6ES7221-1BH22-0XA8大量库存

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随着激光技术的发展，激光测距传感器在检测领域得到了越来越多的应用。本文所研究的基于HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的激光测距系统，对多台激光测距传感器所采集到的数据进行处理，并将数据传送给上位机，实现了对多台激光测距传感器的监控。

1  激光测距传感器的基本原理
　　激光测距传感器的基本原理是，通过测量激光往返于被测目标之间所需的时间，来确定被测目标之间的距离。激光测距传感器的原理和结构都很简单，是长距离检测有效的手段。
　　激光测距传感器工作时，由激光二极管对被测目标发射激光脉冲。经被测目标反射后，激光向各方向散射。部分散射的激光返回到传感器的接收器，被光学系统接收后，成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，能够检测极其微弱的光信号。记录并处理激光脉冲从发射到返回所经历的时间，即可得到被测目标的距离。

2  PLC控制系统硬件设计
　　基于HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的激光测距系统的功能结构图如图1所示。系统通过PLC的自由口通信，接收多台激光测距传感器发送过来的数据，根据传感器提供的数据格式解析数据包，计算出测量的距离。系统的功能还包括显示测量距离、在非正常情况下报警、与上位机进行数据交换等。
　　PLC的CPU模块选用HOLLiAS-LEC G3系列的LM3108模块，其性能价格比很高，广泛应用于工业控制的各个领域。LM3108模块的标准配置包括两个串行通信接口PORT0和PORT1，其中PORT0为RS485接口，PORT1为RS232接口。采用RS232接口建立PLC与上位机的通信，实现PLC程序的下装和监控。采用RS485接口建立PLC与现场仪表的通信。




3  PLC控制系统软件设计

　　PLC采用自由口通信方式接收激光测距传感器的数据，用%MB400~%MB411的12个字节作为通信接收寄存器，存放自由口通信方式下所接收的数据。所谓自由口通信，是指用户可以通过设置通信模式来改变通信接口的参数，以适应不同的通信协议。在PLC程序中设定的激光测距传感器的通信参数如表1所示。PLC控制程序采用和利时公司的编程软件PowerPro完成，下面详细介绍数据解析程序。其它应用程序从略。


表1 激光测距传感器的通信参数

3.1 数据解析程序的变量定义

PROGRAM PLC_PRG
VAR
       SetRS485: Set_COMM2_PRMT; (* RS485自由口通信参数设置 *)
       SetRS485Q: BOOL; (* RS485自由口通信参数设置标志 *)
       Receive: COMM2_RECEIVE; (* RS485自由口通信数据接收 *)
       ReceiveQ: BOOL; (* RS485自由口通信数据接收标志 *)
       ReceivedData: bbbbbb; (* 存储ASCII码数据的字符串 *)
       bbbbbbbb1: INT; (* 起始字符的位置 *)
       bbbbbbbb2: INT; (* 结束字符的位置 *)
       ReceivedData_bbbbbb: bbbbbb; (* ASCII码形式的数据 *)
       ReceivedData_DWORD: DWORD; (* 十六进制形式的数据 *)
END_VAR


3.2 数据解析程序的梯形图

3.3 数据解析程序分析

　　PLC从激光测距传感器接收到的数据是ASCII码形式，需要将ACSII码转换成PLC能够操作的十六进制数。
在存储ASCII码数据的字符串ReceivedData中找到数据的起始字符“+”，并将其位置存储在变量bbbbbbbb1中。再找到数据的结束字符“$R”，并将其位置存储在变量bbbbbbbb2中。将位置bbbbbbbb2与位置bbbbbbbb1之间的字符取出，存入变量ReceivedData_bbbbbb中，此即为数据的ASCII码形式。后将该ASCII码形式的数据ReceivedData_bbbbbb转换位十六进制形式的数据ReceivedData_DWORD，即完成了数据的解析。


4  

　　采用和利时HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC作为激光测距系统的控制核心，可以方便地与激光测距传感器进行通信。实践证明，该方案结构简单，运行过程稳定可靠，实现了激光测距系统的数据采集与处理。

一、引言：
　　在当今制造业，随着产品种类的增多及对产品质量要求的不断提高，对焊接工艺要求起来越高，许多原来有人工焊接的产品对焊接自动化设备的需求及要求也越来越多。而如何提高焊接设备对产品的适应性便成了众多焊接设备厂商所面临的首要问题。现就对国产海为（Haiwell）PLC在这一方面的系统应用作一介绍。
　　二、解决方案：
　　 
　　 

　　 如上图所示，系统主要有带文本显示器、可编程控制器、变频器等组成。
　　工作原理：利用HaiwellPLC的易用的通信功能：标准配置2个通信口，1个RS232通信口，1个RS485通信口。用HaiwellPLC的RS485口与变频器通信，控制变频器运行、停止、速度并读取变频器运行状态及输出频率。再通过HaiwellPLC的RS232口与文本显示器通信，对焊接工艺参数进行设定。
　　系统优点：
　　 1、利用Haiwell PLC的自由通信协议指令COMM实现与富士变频器的运行控制与状态读取。所有HaiwellPLC的通信功能均可用一条指令实现，无需对特殊位、特殊寄存器编程，也无需管理多条通信指令的通信时序，同一个条件下可写多条通信指令。
　　 2、HaiwellPLC标准配置1个RS232口和1个RS485口，且任何一个通信口均可作为主站也可作为从站。任何一个通信口均可作为编程端口，也可作为与第3方设备通信的端口。在本应用中，用RS232口与文本显示器通信，用RS485口与富士变频器通信。
　　 3、利用通信实现变频器的速度调节及运行控制，大大增强系统的抗干扰能力，大大提高系统在强干扰的焊接场合的可靠性与稳定性。
　　 4、利用通信实现变频器的通信，节省了PLCDA模块，大大节约系统成本，并轻易实现应对不同产品需要不同工艺控制参数（焊接速度、焊接时间）的要求。
　　
　　主要硬件配置：
　　 1、可编程控制器：HW-S32ZS220R 1台
　　 2、变频器：FVR0.4E11S-7JE（Fuji） 1台
　　 3、文本显示器OP320A-S（Xinjie） 1台
　　三、程序设计亮点：
　　1、利用COMM指令非常容易的实现与富士变频器通信。用COMM指令写通信协议时，可选择按寄存器低字节（低8位）发送的方式，而接收数据仍按16位接收并自动存放至指令指定的地址，使用户编程大大简化。；
　　2、利用通信功能控制变频器，大大提高速度控制的jingque性，并简化了许多原来D/A转换时的数字量——工程量——显示值间转换程序。
　　四、
　　 利用海为可编程控制器（HaiwellPLC）便利的通信功能及便利的指令集，满足了焊接自动化设备厂商对设备广泛适应性要求。可广泛应用于焊接自动化行业设备配套场合。 

1  降低成本的必要性
　　PLC作为一种新型的、通用的自动控制装置，具有功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于编程以及工业环境适应性强等诸多特点。在工业自动化、机电一体化和传统产业技术改造等方面的应用越来越广泛，已成为现代工业控制的三大支柱之一。
　　
   随着PLC产品的不断改进和网络技术的发展，生产领域的PLC也开始向网络化方向发展，企业生产的各个环节大量使用PLC；在此背景下，PLC产品的价格和控制系统的费用成为企业关注的焦点，也将从根本上影响PLC技术的应用推广；基于此，本文提供一些简便的设计技巧，可在一定程度上降低成本，促进PLC的广泛使用。
　　
   在实际使用PLC的过程中，I/O点数的花费，占用大量的开支，当前PLC的每一点平均价格高 达数百元，进口的机型则高达千元。减少所需的I/O点数是降低系统硬件费用的主要措施，在大多数场合下，被控对象的输出点小于输入点，实现控制任务需要的检测点较多，或者说需要的操作按钮较多，这样在选型时PLC的输出点数目较容易满足要求，对输入点则可能不易满足。I/O点数的减少则主要在于减少输入点数，若能减少输入点数的开销，便能很好地降低费用。 

   2  降低成本的方法
　　
   要降低系统使用成本，可以从硬件和软件两个角度来考虑，在硬件方面可以考虑通过电路的组合，减少使用I/O点数的机会，在软件方面则是通过程序的组合扩展I/O点的使用价值，实现一点多用。
   2.1硬件上实现降低成本
　　
   硬件方面降低成本在利用现有PLC设计控制系统方面具有实际意义。可采用以下几种方法来实现：
   2.1.1外界信号分组输入
　　
   在具有手动控制和自动控制2种效果的系统中，自动控制程序和手动控制程序一般不会执行．这时可将自动与手动信号按不同控制状态要求分组接入PLC输入端子，如图1所示(以三菱FX2小型PLC为例)。
　　
   SBI和SB2按钮都使用X0输入端，但他们不是起作用，这样，通过PLC的硬件公共点(COM)接线的转换和软件分时执行各自不同的用户程序段的方法，使得PLC的1个输入点可分别反应2个输入信号的状态。起到2个输入点的作用，来完成PLC在2种工作状态下的输入功能，提高了PLC输入点的利用效率，节省了PLC输入点的实际数量。图中SA用来选择自动／手动程序，供自动／手动切换之用，二极管用来切断寄生信号，避免错误信号的产生。
   2.1.2合并输入开关元件

在如图2(a)所示的多点起停的电动机控制电路中，电动机可以实现在不同地方启动、停止的控制。若采用PLC控制，可分别采用图2(b)和(c)的接线方法。图2( b)接线占用PLC输入点较多(共5个)，梯形图也显得复杂;图2(c)接线则将外部输 入信号串联后输入，占用PLC输入点较少(共2个)，梯形图也比较简单。
   2.1.3利用矩阵形式输入
　　
   在由继电器输出型的PLC控制系统控制的复杂系统中，通过矩阵输入可以明显的减少所需PLC输入点数。图3中，将输出端的COM2和输入端的COMl连接起来。利用软件使Y430，Y4 31，Y432轮流为“1”状态，则Y430为“1”时读入K1，K2，K3的状态。在梯形图中，应将Y430和X400的常开触点串联作为K1提供的输入量；Y431为“1”时读入K4，K5，K6的状态等。图中二极管是用来防止寄生电路的产生。这种输入方法对不常变化的输入元件特别适合。
   2.1.4部分信号不占端子
　　
   对一些功能简单，涉及面很窄的输入信号，如手动操作按钮、热继电器常闭触点等，可将他们设置在PLC的外部硬件电路中，没有必要作为PLC的输入信号。
   2.2用软件功能实现成本降低
   2.2.1一点多用
　　
   （1）通过计数器实现
　　
   一个电路的启动和停止控制通常是由2只按钮分别完成的。当一台PLC控制多个具有启/停操作的电路时，将占用很多输入点，如果用1只按钮实现启动和停止则可节省一半的输入点,用计数器实现的单按钮起停控制电路如图4所示。 

（2）通过定时 器实现
　　
   电路如图5所示。当按下按钮X400时，输出线圈Y431被置位接通。Y431的辅助触点使定时器T601定时2 s启动，2 s后定时器T601常闭触点断开，而常开触点闭合。当按下按钮X400时，由于X400和T601都接通，在复位指令RST作用下，输出线圈Y431断开，使外部负载停止工作。
　　
   （3）通过移位寄存器实现
　　在如图6所示的电路中，当按下按钮X400时，X400的2个触点接通移位寄存器的数据输入和移位输入2个端子，M200为“1”状态，且立即移位到M201，使M201也为“1”状态，M201的常开触点闭合，使Y431有输出，接通外部负载工作，M201的常闭触点断开。当按下X400按钮时，由于M201常闭的触点封锁第二次信号输入，于是移位信号将M200的“0”状态移到M 20 1，使M201为“0”态．其常开触点M201切断了Y431的输出、停止负载工作。此时电路恢复初状态，等待下一次按下按钮

4）通过脉冲输出指令实现
　　
   脉冲输出指令又称微分输出指令。电路如图7所示，按下按钮X400时．在微分脉冲输出指令PLS的作用下，辅助继电器M300接通一个扫描周期，其常开触点接通辅助继电器M100线圈回路，M100常开触点闭合1个周期，在置位指令的作用下M301接通，M301常开触点接通输出继电器Y431线圈，Y431线圈输出驱动外部负载的控制信号，使负载启动运行。

当按下按 钮X400时，在微分脉冲输出指令PLS的作用下，M300常开接点接通M101线圈1个扫描周期，M 101常开接点闭合，在复位指令作用下，Y431线圈回路断开，使外部负载停止工作。

   2.2.2跳转线圈实现手动和自动操作

图8为用-个输入点X401实现手动和自动2种操作功能的梯形图。其中X401接自动/手动工作方式转换开关。当开关指向手动时，X401常开触点闭合，跳转条件成立，此时将跳过CJP 701与EJP 701之间的程序，使自动工作程序不执行，同理当开关指向自动时，执行自动工作程序。 

   3结语
　　
   在PLC控制系统设计过程中，通过使用以上方法，可以大大提高PLC输入／输出点的利用效率，节省PLC输入/输出点的实际使用数量，缩小PLC的体积，实现有效地节约成本。

 PLC的控制方式属于存储程序控制，其控制功能是通过存放在存储器内的程序来实现的，若要对控制功能作必要修改，只需改变控制程序即可，这就实现了控制的软件化。可编程控制器的优点在于"可"字，从软件来讲，其控制程序可编辑、可修改；从硬件上讲，其外部设备配置可变。构建一个PLC控制系统的重心就在于控制程序的编制，但外部设备的选用也将对程序的编制产生影响。在进行程序设计时应结合实际需要，硬、软件综合考虑。本文就硬、软两方面，选取梯形图为编程语言，以松下电工FPO-C32型PLC为例，对PLC使用过程中易出现的几个问题及解决方法进行了分析。

   一、外部输入设备的选用与PLC输入继电器的使用

    1. 外部输入信号的采集

   PLC的外部设备主要是指控制系统中的输入输出设备，其中输人设备是对系统发出各种控制信号的主令电器，在编写控制程序时必须注意外部输入设备使用的是常开还是常闭触点，并以此为基础进行程序编制。否则易出现控制错误。

   在PLC内部存储器中有专用于输入状态存储的输入继电器区，各输入设备（开关、按钮、行程开关或传感器信号）的状态经由输入接口电路存储在该区域内，每个输入继电器可存储一个输入设备状态。PLC中使用的"继电器"并非实体继电器，而是"软继电器"，可提供无数个常开、常闭触点用于编程。每个"软继电器"仅对应PLC存储单元中的一位（bit），该位状态为"1"，表示该"软继电器线圈"通电，则程序中所有该继电器的触点都动作。输入继电器作为PLC接收外部主令信号的器件，通过接线与外部输入设备相联系，其"线圈"状态只能由外部输入信号驱动。输入信号的采集工作示意图如图1。

输入继电器线圈其状态取决于外部设备状态

图1  PLC输入信号采集示意图

   图1中，输入设备选用的是按钮SB0的常闭触点，输入继电器X0的线圈状态取决于SB0的状态。该按钮未按下时，输入继电器X0线圈状态为"1"通电状态，程序中所有X0触点均动作，即常开触点接通，常闭触点断开；若按下该按钮，则输入继电器X0线圈状态为"0"断电状态，程序中所有X0触点均恢复常态。如果输入继电器连接的输入设备是按钮SB0的常开触点，则情况恰好在该按钮未按下时，输入继电器X0线圈状态为"0"断电状态，程序中所有X0触点均不动作；若按下该按钮，输入继电器X0线圈状态为"1"通电状态，程序中所有X0触点均动作。

    2. 停车按钮使用常闭型

   由于PLC在运行程序判别触点通断状态时，只取决于其内存中输入继电器线圈的状态，并不直接识别外部设备，编程时，外部设备的选用与程序中的触点类型密切相关。这是一个在对照电气控制原理图进行PLC编程时易出现的问题。典型的例子是基本控制--"起保停控制"中的停车控制。

图2 "起保停控制"电气原理图

   图2为"起保停控制"电气原理图，在该系统中，按钮SB0用于停车控制，使用其常闭触点串联于控制线路。SBl为起动按钮，使用其常开触点。若使用相同的设备（即停车SB0用常闭触点，起动SBl用常开触点），利用PLC进行该控制，则需编程梯形图程序（图3）：

图3 "起保停控制"梯形图程序（停车按钮使用常闭触点）
I/O分配：SB0--X0，SBl--Xl，输出Y0

   该梯形图中停车信号X0使用的是常开触点串联在控制线路中，这是因为外部停车设备选取按钮常闭触点所致，不操作该按钮，则输出Y0正常接通，若按下该按钮，输出Y0断电。

    3. 停车按钮使用常开型

   若希望编制出符合我们平时阅读习惯的梯形图程序（图4），则在选用外部停车设备时需使用按钮SB0的常开触点与X0相连。

图4 "起保停控制"梯形图程序（停车按钮使用常开触点）
I/O分配：SB0--X0，SBl--Xl，输出Y0

   图3、4梯形图完成相同的控制功能，程序中停车信号X0使用的触点类型却不相同，其原因就是连接在输入继电器X0上的外部停车按钮触点类型选用不同。图4所示梯形图程序更加符合我们的阅读习惯，也更易分析其逻辑控制功能，在PLC构成控制系统中，外部开关、按钮无论用于起动还是停车，一般都选用常开型，这是一个在使用PLC时需要格外注意的问题。

   二、PLC的"串行"运行方式与控制程序的编制

   PLC与继电接触器控制的重要区别之一就是工作方式不同。继电接触器控制系统是按"并行"方式工作的，也就是说是按执行的方式工作的，只要形成电流通路，就可能有几个电器动作。而PLC是以"串行"方式工作的，PLC在循环执行程序时，是按照语句的书写顺序自上而下进行逻辑运算，而前面逻辑运算的结果会影响后面语句的逻辑运算结果。梯形图编程时，各语句的位置也会对控制功能产生关键影响。例如：

图5 程序1

    程序1调试结果：X0接通3次，Y3接通，X0再接通1次，Y3断开。

图6 程序2

    程序2程序调试结果．X0接通3次，Y3接通瞬间即断开。

   上面两个程序中，输出Y3、计数器CTl02及内部通用继电器R0前面的逻辑条件均相同，仅仅是计数器CTl02所在语句位置发生了变化，而两段程序的运行结果就截然不同。这是因为CTl02对输出Y3的影响方式发生了变化。执行段程序时，将判断输出Y3的状态，再判断CTl02的状态，CTl02的状态变化只能在下一个扫描周期对Y3产生影响；而执行第二段程序时，将判断CTl02的状态，再判断输出Y3的状态，CTl02的状态变化将在该扫描周期直接影响Y3的状态。

从以上讨论可以得出，由于PLC采用"串行"工作方式，是同一元件，在梯形图中所处的位置不同，其工作状态也会有所不同，在利用梯形图进行控制程序编制时，应对控制任务进行充分分析，合理安排各编程元件的位置，才能够更为准确地实现控制。

   三、PLC的编程元件

   PLC的各种功能主要是通过运行控制程序来实现。编制程序时，需要合理使用PLC提供的编程元件（即软元件）。FPO型PLC中常用的编程元件有两种：位元件（bit）和字元件（word）。位元件实际上是PLC内存区域所提供的一个二进制位单元，又被称为软继电器，主要用作基本顺序指令的编程元件，如输入继电器Xn、输出继电器Yn、内部通用继电器Rn、定时（计数）器等，其参与控制的方式主要是通过对应触点的通断状态改变影响逻辑运算结果即输出。

   字元件则为PLC内存区域内的一个字单元（16bit），主要用作功能指令和指令的编程元件，通常用以存放数据，如数据寄存器DTn，定时(计数)器的设定值SVn、经过值EVn等。字元件没有触点，通常以整体内容参与控制。

   内存中的输入（X）区、输出（Y）区和内部通用（R）区，该区中的每个bit均可用作位元件，每16bit可构成一个字元件，如WRIO即是由16个位元件R100～R10F构成的字元件，该字元件中的内容一旦发生变化，这16个位的状态也随之发生改变。如：

图7 编程元件示例程序

   图7所示程序中，WR0即为字元件，是左移位指令SR的编程元件，而Y0为输出软继电器的线圈，X0、X1、X2、X3则为输人软继电器的触点，其中第4步的R4触点为位元件R4的常开触点，而位元件R4又是字元件WR0中的一位，其状态受限于WR0的移位结果。

   四、顺序控制多步同输出的编程方法

   顺序控制是生产现场常见的一类控制任务，步进指令是PLC指令库中专用于顺序控制的。步进指令编程时，根据工艺流程将程序划分为一个个独立的程序段，执行时，CPU严格按梯形图编程顺序，只有执行完前一段程序后才能激活下一段程序，并在下一段程序执行之前，将前面程序段复位。并且在语法上要求各程序段所使用的输出不允许重复。这在解决顺序控制任务中有多步同输出的情况时，就带来了一定的困难。借助于内部通用继电器可方便解决这一难题。如某一顺序控制任务如以下流程图（图8）所示。

图8 某机械手动作流程图

   从机械手动作流程图可以看出，这个控制任务每个循环的工作可以划分为八步，其中第1步与第5步动作相同，均为上升；第3步和第7步动作相同，均为下降。在利用步进指令进行编程时，这两个工步所对应的程序段的输出不能直接设置为Y3、Y4，同一个输出使用两次则会出现语法错误。这时应考虑使用用于存储中间状态的内部通用继电器Rn来解决这个问题。如图7所示梯形图程序，其中R1、R5分别被定义为第1步与第5步的输出，R3、R7分别被定义为第3步与第7步的输出，在步进结束后再将R1、R5的状态输出到上升Y3，将R3、R7的状态输出到下降Y4，通过这样的方法可方便解决顺序控制任务中若干工步输出相同的问题。

图9 机械手控制梯形图

   五、结束语

   初学者对于PLC的基本应用易于掌握，但要做到灵活使用仍需对一些技术难点和使用技巧深刻理解。在编程之前，要对控制任务进行认真分析，合理选择外部设备和编程元件，并以此为基础进行编程；在编程过程中，如能灵话巧妙地使用编程元件，合理地进行程序编排，可使程序逻辑清楚，可读性增强