西门子6ES241-1AA22-0XA0原装代理
美国Standish集团每年进行一次基于13000 个工程项目的调查。调查报告显示按时并符合预算地完成自控工程是很困难的。根据2003年度报告，只有不到20%的项目能够按时完成，超过40%的项目超过预算。在完成的项目中，只有一半的项目符合初的设计说明。
通过对自控软件设计开发过程的分析，我们发现开发的每一个阶段都需要使用不同的工具，却没有一个产品能够应对涵盖整个开发流程。这一不能令人满意的事实正是我们产品所要提供的核心所在。
为什么只有20%的自控工程能够按时完成的一个主要原因是不可能在现场实际安装之前进行代码测试。负责自控系统设计的ControlBuild产品开发人员已经在这个领域工作了多年。之前他们使用 Spex 和Maxsim产品在自控系统设计和仿真领域取得了卓越的成就并赢得了国际声誉。这两个产品能够让用户在购买系统设备之前就进行系统的定义和校验，并对其可运转部分进行仿真。
ControlBuild产品是工控软件设计领域里个全流程解决方案。在已有出色的设计和仿真特性的基础上，集成了代码生成功能，可以直接为市场上标准的自动化系统以及开放的 IEC61131 生成代码。ControlBuild 也可以为工业控制器生成C代码。
ControlBuild设计人员把重点放到了应用模型的建模过程上，以便于能够在一个组件程序库中管理和集成所有组件。这种能力充分地利用了开发工作的成果，显著地tigao了设计的复用性，极大地降低了从一个应用到一个应用的开发成本。
(1) http://www.standishgroup.com
(2) 一个自控软件应用的开发包括以下几个阶段：用户需求、规格说明、设计、代码生成、测试、生成和升级
盾构技术的介绍:为了满足奥运工程北京地铁五号线的隧道施工，我集团公司引进了德国海瑞克公司生产的土压平衡盾构机（S-169）进行雍和宫至张自忠路区间的施工。土压平衡盾构（Earth-Pressure-Balance盾构，简称EPB盾构），特别使用于陶土、粘土、或淤泥含量高、渗水性差的粘性土层。在土压盾构中，刀盘挖掘下的碎土添加适量的添加剂后用于支撑开挖面，以避免沉陷或隆起；在掘进过程中依据千斤顶的推力、出土量、掘进速度、土仓内土压力来进行判断，以便控制维持开挖面的平衡，拼装衬砌环形成隧道。
一、S-169盾构机的结构
盾构机全长约60m，主体长约8.1m，S355J2G3钢架，盾壳外径6.19m，长7.550m，主体部分主要有刀盘、拼装机、螺旋输送机；后配套有6台台车组成，分别装有传输带、工作电机及泵、变压器、配电柜、浆罐、气罐、空压机；这两大部分分别组成了刀盘驱动系统、推进系统、拼装系统、出土系统、注浆系统、泡沫系统；还有盾尾密封系统、润滑系统、超挖系统、齿轮油系统、工业水系统、冷却系统。
二、S-169盾构机控制系统的要求
盾构机的主要动力是液压驱动，如刀盘驱动、螺旋输送机驱动、推进系统、拼装系统等；辅以电驱动，如泡沫和膨润土的变频电机等；在施工过程中，油冷却系统是所有含液压工作系统的前提条件，其中刀盘系统的驱动又增加了水冷却系统；为了保证安全及改善隧道的施工环境，又添加了瓦斯检测系统和隧道通风系统；除了拼装系统和超挖系统在各自的拼装和超挖模式下运行，推进中的盾构机要运行其他所有的系统。
系统中由于需要很多监测的变量和大量的执行机构元件，则包含了大量的liuliang传感器、行程传感器、温度传感器、压力传感器和少量变频器、电动机以及大量的比例溢流阀、节流阀、比例调节阀等，由于构成的系统庞大，该系统中需要很多的输入输出点，模拟量信号类型有4-20ma、1-10vDC、热电阻等，为满足施工工艺的要求，必须选用功能强大的PLC产品作为控制系统，要求具有快速性、稳定性；无风扇运行与集中/分布式信号模板的热插拔性；极为高效的组态与基于本产品和图形工程工具的语言相结合；所有项目数据、程序原代码和用户专用数据存储在CPU中；可以满足自动化过程中的供电中断和故障保护等特殊要求。
组态软件为了能更好地与硬件兼容，要求选用相应PLC的专用组态软件作为监控平台，并能对一些涉及生命和设备安全的重要参数以多种形式报警，并具备自锁控制；在施工生产过程中能将生产工艺过程动态显示出来，包括设备图形、数字量及模拟量；为了对历史工艺进行分析和记录及故障报警信息，须对历史数据进行记录，间隔时间可依据工艺需要而定；可以按照管理自动生成便于修改的各类报表；能将工艺参数以数字表、模拟表盘、棒图、游标等形式显示，刷新频率可调整；能以一定的时间间隔将重要参数的工艺曲线以趋势图形显示出来，相关的参数可以放在同一画面上；可以对操作记录、报警记录和各种生产报表以汉字形式进行生成和打印。
三、S-169盾构机控制系统方案
该控制系统包括三个层次：过程控制级、过程管理级、生产管理级。过程控制级通过控制单元传感器和控制部件监控生产过程，接受操作信息，并向上层传递实时数据。过程控制级的所有信息将在过程管理机的操作站和工程师被监控，可完成如下功能：显示、记录、数据加工、报表输出、配置控制回路和修改参数等。生产管理级是企业的生产管理信息系统，通过MPI网用RS485线传输与过程管理级建立联系，监视施工过程中的相关数据和集成系统历史数据，向下层发布生产指令。
1）、PLC系统
依据隧道施工工程技术的要求，PLC主机要求选用冗余电源；现场操作控制与管理控制级形成网络；PLC站要能接受监控计算机的时钟同步信号来记录和报送动作顺序及故障事件；数字量和模拟量的I/O点数满足控制工艺要求，并留有不少于20%的备用输入输出点；要能接受拼装机旋转角度检测传感器的式编码器；签于以上要求，系统便采用了带MPI接口和DP接口的CPU414-2DP和1块CP443-1（使用TCP/IP协议）通讯模块，UR1 18槽机架，3块PS407 10A电源，8块SM4318通道AI，4块SM432 8通道AO和15块SM421 32点DI，14块SM42232点DO，在模板之间使用了1块IM460-3和2块IM461-3接口模板。
PROFIBUS DP网络：它处理来自DP网络中的传感器或与从站中的模块信息共享的功能，实现工厂自动化中现场级与单元级的通讯任务；对于系统中的拼装机来说，工作中旋转角度需要随时检测，并与系统中设定的限制值进行比较，保证在失电又恢复供电后，能记忆当前读数，利用PROFIBUSDP接口的现场总线输出，受外界的干扰小，传感器的精度主要取决于编码器的分辨率，它采用二进制编码，可满足了施工工艺的要求。
MPI网络：与带有MPI接口的设备，如S7-400、S7-300、S7-200的CPU和PC/PG以及TD/OP之间的通讯，MPI符合RS-485标准，具有多点通讯的性质，它的波特率设定为187.5kbps；在本系统中利用CP5611卡与MPI接口使过程管理级的VMT导向系统PC和生产管理级的工程师PC与PLC进行通讯，实时地从PLC中获取相关施工数据，便于及时了解施工情况，采取相应的措施。
PID自动调节：系统利用标准的PID算法块对过程参量进行调节，对于泡沫系统的自动控制来说，此功能在推进过程中，判断刀盘扭矩的大小主要来调节泡沫的注入量，保证刀盘的良好运转和排土的通畅性。
数据处理：SIMATICS7-400具有数学运算（包括矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传递、转换、排序和查表、位操作等功能，也能完成数据的采集、分析和处理。能实现施工中所有参数的相应处理，以达到系统要求来满足客户需要。
自诊断功能：系统中CPU可以检测系统中的一个响应来自I/O模块信号的硬件中断、同步响应一个来自程序中指令的错误、异步响应CPU操作或模块状态异常等实时错误，并调用与错误相关的OB（组织模块）来满足施工中的各种需要。
2）、网络：在众多的现场总线协议中，PROFIBUS是目前唯一成为欧洲标准和中华人民共和国机械行业标准（JB/T10308.3-200）以及（IEC61158）的现场总线，是成功的现场总线之一，它是不依赖于生产厂家的、开放式的现场总线，各种各样的自动化设备均可通过同样的接口交换信息；SIMATICS7通过PROFIBUS现场总线构成的系统，是一个很好的工厂自动化解决方案，它具有以下优点：PLC、I/O模块、智能化现场设备可通过现场总线来连接；I/O模块能安装在传感器和执行机构的附近；过程信号能就地转换和处理；编程仍旧采用传统的组态方式。PROFIBUS现场总线标准为工业现场级的自动化设备之间的高速数据通信提供了一个可靠的传输方案。作为一个开放的、标准化的体系，它由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS三部分组成，系统中通过PROFIBUSDP下挂到现场过程控制级的拼装机角度检测传感器上，通过MPI接口与VMT导向系统电脑和远程的生产管理监控电脑进行通讯，在操作室中通过CP443-1通讯模块与控制室操作员电脑建立工业以态网进行通讯；可以既满足现场控制管理的要求，又可以满足生产管理级的实时远程监控。
四、S-169盾构机系统功能
（一）、SIMATICS7-400 PLC系统：
模拟量输入处理功能：利用模拟量输入模块将现场的模拟量转换成过程值；
工艺参数信号的处理功能：对于模拟量通过相关信号处理的过程；如MTS系列的产品MK292卡，可以采集与处理千斤顶行程传感器提供的信号，把它传输到PLC系统中，并显示在屏幕上及控制面板上；
控制功能：能实现生产设备的顺序连锁控制和模拟参数的调节；
通信功能：利用本系统的DP、MPI接口和通讯模块CP443-1把过程管理级、过程控制级和生产管理级联系起来，实现双向通信；
报警功能：对报警信号进行多种形式的处理，系统中有窗口显示报警、红色指示灯应答和声音输出（检测CH4气体含量超标的声音输出）
监视限制功能：为保障系统能在安全的前提下运行，防止各系统不超负荷运行或使系统处于非正常运行的工作环境中运行，极大地tigao了设备的安全性
主从站扩展功能：考虑施工规模或环境改变等因素，可以在本系统的基础上进行扩展，建立PLC从站，可实现施工要求改变后的控制需要。
（二）、监控系统：
地下控制室监控操作系统：地下控制室使用的是适用于工业以态网TCP/IP协议的D-bbbbDe-528Enthernet接口卡与PLC系统中的通讯模块CP443-1连接，达到与PLC通讯的目的，采用西门子的专用组态软件bbbbbbsControlCenter（简称Wincc），可以按照系统工艺流程和要求设计建立控制组态操作界面、报警显示与报警组态、流程图组态、历史数据记录和维护、实时数据显示；并且用鼠标和键盘按照施工要求实现参数调节、数据输入和目标值设定等，它是过程控制级与生产管理级的根本区别。
地面监控室系统：地面监控系统是使用Paradox9软件，它提供了地下监控室组态软件除修改施工工艺参数功能外的所有功能，又增加了历史数据的记录和维护、报表组态、重要参数的趋势显示（相关参数可显示）、打印功能。
（三）、VMT导向系统：按照隧道工程的设计轴线，将施工工艺过程以图形形式动态显示坐标系中，并从PLC获得相应的数据进行相应的处理得出施工过程中需要的工艺数据（如盾尾间隙、管片选型等）。
五、结束语
该控制系统中的硬件和软件配置先进，采用了西门子生产的工业控制设备，如西门子的S7-400PLC、兼容产品WINCC组态软件等。在繁忙的施工生产中通过自己的摸索学习、的体会，渐渐对本系统中有了深入的了解。
系统是目前国内较大的应用西门子产品的隧道工程施工生产系统，它自投产以来，运行可靠，工程质量好，为公司带来了可观的经济效益。
1、引言
Labview是实验室虚拟仪器工程工作台（LabviewVirtual Instruments EngineeringWorkbench）的简称，是美国国家仪器公司开发的虚拟仪器开发平台软件，它的功能强大灵活，可以广泛应用于自动测量系统、工业过程自动化、实验室仿真等各个领域。
Labview使用图形化编程语言编程，简单直观，极大节省程序开发时间，Labview可提供丰富的库函数和功能模块，可完成各种各样的编程任务。
Labview重要的功能在于它可提供数据采集与分析库，能连接总线接口硬件、VXI仪器及GPIB和串口仪器。
图1基于Labview开发平台的虚拟仪器
国内使用的很多仪器都提供了串口通讯功能，利用Labview的串口通讯函数可轻易与这些仪器连接，通过串口进行数据传送。
本文以OMRON的CPM1A型PLC为例，详细说明了在Labview中如何利用已有的串口通讯函数集来与PLC进行串口通讯。
2、Labview与串口通讯
在Labview中实现串口通讯可以有两种方法：利用VISA或者使用标准的串口通讯函数。
2.1、利用VISA进行串口通讯
VISA是应用于仪器编程的标准I/O应用程序接口（API），VISA本身并不具有仪器编程能力，VISA是调用低层驱动器的高层的API。
VISA可以和VXI、GPIB及串口仪器按照所使用的仪器调用相应的设备驱动器，具体的使用方法可参考Labview的用户手册
2.2利用标准串口通讯函数进行串口通讯
在Labview中提供了几个标准的串口通讯函数：
在Labview中，进行串口通讯的基本步骤：
：初始化端口，利用串口初始化函数设定进行串口通讯的端口号、波特率、停止位、校验、数据位，注意在Labview中串行端口号是从0开始编号的。
第二：读写端口，利用串口读写函数。从串口中读入或输出数据。
第三：关闭端口。
3、Labview与PLC的串口通讯实现
CPM1A型PLC是OMRON的一种微型PLC，它有12个输入点，8个输出点。该型PLC提供了比较丰富的上位链接命令，利用这些命令可通过串口利用PC机对PLC的工作状态进行干预。本文仅以其中两条命令为例说明Labview与欧姆龙PLC的串口通讯实现方法。
3.1、上位机对PLC的输人继电器进行读操作
命令格式
PLC响应格式（其中正常情况下结束码为00）：
Labview中的程序实现：
初始化串口
第二读PLC输入继电器值：
3.2上位机写输出继电器进行写操作
命令格式：
Labview中的程序实现：
初始化串口
同上
第二对PLC输出继电器进行写操作：
应用方案举例：
单片机现场模拟信号隔离转换解决方案图（4-20mA /0-5V，0-100mV/0-10V）
在读写PLC输入输出继电器时，有以下问题需要注要：
：PLC每个输入输出继电器的状态是一个二进制值，在Labview与PLC通讯的时候，需要要据情况把这些二进制值组合成字节或从一个字节数值中分解出单个二进制值。
第二：欧姆龙PLC的上位链接命令格式中有一个FCS帧检验部份，即把从一帧的开始到FCS前面的数据进行逻辑异或得到的8位二进制数据变换成一个2个字符的ASCII码。实现这个功能只需调用Labview中的ExclusiveOr函数即可。