6ES7222-1HD22-0XA0程序安装
1 引言
近年来，随着我国自动化技术的提高，工厂自动化也上了一个新台阶。PLC作为一个新兴的工业控制器，以其体积小,功能齐全，价格低廉，可靠性高等方面具有独特的优点，在各个领域获得了广泛应用。
作为国内大的印刷机生产厂家---北人集团公司，为了使产品性能稳定，易于维护，我们采用了以PLC为主控器的控制方案。由于双色印刷机要求易于操作，精度高，故其输入，输出点较多，采用了双机通讯。上位机采用三菱FX2N-80MR+32EX+4D/A，主要负责主传动的控制，各机组离合压的控制，以及气泵，气阀的控制等。下位机采用三菱 FX2N-64MR+4A/D,主要负责水辊电机的控制，主传动的调速输出，调版电机数据采集等。选用了一台三菱5.7寸触摸屏，主要负责水辊电机速度显示，调版显示，以及整机故障显示等。本系统运行可靠，维护方便，操作简便直观，大大提高了胶印机的档次，受到用户好评。
2 系统结构
本系统结构图如下：
其中，上位机与下位机采用了RS485通讯，通讯方便，可靠。对多色机而言，安全因素很重要。在设计中，每个机组既要考虑到安全控制，其中包括本位机组的急停，安全按钮；还要考虑方便操作，包括每个机组均应有正点，反点按钮。一方面输入点增加很多；另一方面，走线也很不方便。采用双机通讯，可以很好地解决此问题，各机组的走线可以按照就近原则，进入离它较近的控制柜内，既节省了走线，也方便了控制。
由于印刷机是一个精度较高的机械，印刷品的好坏一方面在于机械加工以及安装的精度，另一方面，也取决于水路，墨路的平衡以及合压的准确性。双色机的每一色组，都有水路和墨路装置。为了便于水辊速度的调节，每根水辊都用一个变频器控制，主电机速度也需要变频器调节。为了实现多路速度调节，我们采用了三菱4D/A数模转换器，它将PLC方给出的数字量，根据相应的算法，转换成0~10V直流电压输出，很好地实现了多路速度调节要求。
在印刷过程中，调版是一个比较繁琐的过程。尤其对多色机来说，各组版对正的精度会对印品产生很大的影响。如果套印不准，印刷品就会出现字面重叠或影像不清。一般来说，印版轴向调节范围为-2mm~+2mm ,周向调节范围为-1mm~+1mm。如果使用手动调版，会浪费很多时间，精度不高。为了实现自动打版，我们在版辊上安装了电位器，通过电位器将模拟量传送给4A/D，经过PLC处理，可将版辊的转动精度很好地控制在打版范围内。
触摸屏作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，它的简单易用，强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境。用户可以自由地组合文字，按钮，图形，数字等来处理或监控管理随时可能变化的信息。随着机械设备的飞速发展，以往的操作界面需由熟练的操作员才能操作，无法提高效率。但使用人机界面，能明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变得简单生动。使用触摸屏，还可以使机器配线标准化，简单化，也能减少PLC控制所需的I/O点数，降低生产成本，也相对提高整套设备的附加价值。三菱触摸屏和三菱PLC有很好的通用性，能在线监视并修改程序，不必很麻烦的重复插拔接口。
3 软件设计
3．1 给纸设计
印刷机整体的电气设计还是比较复杂的，对时间的要求也很严格。在机器的很多地方装有接近开关，用来检测不同的时间点。在印刷过程中，走纸的好坏是影响机器质量的一个重要环节。所谓纸走的好坏，指的是无歪张，双张等现象，如果有歪张，双张现象，在高速情况下，就会将走坏的纸，卷入机器内，从而破坏胶皮，给用户带来很大损失。此过程流程如下：
在实验中，我们发现，按照上述流程编制的程序，在低速没有问题，但速度增高至7000r/h后，就会出现歪张锁不住现象。究其原因，主要是因为光头反应时间和磁铁动作时间滞后造成。程序在执行过程中，采用循环扫描方式，为了让电磁铁输出提前，在设计中，我采用了中断和三菱编程指令的输入输出刷新指令，使电磁铁输出立即执行，提前了电磁铁动作时间，在12000r/h的速度下，也能很好的锁住有故障的纸张，解决了给纸的一大难题。
3．2离合压设计
离压，合压在印刷中具有很重要的作用。离合压的准确性，对印品质量的好坏有着直接的影响。合压过早，会弄脏压印辊筒，给操作带来很多不便；离压过早，会使后一张纸印不上完整的图案，造成纸张浪费。
在设计中，离压，合压的程序流程如图所示：
印刷时，版辊筒与胶皮辊筒先合压，胶皮辊筒与压印辊筒后合压。在我们的机器中，合压全部采用了气动装置，每个气缸都有一个动作时间。由于印刷速度是多段速，在3000~12000r/h之间，根据用户需要可选择不同的速度。气缸动作时间是一定的，齿轮转过角度是一定的，机器速度不合压时间也不同。为了解决此问题，我们根据理论计算值，找出对于不同机器速度时，机器的延时时间。采用比较指令，当机器段速与理论值相等时，延时相应的时间，使压印辊筒与胶皮辊筒准确合压。经过多次试验，离压，合压都没有问题。
3．3 人机界面设计
在人机界面中，设计了7幅画面，包括整体图形，故障显示，机器速度和计数显示，水辊速度显示，调版监控等。故障显示使用指示器，给出位元件即可实现闪动效果，让操作者很方便的知道故障部位，整体感很好。在水辊速度显示中，设计了一个柱状图，可以显示水量增加大小，只需按下柱状图，就可增加水量，也可方便监控。如图所示：
4．结束语
印刷机的一套电气设计属于系统设计，包括硬件，软件设计，涵盖范围较广。这里，我只简单介绍了其中比较重要的几部分，其它细节还有很多，这里不再一一列举。使用三菱的一套控制系统，感觉可靠，方便，在机器批量生产过程中，没有发现大问题。其PLC功能齐全，可靠耐用，指令简洁，与其他产品相比，感觉三菱整体软件系统界面都比较友好，给用户编程，维修都带来极大方便。其触摸屏与PLC有很好的通用性，可通过触摸屏]监视并修改程序，这是其它产品所不能匹及的。三菱的工控元件给设计人员和用户都带来了很多方便。
1引言
由于变频器具有优良的控制特性以及其高效节能的特点，使得变频器近几年在各个领域被广泛的采用。在某些场合，需要用一台工控机灵活地控制多台变频器，以达到控制交流电机的目的。在油田输油控制系统中，多台变频器的控制问题成为关键，按照以往的控制方法，需要使用PLC或者控制电路板来控制变频器。使用这种方法造价高、系统复杂、布线量大、故障率高，亟需一种结构简单、造价低廉、可靠性高的系统来实现多台变频器的控制。
针对这一需要，一些公司（如日本三菱、德国西门子、日本东芝等）推出了带有RS-485通信接口的变频器，使用户能方便灵活地选择变频器的强大功能，设计各自的工业控制系统。我们可以充分利用厂商提供的工业总线接口，使控制系统布线简洁，稳定可靠。
目前，我们在利用工业总线接口开发用户程序时，大部分都是基于DOS环境下的，随着bbbbbbs操作系统的普及使得DOS单任务系统固有的缺陷显得日益突出，人们越来越希望能在bbbbbbs的环境下进行工业控制。
在bbbbbbs 9X下开发工控软件,不仅可以实现多任务操作，充分利用硬件资源，可以利用bbbbbbs 9X下丰富的开发工具，方便地生成各种菜单及友好的图形界面,软件产品质量高且开发周期短。但在bbbbbbs 9X环境下，系统完全接管了各种硬件资源，不允许用户直接对系统硬件进行控制。如何在bbbbbbs 9X/NT环境下开发微机的底层资源,已成为当今工控业的一个值得探讨的课题。
本文以三菱FR-A500变频器的串行通信为例，利用Visual Basic 6.0的ActiveX控件—Microsoft Communication控件，通过对变频器串行通信协议的分析，解决了bbbbbbs 9X环境下与多个变频器的串行通信, 成功地实现了用单台工控PC机对多台交流异步电机的灵活控制，从而在bbbbbbs9X环境下如何实现串行通信的问题上作了有益的尝试。
2 油田输油控制系统的简介
由于多台变频器的控制技术是油田输油控制系统中的关键，有必要简单介绍一下本控制系统的概况。
油田输油控制系统主要有以下几部分构成，图1所示：
1. 中央控制器,主要一台工控计算机及其通信模块构成，它主要负责发送控制指令及控制参数，并根据现场返回的工况数据调整控制参数;
2. 监控信号和管道反馈信号由RS—485总线连接到中央控制器；
3. 泵站1~n主要油泵、变频器、通信适配器、管道传感器等构成；
图1 油田输油控制系统结构组成
控制系统的通信原理
根据油田输油控制系统的要求,我们给出了通信原理框图（图2），这里只重点突出工控PC机与变频器RS—485的接口部分。RS—485的驱动器可带32个接收器,在波特率为100Kbit/s时,通信距离可达到1200m; 通信距离为15m时,波特率可达10Mbit/s。在工业现场，RS-485是应用较多的一种通信方式。
图2 中工控PC机通过RS-232C—RS-485转换器与多个变频器相连接,多可达到32台。每个变频器被赋予各自的地址码用以识别身份,这样,上位机便能通过RS-485通信线,对挂在上面的所有变频器进行控制操作。
图2 通信原理框图
变频器的串行口通信协议分析
通过对油田输油控制系统的结构设计，以及对三菱FR-A500变频器原理及通信方式的研究，我们发现三菱FR-A500变频器的通信方式为异步半双工RS—485协议；波特率19200bit/s，9600bit/s,4800bit/s 可选；ASCII 7或8位数据位可选；1位奇偶校验可选；1或2位停止位可选。其通信协议的数据格式有十种，分别为：
A，A’，B，C，D，E，E’，F，G，H；
下面以格式A为例简要说明一下变频器通信协议：
格式A的功能是变频器运行频率、运行参数的写入和复位变频器，其结构如下：
*1 ENQ——表示控制代码，它有以下几种：(括号内为ASCII码)
STX (H02) 正文数据开始；ETX (H03) 正文数据结束；ENQ (H05) 通信请求；
ACK (H06) 应答无数据错误；LF (H0A) 换行；CR (H0D) 回车；
NAK (H15) 应答发现数据错误；
*2变频器站号——可用十六进制数在H00和H1F（站号0 至31 ）间设定；
*3指令代码——由计算机发给变频器，指明程序要求（如：监视、运行等）；
*4等待时间——规定变频器收到从计算机来的数据和传输应答数据之间的等待时间。根据计算机的响应时间在0和150ms之间设定，小设定单位10ms。
*5数据——表示计算机与变频器之间传输的数据，如：频率、参数等；
*6总合校验——由被校验的ASCII码数据的总和（二进制）的低一个字节表示的2个ASCII数字（十六进制）。
*7表示CR（回车）、LF（换行）代码。
与格式A相对应的数据格式有C和D；若用户程序通信请求以格式A发送到变频器的数据被变频器接受，则变频器以格式C形式的数据返回给计算机；若变频器发现计算机发送的数据有误，则变频器以格式D形式的数据返回给计算机。
数据格式C和D分别如下：
其他的数据格式的功能如下：格式A’ 用于运行指令的写入，其对应的应答数据格式为格式C和格式D；格式 B用于监视变频器的运行参数（频率、电压、电流、转速）及读出变频器的系统参数，其对应的应答数据格式为E、E’、F、G、H。
一般情况下，变频器通过操作面板（PU）来设置变频器参数，一旦参数设定好了，就不能改变，这样很难通过现场信号进行实时的控制。通过以上对变频器通信协议的分析，考虑用软件来实现工控机与变频器的串行通信，利用软件可以灵活的实现系统所需的各种功能而不必改动现场的硬件电路，RS-485通信线多能控制32台变频器，各变频器的运行状态也能实时地回送给上位机。
5 控制系统通信控制软件设计
5.1串口通信程序设计方法
基于对系统结构和变频器串口通信协议的分析，必须对工控计算机的串行口进行编程。在DOS的操作系统下，计算机所有的硬件对编程人员是透明的，比较容易进行内存管理和硬件中断管理，程序的响应速度快。DOS是单任务操作系统，对硬件资源浪费严重，并且在进行图形界面编程时其难度和任务量都远远超过了对硬件部分的编程。我们采用bbbbbbs 9X操作系统和基于此平台的开发软件来编写控制系统软件。
在bbbbbbs 9X环境下，操作系统完全接管了各种硬件资源, 不允许用户程序直接读写硬件端口和进行中断管理。早期的程序员只能通过数目众多的API函数来控制端口，使用起来很不方便。
本系统利用VB6.0下提供了一个ActiveX控件（Microsoft Communication控件, 简称MSComm 控件）来实现串行口的通信设计。通过在应用程序中嵌入MSComm控件的方式，进行计算机串口的通信管理，下面简要介绍一下MSComm控件的功能：
MSComm 6.0控件可以实现数据缓冲区的管理，bbbbb （从缓冲区读取接收数据）的数据类型为Variant，从缓冲区读取数据的格式为字符串格式（Text）或二进制格式（Binary）。
MSComm控件提供的具体功能如表1：
其中串口号(CommPort)设置为1、2 … n等表示COM1、COM2 … COMn。参数设置(Settings)的格式为“BBBB，P，D，S”,BBBB表示波特率，P表示奇偶校验(N：无校验,E：偶校验,O：奇校验)，D表示字节有效位数,S表示停止位数。串口状态(PortOpen)为BOOL变量,TRUE表示打开串口，FALSE表示关闭串口。bbbbbMode使程序能方便地选择从缓冲区读取数据的格式，设置为0时，为字符串格式(Text)，设置为1时，为二进制格式(Binary)。bbbbbLen设置或返回的是用bbbbb从缓冲区读字符串时每次读出的字符个数,这个性质对于读出数据块中定长数据串非常有用。
InBufferCount和OutBufferCount用于串口的查询方式。对于较复杂的通信任务,可通过Com9Xvent处理串口的事件，当相应事件或串口错误事件发生时,系统会激活OnComm事件,在OnComm中添加用户的处理代码,则可实现类似DOS中断的串口处理程序。
5.2变频器串口通信软件结构
为了用该控件控制一个串口进行通信操作，还必须在应用程序中插入该控件。为此，将MSComm控件插入到程序的某个对话框，并为这个控件对象命名为MSComm1，则程序中对串口的各种操作都可通过对象MSComm1来实现。
下面是串口控制子程序的流程图：
6 结束语本文利用Win9X下的ActiveX控件和三菱变频器RS-485的串行通信功能，成功实现了在Win9X环境下单台IPC机对多台三菱变频器的控制，并能实时检测各变频器的运行状态。整个控制系统灵活方便，具有很大的实用性。本文在Win9X下多台变频器控制的设计方案及软件实现为此类问题的解决作了很好的尝试与探索。与DOS方式的控制相比，具有开发周期短、充分利用硬件资源、软件界面美观等优点。但由于Win9X是多任务分时操作系统，该系统不能做到强实时控制，这是今后有待改进的地方。
1 基于Web的SCADA的特性【1】
随着现代工厂信息自动化进程的加快，企业逐渐将管理、决策、市场信息和现场控制信息结合起来，实现ERP(Enterprise Resource Planning)、MES(Manufacturing Execution system)、PCS(Process Control System)三层信息一体化的解决方案。企业内部之间以及与外部交换信息的需求也在不断扩大，现代工业企业对生产的管理要求不断提高，这种要求已不局限于通常意义上的对生产现场状态的监视和控制，还要求把现场信息和管理信息结合起来，建立一套全集成的、开放的、全厂综合自动化的信息平台，把企业的横向通信(同一层不同节点的通信)和纵向通信(上、下层之间的通信)紧密联系在一起，通过对经营决策、管理、计划、调度、过程优化、故障诊断、现场控制等信息的综合处理，形成一个意义更广泛的综合管理系统。在PCS层中，只有具有Web功能的SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统，才能满足企业信息自动化信息平台的要求，它使采集和监控的数据得以开放，能被更多的管理系统、控制系统和使用者所访问。
基于Web的SCADA系统与传统的SCADA系统相比，具有以下优点：
Ø 可以远程访问，使用户虽远离现场，亦可了解现场情况；
Ø 报警方式的多途径实现，不仅能在SCADA监控系统中显示，还可以通过传呼、E-mail甚至手机短信实现；
Ø 一个用户可监控多个过程，多个用户可以监控同一过程，真正实现了数据的开放性及过程信号的透明化；
Ø 仪器虚拟化，操作简单，不仅可以进行现场数据记录，更可以进行智能化分析；
Ø 多种仪器、多种控制系统的协同工作，使全局自动诊断能力增强；
Ø 既可在原有的PLC/DCS基础上安装，也可以独立安装，能够实现与原系统的无缝连接。
1.1 开发需求与背景
在塑料绝缘电线电缆生产过程中，有一极其关键的工序，即：塑胶工序，它是将绝缘PVC塑料挤制在导电线芯上，工艺要求其绝缘厚度必须在公差范围内，否则为废品。电线电缆生产厂家对此工艺特别重视，但废品率仍然较高，为节能降耗，为某电线电缆生产厂家采用菱电公司的PLC A2SH CPU、现场总线CC－bbbb控制器A1SJ61BT11以及Ethernet控制器A1SJ71E71-B5-S3开发了一套基于Web的SCADA系统，效果较好，为企业实现“工厂信息自动化”奠定了坚实的基础。
2 系统设计
基于Web的SCADA系统的主要有以下几部分组成：数据库和WEB服务器、现场测控设备、监控设备、交换式以太网、浏览器等，其中交换式以太网是数据主通道。要真正实现基于Web的SCADA，不仅要考虑网络技术和控制技术的特点,还要考虑现代控制系统的新特性。比如数据传输的可靠性和准确性，数据通信的准确性是远程测控系统的首要要求，没有可靠的数据是不可能进行控制的。还有某些设备的实时性要求，必须保证其优先级,协议的简单化可实现少延迟，快速投递，网络数据库的连接和更新不仅是动态的、实时的，要有高的编程效率和很好的兼容性，TCP/IP协议和现场总线协议的兼容性，真正达到数据畅通无阻。
在设计中，车间级Intranet主要有车间Web服务器（用于外部Ethernet连接以及与班组网络连接）、车间生产服务器（用于生产计划、调度、报表统计等）以及车间控制服务器（车间生产控制流程、生产工艺控制、设备实时监控等）组成，与外部连接采用光纤通信介质，车间内部包括各班组服务器A2SH CPU+A1SJ71E71-B5-S3在内的各服务器均采用10M Ethernet连接。考虑到设备的实时控制要求，采用了CC－bbbb现场总线用以实时控制各生产设备的运行。塑胶车间的基于Web 的SCADA系统结构图见图1所示。
基于Web 的SCADA系统结构图
2.1 A2SH PLC
A2SH PLC 由于增加了CC-bbbb的专用指令，且内置的性能诸如锂电池、后备RAM、用户存储器、实时时钟和一个灵活的通信口，使其能适应工业现场应用场合。
2.2 CC-bbbb 现场总线【2】
CC-bbbb是Control&Communication bbbb (控制与通信链路系统)的简称，是三菱电机于1996年推出的开放式现场总线，其数据容量大，通信速度多级可选择，它是一个复合的、开放的、适应性强的网络系统，能够适应于较高的管理层网络到较低的传感器层网络的不同范围。CC-bbbb是一个以设备层为主的网络，一般情况下，CC-bbbb整个一层网络可由一个主站和六十四个从站组成。网络中的主站由PLC担当，从站可以是远程I/O模块、特殊功能模块、带有CPU和PLC本地站、人机界面、变频器及各种测量仪表、阀门等现场仪表设备。且可实现从CC-bbbb到AS-I总线的联接。CC-bbbb具有高速的数据传输速度，达可达10Mbps。CC-bbbb的底层通信协议遵循RS485，一般情况下，CC-bbbb主要采用广播一轮询的方式进行通信，CC-bbbb也支持主站与本地站、智能设备站之间的瞬间通信。
CC-bbbb。具有性能卓越、应用广泛使用简单节省成本等突出优点。
2.3基于Web的SCADA计算机管理网络结构【3】
B/S（Brower/Server）结构是现行企业信息网络的优选结构体系，在相同的性能需求下可以使整个计算机系统的投资大幅降低；它具有很好的开放性、兼容性和容错能力，并且易于功能和用户的扩充。B/S结构体系实现了分布式协作处理业务。客户机可以分布设置在企业的各个部门，分别进行各自的业务处理，具有协作处理和计算的环境，发挥各自特长相互协作运行，实现有效的管控一体化管理。
2.4 Intranet与Infranet（Infrastructure Networks）实时数据交换技术
基于Web的SCADA开发的关键在于实现Infranet与Intranet之间信息传送的有效性与可用性。动态数据交换DDE（Dynamic Data Exchange）是实现Infranet与Intranet集成的一种方便方法，尤其是在Infranet与Intranet之间具有中间系统或共享存储器工作站时。基于DDE方法实现Infranet与Intranet 集成的关键是：1）中间系统的通信处理机起沟通Infranet与Intranet的桥梁作用。通信处理机一方面是信息网络的一个工作站，又是控制网络中的一个工作站。在通信处理机上运行两个应用程序，一个是实时通信程序，实现实时信息的接收、检错、信息格式转换等功能，为信息网络数据库提供实时数据信息。另一个是数据库访问应用程序接口，它接收DDE服务器送来的实时数据并写到数据库服务器中，供信息网络实现信息处理、统计、分析、管理等功能。2）为了能够通过共享内存实现动态数据交换，在网络控制器上安装有bbbbbbs Server 2000、Microsoft SQL Server 6.5、Power Builder 7.0以使之实现DDE功能。
实时数据交换的过程为：DDE客户应用程序向DDE服务器应用程序发出请求，DDE服务器应用程序响应请求，双方建立连接，开始对话。DDE服务器应用可以和DDE客户应用进行实时数据交换，DDE客户应用可以访问DDE服务器应用的数据库。
2.5 实时数据库技术【4】
实时数据库是基于Web的SCADA系统中数据处理和管理的核心，它的一个基本特征就是与时间相关性，与时间相关性包含两个方面：1）数据与时间相关，2）数据的值随时间而变化。实时数据库要求无缝地集成了数据库与定时性，但并不是数据库技术和实时系统两者的简单结合，兼顾了常规数据库处理能力和实时处理技术需求。不仅要求有并发处理能力，还要具有分布式网络的功能，其中有1）实时数据模型包括数据结构、数据操作和完整性约束在内的实时数据模型，2）实时事务的模型与处理3）数据存储与缓冲区管理。
3 结束语
企业信息化是我国国民经济信息化的首要任务，而企业综合自动化是企业的发展方向。基于Web的SCADA给企业信息化奠定了坚实的基础。实现企业信息化与综合自动化，不但要发展控制网络，建设信息网络，要注重控制网络与信息网络的集成，实现计算机协同工作与信息共享，这是未来数字企业的发展方向。