飞剪控制系统要求在远离PLC的控制室里，实时监控电机、供纸、刀辊等设备。上位机为普通PC机，下位机为 SIEMENS S7-222 PLC。在实际开发中，采用自由口通信模式，自定义 PC与 PLC的通信协议，用Step7编写PLC端的通信程序，而在 PC端用VC6.0实现串行通信的控制和监控界面的显示。

2.通信方式及原理

　　S7-200系列PLC通信方式有三种：一种是点对点（PPI）方式，用于与西门子公司的PLC编程器或其它产品通信，其通信协议是不公开的。另一种为DP方式，这种方式使得PLC可通过Profibus的DP通信接口接入现场总线网络，从而扩大PLC的使用范围。后一种方式是自由口（FreePort）通信方式，由用户定义通信协议，实现PLC与外设的通信。本系统中采用自由口通信方式。它是S7-200系列PLC一个很有特色的功能。这种方式不需要增加投资，具有较好的灵活性，适合小规模控制系统。自由口通信在物理接口上要求双方都使用RS485接口，波特率高为38400bps。虽然PC机的标准串口为RS232，但西门子公司提供的PC/PPI电缆带有RS232 /RS485电平转换器，因此在不增加任何硬件的情况下，可以很方便地将PLC和PC机互联。

　　2.1自由口模式的初始化

　　PLC的自由口模式通信编程首先是对串口初始化。对S7-200PLC的初始化是通过对特殊存储字节SMB30（端口0）写入通信控制字，来设置通信的波特率、奇偶校验、停止位和数据位数。显然，这些设定必须与上位机设定值相一致。另外还可选择通信模式和主从站模式，各具体存储位内容可参考SIMATIC S7-200系统手册。

　　2.2自由口模式下收发数据

　　初始化自由端口通信模式后，就可以进行数据的收发。

　　（1） 发送数据指令 XMT

　　格式：XMT Table，Port。可以用 XMT指令发送数据，XMT指令激活发送缓冲区（从Table开始的变量存储区）中的数据。数据缓冲区的个数据指明了要发送的字节数，Port指明了用于发送的端口，缓冲区多可以有255个字符。在发完缓冲区的后一个字符时，会产生一个中断 （对端口 0为中断事件9）。本例的XMT缓冲区的格式如表1。其中，状态字节表示PLC是否正确接收了上位机所传数据;上传数据为PLC上传给PC的数据，需将9字节的16进制数编码为18字节的ASIIC码，所以字节数为18;BCC为上传数据的异或和，同样将16进制数编码为ASIIC码;结束字符的值为26。

表1 发送缓冲区

表2 接收缓冲区

　　RCV Table，Port。用 RCV指令接收多为255个字符的数据，这些字符存储在缓冲区中。在接收到结束字符时，会产生一个中断（对端口 0为中断事件23）。本例的RCV缓冲区的格式如表2。其中，命令类型表示上位机让PLC 执行什么操作，如读或写;目标站号是分配给PLC的一个代号;起始地址是PLC要进行读写的存储区的起始地址;读写字节数是PLC接到命令后，对存储区进行读写的字节数，本例中多写入16字节、读出9字节;写入数据是上位机要写入PLC的数据，对于读命令不起作用;BCC是从命令类型开始到写入数据为止的43字节数据的异或和。从目标站号到BCC这几项内容，都是把16进制数编码为ASIIC码来表示的。

3.自由口通信程序设计

　　通信程序的设计需遵循一定的规则，如中断通信处理程序要短小精悍、要避免XMT与RCV指令同时在一个端口执行等。整个PLC通信程序包括主程序、通信初始化子程序、校验子程序、读写数据子程序和发送完成、接收完成中断服务程序。

　　3.1主程序

　　通信主程序是PLC实现接收、发送功能的主框架。其主要流程为查询接收是否完成，校验，再根据命令类型执行读、写等操作。它的作用是控制程序的主流程，校验、读写等具体工作由相应的子程序完成。流程如图1。

　　3.2通信初始化程序

　　通信初始化子程序设置自由口通信的有关参数，对接收信息控制寄存器SMB87写入控制字，定义起始字符、结束字符和接收超时。设好自由口模式的这些参数后，还要连接中断事件和中断服务程序，并打开中断。后，把接收、发送缓冲区写入初值即可。

　　3.3校验子程序

　　每次PLC接收完1帧数据，就调用此子程序进行校验。进入子程序后，先清除接收完成标志位，再计算所接收数据的校验和BCC。如果正确，还要检验结束字符是否为‘G’。不是的话，说明数据报文长度不对或传输过程中发生了错误，需要向上位机返回相应的出错信息。流程如图2。

图1 主程序流程图

图2 校验子程序流程图

　　3.4读、写数据子程序

　　这2个子程序的任务是把PLC存储区中的数据发给上位机或把上位机传来的数据写入PLC存储区。二者的流程相似，只是数据流向不同。进入子程序后，先停止接收，然后完成数据传输，后发送应答报文。不同之处就是应答报文中的状态字节：读操作时是1、写操作时是2。

　　3.5接收、发送完成中断服务程序

　　当PLC接收到结束字符后产生中断（事件号9）或数据发送结束后产生中断（事件号23），这两个服务程序被执行。接收完，先把接收完标志置1，然后再次启动接收。发送完，先清除校验正确标志，再把接收缓冲区中的结束字符和计算出的接收BCC结果清零，后再次启动接收。

　　由于是半双工通信，因此PLC无论是发送和接收完数据后，都必须将通信口设置成接收状态。否则，PLC就接收不到任何数据了。

4.上位机的通信编程

　　上位机通过RS232口与PLC进行通信，bbbbbbs环境串口通信程序利用VC6编写。VC6编写串口通信程序通常有MSCOMM控件和通信API两种方法。二者各有优缺点。MSCOMM控件封装了微机串口通信的基本功能，使用者只需设置一些基本参数，就可以通过串口收发数据了。这种方法简单，易于编程人员使用，现在已有很多例子供参考。用通信API编写串口程序相对复杂一些。开发者要直接使用bbbbbbs提供的一组API函数来完成上述控件封装好的功能。所以使用API编程比使用控件更复杂，但同时也更灵活。通信控件已经封装好的功能是无法改变的，而使用API就能针对通信协议编写效率更高的代码。

　　在飞剪控制系统的上位机程序中，使用通信API编写了串口读写的模块。接收时，程序要查找起始字符‘g’，以确定1帧数据的开始;再根据下一个状态字节判断通信的正确性;后，把长度为23字节的数据帧接收好，并准备接收下一帧。发送过程不用判断数据内容，执行发送函数即可。需要注意的是：由于PLC通信口是半双工的，所以在PLC向上位机上传数据时，上位机要等1帧数据接收完毕，再执行发送操作，以避免收发冲突。

图3 上位机串口通信流程图

5.结束语

　　本系统取PC机和PLC各自的特点，实现了对飞剪系统的实时监控。通过利用PLC（下位机 ）的自由口通信协议和上位机的VC开发工具，可以方便地开发出PC机和PLC通信应用软件。这种方法节省投资，对小规模的系统极具现实意义。系统具有实时性好、速度快、可靠性高、操作方便等优点，达到了预期的效果。经现场调试及运行表明，该系统适合于飞剪系统的实时监控。

在机械工业中，传统普通车床仍占有相当比例，其中部分车床采用液压系统来控制刀具的自动切换，机床电气控制部分多应用继电器——接触器控制来实现，这类系统元器件多，体积大，连线复杂，可靠性和可维护性低，故障率高，工作效率低，而随着计算机技术、电子技术等的发展，计算机控制技术在液压传动控制中也得到了广泛的应用。以计算机技术为核心的PLC(可编程序控制器)具有抗干扰性强，运行可靠等诸多优点在工业自动化领域已被广泛应用。本文即是利用PLC控制技术，对传统液压回路进行系统控制设计，变传统电气控制为PLC控制。

1 工作原理

　　1.1车床液压控制回路的液压元件构成

　　此车床液压控制回路主要由以下原件组成：左夹紧液压缸用于夹紧工件和卸下工件，中横向进给液压缸带动刀具横向进给，右纵向进给液压缸带动刀具纵向进给，6个电磁换向阀控制进给液压缸的前进与后退，2个调速阀控制进给液压缸进给速度，双联泵提供液压油输出，另外采用3个单向阀控制液压油流动方向，减压阀和压力继电器监控夹紧缸的油压。

　　
1.2 车床液压控制回路的工作原理

　　液压控制回路如图1所示，其作用主要是能够控制车床完成完整的切削加工过程，并且工作一个循环，分为8个步聚：1、装件夹紧；2、横快进；3、横工进；4、纵工进；5、横快退；6、纵快退；7、卸下工件；8、原位停止；各步骤的切换分别由行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7控制，具体工作循环如图2所示。行程开关用于控制液压回路中6个电磁换向阀电磁铁的通电与否，进而改变液压油流向，影响液压缸实现动作顺序，完成切削过程。断电情况如表1所示。

                                                   图1 车床液压控制系统
 

                                              电磁铁动作顺序表 
 

　　(1)装件夹紧。接通液压回路电源，按下启动按钮SB1，电磁铁6YA、7YA通电，5YA失电，两阀右位接人液压回路，双联泵左侧高压小**泵提供高压液压油，保证夹紧力；此时夹紧液压缸右腔进油，活塞左移，完成工件的夹紧。

　　(2)横快进。活塞左移到一定位置，工件夹紧后，压下行程开关SQ1，此时7YA断电使双联泵右侧低压大**泵提供大**液压油，1YA通电使该阀左位接通，横向进给液压缸下腔进油，带动刀具快进，实现横向快进动作。

                                                   图2 工作循环图
 

　　(3)横工进。当横向进给液压缸到达切削加工区域时，压下行程开关SQ2，此时电磁铁1YA、3YA、6YA、7YA通电，此处快速油路切断，液压油从其右侧调速阀经过，从而控制横向液压缸进给速度，完成横向工进，对工件进行横向切削加工。

　　(4)纵工进。横向进给液压缸到达一定位置时，压下行程开关SQ3，此时电磁铁1YA、2YA、3YA、4YA、6YA、7YA通电，纵向进给液压缸右腔进油，回油从调速阀经过，液压缸带动刀具进行纵向切削加工，完成纵工进给动作。

　　(5)横快退。纵向切削加工完成后，进给液压缸压下行程开关SQ4，IYA、3YA、7YA断电，使双联泵低压大**提供液压油，横向液压缸带动刀具快速后退。

　　(6)纵快退。横快退完成后，液压缸压下行程开关SQ5，此时电磁铁2YA、4YA断电，使两阀右位接通，纵向进给液压缸左腔进油，带动刀具完成纵向快速后退动作。

　　(7)卸下工件。纵快退动作完成后，液压缸压下行程开关SQ6，此时电磁铁5YA、7YA得电，6YA断电。使双联泵左侧高压小**泵提供高压液压油，保证卸下工件动作平稳进行；完成卸下工件动作。

　　(8)原位停止。卸下T件后，活塞杆退回原位，压下行程开关SQ7，此时所有电磁铁都断电，液压系统恢复原始停止状态。

2 PLC控制系统设计

　　PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

　　目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，在各个领域的应用都得到了广泛的发展。

PLC具有自己的特点：
1、可靠性高，抗干扰能力强；PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时问高达30万小时。
2、配套齐全，功能完善，适用性强；现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。目前已经渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
3、易学易用，深受工程技术人员欢迎；PLC作为通用工业控制计算机，接口容易，编程语言简单，容易掌握。
4、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；5、体积小，重量轻，能耗低 。

　　
本设计采用三菱FX2N-32MR型PLC进行控制设计。

　　
2.1 液压回路控制系统硬件设计

　　系统中输入信号由行程开关及按钮产生，其中按钮SB1控制系统启动，按钮SB2控制系统停止；输出信号主要控制液压回路中的7个电磁阀。PLC硬件具体输入输出分配如表2所示。
 

输入输出分配表 

　　
2.2 液压回路控制系统软件设计

　　根据前文所述的控制要求，可绘制出PLC梯形图如图3所示。

图3 PLC 控制梯形图

3 结束语

　　对传统的液压回路控制由继电器——接触器控制系统变为PLC控制，可充分利用PLC控制的优点，增加控制的灵活性。让电磁阀与计算机相联接，可实现数据处理的自动化，使得自动化程度越来越高。PLC控制系统具有很好的柔性，特别是改变工艺路线时，只需改变控制程序，系统元件不需重新安装，不需改变电气控制柜中继电器硬接线逻辑，投资较少，灵活性大大**，故障率低，使用起来更加方便。