西门子模块6ES7223-1PH22-0XA8功能介绍

西门子模块6ES7223-1PH22-0XA8功能介绍

0. 引言

　　1969年美国数字设备公司根据美国通用汽车公司的要求，研制出世界上台可编程序控制器。初只能用于逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称为PLC(Programmable Logic Controller)，随着计算机技术和电子技术的飞速发展，其功能远远超出顺序控制和逻辑控制的范畴，不仅实现了数据运算和处理能力，而且体积小，功能强，可靠性高，编程直观，适应性好，接口方便，。

　　近年来，随着现代化生产技术的**，以及计算机技术、信息技术和通讯技术的相互渗透，纱线的不匀直接导致布面的不平整，这就说明在纱线生产环节极为重要。纱线不匀是影响其品质的重要指标之一。传统的纱线检测方式都是在实验室离线进行的，通过对纱线的抽样，要求一定的温湿度前提下，相对于纱线的在线检测反映出离线检测的滞后性和随机性。RS-232C串行通讯实现比较容易，常被用于自动控制、数据采集、智能仪表等上位机与外部设备的数据通讯。本文设计了VB与欧姆龙PLC-CJ1M(CPU21)之间的数据通信，在线获得纱线的检测数据，如CV值、纱线瞬时直径、平均直径、粗节大值、细节小值等等，及时反映纱线的不匀，使操作人员及时做出相应调整。

　　1. 上位机与PLC之间通讯实现

　　欧姆龙PLC—CJ1M(CPU21)有两个串行通讯口，一是通过欧姆龙专用串口通讯线CS1W-CN226，其网络类型设置为Toolbus，同时将DIP4串行通讯设状态置为ON;一是通过欧姆龙九针串口通讯线XM2Z-200S-CV，其网络类型设置为SYSMAC WAY，其它为默认设置，包括端口为COM1，波特率为9600。图1所示为上位机通过RS-232C端口连接到PLC的示意图，也可以称作1:1连接。

　　
图1 RS-232C端口的1:1连接

　　图2所示为上位机与PLC之间通讯实现过程。

　　
图2 上位机与PLC之间通讯实现过程

　　2. VB与PLC之间通讯协议和程序实现

　　2.1 链接系统的通讯协议

　　在纱线数据通讯中，只需要在上位机系统中编写上位机通讯程序，无需在PLC中编写任何程序，PLC CPU会根据上位机发来的命令帧自动生成响应帧返回给上位机。命令帧和响应帧之间包含需要通讯的数据，只有保证正确实现命令帧和响应帧之间的应答，才能实现准确的数据交换。命令和应答有两种方式，一种是从上位机发命令到PLC，另一种方式允许PLC发命令给上位机，我们采用浅一种方式。

　　从上位机发送命令时的命令帧和响应帧如图3。

　　
图3 命令帧和响应帧格式

　　命令帧中：

　　@——命令开始标志，所有命令都以“@”开始;

　　节点号——与上位机连接的PLC，在1:1连接中默认值为00;

　　标题码——设置两字节的命令代码，如RD代表读PLC的DM区数据;

　　正文——设置命令参数

　　FCS——设置两字符的帧检查顺序码，用于校验，是用两位ASCII码表示的8位数据，是从“@”开始到正文结束的所有字符的ASCII码按位异或运算的结果;

　　结束符——表示命令的结束，用“*”和回车符“CHR$(13)”标明。

　　应答帧中：

　　@、节点号、标题码、FCS和结束符同命令帧中的含义。

　　异常号——返回命令的执行状态，，是否有错误发生。

　　2.2 通讯端口初始化

　　在上位机与PLC实现通讯之前，必须先在上位机VB中设置通讯控件MSComm1的相应属性，通讯口初始化程序一般放在窗体加载程序中。

　　Private Sub bbbb_Load()

MSComm1.CommPort = 1 ‘设置Com1通讯口

　　MSComm1.Settings = “9600,e,7,2” ‘波特率9600，e偶校验，7位数据位，2位停止位

　　MSComm1.PortOpen = True ‘打开通讯端口

　　MSComm1.InBufferCount = 0 ‘清空接收缓冲区

　　End Sub

　　其它设置均取通讯控件MSComm1的默认值。

　　2.3 帧格式代码

　　采用基于bbbbbbs操作系统功能强大的面向对象的程序设计语言——Visual Basic，编写了上位机程序，建立了上位机与PLC之间良好的通讯协议。以读内存DM区为例：

　　上位机命令帧：

　　"@" + "00" + "FA" + "1" + "00000000" + "0101" + "82" + 开始地址+读取个数+FCS+结束符

　　PLC应答帧：

　　"@" + "00" + "FA" + "1" + "00000000" + "0101" + "82" + "0000"+读取数据 +FCS+结束符

　　其中：

　　FA——表示FINS命令

　　0101——表示连续读内存区

　　82——表示读内存DM区

　　2.4 校验算法实现

　　为了保证通讯数据准确无误的传输，欧姆龙PLC对通讯数据以按位异或算法进行校验。代码如下，仅供参考。

　　Option Explicit

　　Function FCS(ByVal temp1 As bbbbbb) As bbbbbb

　　Dim slen1, i, xorresult1 As Integer ‘ 定义变量

　　Dim tempfcs1 As bbbbbb

　　xorresult1 = 0

　　slen1 = Len(temp1) ‘ 求输入字符串的长度

　　For i = 1 To slen1

　　xorresult1 = xorresult1 Xor Asc(Mid(temp1, i, 1)) ‘从首字符到尾字符获取ASCII码，按位异或

　　Next i

　　Tempfcs1 = Hex$(xorresult1) ‘转换为16进制

　　If Len(tempfcs1) = 1 Then

　　FCS = "0" & tempfcs1

　　Else

　　FCS = tempfcs1

　　End If

　　End Function

　　3. 结束语

　　本文作者创新点主要通过RS-232C串口通讯，采用面向对象的可视化编程工具——Visual Basic建立上位机与欧姆龙PLC-CJ1M(CPU21)之间的数据通讯，获取纱线在线检测数据，现场实测表明能够快速准确在线测量纱线的CV值、瞬时直径、平均直径、粗节大值、细节小值等等，实时反映纱线的不匀率，对**棉纺企业纱线质量具有重要的意义。

　1 引言

　　城市雨污水首先通过地下管网分区排放到各自泵站，然后由各泵房把污水泵到污水处理厂经过处理终排入江河。据我了解虽然我国各城市较早的建立了排污系统，但管理也比较落后原始，每个泵站还由人工管理;随着城市的不断扩大，污水池不断相应增加，由于污水池零星分布在整个市区，若按原先管理模式，需要消耗大量资金，管理和控制也非常麻烦，效率极低下，完全不能适应现代城市发展的需要。为了**管理工作的信息化水平，**城市污水的处理能力，减少企业人员不断增加带来的沉重负担，**企业效益，必须从原来的人工管理改造为计算机远程自动化管理，建立网络管理体系是一个必然趋势。

　　2 系统设计思想

　　采用分级分布式计算机控制系统，对工艺过程进行集中管理、分散控制。其总体设计思想是：利用电信的虚拟专用网络VPN作为整个系统的通讯网络，做到不管有多少个泵站和多少个水池，距离有多远，所有的控制和看管工作均由PLC和计算机远程自动完成。并且实现了客户端之间的无关性，可实现多客户端操作，使客户端机器协调工作，**整个排污系统的工作效率。节省大量资金，减少人员编制，**管理，具有很极大的经济效益和社会效益。同时提供多级容错机制，保证系统能够安全顺畅地运行。

　　
图1泵站网络示意图

　　3 控制系统简介

　　本系统由计算机主机，可编程控制器(PLC)，液位传感器组成，电能统计电度表组成。系统嵌入进原先的控制系统中，既保留了原先的的控制功能又添加了新的远程自动控制功能和大量的数据存储和分析统计功能。系统可根据操作人员在计算机中设定的参数，在不同水位下自动开停机，也可由操作人员在计算机上直接开停机。每台水泵及格栅机均可通过转换开关选择受计算机自动控制;如果计算机遇到故障还能由PLC里的控制系统完成自动控制各机器功能;或脱离计算机控制，改为原先的控制系统。在计算机自动控制时，系统每天自动转换工作水泵的优先开机顺序以平均各水泵的工作时间。系统的监控界面可供值班人员监控各台泵的工作情况，**，水位等参数。系统提供数据储存和报表查询，打印功能。

　　
图2 系统方案示意图

　　4 具体设计与实现

　　根据工艺流程、控制点及现场设备的安装地理环境，我们采用先进的管理控制技术，系统分为控制层、监控层、管理层三层进行监测和控制。

　　(1)控制层用可编程控制器作为底层控制中心分别对排污设备、监测点进行控制、监测，采集信息，控制设备运行。

　　PLC(Programmable Logical Controller)全称为可编程逻辑控制器，简称可编程控制器。它以微型计算机为核心的工业控制装置，它集电控、电仪、电传三电于一体，是现代工业三大支柱之一。由于它的功能强、可靠性高、适应性好以及模块化结构等优点，在工业控制中得到了广泛的应用。把个人计算机连入PLC网络可以向用户提供诸如工艺流程图显示、动态数据画面显示、报表编制、趋势图生成、窗口技术以及生产管理等多种功能，作为底层单元的PLC完成对现场开/关量、模拟输入/输出量的控制处理，而利用微型计算机良好的人机对话界面和数据处理功能，实现对一台或多台PLC进行监控，充分发挥PLC可靠、灵活的控制性能和计算机在管理、监控等方面。

随着计算机技术的发展，PLC不仅能代替传统的继电器实现逻辑控制，而且已发展成为集各种控制、运算、通信为一体的功能强大的控制器。由于其编程简单、修改方便及工作可靠，在工业生产中它的应用也越来越广泛。

　　(2)监控层在泵房内设控制室，带有视频监控，主要监控整个泵房内格栅机和每台泵的运行状态，各种机柜的电流电压度表与计算机显示是否一致，监控处理过程由PLC的模拟输入模块进行数据采集，并将有关水泵的运行状况及有关信息上传污水处理监控中心，污水处理监控中心则将指令下传至各PLC控制器，由PLC控制现场各仪器及仪表。

　　(3)管理层主要在污水处理厂远程监控中心完成，所有采集的数据通过虚拟局域网远程通信传输到监控层桌面个人计算机，而桌面个人计算机又通过RS232通信模块发送控制命令给PLC，完成水泵的启动和停止控制。总揽整个系统的运行情况。系统同时还充分考虑了在特殊情况下的现场手动控制以保证排水系统的流畅运行并有效地保护设备。对水泵耗电量用电流、电压、时间来计算。当出现停电情况时，PLC将记忆检测的数据，桌面个人计算机将记忆设置状态。当出现故障时，个人计算机进行报警，同时记忆相应的状态，使其在脱机状态下，整个系统独立运转。在个人计算机端，软件具有状态设置、远程监控、数据存贮、报表打印功能。

　　实际上整个控制系统可以在任何地点控制如：控制室，办公室均可，整个系统可以非常强劲的工作，采用了很多错误处理。系统的扩展性很强，不管有多少个泵和多少个水池，距离有多远，所有的看管工作均由计算机远程自动完成。系统能记录设备的运行的原始数据，并做出信息处理，给出各种报表和运行曲线图，能实时了解全部系统的运行情况。

　　系统运行流程图如下：

　　
图3系统运行流程图

　　5 结论

　　本文所研究的城市污水进行集中控制系统，主体控制部分采用可编程序控制器、一些传感器和计算机，网络技术租用电信的VPN; 该系统在桂林市经过近两年的现场投入应用表明，稳定可靠，自动化程度高，为桂林市排水公司带来了很大的经济效益，正在往社会推广

近年来，随着我国自动化技术的**，工厂自动化也上了一个新台阶。可编程逻辑控制器(PLC)作为一个从八十年代发展起来的新兴的工业控制器，是自动控制、计算机和通讯技术相结合的产物，是一种专门用于工业生产过程控制的现场设备。PLC以其体积小、功能齐全，价格低廉，可靠性高等方面具有独特的优点，在各个领域获得了广泛应用。

　　洪门水电厂是一个投产30多年老电厂，原有的自动化设备无法满足安全生产的需要。溢洪道是水电厂重要的水工建筑物之一，因此对于该建筑物日常运行维护特别重要，消力池排水廊道自动抽水系统的更新改造正是为了满足这要求。考虑到水工建筑物自然环境因素，根据可靠性，选用性价比较高的产品的原则，我们重点对AB、GE、三菱、OMRON(欧姆龙)、MODICON(莫迪康)、SIEMENS(西门子)等公司的PLC系列产品进行了综合的比较、选择，后选用了三菱公司的产品，这是因为三菱公司产品除具有上述优点外，还具有维护方便及操作简单直观易掌握的特点。PLC采用三菱 FX2N-48MR+2A/D+2D/A,主要负责水位的数据采集，控制潜水泵的启动/停止等。同时选用了一台三菱5.7寸触摸屏，主要负责参数显示和修改参数以及显示详细的故障信息等。

　　2 系统结构

　　洪门水电厂溢洪道消力池排水廊道排水系统主要由三部分组成。①一级堰廊道自动排水系统;②二级堰廊道自动排水系统;③人机对话系统。其中主控制系统安装在二级堰廊道它由水位变送器、液位开关、可编程控制器、接触器、控制开关等构成。除具有现地控制功能外，还具有通过远方的液晶触摸显示器完成水位检测、实时显示、传感器整定、实时控制、保护等功能。一级堰廊道只安装了水位变送器和接触器等水泵起动设备。液晶触摸屏也就是人机对话系统安装在溢洪道维护人员的办公地点，离主控中心有100米左右。

　　3 各部分工作元器件特性

　　3.1 PLC

　　PLC(FX2N-48MR)是整个控制系统的核心控制部件，其丰富齐备的控制运算指令、优越的性能、现场编程调试的方便已使其成为深受现场技术人员欢迎的控制设备。主要性能指标为：24点输入/24点继电器输出，内置8000步RAM可使用存储盒，运算速度为1.52цs～数100цs/步(应用指令);其输出接点的大负载为80VA或100KW，输出接点的寿命为20VA/300万次，35VA/100万次，80VA/20万次。

　　3.2 2A/D及2D/A

　　FX2N-2A/D转换模块用于接收水位变送器输出的4～20 mA电流信号，并将其变为PLC程序可用的十进制数。(即将模拟量转换成数值量)FX2N-2D/A转换模块用于将PLC运算得到的控制量数值转换为-10V～+10V电压信号，通过RS485或RS422接口连接将电流模拟量信号输入到远方监控系统。

　　3.3液位变送器和液位开关

　　液位变送器采用高精度、高可靠性美国麦克产品，型号为MPM426W液位开关 采用台湾凡宜LTB产品，当水位达到设定值时，给可编程一个动作信号。

　　3.4 触摸屏

　　作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，它的简单易用，强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境。用户可以自由地组合文字，按钮，图形，数字等来处理或监控管理随时可能变化的信息。随着工业设备的飞速发展，以往的操作界面需由熟练的操作员才能操作，无法**效率。但使用人机界面，能明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变得简单生动。使用触摸屏，还可以使机器配线标准化、简单化，同时也能减少PLC控制所需的I/O点数，降低生产成本，也相对**整套设备的附加价值。本系统选用三菱公司的GOT930触摸屏，它和三菱PLC有很好的通用性，能在线监视并修改程序，不必很麻烦的重复插拔接口。

　　4 本装置系统实现的主要功能

　　4.1具有三种运行方式:自动、手动和退出，采用操作把手手动切换。

　　4.2在“自动”运动方式下，根据液位开关(或液位变送器)提供的液位信号启动和停止潜水泵;在“手动”运行方式下，可以直接通过手动操作把手起动/停止潜水泵。在“退出”运行方式下，自动和手动操作均不起作用。

　　4.3自动定时切换各潜水泵间的主用/备用状态，也可以人为进行切换各泵间的主用/备用状态。

　　4.4采用发光二极管指示装置的运行状态和系统故障。

　　4.5采用液晶显示屏来进行参数显示(如：水位等)和修改参数(如：水泵启动和停止水位整定值、水泵切换时间参数、)以及显示详细的故障信息。

　　4.6具有故障报警功能，报警信息包括：电源故障、水泵故障、变送器故障、水位过高、水位过低、PLC故障等。

　　4.7具有自检功能和较强的容错能力。

　　4.8控制电源采用交直流两路输入的UPS电源。

　　4.9具有通信联网功能，将报警信号和模拟量信号等传送到远方计算机监控系统。

　　5 软件设计

　　根据溢洪道消力池排水廊道排水系统控制的要求，利用三菱公司PLC丰富的指令编制控制程序，并结合现场调试及优化控制程序的原则，本控制系统主要有以下几个控制程序模块。

　　5.1 二级堰廊道自动排水控制过程

　　5.1.1当两台水泵处于“自动”状态时，若液位开关达到“水位高”位置时，主用水泵起动;若液位开关达到“水位过高”或“水位很高”位置时，备用水泵也起动，并且同时发出“水位过高”告警信号。

　　5.1.2当液位开关低于“水位低”位置时，所有运行的水泵都停止工作;若“水位过低”时，除水泵停止运行外，还发“水位过低” 告警信号。

　　5.1.3当PLC发出某台水泵的运行指示后2秒内该台水泵的磁力起动器未动作，则该台水泵主/备用状态改变至备用状态，并同时发出告警信号。

5.1.4二级池水泵自动运行流程图见附录一所示。

　　5.2一级池水泵自动工作过程：

　　当水泵处于“自动”状态时，若一级池集水井水位达到“水位高”位置时，一级池水泵起动;若水位达到“水位过高”时，水泵起动并同时发出告警信号;若水位达到“水位低”位置时，一级池水泵停止。若水位达到“水位过低”位置时，一级池水泵停止并同时发出告警信号。

　　
一级池水泵自动运行流程图

　　5.3 人机界面设计

　　在人机界面中，设计了16幅画面，包括状态信息，故障信息，参数设置，修改密码，系统维护等。状态信息包括一、二级堰廊道水位显示以及二级堰廊道1#潜水泵、2#潜水泵、一级堰廊道水泵的工作状态;故障信息显示水泵、电源、热继、水位超限等设备或信号的故障时间;参数修改包括压水位的整定值设置，水位的输入、输出值整定设置以及主/备。触摸屏的画面如图所示：

　　6 结束语

　　洪门水电厂溢洪道消力池排水廊道自动抽水系统是在总结可编程技术在该厂机组调速器压油罐油压和油位自动控制系统的基础上，自主设计安装、调戏而成功的一个项目。溢洪道消力池排水廊道自动抽水系统获得当年该厂“合理化建议”一等奖。。本系统从2003年改造至今正常运行两年，没有发现大问题，本系统设计合理、先进，运行安全、可靠，维护方便，操作简便直观。其次，由于PLC功能齐全，可靠耐用，指令简洁，其触摸屏与PLC有很好的通用性，可通过触摸屏监视并修改、优化程序，锻炼了该厂职工队伍，使电气维护人员基本掌握了PLC的原理及自动控制系统的软、硬件设计及制作的技术，**