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3.3plc的选择
隧道监控对plc的性能提出了更高的要求，作为隧道监控的核心控制器，其必须具备以下几大功能特点：本身必须稳定可靠，并具有预先处理数据和集中传输数据的能力，具有较高的故障保护能力；区域控制器可以独立承担控制分区的基本控制任务，监控站或者监控中心因故障停止运行，相邻区域的控制器也能交换交通量信息；当某区域的交通量出现变化时，可按预定方案和程序采取相应的算法，对相关区域的liuliang做出相应的调整。它必须至少有如下功能模块，数据采集存储处理功能（实现集中和独立工作方式，尤其是在独立控制时能与相邻控制器实现数据交换）；通信功能、容错功能、自动诊断功能和本地操作功能（即能带触摸屏）。
必须综合考虑整个监控系统的性能要求和自然条件以及运营周期对设备的要求进行选择，尤其在极端气候和恶劣环境状况条件下以及长、特长隧道的时候，需要选择性能更好的双机热备冗余的plc。如schneider的quantum系列、rockwell的controllogix、omron的cs1d系列、siemens的s7-417系列。
在一般的环境状态以及中长隧道的时候，多采用标准的机型作为现场控制器，如schneider的quantum140系列、rockwell的controllogix、omron的cs1系列、siemens的s7-400系列等；他们都支持工业以太网和多种现场总线，控制方式采用远程带cpu的智能分布式结构，系统开放性和兼容性强，丰富的i/o及高功能模块，完全满足隧道监控系统对信号处理的要求。
4 应用案例
下面以山西晋城至阳城高速公路隧道为例，具体说明隧道监控系统的实际应用。
案例：牛王山隧道监控
晋城至阳城段高速公路，设计范围36.029公里。其中高速公路长27.47公里，封闭二级公路长8.5598公里。道路起点接长晋高速公路，终点与阳城市区道路相接。本路全线有隧道4座，包括五佛山隧道（514m），牛王山隧道（1880m、1860m），天坛山隧道（1008m），管道岭隧道（1300m）。本监控方案主要就牛王山隧道机电监控系统的进行说明。
整个隧道机电监控网络由设在远端的监控通信中心和隧道内(包括牛王山隧道变电所)的本地控制器以及相关的通信线路组成.监控中心内设有交通状况模拟显示大屏幕,工作站,监控计算机群,打印机,服务器,cctv视频墙等设备,供操作人员监视和指挥隧道内和道路的运营情况。
牛王山隧道监控系统中，包括8套本地控制器，其中一套主控本地控制器置于牛王山隧道变电所内，其余的本地控制器分散布置在牛王山隧道上下行的各个位置，所有本地控制器通过100mbps速率的以太网形成光纤冗余环网。光纤环网使得环路上任意两个区域控制器间通信有两条物理链路，这样某处光纤出现断裂故障,系统仍可以自动寻找到反方向的通信链路继续维持通信，既增加了通信可靠性，又提供了在线不停机检修通信的功能。牛王山隧道变电所内的主控本地控制器也通过100mbps速率的光纤以太网与监控通信中心相连，保证了监控数据和指令的实时海量数据传输。
各plc对照明、通风、本地控制系统信息进行采集，按所设定的程序以及上位机的指令进行相应的动作。采集的信息经光纤以太环网传至控制室中央计算机上，实现联网。在主控制器上还配有液晶触摸屏，用来对给设备操作和显示其反馈信息及检查所辖各设备的状态，它可以取代手持式编程器对plc进行编程；在隧道监控中心的服务器上汇集了隧道各个设备实时信息，本地控制器不仅要能快速交换实时数据，进行数据采集，并能接受和执行上位机的指令，通过服务器可对现场任一设备（照明、通风、本地控制器）发布操作命令。在牛王山隧道变电所选用了omron的cs1d系列（见图1）plc作为本地控制器，cs1d系列plc具有双cpu模块，双电源模块，支持热插拔，极大的tigao了主控制器的可靠性，使得整个系统可以实现不停机检修功能。
在隧道内的7台本地控制器笔者选用omron的cs1系列（见图2）plc，它具有高速信息交换能力和良好控制功能，cs1系列plc作为隧道内的区域控制器。在每台plc上安装有rs-485/rs422或rs-232通讯端口，以便与多参数智能变送器、限速控制器、可变情报板显示控制器等仪表控制设备相连，串行通信的数据协议是随着制造商和设备而变的。协议的差别，使得不同厂商生产的设备间的通信非常困难，它们的电气标准相同，omron通过易于建立的用于匹配所连接的设备的协议的协议宏功能解决了这个问题，协议宏使得开发方不需要编写专门的通信程序与第三方设备进行通信，原则上omronplc能和任何带rs-232c，rs-422或rs-485接口的设备进行通信。在本控制系统中用于控制照明、通风、电力、交通等设备的各个区域控制器均采用独立的控制程序。控制室两台中央计算机则通过ethernet与上级控制中心联系。
5 改进与发展
当时我国隧道监控系统的设计和实施正处于一个成长的时期，系统的需求、设计、结构以及系统的控制仍然存在不完善的地方，技术的发展也给监控系统的改进创造了条件和基础，也使建设合理的隧道监控系统成为可能。
从系统的需求来看，一方面要兼顾系统的稳定、可靠与可控，也要反映系统的先进、经济与可扩展，也要使操作便捷与维护方便；另一方面，针对不同的交通条件和功能要求确定系统的规模和冗余度的大小，确定系统的合理集成方式、系统网络的构成与拓扑结构形式以力求系统的可靠性、稳定性、先进性与经济性的有机结合；从系统的设计来看，除考虑系统的规模和设计方法外，也要考虑新技术的应用，使整个系统既先进又实用；从系统的控制来看，当前我国公路监控普遍存在着只监不控，或监强控弱的现象，交通信息、环境信息得不到很好利用，对于隧道控制，要针对不同现象，采用不同的控制方法。
今后我国的隧道监控系统的发展是，在原有基础上，按照监测与控制适当分离、大限度的集中监测、灵活机动的现场控制的总体思想，逐步改进，使得隧道监控系统的建设更趋合理。
1引言
数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比，是衡量一个国家工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到的普遍重视，并得到了迅速的发展。其中主轴运动是数控车床的一个重要内容，其动力约占整台车床的动力的70%～80%，对于tigao加工效率，扩大加工材料范围，tisheng加工质量都有着很重要的作用。基本控制是主轴的正、反转和停止，可自动换档和无级调速。采用变频器和plc对主轴进行有效的控制是当前数控车床技术改造过程中的重要环节。本文主要介绍plc和变频器应用于数控车床主轴驱动控制的应用情况。
2 工艺要求
数控车床一般加工回转表面、螺纹等。要求其动作一般是x、z向快进、工进、快退。加工过程中能进行自动、手动、车外圆与车螺纹等转换；并且能进行单步操作。
图1 数控车床工件加工图
数控车床应用恒线速功能加工，加工工序如图1所示，步骤如下：
(1)按起动按钮，切削①号部位，电机正转，转速2400r/min，主轴正转。
(2)切削②，电机正转，转速1500r/min，主轴正转。
(3)工序③钻孔，电机正转，转速2700r/min，主轴正转。
(4)工序④攻丝，电机正转，转速600r/min，主轴正转。
(5)工序⑤退出丝锥，电机反转，转速1200r/min，主轴反转。
(6)按停止按钮，电机停，主轴停转。
3控制要求
(1)用plc和变频器控制交流电机工作，有交流电机带动数控车床主轴运转，交流电机工作转速变化情况如图2所示，应能连续运转。
图2 数控车床主轴实现程序控制速度图
(2)主轴电机也可单独选用任一级速度恒速旋转。
(3)主轴电机也可进行正、反点动控制，利于检修或调整，电机转速选用600r/min。
(4)变频器频率设置估算公式f=np/60。f为变频器设置频率，n为电机转速，p为极对数(设p=1)。
4plc选型和i/o分配
根据输入和输出信号的数量、类型以及控制要求，考虑到维护、改造和经济等诸多因素，选用fx2n-64mr型plc和fr-a540变频器。plc的i/o地址分配和电路接线如图3所示。
图3 车床主轴控制plc接线图
5变频器选用和参数设定
在该系统中，选用三菱系列变频器，变频器采用外部端子控制，电机转速的高低通过变频器来设置参数。电机的正反向运行有外围通过变频器的str、stf与plc程序实现控制。
(1)基本参数：pr.7=2(加速度)，pr.8=2(减速度)； pr.9=设定电动机的额定电流；
(2)操作模式：pr.79=3；
(3)设定各段速度参数；pr.4=40hz(1段)、pr.5=35hz(2段)、pr.6=45hz(3段)、pr.24=10hz(4段)、pr.25=20hz(5段)。
6plc控制梯形图的设计
根据工艺要求和控制要求，设计出plc梯形图如图4所示。
图4 主轴控制的plc梯形图
7结束语
对于数控车床的主轴电机，使用了plc和变频器控制，具有以下显著优点：可以实现软起动和无级调速，方便的进行加减速控制，是电动机获得高性能，大幅度地节约电能，大幅度降低维护费用；可实现高效率的切割和较高的加工精度；实现低速和高速情况下强劲的力矩输出。
在描述如何组态S7连接的时候，假定所有站点都在同一个S7项目中。
S7连接的类型：
S7连接区分为双边组态和单边组态。
双边组态的S7连接
在两端都接收到连接ID的为双边组态连接。对于两个连接伙伴来说，连接双方的ID可以相同，但不是必须相同。所创建的S7连接会自动输入到伙伴方连接表里。
单边组态的S7连接单边组态的S7连接仅需要在主动发起建立S7连接的模块上进行组态。如果S7-300 或 S7-400站主动建立单边S7连接，那么需要在这些CPU（客户端）的程序里面调用通信块 FB/SFB14 "GET" 和 FB/SFB15"PUT"。这些块既可以用在单边组态和双边组态的S7连接通信中。通信块FB/SFB12 "BSEND" 、FB/SFB13"BRCV" 、FB/SFB8 "USEND" 以及 FB/SFB9 "URCV"仅能用于双边组态的S7连接中。
在 NetPro中有连接表，所有组态的连接都在其中。单边组态的S7连接在连接表中的"PartnerID"栏是空的。在服务器端没有S7连接组态信息，也不用调用通信块。服务器端由CPU的操作系统独立管理并拥有资源0x03。在连接伙伴中不会为此创建系统数据。
图1 双边组态和单边组态的S7连接
在两个连接端点各有一个ID的所有连接都是双边组态的S7连接。
没有partner ID的连接是单边组态的S7连接或者是通过连接资源0x03创建的“未指定”S7连接。
重要事项：
使用双边组态的S7连接，必须在创建了S7连接后在两个连接伙伴中都装载组态。
使用单边的S7连接，仅需装载在连接表中显示S7连接的站点。
注意事项：在上面给出的S7连接组态样例中，所有站点都在同一个S7项目中。也可以对一个未指定的伙伴建立S7连接并且这些连接的端点可以在不同的项目中,关于这方面的更多信息可见STEP 7的在线帮助： PLC资料网
组态跨项目连接
其它项目中的伙伴连接类型
创建跨项目子网络
本文介绍了利用模拟量输出模块ISODA进行远程设备控制的应用方案。PLC的AO模块或DCS系统输出的模拟量电流或电压信号直接去控制远程的执行设备，往往会因为长距离的传输造成信号的衰减、失真，有时还会因为其他外界信号干扰造成信号出错，影响整个系统的正常工作。应用ISODA远程模拟信号输出模块的RS-485差分数字信号传输可以有效地tigao系统抗干扰能力，利用RS-485的总线通讯和地址设置，在某些场合还可以减少布线，降低设备控制成本和tigao系统可靠性。
随着科学技术的不断进步，人们利用各种控制器来的进行工作和生产，比如说控制加热炉的温度，控制灌溉的liuliang，控制物品移动的距离等。PLC的AO模块或DCS系统输出的模拟量电流或电压信号直接去控制远程的执行设备，往往会因为长距离的传输造成信号的衰减、失真，有时还会因为其他外界信号干扰造成信号出错，影响整个系统的正常工作。利用RS-485数字信号进行远程传输，利用远程模拟信号输出模块ISODA输出模拟信号，在工业现场中得到了越来越多的应用。
1、模拟信号输出模块ISODA的工作原理概述
ISODA系列产品实现主机RS-485/232接口信号隔离转换成标准模拟信号，用以控制远程设备。ISODA系列产品可应用在RS-232/RS-485总线工业自动化控制系统，4-20mA，0-5V，0-10V等标准信号输出，用来控制工业现场的执行设备，控制设备以及显示仪表等等。
产品包括电源隔离，信号隔离、线性化，D/A转换和RS-485串行通信。每个串口多可接256只ISODA系列模块，通讯方式采用ASCII码通讯协议或MODBUSRTU通讯协议，其指令集兼容于大多数同类模块，波特率可由代码设置，能与其他厂家的控制模块挂在同一RS-485总线上，便于计算机编程。
ISODA系列产品是基于单片机的智能监测和控制系统，所有的用户设定的校准值，地址，波特率，数据格式，校验和状态等配置信息都储存在非易失性存储器EEPROM里。
ISODA系列产品按工业标准设计、制造，信号输出/通讯接口之间隔离，可承受3000VDC隔离电压，抗干扰能力强，可靠性高。工作温度范围-45℃～+80℃。
ISODA系列产品框图如图1所示。
图1 ISODA产品原理框图
2、模拟信号输出模块ISODA的功能简介
ISODA信号隔离D/A转换模块，可以用来输出一路电压或电流信号，也可以用来输出两路可以共地的电流或电压信号。
2．1、模拟信号输出和工作电源
12位输出精度，产品出厂前所有信号输出范围已全部校准。在使用时，用户也可以很方便的自行编程校准，在现场的应用更加灵活。信号输出温度漂移：±20ppm/℃(±30ppm/℃,大)。
工作电源，+8~50VDC宽供电范围，内部有防反接和过压保护电路。功率消耗：小于1.5W。隔离耐压：通讯接口/输出之间：3KVDC，1分钟，漏电流1mA，其中通讯接口和电源共地。
2．2、通讯协议
通讯接口：1路标准的RS-485通讯接口或1路标准的RS-232通讯接口。
通讯协议：支持两种协议，命令集定义的字符协议和MODBUSRTU通讯协议。可通过编程设定使用那种通讯协议，能实现与多种品牌的PLC、RTU或计算机监控系统进行网络通讯。由于支持通用的MODBUSRTU协议，能够在工控领域得到广泛应用。
数据格式：10位。1位起始位，8位数据位，1位停止位。
通讯地址（0～255）和波特率（300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400bps）均可设定；通讯网络长距离可达1200米，通过双绞屏蔽电缆连接。
通讯接口高抗干扰设计，±15KVESD保护，通信响应时间小于100mS。
2．3、抗干扰
可根据需要设置校验和。模块内部有瞬态抑制二极管，可以有效抑制各种浪涌脉冲，保护模块，内部的数字滤波，也可以很好的抑制来自电网的工频干扰。
3、ISODA模块在远程控制工业烤箱上的应用
工业烤箱应用广泛，在电工、电子、仪表、材料、半导体等生产企业对非易燃易爆物进行干燥、烘培及其热处理试验；可用于学校、医疗、食品、化工等单位对非易燃易爆物进行干燥、保湿、烘培及其热处理等试验；特别适用于LED、LCD石英晶体电容、电阻等要求高恒精度和可靠性产品的过程烘干和老化。适用于烘烤有化学性气体及食品加工行业的欲烘烤物品、基板应力的去除、油墨的固化、漆膜等等的精密烘烤、烘干、回火、预热、定型、加工等。
工业烤箱由角钢、薄钢板构成，箱体加强，外表面复漆，外壳与内胆之间用硅酸铝纤维充填，形成可靠的保温层。工业烤箱采用电热丝加热，外加温控器控制烤箱内的温度。外部输入0-5VDC模拟电压信号到温控器，温控器根据输入的信号来控制工业烤箱的温度。由于工业烤箱距离控制中心的PLC有500多米，直接用PLC的AO模块输出0-5VDC传输到温控器后，信号出现了比较大的衰减，影响控制的精度，采用ISODAO4-485模块来实现信号的数字化远传。将ISODAO4-485模块安装在温控器附近，ISODAO4-485模块的模拟量输出接口连接到温控器的0-5VDC输入端，PLC的RS-485接口通过屏蔽电缆来连接到ISODAO4-485模块的RS-485接口。
PLC和ISODAO4-485模块的通讯采用MODBUSRTU通讯协议。ISODAO4-485模块出厂的设置是：通讯协议指令集规定的ASCII协议，通讯的地址为01，波特率为9600bps。通讯的波特率和地址不用修改，通讯协议要修改为MODBUSRTU通讯协议，可以按照以下步骤，设置模块为MODBUSRTU通讯协议。1，将CONFIG引脚（第8脚）和GND引脚（第7脚）短接。2，正确连接电源线和通讯接口线。3，接通电源，模块自动进入缺省状态，通讯地址为00，波特率为9600。4，等待1分钟，模块初始化。5，发送命令$00P1(cr)，检查应答，如果为!00(cr)则设置成功。6，关闭电源，断开CONFIG引脚和GND引脚之间的连接。完成以上步骤后，模块已经成功设置为ModbusRTU通讯协议方式，直接接入PLC即可。
ISODAO4-485模块寄存器40001的数据为通道0的当前输出值，寄存器40002的数据为通道1的当前输出值。以寄存器的40001为例，其值为16进制数0x0FFF时，ISODAO4-485模块通道0输出5VDC的电压信号，其值为16进制数0x07FF时，ISODAO4-485模块通道0输出2.5VDC的电压信号，其值为16进制数0x0000时，ISODAO4-485模块通道0输出0VDC的电压信号。PLC通过改变ISODAO4-485模块寄存器内数据大小来达到改变模拟信号输出的目的。
图2 ISODA模块在远程控制工业烤箱上的应用框图
4、ISODA模块在电动执行器上的应用
电动执行器是工业过程控制系统中一个十分重要的现场驱动装置，其能源取用方便、安装调试简单，在电力、冶金、石油、化工等工业部门得到越来越广泛的应用。电动执行器包括电动执行机构和调节阀两部分，控制精度主要决定于电动执行机构的控制性能，它能够将系统的控制信号转换成输出轴的角位移、直线位移，控制阀门等截流件的位置或其它调节机构，使被控介质按系统要求状态工作。
随着电力电子技术的发展，电动执行器发展快速，无触点的DKJ型角行程和DKZ型直行程电动执行机构两大类产品进入市场，DKJ、DKZ是我国早的、唯一生产的电动执行器，此产品以结构简单、经济实用等优点被早的国营大型企业使用。随着现代工控计算机管理的发展，目前我国仪器仪表行业整体综合技术水平普遍上升，微电子技术和计算机技术在仪器仪表产品中普遍采用，多数产品实现了智能化。，DKJ、DKZ系列与以前相比有了两大实质性改进：
（1）生产出直接受计算机控制的智能电子型、户外型、隔爆型等改进型产品；
（2）将电路控制部分灌封在一个小型塑料盒中，即模块，形成了便于维护的即插即用型。普通DKJ型和DKZ型的可靠性、精度、负载能力、信号品质系数等性能有了很大tigao，对环境条件的要求降低了很多；
采用模拟信号输入的电动执行器大多数采用4-20mA的电流信号来控制。利用一个ISODAO1-485模块可以输出两路4-20mA模块，可以控制两个电动执行器。ISODA模块可以和其他智能设备挂在同一个RS-485总线上，在远程控制中，还可以节约布线成本。下图为ISODA模块远程控制电动执行器的一个应用方案。
图3 ISODA模块在远程控制电动执行器的应用框图
智能化是当前一切工业控制设备的流行趋势，ISODA模块的智能化程度很高，可以接收数字信号，将主机的控制信号快速地转换成模拟信号，来控制电动执行器。
5、模拟信号的数字化远程传输与还原
ISODA模块可以通过短接HOST端到GND端（即11脚和12脚短接）设置成主机模式，与ISO4021模块的通讯接口相连接，并将ISO4021模块设置为Modbus通讯方式，就可以实现将ISO4021的两通道输入信号对应在ISODA模块的两个输出通道里输出。该模式主要用于模拟信号的数字化远程传输与还原，在信号的光纤传输，GSM、CDMA无线传输，以太网传输等领域得到广泛应用。
ISODA模块主机模式设置方法：1，模块没有上电时，短接HOST端到GND端（即11脚和12脚短接）。2，接通电源，给模块上电，模块即进入主机模式，会不断地按Modbus协议的发出读寄存器数据命令。3，注意，要进入主机模式，CONFIG管脚不要短接到地线(GND管脚)，否则会进入缺省模式。
4-20mA模拟信号在工业现场应用广泛，下面以4-20mA信号为例，实现远程传输与还原。4-20mA模拟信号进入ISO4021A4-232模块后转换成数字量，通过RS-232接口，连接到RS-232转光纤转换器，或者RS-232转GSM/CDMA转换器，或者RS-232转以太网转换器，再通过光纤，或者GSM/CDMA，或者以太网远程传输，在接收端再用相应的RS-232转光纤转换器，或者RS-232转GSM/CDMA转换器，或者RS-232转以太网转换器，将信号转换成RS-232信号。RS-232信号输出到ISODAO1-232模块的RS-232接口，后ISODAO1-232模块输出4-20mA的模拟信号，完成了远程传输功能。
图4 4-20mA信号远程传输
图5 ISODA与ISO4021的RS-232通讯接线图