西门子6ES7253-1AA22-0XA0参数设置
随着工业自动化控制的发展，一种新的工控产品人机界面(简称触摸屏)出现，给予工业设备现场控制一种全新的图形操作界面─（GOT）。它采用能高速通信的32位RISC芯片，具有交互性好，编程简便、灵活，并且与PLC之间的连接简便，简化控制柜设计，节省PLC的实际输入输出点，在工业设备控制中开始得到推广应用。现以水针线玻璃瓶消毒生产线为例，介绍系统配置及应用。
一、工艺流程及要求
水阵线玻璃瓶消毒生产线设备示意图如图1所示。玻璃瓶从入口处进入，碰到传感器1，启动走带机走带，带动瓶从入口走向出口，途经预热区、消毒区、冷却区。只有进口风机、热风机、出口风机、排风机运转，才能走带。如入口处进瓶过快，挤压传感器2则发出信号去停止前方设备停止进瓶。如出口不畅，传感器3发出信号，停止走带机工作。五个风机中只要有一个停机，就停止加热器运行，并报警显示。检测风机不运行有传感开关装在风机的出口处，风机变频器的故障输出点进入PLC，走带机及各电机的空气开关跳闸接点也都进入PLC，加热器装在炉子的中央顶部，由热风机向下均匀扩散加温。要求对不同型号大小的玻瓶进行不同温度的设置。能显示各区的温度值，并有反应温度的走势曲线图。对于进风机、热风机、出口风机要有能检测其风压的数值显示，以确定是否过滤网堵塞。
图1 生产线设备示意图
在正常工作时，工作下班后，当温度下降到100℃以下，设备能自动关机。如炉内还有瓶未处理完，则启动夜间工作。这样在100℃以下停机后，还有进口风机、出口风机工作，以保证外部的灰尘不能进入炉内。对于消毒时间，由PLC采集出口处传感器的数据，通过速度转化为时间，来显示玻瓶在消毒区的消毒时间，以确保消毒的可靠性。设备在保障下，要求能准确显示故障发生点及解决问题对策画面，并有动画反映生产现场工作情况。
二、系统配置
对于以上要求，我们选用中达-斯米克公司的人机界面、PLC组成一个控制系统。具体如下：
1．人机界面型号为PWS-3760-TFT，该屏是真彩色10.4寸屏，采用232口进行下载和编程，采用RS422口和PLC通讯。选用真彩能更好地反映现场景色，动画逼真、美观。
2．PLC选用SC—500系列，该机具有1024点输入、输出功能，1个RS232通信口和1个RS422通讯口，是一种模块化机型，可灵活配置功能模块及输入、输出点。
3．输入选配XDC10十六点DC输入模块2块，输出配1个YRY10十六点继电器输出模块。
4．仿真输入单元采用AD020四路输入模块，输入三个风压模拟量值（4mA～20mA）。
5．温度输入单元采用THM10五路带PID调节PWM输出温控模块1块，采进三路：加热区、消毒区、冷却区的温度。
其系统构成如图2所示。
图2 系统配置图
三、调试运行情况
该系统重要的是对消毒区温度精度控制的调试，消毒区的加热系统采用五组电热丝单元加热，其中一组为基本加热单元，其他四组为PID温度调节加热单元。以前该生产线采用OMRON PLC，当时的情况是：生产线试运行时，出现温度曲线波动幅度过大（±8℃）。超过厂家要求的消毒温度波动指针（±2℃）。实际调试时采取了两个措施对温度波动幅度进行控制。（1）采用双位PID温度控制系统堵住温度下降趋势。当铂热电阻检测到消毒区温度低于设定温度1℃时。通过双位PID温度控制系统使PLC将七组加热单元全部投入运行30秒，通过铂热电阻检测消毒区温度，由温控单元PID控制，直到温度达到设定值为止。（2）温度过调量的控制。对消毒区温度进行检测，如果温度大于设定值，PLC将七组加热单元全部强行切除，并不断检测消毒区温度，根据实际情况作出实时控制，在现场通过对控制程序的某些参数作一定的修改。并经过反复调试，后温度控制精度完全符合厂家要求。在对系统的调试中发现，该控制系统完全可以通过对程序作的修改、调试。达到更高的温度控制精度。
在采用SC—500后，由于我们的THM10可以单独设定PID值，很方便的就把温度稳定在正负1度内，超过了工艺要求。
四、结束语
该系统应用于玻瓶消毒生产线设备上，对消毒度控制良好，能对各区温度进行显示，并对不同玻瓶的消毒温度进行设置。现场故障一经发生能马上弹出一详细故障对策画面。经现场工作情况看，满足设计要求。这个系统是一种智能化的专家对策系统，增强了人机交互性，提高设备的控制性能，简化了操作柜设计，提高了设备科技含量，在市场上很有竞争力，有很大发展空间
1 引言
随着电子技术，计算机控制技术和通信技术的发展，PLC(可编程序控制器)的功能也愈来愈强大，由原来简单的逻辑控制功能逐渐发展到模拟量控制，高速大容量运算处理，PID闭环控制，运动/定位控制，网络通信等功能，已经成为现代工业控制设备的三大支柱之一。EC20系列PLC(可编程控制器)是艾默生(Emerson)公司致力于工业自动化领域全新推出的新一代可编程控制器，它代表了工业自动化控制的高水平，是新计算机技术与工业控制技术的完美结合。
自EMERSONEC20系列PLC推向市场以来，以其卓越的性能，高品位的性价比，完善的服务体系受到用户的热烈好评，产品广泛应用于电子，食品饮料行业，空调制冷设备，锅炉行业，物流仓库，科技农业，交通运输，石油化工，供水，玻璃/钢铁行业，纺织机械，线缆机械，塑机，印染包装等各个领域。本文介绍了艾默生公司EC20PLC在老化房控制系统中的应用并着重介绍该产品的PID闭环功能在恒温控制上的实现和强大的网络通信功能对EMERSONEV2000变频器运行控制的实现。该老化房控制系统是家电，电子，电脑行业产品生产检测的重要设备，也是产品生产合格检查的重要环节。该系统采用EMERSONEC20 PLC和多台EV2000变频器，实现对室内温度和变频器运行的集中控制。
2 老化房控制系统工艺要求
老化房结构如图1所示。
图1 老化房结构图
具体要求如下:
(1)该系统所控制的老化房面积达16×30m2，要求控制范围在20~55℃，控制精度达±5℃，能够在上位机对温度设定/显示/保存(加湿控制采用单独进行和PLC无关);
(2) 该系统有3个风机，用于进风，回风和排风;有4个风闸:新风闸，回风闸，排风闸，防火闸;2个防尘过滤网;6个火灾报警点。
在正常情况下(温湿度)，关闭进风阀和排风阀，停止进风电机和排风电机，打开回风阀和防火阀，启动回风风机，保持老化房内回风循环。
在高温情况下，排风阀和进风阀打开，启动排风电机和进风电机，抽出部分空气。
在火灾报警情况下，防火阀关闭，回风禁止循环，全部从室内抽出;排风阀和进风阀打开，启动排风电机和进风电机，抽出室内空气。
(3) 其他要求省略。
3 控制系统分析与设计
3.1 PLC系统结构设计
PLC系统结构如图2所示:
图2 PLC系统结构图
EC20PLC设备的I/0接线如图3所示:
根据老化房工艺要求组成如上图控制系统:上位机采用台湾研华IPC(工控计算机);监控画面采用亚控公司的KINGVIEW软件，该软件操作简单，元件形象丰富，性能稳定;核心控制部分采用艾默生EC20-2012BTA类型的PLC和4个温度采集模块(EC20-4TC，接受K型温度信号);传动采用艾默生EV2000通用型变频器。
在设备连接方面，EC20 PLC充分体现了自身的优势，由于EC20PLC本身带有2个串行通信口(1个RS-232口，集成自由协议/编程协议/MODBUS从站协议，1个RS-232/485口，集成自由协议/MODBUS主站/从站协议)，EC20PLC利用COM0口和IPC进行通信(EC20PLC做从站，设置成MODBUS从站协议)，利用COM1和多台变频器组成网络进行集中控制(EC20PLC的COM1设置成MODBUS主站协议)。
IPC为整个系统的人机接口，IPC读取PLC采集的系统运行状态如各风机的运转状态，各测温点温度，报警状况并显示在监控画面上，IPC又把各种操作命令传给PLC以控制系统的运行，如温度的设定，PID参数设定，各种阀门的开闭，变频器的启动、停止等设定。并且可以实时监控整个系统的工作运行状态、动作过程及故障报警等，IPC还可以根据设定对采集的数据进行保存打印。
在系统设计中，EC20 PLC为整个系统的核心，执行各种系统操作及计算，EC20PLC根据工艺要求和现场状况进行逻辑判断，开闭各种阀门和启停各风机;利用自身的PID功能对温度进行控制，具体方法后面描述。
艾默生EV2000系列变频器自带RS-485接口的通讯单元，符合RS-485通讯规范，用于实现PLC与多台变频器的联网。根据MODBUS通讯协议，我们可以通过RSz-485网络轻松实现对变频器的运行控制。由于RS-485通讯链路传输距离远、配线简单、抗干扰能力强、可靠性高，在设计中，我们省略了变频器的外部起停控制线路，对变频器的所有控制都通过RS-485通讯链路来完成，达到了经济高效的目的。
3.2 监控画面设计
整个系统监控画面主要分为主画面，实时温度监控，PID参数设定，三个部分(其他部分省略)，具体如下:
主画面如图4所示，主要完成对系统状态的监控(如各种风阀的开闭状态，风机的运行状态，报警状态)，数据统计(如系统运行的时间，启停系统的次数)，温度设定/测量等功能。
实时温度监控画面如图5所示，此画面主要用于对温度的实时监控，并描绘出温度曲线趋势，以便判断系统的温度控制是否处于良好状态，可以实现对温度进行保存/打印等操作。
图5 实时温度监控画面
PID参数设定画面主要用于比例常数P，积分常数I，微分常数D的设定，根据实时温度曲线状况进行调节;显示PID控制的输出比例，见图6。
3.3 对温度控制策略与PLC实现
（1）温度控制策略
为便于对整个老化房内温度的控制，充分利用EC20PLC自身PID功能和PWM脉冲输出(Y0，Y1)的优势，室内温度区域分为2个部分(上层和下层各8个测温度点)，对温度取平均值作为温度的测量值，并把此平均值送入PID功能块进行运算，对加热执行元件(参考EC20PLC的I/O接线图，固态继电器SSR1，SSR2，SSR3所控制的发热管的功率逐渐加大)也进行了分组处理:温度偏差较小的情况下，进行PID运算，通过Y0输出脉冲给SSR1，关闭SSR2，SSR3(即Y1，Y2停止输出);如果温度偏差较大，则Y1，Y2也参加输出，具体处理思路如下:
表1 温度控制策略
通过此法处理可以把温度控制精度保持在±0.3度以内，无论提升温度还是下降温度都很快速;把PID输出转化为PWM的占空比输出，又大大节省了PLC的资源(充分利用Y0，Y1的高达100KHz的脉冲输出功能)。
EC20 PLC的编程软件CONTROLSTAR的操作简单方便，指令丰富，功能强大，是一个很的全中文编辑工具。
(2) PLC实现
实现步骤具体如下:在数据块设定PID各参数，其中的重点是设置P，I，D三个参数和输出量的上下限范围，由于PID的输出结果直接和PWM结合在一起，设置时要特别注意，在本例子中，按照PWM的周期为4s(=4000MS)计算，把PID的输出上下限分别设定为4000和0;按照逆动作(BIT0=1)，输出限定(BIT5=1)的要求对D7911各位进行赋值;
D7910 500
(2) EC20PLC和变频器的连接
(3) Modbus编码方式
图8示出了EC20 PLC和变频器之间采用MODBUS RTU方式通信，Modbus采用“BigEndian”编码方式，先发送高位字节，是低位字节。RTU方式格式如图9所示。
图8 EC20PLC和变频器的连接图
图9 RTU方式格式图
RTU方式:在RTU方式下，帧之间的空闲时间取功能码设定和Modbus内部约定值中的较大值。Modbus内部约定的小帧间空闲如下:帧头和帧尾通过总线空闲时间不小于3.5个字节时间来界定帧。数据校验采用CRC-16，整个信息参与校验，校验和的高低字节需要交换后发送。具体的CRC校验请参考协议后面的示例。帧间保持至少3.5个字符的总线空闲即可，帧之间的总线空闲不需要累加起始和结束空闲。
Modbus主要的功能是读写参数，不同的功能码决定不同的操作请求。变频器Modbus协议支持表3功能码操作:
表3 变频器Modbus协议支持的功能码操作
Modbus协议不同的功能码有不同数据的格式和意义，简要介绍如下:
改写多个变频器功能码和状态参数的格式协议如表4~表7所示:
表4 改写多个变频器功能码和状态参数的请求格式
表5 改写多个变频器功能码和状态参数的应答格式
表6 读取变频器参数的请求格式
表7 读取变频器参数的应答格式
(4)变频器的功能码参数、控制参数和状态参数都映射为Modbus的读写寄存器。功能码参数的读写特性和范围遵循变频器用户手册的说明。变频器功能码的组号映射为寄存器地址的高字节，组内索引映射为寄存器地址的低字节。变频器的控制参数和状态参数均虚拟为变频器功能码组。功能码组号与其映射的寄存器地址高字节的对应关系如下: