西门子6ES7232-0HB22-0XA8现货充足
1稳定土厂拌站结构组成
稳定土厂拌设备主要由计算机自动控制系统、粉料配送系统、骨料配送系统、集料皮带、搅拌装置和成品料输送储存系统等几部分组成。其中有一套粉料配送系统，五套骨料配送系统。还有供水系统、供气设备和上料装置等。如图1所示
骨料配送系统：由装载车将各种骨料装入料斗，由出料口落下，经骨料皮带传送至集料皮带，由集料皮带输送至拌缸。料斗装有震动传感器，用于防止骨料结块而影响下料。骨料皮带由皮带电机传动，皮带电机的转速由相应的变频器进行控制。系统检测皮带称重信号和速度信号，输入至控制系统。
粉料配送系统：转运车转运至料场的粉料存储在粉料仓中。生产过程中，粉料仓中的粉料经蝶阀落入减量秤称重料仓中，给料机将减量秤料仓中的粉料输送至螺旋输送机中，螺旋输送机将粉料输送至拌缸。给料机速度由变频器控制，从而控制粉料配料比例。系统检测减量秤重量信号和给料机的速度信号，输入至控制系统。
2稳定土厂拌设备自动控制系统的结构组成
稳定土厂拌站自动控制系统主要由PLC、上位机、变频器、传感器及其他电控元器件构成，整个控制系统的硬件结构图如图2所示。
本控制系统采取PLC与上位机配合控制的方式。其中PLC作为控制核心，负责开关量与模拟量信号的采集与输出，以及程序的控制。选用西门子S7-200系列PLC中的CPU226作为PLC系统的CPU，该型号的CPU具有两个通讯口PORT0和PORT1，一个通讯端口用于PLC与上位机进行通讯，另一个通讯端口用于PLC与变频器之间进行通讯。五个小皮带以及粉料的螺旋输送机处安放称重传感器，用于采集各种骨料和粉料的称重信号，该信号输入到PLC的模拟量模块，用于程序的计算处理。六台变频器用于控制五种骨料的皮带电机和粉料的螺旋给料机的运转速度。PLC与6台变频器进行以MODBUS方式进行通讯，变频器的启动与停止控制、运行频率的采集与设定、变频器的故障监控都通过通讯的方式完成。
上位机使用西门子公司的WinCC作为组态软件。上位机主要完成对生产过程的实时监控和相关数据的设定与显示，也可以对PLC发送相关指令。上位机的数据报表功能可以实时记录稳定土生产过程中的相关关键数据，并能够根据用户需求生成自定义的数据报表，自动保存在指定的位置，用于用户打印和后续的查询或统计分析。上位机的故障显示与记录功能可以便于生产维护人员在系统故障时根据提示信息迅速的查找和排除故障，尽量缩短故障维修时间。上位机也具有配方管理功能，能够缺省设定多组配方，可以供使用者选择，系统管理员也可以对配方进行修改、下载、上载或者新增配方。
3 下位机设计
下位机的PLC控制程序是稳定土厂拌站自动控制系统的核心。本系统PLC控制程序主要是按照稳定土生产工艺的要求，实现对稳定土厂拌设备的启停控制、各种物料的配料比例控制、机械设备之间的逻辑互锁、相关信号的采集与处理等功能。
系统设计稳定土的生产过程分为两种控制方式：自动控制和手动控制。在手动控制模式下，厂拌站操作手可以控制各个机电设备的启停，可以手动调整各个配料电机的转速从而改变各种骨料和粉料的配比。在自动控制模式下，系统的配料过程完全由PLC程序控制，人工不能调节配料变频器的转速。手动控制和自动控制的实现都有一个前提条件：集料皮带、拌缸和上料皮带都已经运行，防止当启动物料配送时由于前方设备没有运转而导致骨料在集料皮带上的堆积造成浪费和清理问题。
为实现自动控制系统对稳定土厂拌站的控制任务，本系统在程序设计上主要分为以下几个部分：主程序、系统初始化、流程控制、数据采集与处理、自锁控制、PID配料运算、标定与调零、故障报警、变频器通讯等。简单介绍其中的几部分。
3.1 流程控制
流程控制部分分为手动和自动控制两种方式。在按顺序启动上料皮带、拌缸、集料皮带之后，操作者可以通过自动或手动的方式来启动后续流程设备。在生产流程中自动控制和手动控制的主要区别在于：自动控制过程中五种骨料和粉料的配料变频器由程序自动来控制启停和调节其输出频率，不需要人工干预；而手动控制模式下人工可随意启停各个配料变频器，并且可以手动调节各个变频器的输出频率。配料变频器的启动与停止是有固定的顺序的，各个变频器的启停之间有一定的时间间隔，该时间间隔可以在上位机监控画面的参数设定部分进行设定和调整。还有一些相关的设备如空压机、电铃、成品料仓仓门等设备需要人工来启动。
3.2 自锁控制
根据机械生产厂家的要求，在程序部分设置自锁控制功能。厂家出于货款回收方面的考虑，对控制系统提出设置自锁功能的要求，基本思想就是设置两个时间密码，在设备运至生产现场之后与货款全部收回之前，输入个时间期限，当设备运行到所设置的时间之后，控制系统将会自动锁死，无法进行正常操作。当收回全部货款之后，输出时间密码，控制系统可以一直运行。可以通过TODR指令读取实时时钟。将所读取的实时时钟与设置的时间密码进行比较，即可得到设置时间是否用完。
3.3 PLC与变频器的通讯
本系统采用PLC与变频器进行通讯的方式来实现PLC对变频器的启停控制和频率设定以及读取变频的一系列运行数据。PLC与变频器之间采用ModbusRTU方式通讯，波特率设为9.6K，采用CRC校验。在RTU模式下，消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始，程序中以10ms为间隔进行数据的发送与接收。PLC和变频器采用主从的方式进行通讯，PLC是主机，变频器是从机。一共有六台变频器，在其参数设置中将其地址设为1-6号。PLC与变频器之间的通讯是一个“查询-回应”的过程，如图4所示。
PLC中的通讯部分程序大体分为以下几块：通讯初始化、发送完成中断程序、接受完成中断程序、发送组码程序、生成校验码、数据发送与接收。
通讯初始化部分程序在PLC的个扫描周期运行，其主要功能是设置CPU226的自由端口的通讯格式、数据接收格式及复位各寄存区、连接中断。
发送完成中断程序主要完成的任务是：定义开始接收数据，并且置位接收标志，复位发送标志。
接收完成中断程序主要完成的任务是：根据接收到的数据重新计算校验码，并与接收到的CRC域中的值进行比较。如果两者一致，则说明数据传输正确，将接收到的数据存入对应的寄存器中。
生成校验码：根据CRC检测方法生成校验码，具体生成方法是：①装入一个16位的寄存器，所有数位均为1；②该16位寄存器的高位字节与开始8位字节进行"异或"运算。运算结果放入这个16位寄存器；③把这个16寄存器向右移一位；④若向右（标记位）移出的数位是1，则生成多项式1010000000000001和这个寄存器进行"异或"运算；若向右移出的数位是0，则返回③；⑤重复③和④，直至移出8位；⑥8位与该十六位寄存器进行"异或"运算；⑦重复~③⑥，直至该报文所有字节均与16位寄存器进行"异或"运算，并移位8次；⑧这个16位寄存器的内容即2字节CRC错误校验，被加到报文的高有效位。
4上位机WinCC监控画面设计
根据用户需求以及工程实际应用的考虑，本系统在上位机监控画面的组态上主要考虑到以下几个原则：监控画面能够清晰直观地显示设备的运行状态；能够对生产关键数据进行实时显示；能够对生产过程中物料配比数据进行修改；能够对设备运行过程中产生的故障报警信息进行显示和存储，可以进行报警历史记录进行查询；具有报表功能，能够将用户关心的生产数据自动生成个性化报表，并且能够自动在每班生产结束之后保存在指定位置，用户能够按照指定条件查询报表数据。
基于以上基本原则和要求，本课题以WinCC为开发平台，对稳定土厂拌站自动控制系统的上位机监控组态程序进行了设计开发。本系统设计的上位机监控界面的主画面如图5所示。
有系统当前的运主画面主要用来显示设备的整体生产流程，监控生产过程中的设备启停状态、显示生产数据、报警指示等，并且行模式指示（“手动运行”与“自动运行”）。
生产数据主要由几个部分组成：骨料和粉料的设定比例、设定liuliang；骨料和粉料的实际比例、实际liuliang；设备的设定产量、瞬时产量和累计产量等。
在主画面的底部有一系列按钮，如“参数设定”、“配料设定”等。点击按钮，即可进入对应的子画面
可编程控制器PC(ProgrammableController)，为与个人计算机PC(PersonalComputer)相区别，可简称为PLC。它是按照成熟而有效的继电控制概念和设计思想，用先进的单片机技术来实现I/O的实时检测和控制，可靠性高，编程简单、易学，得到广泛应用。
将PLC技术引进电工学、电力拖动课程，是课程建设现代化的重要措施。在教学经费相对紧张的情况下，我们自己动手，以AT89C51单片机为核心，设计并研制了LD型微型PLC，应用于继电控制实验，取得了良好的效果。
用单片机构成的PLC，实际上就是一个单片机测控系统。用这样一个程序控制的计算机系统去执行继电控制的梯形图程序，由于继电控制梯形图中各被控电器之间是并行关系，而计算机程序控制中，各被控电器之间在时间上是串行关系，二者显然不协调。若简单地像一般单片机测控系统一样，对梯形图各程序行依次实时采集输入端子状态，进行处理后实时输出，是达不到控制目的的。为此，必须采用一次性采集全部输入端子状态，并将其存入输入缓冲区。按梯形图程序行的逻辑关系，从输入缓冲区读取相应输入端子状态，处理后将待输出的结果存入输出缓冲区。后,待梯形图程序行全部执行完毕，一次性将输出缓冲区的值输出到相应的输出端子，从而完成一个程序执行周期。如此往复，自动进行下一轮的采集输入端子状态……。这种工作方式即称为扫描方式，它将串行程序工作和电器并行工作两种关系协调了起来。单片机执行一条指令的时间是μs级，执行一个扫描周期的时间为几ms乃至几十ms。相对于电器的动作时间而言，扫描周期是短暂的，可以认为在一个扫描周期内输入端子的状态是不变的，而对其状态变化的采集和处理也是实时的，从而满足了实时控制的要求。
系统硬件配置以AT89C51(以下简称51)单片机为核心，如图1所示。该单片机有4KB闪存，不必扩展程序存储器，其4个I/O口共32个I/O引脚，都可供用户使用，其中P0.7~0.0，P2.4~2.0共13个脚经光耦隔离后连到相应的输入端子X07~X00，X14~X10。可以用行程开关、液位开关、霍耳开关和手动按钮等进行输入。开关接通时，相应引脚为"0"，取反后存入输入缓冲区。
P1.7~1.0共8个引脚用于输出控制：P1.i为"0"时，相应的PNP管导通，继电器Ji线圈通电，其触点Y5i接通，可驱动220V/3 A的负载。
为了与PC机进行通信，系统扩展了RS-232C接口电路。51单片机的RXD和TXD信号经RS-232C电平变换后接至9芯插座。由此可与PC机进行串行通信。一方面，在编程状态时，可接收PC机上梯形图汇编程序编译结果的OBJ指令代码，并存入程序存储器；另一方面，在运行状态时，可将I/O口的状态和处理结果实时地发送给上位机。
程序存储器选用有SPI接口的X25045芯片。这是带可编程看门狗和电源监控功能的E2PROM，有512字节，每字节可擦写10万次，数据可保存100年。上电时自动提供200ms高电平复位脉冲；有三种可编程看门狗周期；电源欠压，VCC降到转折点时，自动提供复位脉冲。E2PROM采用三线总线的串行外设接口SPI，既节省了I/O口线和电路板空间，又降低了系统成本。该芯片是性价比极好的组合芯片。
软件设计分为PC机梯形图汇编程序编译软件和51单片机软件两部分。前者用IBM-PC汇编语言编写，我们称之为PLC编译软件。本机中我们自己设计了一套TD型PLC的梯形图汇编语言指令系统，有LD/LDI、AN/ANI、OR/ORI、TM/TMI、CN/CNI、MA/MAI、OUT、JP/JE和END等16条基本指令和X00~07、X10~14、Y00~07、CN0~1、TM00~07、MA00~07、10~17等器件。用它们来描述继电器梯形图，即设计梯形图汇编程序。用全屏幕编辑软件将其输入到PC机，即建立了源程序文件。用PLC编译软件将其编译成PLC目标程序文件(OBJ文件)，并经串行通信口发送到单片机，由单片机将其写入E2PROM。
51单片机软件由编程软件和运行软件组成。编程软件主要有串行通信和写E2PROM两个模块。此时，须将面版上的手动开关设置P2.7="0"，单片机即处于编程状态。当P2.7＝"1"时，单片机即处于运行状态。运行状态的程序主要有：
(1)输入端子采集模块
该模块两次采集P0口和P1口状态，结果全为有效，即将其存入输入缓冲区，否则重新采集。用软件滤波的方法，tigao了抗干扰能力。
(2)指令分析模块
该模块从000H地址开始，依次读取E2PROM中的字节内容，先读出操作码，对其分析后转向相应的处理程序；接着读操作数，供处理程序操作，从而完成一条梯形图汇编指令的执行。再读取下一条指令的操作码……。遇到OUT指令时，将待输出的数据存入相应的输出缓冲区。
(3)输出模块
当CPU从E2PROM中读到END指令的二进制代码时，表示一次扫描周期结束，即将输出缓冲区的内容一次性输出到P1口，从而完成输出端子的刷新。
该PLC的应用可以用水塔水位控制的例子来说明。
图2(a)是硬件接线图，SB1/SB2是启动/停止按钮；SAC是水池液位开关：水浸到时接通，无水时断开；SAH、SAL分别是水塔的高低液位开关；M是水泵电机。
图2(b)是继电器梯形图，图2(c)是继电器汇编程序，即TD型PLC源程序。其中y50是PLC输出端子，我们将它的软件触点y50作为水位上升或下降的标志：y50＝"0"，表示电机已停，水位下降，此时SAL虽已接通，但电机不动作；y50＝"1"，表示电机正在抽水，水位上升，此时SAL接通，电机通电，继续抽水，直到高水位。
4 第三方软件与PLC的连接
有些系统具有特殊性，没有现成的通用软件用于进行数据处理和系统监控，这就需要用户用第三方软件开发平台开发满足系统要求的监控软件。这样做既可以满足系统要求．又可以节约系统投资。但对软件开发人员的经验和技术要求较高。
第三方软件开发平台开发的监控软件与S7—200系列PLC通信使用PPI协议的接口软件有：Prodave、MicroComputing、OPC。
第三方软件开发平台开发的瞌控软件与S7—200系列PLC通过自由口进行通信．协议自定的话．开发的监控软件可以调用MSComm控件实现两者的通信。
1、用Prodave软件包实现通信连接
Prodave是西门子公司推出的专门用于西门子PLC产品(S7—200、300、400系列PLC)与PC／PG进行数据交换处理的软件包。Prodave在*DLL或*LIB文件中集成了数据交换的函数。在自行开发的监控软件中可以方便地调用该软件中的备种函数。
(1)load_tool PC机与PLC系统初始化链接：
(2)urdoad_tool断开PC机与PLC系统链接：
(3)以及读写PLC内部存储区的函数。
监控软件通过读写函数可以方便监控PLC控制系统。
2、用MicroComputing软件实现通信连接
安装Microcomputing后，在VB或Delphi中可以宜接插入控件。可插入的控件主要有：Data controls、Editcontrols、Button controls、Label control、Slider control。
图2 用OPC或Micro computing获取PLC数据的结构图
Datacontrols的主要功能是把以上剩余的四个控件与S7—200系列PLC相连接、设置事件触发条件以及设定S7—200系列PLC地址等。而Editcontrols、Button controls、Label controls、Slidercontrol可以与S7—200系列PLC存储资源直接对应。第三方软件可以直接调用上列控件对PLC进行监控。也可以通过函数对S7—200系列PLC进行读写操作。
3、用OPC Server软件实现通信连接
安装S7—200 OPCServer软件后，在操作系统中将增加一个OPC服务器，服务器的名字是“OPCServer．Computing”。VB或Delphi中可编写OPC客户端程序与OPC服务器通信。
以下给出在VB开发环境下编写OPC客户端程序的过程：
在VB开发环境中的Project\References中添加OPC Au—tomation20．编写连接OPC Server、添加组、添加条目、读写数据的程序。
使用到的函数如下：
connect函数：与OPC Server建立连接；
OPCGroups．Add函数：添加组：
OPCITems Additems函数：添加条目：
SyncRead函数：同步读；
SyncWrite函数：同步写。
OPC服务器名为“OPCServer．Computing”，条目名称与S7—200系列PLC中用于监控的变量名对应。
第三方软件通过OPC或MicroComputing获取S7—200系列PLC数据的结构图如图2所示。
4、用自由口实现通信连接
在VB或Delphi下插入MSComm控件，按照自定协议通过串口来收发数据，并对数据进行处理并实现监控。
在PLC中也必须编写通信程序，流程如图3所示。
图3 自由口通信流程图
5、优缺点
用Prodave，实现简单，灵活性较好，可以直接调用Prodave的函数对S7—200系列PLC内部存储区进行读写，并能满足大规模数据的传输，调试简单．很适合在工程中应用。但需要购买软件，编程较复杂。
用MicroCompudng，使用方便，编程以控件实现，编写简单。但灵活性差，并需要购买软件和授权。
用OPC实现通信，编程灵活也较简单，调试简单，由于OPC协议是通用协议。得到了许多公司支持，通用性好。但需要购买软件及授权。
用自由口通信实现，通信协议自己制定．灵活性好，扩展了使用范围．不需购买专门软件。但编程复杂。PLC中要编写复杂的程序．使用了大量PLC的资源。VB或Delphi中用MSComm控件对串口进行读写，程序复杂，实时性较差。
5 结束语
以上面给出了6种监控计算机与S7-200系列PLC通信实现方法,它们各有优缺点．适用于不同情况下的监控控制系统。研究证明,以上6种方法对不同要求的系统能较好的实现监控计算机与S7-200系列PLC通信．对工程实践有较高的参考价值