西门子6ES7214-1AD23-0XB8参数设置

1. 引言

　　当前很多简单的逻辑控制设备都采用单片来实现，但随着现场环境的日益复杂化，单片机受环境的干扰也逐渐提升，造成设备的运转不稳定。这里就以LED霓虹灯焊接机为例，焊接过程容易导致错误判断LED的好坏以及焊接质量的降低。因为霓虹灯为一串的LED串联焊接，只要有一盏LED损坏。要么花费较大的人力来返工，要么造成整条霓虹邓的报废。这里就针对该设备改造为PLC的控制。根据控制方式，主要介绍控制的重点部分内容。

2. LED焊接设备介绍

　　LED焊接设备的工做原理如下所释。

　　LED供料转盘：

　　有一个LED供料盘，共16个工位;震动盘提供原始焊接LED到转盘;开始有做引脚处理的工位，以及极性的调整工位。这些工位为凸轮控制。从LED检测好坏开始，由PLC来控制。PLC控制汽缸来实现动作是否执行或者关闭。LED开始的工艺如下：

　　由LED的判断好坏，决定工序走哪个过程。LED正常时的工序在每个工位中都有执行汽缸。在LED转盘的凸轮控制轴上安装有检测光电输入。

　　另外还有一个供导线的转盘，从导线进入到焊接点有14个工位，这个在初始化时，必须先裁剪好14段导线，并移位到焊接工位。在凸轮转轴上安装有计数输入开关。做移位的计数，在距离焊接工位第7个工位是做安装工字塑胶。工字塑胶主要是防止引脚接触。再移动4个工位，安装热缩管。到此处。PLC控制汽缸完毕。送工字塑胶与套管工艺如下：

　　原有的机械设备是采用整合的单片机控制箱控制，总共控制8个汽缸，来完成LED的检测，修脚，焊电阻，焊接导线直到封装完毕。其他单元由凸轮来控制传动。但在正控制过程中，往往会因环境的因素，干扰单片机，使得动作出现问题，从而导致产品不合格率提高。影响效率。就这里我们采用台湾永宏PLC对单片机控制进行改造。PLC的抗干扰能力比单片机好，对环境的适应能力也很好。在成本上，简单的开关量控制与单片机相差不大。同时PLC的程序编程比单片机灵活，对程序的修正等更好的做修改。

3. 永宏PLC简介与PLC选型

　　永宏PLC有17年的历史，在台湾由一群技术人员专门研制与开发。硬件上整合为一块SoC芯片，集高速计数器，高速脉冲，多通讯端口以及中断控制等为一体，是的产品的性能与稳定性在小型PLC中独立一帜。

　　永宏PLC主推FBs系列，有经济型FBs-MA,高功能型FBs-MC和NC定位型FBs-MN3个档次PLC。根据不同的应用场合，客户可以选择不同档次的PLC来实现设备的控制要求。

　　在这里我们改造的设备主要控制汽缸的打开与关闭，为简单的开关量控制。所以我们选择经济型主机。因为有8个汽缸阀门控制。输入点有启动与关闭，以及3个检测输入。所以选择FBs-24MAT机型，外部接有中间继电器。I/O配置如下表

4. PLC程序控制

　　4.1启动与停止控制要求。

　　在启动中有启动按钮X3，为常开状态，按下按钮即可启动电机。另有停止按钮X4，状态为常闭状态。同时要求停止按钮在设备停止运转时可以实现点动输入程序控制如下图。

图4.1 通讯线接线示意图

　　4.2LED检测输入程序。

　　LED检测方式是通过机械结构来点亮LED来判断LED的好坏。这是再配合外界电子线路向PLC的X0提供一个开关信号。LED亮，有信号输入，判断为好的LED;LED不亮则判断为坏的LED。这时工作的重点是要将LED的好与坏位置记录起来，以现实下一步的动作。

　　如果好的LED将在下一步切脚、供助焊剂和送电阻焊接;若坏的LED则切脚等动作不动作;知道转动LED供料盘到吹废料工位时，实现吹废料。

　　记忆LED好坏使用对位写入指令。即若是好的LED对寄存器WM16写入1，反之则为0。因为凸轮控制在转动时要考虑其位置，根据X1的导通与关闭时序来判断。X1有导通240度角，另外120度角为关闭状态。通过上下缘来控制LED好坏置位的时间和位移的时间。程序如下：

图4.2 一般数据链路程序

　　在LED检测正常时，FUN41将对WM16进行置位。在电机带动下，X1来判断位置，当到X1为ON时，一个LED检测将向左一个移位。再 进行下一个LED检测。这时LED检测信号将有M16送至M17。M17的状态将有M16来决定，以此类推。因为吹废料状态正好是置位为0时才吹料。所以M21去反状态。

　　将以上中间继电器直接送至Y点输出，即可以实现汽缸阀门的控制。但在机械结构上要求吹废料时汽缸顶起只能保持一段时间。因为LED在一下个LED送料时要转动，此时吹料顶起汽缸要下来。经过调试，顶起吹料汽缸保持0.4秒，可以保证废料被除掉，以及LED送料转盘转动不卡住。

　　4.3 导线转盘的离合控制。

　　当检测到有坏的LED时，在吹料工位时，将吹掉废料，这时将有一个工位是空的。这时当空工位移到焊接焊接导线工位时，导线转盘必须要离合，等待下一个LED的到来，才能焊接导线以及转动开始另外的焊接工作。转盘离合控制程序如下：

　　M10信号来之吹废料，在有吹废料时，M10导通，这时同时对D50的位写入“1”，表示要离合气缸。所以在间隔一个机械工位后，若无LED，则这时离合气缸。

　　4.4 送工字塑胶与套管控制。

　　其中在导线转盘中送工字塑胶与套管的原理，重点也是要采用FUN41来记录移动工位数，开始送工字塑胶与套管，主要输入信号来自X2的计数输入;计数在14位后即送工字塑胶工位。在过4个工位位送套管工位。因为这里送导线转盘有焊接肯定会计数，若是废料则离合，所以直接对X2信号做处理。简单程序如下：

　　这里注意的是采用32位寄存器，因为从开始计数到送套管工位时为18个工位。

5. 结束语

　　通过上文，主要对常规的LED成型设备作改造，在复杂的设备中还会涉及到分段的问题。本章节重点讲常规控制要领，其他额衍生功能，读者可以在这个基础上进行添加。这里不再做介绍。

在工业控制中，用PLC控制的工程在上/下位机通讯上一般采用RS-232/RS-485串口通讯，这种方法对于数据量较大，通讯距离较远，实时性要求高的控制系统，很难满足通讯需要。

　　近年来随着计算机网络技术的飞速发展,网络化数控已经成为现代制造业发展的必然趋势, 控制系统正向虚拟化、网络化、集成化、分布化和节点智能化的方向发展。[1]许多大型PLC厂商生产的PLC都配备了相应的以太网通信模块，本文讨论了OMRON PLC的以太网通信体系结构，并以CP1H PLC的ENT2l以太网模块为例实现与计算机的通信。

1. Winsock网络通信控件

　　Winsock控件是不可视控件，它提供了访问TCP和UDP网络服务非常简便的途径，使编程人员开发客户/服务器应用程序时，不必了解TCP的细节或调用低级的Winsock API函数，只通过设置Winsock控件的属性并调用其方法，就可直接连接到一台远程计算机进行，并可实现双向数据交换。

　　WinSock主要支持两种类型的套接字:①流式套接字（Stream Socket）也称面向连接方式,该方式对应的是TCP协议,其传输特点是通信可靠性高,可以保证数据流的传输是可靠的、有序的、无重复的,可提供双向的数据流,数据被看作字节流,无长度限制。②数据报套接字（Datagram Socket）又称无连接方式,对应的是UDP协议,这种方式不提供数据传输的正确性、有序性和无重复性,因为它支持面向记录的数据流。因此,传输的数据可能丢失和重复,并且接收顺序混乱,报文长度是有限的。考虑到本系统对通信可靠性和正确性的要求很高,选用流式套接字方式。基于Client/Server模式的流式套接字通讯过程如图1所示。

图1 流式套接字进程通讯过程时序图

2.Ethernet网络通信单元的设置

　　在组建网络时，根据网络类型的不同，网络中的每个节点需要安装相应的通信单元，PLC上需安装Ethernet网络通信模块，例如0MR0N公司的CJ1W—ETN21以太网模块。应用之前必需对网络进行必要的设置，分为开关设置和CPU总线单元系统设置。

　　开关设置主要包括以下几项内容：确定分配给CJ1W—ETN21单元的内存工作区（CIO区、DM区），该地址在CPU总线区，由UNIT No.开关确定ETN单元的单元号范围为0～F;NODE No.旋转开关设定两组l6进制数作为ETN单元在网络中的节点号，范围为O1～7E;IP地址设置网络号和主机节点号，由32位二进制数组成，分4段以十进制数表示。

　　CPU总线单元设置主要通过编程设备如CX—Programmer软件或编程器对网络单元进行模式、本地IP地址、子网掩码、FINS端口号、FTP登录名及口令和IP路由器表等项进行设定。若使用FINS/TCP协议，则还需在以太网单元设置中修改FINS/TCP项的部分参数，如：自动分配的FINS节点号、是否保持激活等项。

3.面向上位计算机的通信协议

　　如图2所示，以太网的分层模型分为物理层（Physical Layer）、网际层（Internet Layer）、传输层（Transpot Layer）和应用层（Application Layer）。其中：传输层可使用无连接的UDP或需建立连接的TCP协议;应用层为FINS（Factory Interface Network Service）协议，FINS协议是由OMRON公司开发的用于工厂自动化控制网络的指令响应系统。主要规定对PLC存储空间的数据读写等操作方法。应用层使用FINS协议，传输层使用TCP协议的通信实现方法称为FINS/TCP方法。

图2 网络的分层结构

　　FINS协议包含指令系统和响应系统，其命令帧格是由FINS报头、指令代码、响应代码和正文等几部分组成。从上位计算机发出的指令和响应必须符合下面帧的格式要求，并提供合适的FINS报头信息。[3-4]FINS通信服务是通过FINS命令帧和它们对应的响应帧交换实现的。

　　FINS命令/响应帧格式如图3所示。FINS/TCP header中规定了五种命令，用于客户机（host computer）与服务器（PLC）之间通信：发送客户机节点地址（node address）;（2）发送服务器节点地址（node address）;（3）发送Fins frame;（4）Fins frame发送出错通知;（5）客户机与服务器联机确认。

图3 FINS命令/响应帧格式

4.通信程序的具体实现

　　在新建VB工程后，需要执行VB工具栏“工程/部件” 命令，将Winsock控件添加到工程中， 并命名为“WskClient”。程序采用TCP/IP协议进行通信，其主要属性设定如下：

　　With WskClient

　　.Protocol = sckTCPProtocol ‘采用TCP/IP协议

　　.LocalPort = 9600 ‘本地计算机端口号

　　.RemoteHost = txtIP.Text ‘取得远程PLC的IP地址

　　.RemotePort = txtPort.Text ‘远程PLC端口号

　　.Bind 9600 ‘指定使用的本地端口

　　End With

　　初始化工作完成后向PLC提出连接请求，待PLC接受请求并发送应答信息后，客户端程序依照各种帧格式建立好要发送的信息帧，就可以与PLC进行双向的数据交流了。在这一过程中，可建立发送失败后的重发机制，以增强通信的可靠性。

　　首先，建立并发送“握手信息”指令（20字节），指明客户机节点号;当计算机接收到PLC返回帧（24字节）后，检查PLC是否收到命令，并取得服务器和客户机节点号。当计算机接收到PLC返回的数据时，会产生DataArrival事件，参数BytesTotal包含接收到的数据字节数。在DataArrival事件中，可以调用GetData方法接收数据。如果接收到Close事件，则用Close方法关闭连接。另外，可用Winsock的State属性来反映当前TCP/IP的连接状态。这里仅列举主要程序如下：

　　‘向服务器请求连接

　　WskClient.Connect

　　TimeDelay 100

　　Do

　　DoEvents

　　Loop Until WskClient.state=sckConnected

　　‘建立并发送FINS命令帧

　　Private Sub SendData_Click（）

　　ReDim SendData （19） As Byte

　　SendData （0） = &H46‘FINS命令帧报头的第1个字节

　　……

　　WskClient.SendData SendData（） ‘发送FINS命令帧

　　End Sub

　　‘接收PLC响应帧，并分析数据

　　Private Sub WskClient_DataArrival（ByVal bytesTotal As Long）

　　Dim i As Integer

　　ReDim ArriveData（bytesTotal） As Byte

　　wsk.GetData ArriveData, vbArray + vbByte, bytesTotal

　　‘接收数据，保存在ArriveData数组中

　　For i = 0 To bytesTotal - 1

　　txtArData.Text = txtArData.Text & " " & ArriveData （i）

　　Next i

　　……‘其它数据处理

　　If ArriveData（7） <> 16 Then

　　MsgBox“接收信息丢失“

　　ElseIf SendData（19）= ArriveData （bytesTotal-5） Then

　　MsgBox“节点地址错误“

　　End If

　　End If

　　在接收信息后,当PLC收到传输过去的信息后,会将对应的命令反馈值传回,这个事件程序内的程序将它显示在文本框中,还可作进一步处理。主程序流程图如图4所示。

图4 程序流程图

　　若采用UDP协议，则通信的基本过程与TCP相同，只是不需要建立连接。此外,UDP应用程序可以是客户机,也可以是服务器,而不必象TCP应用程序那样必须分别建立客户机程序和服务器程序。由于UDP在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接，且没有超时重发等机制，故而传输速度很快。因此如果网络中设备不是很多，且发送数据量不大时，可选择耗费计算机“资源”更小的UDP协议进行通信。

5.结束语

　　采用Winsock控件实现的上位机以太网通信程序，已成功应用于数字小样并条机监控系统中，该法简单实用,在不追加投资的情况下,实现车间设备的网络数据实时监控的功能，达到了理想的效果。而且以VB作为监控软件的开发平台，软件的二次开发不受限制，节约成本，并可根据需要随时对程序进行升级。为实现对控制系统进行有效的信息管理与监控，基于以太网的PLC控制系统必将有更为广泛的应用，本文的论述对解决这类问题提供了一定参考价值。