西门子6ES7241-1AA22-0XA0参数设置

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PLC具有结构简单、通用性好、编程方便、柔性好、可靠性高等优点，已成为工业控制的标准设备，应用于工业自动控制中Ⅲ。然而，PLC控制系统的开发设计、验证和调试，还需要仰仗实物模型进行模拟试验，这种方法效率低、成本高、不安全。同时，PLC控制系统还需要许多的输入、输出点来支持，这也是一般实物模型或模拟软件所不能达到的。如果要想达到仿真的目的，可以利用在工业控制中经常使用的人机界面，它的特点是可以随心所欲地设计各种用来模拟静止的、运动的输入、输出设备；可以画出所想要的场景；并且它还提供寄存器、可编子程序集、定时器、计数器等供用户使用。所以，开发人员借助于人机界面能方便、快捷地为PLC控制系统建立一个仿真模型，以验证、调试所开发的程序。

1、PLC的仿真实现

PLC是PLC控制系统的核心，所以实现PLC仿真是实现整个系统仿真的关键。而实现PLC仿真的实质，是使某种设备能模仿PLC控制系统中除PLC以外的所有输入、输出设备，而且这些设备能根据用户程序(如梯形图程序)运行起来。

为了实现以上要求，选用了人机界面作为模拟设备。它有丰富的输入、输出指示器，经设计可以用来模拟现场的各种设备，并即时显示设备的运行状态；它模拟的主令控制器件可以直接在触摸屏上操作；它还具有庞大的内部寄存器和功能强大的巨集指令应用方式，使人机界面得以经由内部巨集指令功能执行数值运算、逻辑判断、流程控制、数值传送、数值转换、计时器、计数器等，还可以模拟更智能化的控制设备的需求；另外，它的运行方式与PLC相类似，采用循环扫描方式；更为重要的是，PLC和人机界面之间的寄存器数据可以直接读取，如图1的变量栏。这样就很好地解决了用户程序的输入和识别问题，也就实现了对PLC的仿真。

2、对外部设备的仿真实现

外部设备可以分成三类：一类是主令器，如按钮、开关等；一类是执行件，如各种指示灯、气缸、电动机、电磁铁等；还有一类是传感器，如各种行程开关、接近开关等。

2.1 主令器的仿真实现

主令器形式多样，如交替型、保持型、复位型、数值输入型按钮等。人机界面实现起来较为方便，只需用人机界面的编辑软件画出按钮，如图2，然后在按钮属性中确认是何种类型按钮即可，如图1的功能栏。在仿真时，只要直接对其屏幕按压，来操作按钮。

图1 元件属性图图2按钮图

2.2 执行件的仿真实现

执行件在真实系统中也是多种多样的，为了便于仿真，把它们分成开合件和往复件两类。开合件是指行程短、速度快、非此即彼的执行件，如指示灯的亮与不亮，电动机运转与不运转；而把相对行程长、速度慢、在行程~9 n--I停留的执行件归并为往复件，如气缸、丝杠等。下面以开合件指示灯为例，说明实现执行件仿真的方法。在仿真界面上，画一个如图3的指示灯，在如图4的指示灯属性中将变量的读取改写为PLC地址，直接受PLC的控制。

2.3 传感器的仿真实现

和执行件相对应，传感器也分成开合传感器和往复传感器两类。开合传感器用来判断开合件的开合状态；往复传感器用来检测往复件是否处在某一位置。这里，以一开合传感器为例，说明传感器仿真的方法。

图3 指示灯图图4 指示灯属性框图

如图5所示是一个由步进电动机驱动的滚珠丝杠传动控制系统，丝杠两端是光电式位置行程开关，要求运动平台既可手动控制也可自动控制。在自动控制方式下，启动后运行平台先向甲地运行，到达甲地后自动返回乙地，如此循环。在手动控制方式下，可在甲地或乙地启动到达目的地停车，必须手动再次启动，方可继续运行，并可实现紧急停车控制脚。

模拟X6、X7光电开关可以用人机界面编辑软件，编制一个子程序如图6，能根据执行件的代码在执行状态变量中读取被测执行件的状态(数据)。当到达预定位置(预定数值)，输出结果给PLC的输入端子和传感器的指示灯。

图5 一维位置控制示意图图6 子程序

3、外部设备之间关系的处理

对于PLC控制系统中的某设备来说，它的运动不仅仅取决于PLC的指令，还取决于它和其它设备之间的关系。比如说，PLC中指令驱动一气缸，由气缸推动对象A，再由A推动对象B。那么，要使对象B运动，不仅要求直接受PLC控制的气缸有相对运动，而且还要求对象A要在适当位置。这就是所谓的外部逻辑关系。这些关系可能是由外围电气、气动液压回路、机械结构所构成，有时比较复杂。但人机界面编辑软件内部具有丰富巨集指令，可以模拟各种外部逻辑关系，用户还可根据自己的要求编制若干个子程序来反映它们复杂的逻辑关系，这样能比较准确的替代外部设备之间的逻辑关系，以达到模拟效果。

4、仿真系统的总体框架

图7是整个仿真系统的总体框架，其工作过程是：

图7 仿真系统的总体框图

(1) 由传感器运算模块来读取执行件状态变量，经处理后把检测结果存入代表虚拟PLC输入端子的PLC状态变量；
(2)用户的梯形图程序根据PLC状态变量和主令器控件的状态进行处理，并把终结果输给执行件运算模块；
(3)执行件运算模块根据输入指令来驱动执行件动作，并根据执行件的状态刷新执行件状态变量；
(4)有些执行件要根据其它执行件的状态，经外部逻辑关系处理后，再由执行件运算模块来驱动执行件。对于执行件和传感器运算模块都有手动输入的功能，这是为人为设置故障准备的。

图8是根据仿真系统的总体框图编制的人机界面程序的流程图。仿真程序的总体结构采用了扫描的工作方式，这符合真实PLC的工作特点。

图8 框图程序的运行过程

5、应用实例

应用本文所介绍的PLC控制系统仿真平台，为一维位置控制建立了仿真模型如图5。使用了PLC的输入、输出点l4个，程序总长196句。为该系统在人机界面上建立的仿真模型编写了2个子程序。该系统虽不算太复杂，但各种环节都已俱全(如主令器、执行件和传感器等)，能反映出仿真一般控制系统的基本规律。另外，利用人机界面的编辑软件还可以对仿真模型进行多次离线、在线模拟，能检验该系统设计的正确性和可靠性。

2、应用设计

2.1 控制要求

由于客户的养殖厂地处偏远，供电系统不稳定，而且停电现象相对比较频繁。根据实际情况，当时客户对控制系统提出了以下几点要求：

1、 系统要稳定可靠，可长时间无人值守自动运行。
2、 整个系统要停电后能自动重新启动并且能按照停电前的设定继续工作。
3、 可以保存多组配方，并能按预先设定的配方自动配料。
4、 能自动保存3个月的系统工作记录，并且能在计算机上方便的查询记录结果。
5、 要为以后的组网余留通讯接口。

2.2 系统分析

根据客户提出的控制要求，罗升企业的工程师对施工现场进行了考察。在施工现场工程师发现客户的22个信号点相对于控制室比较分散，远处离控制室有150米远，近的也超过10米。如果只用1台PLC在控制室，要料信号、料门开关到位信号以及输出控制都通过铺设电缆来实现的话，就会造成现场布线麻烦和线缆成本过高。于是我们采用了两台丰炜PLC作Parallel bbbb通讯的方案来解决这个问题。

另外由于系统所在地区经常停电，上位机如果选用工控机的话，可能会因为经常停电而损坏。因此我们选用了稳定可靠的罗升瑞典BEIJER人机，该人机不但能保存大量的工作数据，而且可用FTP的方式通过以太网方便的访问。

经过上述分析，我们提出了以下控制方案：

自动饲喂控制系统框图

2.3 运行画面

配料系统画面

3、程序要点

3.1 罗升瑞典BEIJER FTP服务器模式的设置

此系统可按照客户要求实现按照配方自动配料，并保存当前的实际配料信息到PLC中的资料银行当中，然后以Excel表的格式转存到BEIJER人机当中。另外BEIJER的Ftp功能可让远方的计算机方便的把保存在人机当中的数据给读取出来，供人们在计算机上查询。

BEIJER FTP服务器模式的设置

3.2 罗升丰炜PLC Parallel bbbb网络设置

两台丰炜PLC采用Parallel bbbb网络进行通讯，采集处理共22个饲养单元的要料送料任务。从站PLC在远端采集11组的要料信号，可实时的把远方的要料信号传送到主站PLC当中供主站判断使用，主站通过堆栈指令保存所有当前的状态，即使停电后再来电也能准确的把所配好的送到指定的料口。

Parallel bbbb网络设置

3.3 实施效果

在此系统中高端的罗升BEIJER人机发挥了他强大优势：①大量的数据存储功能，供客户存储3个月的数据。②方便的网络功能，可通过FTP模式把存储的数据传送到计算机上。③6万4千色的真彩显示，可方便的组态丰富的画面。④余留有串口和以太网接口，为以后的系统扩充留下空间。

经济灵活的罗升丰炜PLC也展现了他与重不同的特点：①方便的组网功能，只用通过硬件连接和简单的设定就可实现多台PLC的数据共享，在分散控制当中可为客户实现灵活的搭配方案。②稳定的AD采集模块，为称量的准确提供了可靠的保证，在500kg的满量程称量时达到了0.5kg的精度③在需要大量掉电数据存储的时候，128K的资料银行为数据存储提供了极大的便利。

4、结束语

此系统在该公司已经稳定的运行了半年的时间，得到了公司领导的认可，目前下一个包含5台PLC通讯的系统正在建设中。同时计划改造其他分厂的饲喂系统。

某设计院设计一轧钢生产线，共包括精轧A线、精轧B线、中轧线、粗轧区、定径机5部分。电气部分包括PLC、人机界面、变频器、低压电器及其他，由于此5部分生产线距离较远，所以选用5台人机界面来实现不同系统的操作显示，同时由一台PLC实现系统的控制，即N：1多重连接方式。此前该设计院对几个人机界面厂家的产品进行通讯试验，但结果均不理想，有的连接台数不够有的甚至通讯失败。
　　2、通讯方案选择
　　我们给用户提供两种方案：即上挂以太网、以RS-485方式直接通讯。
　 （1） 上挂以太网
　　因GE90-70本身可以上挂以太网，我们提出的方案是5台人机界面和PLC同时上挂以太网。人机界面选用富士电机新近推出的UG30系列产品，其中一款高性能的人机界面自带10M以太网接口，不需要任何配件即可建成基于以太网的网络系统，它本身具备通讯网关功能，从PLC到计算机或者从计算机到PLC的双向通讯都可以通过其收发数据，连接到以太网上的UG30和PLC之间可以进行N：N无协议通讯。人机界面选用UG330H-VH4，功能及特点如下：8.4寸、32768色 TFT、自带以太网接口、可以与市售的所有PLC通讯、还可以直接和变频器、温控表及串行打印机等外围设备进行通讯

     （2） 以RS-485方式直接通讯
　　由于GE90-70 PLC的通讯模块具有双通讯口，这样我们充分利用此两个通讯口分别挂2台和3台人机界面，均以RS-485方式通讯。
　　1#作为主机2#、3#作为从机，4#作为主机5#为从机，它们之间通讯距离大为500m，波特率为115200bps，主机和PLC的通讯波特率为19200bps，这样能够保证不会出现通讯滞后和通讯干扰现象。原来2#、3#、5#人机界面上需各加装一RS-485通讯模块，经过我们反复通讯试验后来取消了该通讯模块只要几根通讯电缆并联在一起即可以正常通讯，这样为用户节省了几千元的成本。人机界面选用UG320H-SC4，128色，7.7寸，在性价比上较UG330H-VH4合理些。
　　用户经过慎重考虑及多方调研后决定，在不影响使用功能的前提下选用价格经济合理的第二种方案。　　
　　3、人机界面画面略
　　4、通讯滞后的解决
　　 当所有程序编制完成后，进行连机调试时出现了意想不到的通讯滞后想象，即当1#在操作画面2#、3#从显示画面切换到操作画面进行操作时人机界面和PLC双方出现明显的滞后，时间大概由2---3秒中，这在任何系统中都是不允许的，尤其在轧钢生产线上。通过多方分析我们提出如下建议，将人机界面中所有涉及到的PLC地址全部映射到人机界面的内部地址$u中，$u是人机界面中的用户内存，可以从$u0----$u16383共16384个字任意设定，例如PLC中寄存区R1----R10的数据可以映射到$u1----$u10中，这样通讯滞后现象消失。这些经验都值得我们在以后的通讯中应用。
　　
         结论
　　 此方案已经成功应用于现场，在生产现场并没有出现通讯滞后以及通讯干扰现象。在占地面积庞大并由单台PLC控制的设备，如纺织机械、烟草机械等行业由极大的推广价值。