西门子模块6ES7214-2AD23-0XB8产品型号

西门子模块6ES7214-2AD23-0XB8产品型号

实现控制的过程一般是：　　图1.1 PLC典型开机流程
　　

　　输入刷新--再运行用户程序--再输出刷新--再输入刷新--再运行用户程序--再输出刷新……yongbu停止地循环反复地进行着。
　　图1.1所示的流程图反映的就是上述过程。它也反映了信息的时间关系。
　　有了上述过程，用PLC实现控制显然是可能的。因为：有了输入刷新，可把输入电路监控得到的输入信息存入PLC的输入映射区；经运行用户程序，输出映射区将得到变换后的信息；再经输出刷新，输出锁存器将反映输出映射区的状态，并通过输出电路产生相应的输出。又由于这个过程是yongbu停止地循环反复地进行着，所以，输出总是反映输入的变化的。只是响应的时间上，略有滞后。当然，这个滞后不宜太大，否则，所实现的控制不那么及时，也就失去控制的意义。
　　为此，PLC的工作速度要快。速度快、执行指令时间短，是PLC实现控制的基础。事实上，它的速度是很快的，执行一条指令，多的几微秒、几十微秒，少的才零点几，或零点零几微秒。而且这个速度还在不断提高中。
　　图1.1所示的过程是简化的过程，实际的PLC工作过程还要复杂些。除了I/O刷新及运行用户程序，还要做些公共处理工作。
　　公共处理工作有：循环时间监控、外设服务及通讯处理等。
　　监控循环时间的目的是避免"死循环"，避免程序不能反复不断地重复执行。办法是用"看门狗"（Watchingdog）。只要循环超时，它可报警，或作相应处理.
　　外设服务是让PLC可接受编程器对它的操作，或通过接口向输出设备如打印机输出数据.
　　通讯处理是实现PLC与PLC，或PLC与计算机，或PLC与其它工业控制装置或智能部件间信息交换的。这也是增强PLC控制能力的需要。
　　也就是说，实际的PLC工作过程总是：公共处理--I/O刷新--运行用户程序--再公共处理--……反复不停地重复着。

　　可编程控制器实现控制的方式

　　用这种不断地重复运行程序实现控制称扫描方式。是用计算机进行实时控制的一种方式。此外，计算机用于控制还有中断方式。在中断方式下，需处理的控制先申请中断，被响应后正运行的程序停止运行，转而去处理中断工作（运行有关中断服务程序）。待处理完中断，又返回运行原来程序。哪个控制需要处理，哪个就去申请中断。哪个不需处理，将不被理睬。显然，中断方式与扫描方式是不同的。
　　在中断方式下，计算机能得到充分利用，紧急的任务也能得到及时处理。但是，如果同时来了几个都要处理的任务该怎么办呢？优先级高的还好办，低的呢？可能会出现照顾不到之处。所以，中断方式不大适合于工作现场的日常使用。
　　但是，PLC在用扫描方式为主的情况下，也不排斥中断方式。即，大量控制都用扫描方式，个别急需的处理，允许中断这个扫描运行的程序，转而去处理它。这样，可做到所有的控制都能照顾到，个别应急的也能进行处理。
　　PLC的实际工作过程比这里讲的还要复杂一些，分析其基本原理，也还有一些理论问题。有关人员如果能把上面介绍的入出变换、物理实现--信息处理、I/O电路--空间、时间关系--扫描方式并辅以中断方式，作为一种思路加以研究，弄清了它，也就好理解PLC是怎样去实现控制的，也就好把握住PLC基本原理的要点了。

一、引言

　　自来水的过滤是关系到水质是否合格的关键步骤，滤池的反冲洗时间和效果则直接影响自来水的过滤质量，所以按要求定时控制反冲洗操作是控制水质质量的核心。

　　反冲洗设备处于手动状态时，清水阀阀位和水位不能jingque配合，在整个反冲过程中控制设备多，操作复杂，液位、时间无法jingque控制，出现冲走滤料等问题，影响反冲洗效果；在反冲洗过程反冲泵、鼓风机始终处于满负荷运转，造成大量电能损失；而且每个滤池都需单独操作，操作工人劳动强度很大。这些都对生产造成不利的影响。

　　   因此对反冲洗装置的进行自动化设计，不仅可减轻操作工人的劳动强度，更重要的是能提高系统反冲洗的质量，使设备达到佳的运行效果。

　　二、工艺流程

　　水厂中的水经缓冲、药剂的制备与投加、混凝、平流沉淀等步骤后进入滤池，经过沉淀后注入清水池。滤池内滤料经过一段时间后，会沉积一些杂质、污垢，长期累计会影响进入清水池的水质，并影响沉淀速度。这时就需要定期进行反冲洗。

　　安亭水厂的反冲洗工艺主要采用气水联合反冲技术。在不同的步骤中通过开关鼓风机、反冲泵台数来达到气、水反冲的不同搭配进行冲洗，以达到清洗颗粒介质（石英砂）的目的。

　　在实际生产中，手动控制反冲洗操作步骤如下：
　　（1） 、  开降水阀（停止进水） 。 
　　（2） 、  当液位是否小于冲洗水位时关清水阀。
　　（3） 、  清水阀关足后开排水阀。
　　（4） 、  排水阀开足后开气冲阀。
　　（5） 、  气冲阀开足后开两台鼓风机（参考鼓风机开机流程） 。
　　（6） 、  两台鼓风机全开后，对气冲计时。
　　（7） 、  气冲计时完成后，关一台鼓风机（参考鼓风机关机流程） 。 
　　（8） 、  关鼓风机一台完成后，开一台反冲泵。
　　（9） 、  开反冲泵一台完成后，开水冲阀。
　　（10） 、  开水冲阀完成后，做气水联合冲洗计时。
　　（11） 、  气水联合冲洗计时完成后，关闭气冲阀。
　　（12） 、  关气冲阀的同时，打开剩余一台鼓风机的旁通阀，关闭剩余的鼓风机。
　　（13） 、  关鼓风机第二台完成后，开第二台反冲泵。
　　（14） 、  开反冲泵第二台完成后，做水冲计时。
　　（15） 、  水冲计时完成后，关水冲阀。 
　　（16） 、  关水冲阀完成后，关二台反冲泵。
　　（17） 、  关排水阀并打开放气阀，同时打开进水阀。 
　　（18） 、  然后就开始静池计时，控制水位不要让滤料被冲走。
　　（19、 ）  在滤料接近静止时，关放气阀，当液位大于过滤水位就开清水阀，这样冲洗就完成了。

　　1、气水联合反冲洗工艺流程：  所有设备的启动和停止由操作人员在上位机发送指令或按周期自动判断，由 PLC 自行完成操作。具体流程见 图 1：

　　2、开鼓风机流程

　　（1） 、  开旁通阀同时关出风阀。  

　　 （2） 、  在旁通阀全开，出风阀全关信号到来后，开鼓风机。 

　　（3） 、  等鼓风机开信号到来后，开出风阀；等出风阀全开信号到来后，关旁通阀。旁通阀全关后。开鼓风机流程完成。 

　　关鼓风机流程

　　（1） 、  开旁通阀，等旁通阀全开信号到来后，关出风阀。
　　（2） 、  等出风阀全关信号到来后，停鼓风机。关鼓风机流程完成。

　　3、滤池循环冲洗工艺流程，由 SLC 500 控制，具体流程见  图 2：

　　三、系统组成

　　气水联合反冲洗工艺主要具有以下特点： （1）各滤池控制相对独立，单体设备多。 （2）采集状态信号繁杂。 （3）自来水生产具有连续性、性和不间断性的特性。 （4）各滤池的设备分散。

　　气水联合反冲洗自动控制系统的信号主要有：上位机、操作台和触摸屏的控制输入及阀位开/关反馈信号；PLC系统的控制负载主要包括清水阀开度控制、阀门开/关信号、鼓风机反冲泵等的电机启/停信号。共有开关量输入（DI）130 个输入点，开关量输出（DO）70 个输出点，模拟量输入（AI）18个输入点。模拟量输出（AO）6 个输出点。其余信号可取内存信号。

　　根据反冲洗生产工艺特点， 在确定控制范围、 输入、 输出点数后， 对系统进行以下配置选型： 采用工业控制计算机为上位机； 用工控软件 INTOUCH7.1

　　编制监控软件；选用 AB 的小型 PLC  SLC5/05 为控制器的主站，并对反冲泵及鼓风机进行控制；GP2500触摸屏作为现场显示控制单元；选用 AB 的微型 PLC Micro logix 1200作为各滤池的基本控制级，对各滤池的生产设备进行分散控制，模块采用输入模块 1762-IF4、模拟量输出模块 1762-IF2OF2；通过 1761 NET-AIC  连通 DH-485 及 ETHERNET  ，组成网络，设置上位机及现场的人机界面，对生产管理和数据进行统计处理。

　　本系统全部设备的控制都由 PLC 来完成， 程序利用 RSLogix 500 编程软件编制。 可方便的利用 ETHERNET 网络或 DH-485 网络传送至各 PLC 的CPU单元。在各工艺段及单体设备的控制程序亦相对独立，部分相同的工艺采用子程序调用模式。对于部分要求较高精度的工艺参数的控制，则利用 PLC 进行闭环控制，在现场使用中完全能满足生产要求。因此程序结构比较简单，调试和维修方便。

　　 控制系统结构图如图 2所示。

　　四、系统软件的设计

　　系统软件主要包括：工控组态软件 INTOUCH、RSLINX、RSLOGIX 500 编程软件、触摸屏编程软件。

　　工控组态软件采用 INTOUCH7.1组态软件，应用 bbbbbbMaker人机界面组态工具，由 bbbbbbView图形界面运行系统运行组态程序，通过 I/O server实现 SLC5/05 的通信。

　　RSLOGIX 500 编程软件支持 SLC500、Micro logix 系列处理器。应用梯形图编程控制鼓风机、反冲泵的开关状态，控制各基本控制级 PLC， ，控制各池阀门开关状态及水位，并完成定时反冲洗。

　　触摸屏软件编制实时显示、控制现场工艺流程图。

　　五、系统的简介

　　结合工艺的实际状况及系统的硬件配置，将该系统分为 3 个控制级，即远程控制级（工控机） 、现场控制级和基本控制级。

　　级为远程控制级，由 1 台工业控制计算机组成，位于中控室，使用 INTOUCH 作为操作平台。主要功能为显示各设备状态、参数及工艺流程，值班室人员实时监控现场过滤流程和反冲洗流程的工作状态，程序设定定时进行反冲洗，记录反冲洗流量和时间。

　　第二级为现场控制级， 由 AB 公司小型 PLC SLC5/05 PLC  、 AB 公司微型 PLC    Micro logix 1200 series C、 输入模块 1762-IF4、 输出模块 1762-IF2OF2、和 GP 2500触摸屏组成，将 SLC5/05 PLC 作为主站通过 ETHERNET 网络把各滤池的分站 PLC连接起来，协调系统的统一操作，控制各分站的运行，完成自动定时反冲洗的控制流程。通过 GP 2500触摸屏形成人机界面，完成人机交互，现场显示工艺流程和各阀门的工作状态。

　　第三级为基本控制级，由阀位控制器、中间继电器及按钮等组成。具有手动/自动两种控制方式：在手动状态通过现场操作台按钮实现对阀门、电机的操作；在自动状态通过输出模块完成对阀门、电机的控制。输入模块主要采集各阀门状态反馈信号，传输到触摸屏和工控机进行显示，由 PLC 进行判断控制。

　　六、相关 PLC 介绍

　　1、SLC5/05 PLC 是属于罗克韦尔自动化公司 SLC 500TM 系列的小型可编程控制器。 SLC500 系列可编程控制器具有速度快、功能强、编程方便、运行可靠以及配置灵活的特点。大 I/O点数达 4096点，大容量多可达 64K 字（128K字节）的数据/程序内存，指令执行 0.9ms/K 典型用户程序,在线可编程（包括运行时可编程）带有内置 10 BASE-T 以太网通讯接口。

　　2、Micro logix 1200 series C  是属于罗克韦尔自动化公司 Micro logix 系列的微型可编程控制器。适用于分散控制，大 I/O点数为 88 点,支持在线可编程（包括运行时可编程） ，带有 DH485网络接口。

　　 七、结束语

　　本项目采用工业计算机和多 PLC 通过 ETHERNET、DH-485 网络相连接组成的集散型控制系统。 （采用集散型控制的优点在于：单个滤池发生局部故时不影响其他滤池的运行。 ）利用了 PLC 抗干扰能力强、组网方便、适用于工业现场的持点，在上位机能实现对整个生产过程中设备的控制和工艺参数的设置、调整与监测，使整个反冲装置成为一个统一的有机整体，反冲过程连贯，控制准确，可以按要求完成定时反冲洗、按顺序反冲洗、单池反冲洗等多种自动反冲洗过程，从而大大地降低了操作工人的劳动强度，提高了反冲洗质量。完全能满足自来水厂自动反冲洗控制的要求。整个方案安全可靠、经济实用，易于编程、操作及维修，在安亭水厂得到良好的应用。

0.引言

　　随着计算机技术的发展，人们逐渐通过计算机软件来模拟实际的物理模型。“虚拟模型”就是以计算机技术为基础，数字接口技术为支持，对模型进行研究和利用。虚拟电梯系统是指将计算机和PLC控制虚拟成一台实际运行的电梯，计算机通过动画显示电梯的轿厢和井道并模拟电梯的运行，同时将信号传送到PLC 控制器。PLC控制器运行电梯控制程序，通过通讯程序将控制结果传回计算机，计算机上的虚拟电梯根据控制信号来进行电梯的运行和信号的指示，从而模拟电梯的运行过程，并能模拟实际电梯的各种运行状态和故障状态。

　　与传统的物理模型电梯相比，虚拟电梯具有以下优点：

　　（1）成本低，使用方便，便于自行设计开发电梯的控制功能。

　　（2）虚拟电梯可以作为电梯操作人员的培训软件，熟悉电梯正常的运行规律和各种控制信号的功能。虚拟电梯设置灵活，楼层数、梯速和电梯数量都可以改变，而实际物理模型都是不可更改的。

　　（3）虚拟电梯可以作为PLC控制器的控制对象，对实际电梯控制系统的PLC控制程序及功能进行调试和完善。

　　因此虚拟电梯技术为开发电梯控制系统以及电梯操作人员的培训提供了良好的应用前景。

1.虚拟电梯系统的结构及原理

　　虚拟电梯控制系统由PLC电梯控制程序、系统通信程序和虚拟电梯仿真界面三部分构成。如图1所示。虚拟电梯仿真界面如图2所示，这是两个电梯的qunkong，画面对称地分为左右两个电梯系统。以左梯为例，左侧模拟虚拟电梯的轿厢和并道，其右侧为轿箱门和内外呼叫信号以及显示搂层信号，上部为电梯的运行状态。通过菜单的设置，可以配置电梯的数量、搂层数、电梯的运行方式（自动、司机、消防和检修等方式）。

图1 虚拟电梯系统组成
Fig 1 the structure of virtual elevator system

图2 虚拟电梯仿真界面
Fig.2 interface of virtual elevator

　　系统的硬件主要是计算机、西门子S7-200型PLC和通讯电缆。系统的工作过程为：:通过设置运行状态以及点击仿真界面上的按钮，使计算机将虚拟电梯的信号通过通讯程序发送给PLC，PLC根据接收到的信息，运行电梯控制程序，并将控制程序的控制信号发送给计算机，计算机则通过相应的解释程序，一方面将运行状态显示在仿真界面上，另一方面控制虚拟电梯动画模块的动作，从而达到虚拟电梯控制的目的。计算机中的软件采用VB编程，通讯方式采用串口通讯。

2.通讯协议格式设计

　　整个系统中将计算机虚拟电梯模型和电梯控制器PLC有机连接起来的就是计算机和PLC的通讯程序。通讯协议就是定义的使计算机与PLC能够识别相互之间通讯数据的通讯格式。本系统中S7-200与计算机间的数据传输，是以“帧”为单位进行的。本系统采用定长的通讯帧，每一帧的格式为：

　　定义：

　　1）.开始字符标志着通讯帧的开始，在本系统中被定义为ASCII码的"@"。

　　2）.结束字符标志着通讯帧的结束，在本系统中被定义为ASCII码的"#"。

　　3）.校验码为正文各数据的异或和，用两个字节的十六进制ASCII码表示。

　　计算机与PLC通信时，为了避免通信中的冲突，采用主从方式，即计算机为主机，PLC为从机。只有主机才有权主动发送请求报文（或称为请求帧），从机收到后进行校验，若校验正确，则返回响应报文。

　　4）通讯帧中的命令类型则反映主从机之间的通讯数据类型。命令类型用两个字符格式表示，定义CT表示控制字，ST表示状态字，RS表示响应字。对不同命令类型的通讯数据帧格式定义如下：

　　（1） 状态字为计算机传向PLC的数据，表明虚拟电梯的状态及呼叫命令。该通讯帧数据格式为：

　　正文数据包括： 电梯的运行状态（上行、下行、停），安全信号（是、否），电梯开关门，电梯内呼外呼信号，平层信号等，用十进制数字按照下列定义的顺序表示：

　　运行方式定义为1位：自动为0，司机为1，检修为2，消防为3;

　　运行状态定义为1位： 电梯上行 为2，下行 1 ，停止为0，故障为3

　　电梯开关门定义为3位，首位含义：按钮未按0，电梯开门1 ，电梯关门 2 ;二、三位表示门状态：开门过程00 ，开门到位01，关门过程10 ，关门到位11 ;

　　电梯内呼数据以N开始，以W结束，每两位表示内呼层数，如N0413W表示电梯内有到4层和13层的内内呼信号;

　　电梯外呼数据以内呼结束字符W位开始，以字符S为结束字符。每三位表示外呼层数：首位是外呼方向0为下行，1为上行，2为上下均有呼叫，另两位表示层数。如数据W005112S则表示五层有下行呼叫，12层有上行呼叫。

　　平层信号用两位表示。

　　正文数据为A、B两梯的数据，其格式相同，其中A梯数据在前，B梯数据在后。

　　（2）响应字是计算机或PLC接收到数据后返回发送方的的响应。用于判断通讯数据是否正确。正文包括：当异或校验码正确时用00表示，错误时用11表示。当计算机向PLC发送如前所示状态字后，由PLC返回计算机的响应为：

　　（3）当计算机向PLC发送的数据格式为

　　表明计算机作为主机，要求PLC传送数据，主机处于数据接收状态，此时PLC向计算机传送的数据帧称为控制字，通过它来控制虚拟电梯的运行，控制字格式为

　　正文数据包括：电梯的上行下行停止，电梯开关门指令，信号指示（内呼、外呼、搂层）。定义格式与状态字类似。

3 .通讯程序设计

　　通讯程序的设计就是要在计算机和PLC之间完成以上述协议为格式的数据传递任务。分为计算机通讯程序和PLC通讯程序。

　　3.1计算机通讯程序

　　在开发计算机串行通信程序时采用VB编程语言，主要是利用MSComm （Microsoft Comm Control 6.0）通信控件，该控件提供了对串口的各种操作。MSComm提供两种通信方式，事件驱动方法和查询法。本系统采用查询法，查询法适合于较小的应用程序，每当应用程序执行完某一串行口操作后，将不断检查MSComm控件的CommEvent属性，以检查执行结果或检查某一事件是否发生。MSComm 控件主要属性有：

　　（1）Commport属性，设置并返回通信端口号，用于指定使用PC机的哪一个串行端口

　　（2）Setting属性，以字符串的形式设置并返回波特率、奇偶校验、数据位和停止位。

　　（3）Portopen属性，设置并返回通信端口的状态，用于打开或关闭端口。

　　（4）Output属性，用于发送数据，可以是文本数据或二进制数据。

　　（5）bbbbb属性，从接收缓冲区返回和删除字符，用于接收数据。

　　（6） bbbbbLen，设置并返回每次bbbbb属性从接收缓冲区读取的字符数。

　　（7） CommEvent，返回近的通讯事件或错误。

　　计算机虚拟电梯的通讯过程如图3所示。

图3 计算机通讯过程
Fig.3  communication process of computer

　　3.2 PLC通讯程序

　　西门子S7-200PLC提供了PPI（point to point）、MPI（multi point）和自由口（free port） 3种通讯方式，自由口通讯方式可以使S7- 200与任何具有串行口的设备进行通讯，自由口通讯使用RS-485接口,在程序中可以使用接收中断、发送中断、发送指令（XMT）和接收指令（RCV）等来控制通讯操作。通讯过程中，计算机作为主站通过COM口发送指令到PLC的PORT0口，PLC通过Rcv接收指令，然后对指令译码后实现指令要求的操作，并返回指令执行的状态信息。

　　PLC通讯程序采用中断方式，S7- 200系列PLC内部的特殊存储字节SMB30和SMB 130用来为通讯端口0和1在自由口通讯方式下选择波特率、奇偶校验和数据位数。利用XMT指令发送缓冲区的内容，发送完后会产生一个中断事件。利用RCV指令接收数据,接收完后也会产生一个中断。

　　PLC的通讯过程如图4所示。

图4  PLC通讯过程
Fig.4 communication process of PLC

　　3.3 系统的工作过程

　　虚拟电梯系统的通讯过程同样分为计算机和PLC两部分，计算机部分通讯过程是：虚拟电梯的仿真界面运行后，每过一定的时间（设定为100ms）,计算机就将虚拟电梯仿真界面上的鼠标指令以及电梯的状态发送给PLC，PLC接收数据后，将其作为输入端口数据运行电梯的控制程序，产生输出数据，并将数据按协议格式传递给计算机，计算机接到后对数据进行解析，然后根据控制指令来进行电梯的运行和信号的指示。

4 结束语

　　通讯程序的设计是虚拟电梯中的重要一环，它决定了系统能否实现真正运行的功能，以及扩展性和通用性。本系统设计了可扩展的通讯协议格式，使用VB语言和西门子S7-200PLC开发了计算机和PLC的通讯程序，实现了计算机与PLC的实时通信。并将该通讯技术成功应用在了多电梯的虚拟系统中。该虚拟电梯系统作为PLC开放式实验室的一个虚拟对象，在PLC单电梯和多电梯控制中得到了很好的应用，也为开发电梯控制系统以及电梯操作人员的培训提供了良好的应用前景。