西门子模块6ES7223-1BM22-0XA8使用选型
仿真自动化控制系统提供了下述功能，“真实的”自动化控制系统不具备这些功能：
仿真的 CPU中正在运行时可以用“Stop”选项中断程序，恢复“运行”时是从程序中断处开始继续处理程序。
与真实的 CPU 一样，仿真软件可以改变 CPU 的操作模式（RUN，RUN-P 和 STOP）。 但与实际 CPU 不同的是仿真的 CPU 切换到 STOP模式并不会改变输出的状态。
仿真软件中在目标视图中变量的每个改变，其存储区对应相关地址的内容会被更新。CPU并不是等到循环周期结束或开始时才更新改变的数据。
使用关于程序处理的选项可以指定 CPU如何执行程序：
选择“By cycles”程序执行一个周期后等待命令再执行下一个循环周期。
选择“Automatic”程序的处理同实际自控系统一样：一旦一个循环周期结束马上执行下一个周期。
仿真定时器可以使用用自动或手动方式处理，自动方式按照程序执行结果，手动方式可以给定特殊值或复位定时器。复位定时器可以复位单独的定时器或一次复位所有定时器。
可以手动触发诊断中断 OB：OB40 到 OB47 (过程中断)，OB70 (I/O 冗余错误)，OB72 (CPU 冗余错误)，OB73(通信冗余错误)，OB80 (时间错误)，OB82 (诊断警告)， OB83 (插拔模块警告)，OB85(程序执行错误)和 OB86(机架故障)。
过程映像区和 I/O 区：如果改变一个输入映像区的值，S7-PLCSIM立即将此值复制到输入外设区。这就意味着从输入外设区写到输入过程映像区所需要的值在下一个循环周期开始时不会丢失。同样如果改变了输出映像区的一个值，此值立即被复制到输出外设区。下图所示为循环周期的过程顺序：
图 1： 循环周期的过程顺序
S7-PLCSIM与“实际”的自动化系统还有以下不同：
诊断缓冲区：S7-PLCSIM不能支持所有写入诊断缓冲区的错误消息。例如，关于 CPU 中的电池电量不足的消息或者 EEPROM 错误是不能仿真的。但大部分 I/O和程序错误都是可以仿真的。
在改变操作模式时（比如从 RUN 切换到STOP）输入输出没有“安全”状态。
不支持功能模块（FM）。
不支持 点对点通信（例如同一机架上的两个 S7-400 CPU之间）。
S7-PLCSIM 与 S7 400 CPU 一样支持 4个累加器。在某些情况下 S7-PLCSIM 上运行的程序与真实的只有 2 个累加器S7 300 CPU上运行结果不同。
输入/输出的不同
大多数 S7-300 产品系列的 CPU 可以自动配置输入/输出设备：如果将模块连接到控制器，CPU即自动的识别此模块。对于仿真的自动化系统，这种自识别是不能模拟的。如果把一个自动组态好 I/O的 S7 300 CPU 程序装载到S7-PLCSIM 中，系统数据中将不包含任何 I/O 组态。如果使用 S7-PLCSIM 来仿真 S7 300 的程序 ，为了CPU 能识别所使用的模块必须装载硬件组态。
在 S7-PLCSIM 中 S7-300 CPU 不能自动识别I/O，例如 S7-315-2DP, S7-316-2DP or S7-318-2DP 等 CPU，为了能将硬件组态装载到S7-PLCSIM，需要创建一个项目。拷贝相应的硬件组态到这个项目并装载到 S7-PLCSIM。从任意 S7项目装载程序块，I/O 处理都不会有错误。
S7-PLCSIM 的功能范围
S7-PLCSIM 仿真 S7 控制器并包含下述存储区：
存储区 | 描述 |
计时器 | T0 to T511 |
标志位 | 标志位存储区 131.072 位 (16KB) |
总输入输出地址存储区 | 输入输出存储区 131.072 位 (16KB) |
过程映像区(可调整；每个循环更新) |
大： 131.072 位 (16 KB) |
本地数据 (可调整) | 大： 64 KB |
代码块和数据块 | 2048 功能块 (FB) 和功能 (FC) |
系统功能块(SFBs) | SFB0, SFB1, SFB2, SFB3, SFB4, SFB5,SFB8, SFB9, SFB12, SFB13, SFB14, SFB15, SFB16, SFB19, SFB20, SFB21,SFB22, SFB23, SFB32, SFB33, SFB34, SFB35, SFB36 和SFB37 |
系统功能 (SFCs) | SFC0, SFC1, SFC2, SFC3, SFC4, SFC5,SFC6, SFC7, SFC9, SFC10, SFC11, SFC13, SFC14, SFC15, SFC17, SFC18,SFC19, SFC20, SFC21, SFC22, SFC23, SFC24, SFC25, SFC26, SFC27,SFC28, SFC29, SFC30, SFC31, SFC32, SFC33, SFC34, SFC35,SFC36,SFC37, SFC38, SFC39, SFC40, SFC41, SFC42, SFC43, SFC44,SFC46, SFC47, SFC48, SFC49, SFC50, SFC51, SFC52, SFC54, SFC55,SFC56, SFC57, SFC58, SFC59, SFC60, SFC61, SFC62, SFC64, SFC65,SFC66, SFC67, SFC68, SFC69, SFC79, SFC80, SFC81 对于 SFC26 和 SFC27, 只支持输入参数0。
|
组织块(OBs) | OB1 (主循环)，OB10 到 OB17 (时钟中断)，OB20 到 OB23 (时间延时中断) ，OB30 到 OB38 (定时中断)， OB40到OB47(过程中断) ，OB70 (I/O 冗余错误) ，OB72 (CPU冗余错误) ，OB73 (通讯冗余错误) ，OB80 (时间错误) ，OB82 (诊断中断)，OB81 (电源出错) ，OB83 (删除/插入模板中断)，OB84 (CPU 硬件故障)， OB85 (程序执行优先级故障) ，OB86 (机架出错)，OB87 (通讯出错) 。OB90 (后台组织块)，OB100 (暖启动) ，OB101 (热启动) ，OB102 (冷启动)，OB121 (编程错误) ，OB122 (I/O 访问错误) |
请注意以下SFB，SFC 和 OB 将作为 NOP语句执行(不需操作）。程序中调用的 NOP 不能修改。
SFB12, SFB13, SFB14, SFB15, SFB16,SFB19, SFB20, SFB21, SFB22 和 SFB23
SFC7, SFC11, SFC25, SFC35, SFC36,SFC37, SFC38, SFC48, SFC60, SFC61, SFC62, SFC65, SFC66, SFC67,SFC68, SFC69和SFC81
OB81, OB84, OB87 和 OB90
测控网络技术的应用为实现生产过程的自动化，提高产品质量和安全生产提供了保障，Modbus通信协议具有侦错能力强、数据传输量大、实时性好等特点[1]成为目前自控领域使用非常广泛的通讯协议。通过此协议，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中控制和数据共享等。目前国外生产的层绕机自动化程度高，自动排线jingque，主动导开放线，层绕质量高，但价格昂贵。国内研制出的层绕机自动排线不够稳定，且需人工干预，大多数为被动导开放线，缠绕质量不稳定，生产效率低，均未采用网络测控。针对储丝机构料位的控制方案以及基于ModbuS协议的层绕机测控系统，采用总线结构并通过网络实时jingque控制，较好地解决了焊丝恒张力层绕控制和焊丝主动导开的技术难题，实现了焊丝的层绕线速度升降自适应，自动定长停车等功能，提高了焊丝的层绕精度和设备的成功率，且价格低廉。
1测控网络的结构和功能
随着各种钎丝制品（如焊丝、电机和变压器绕组等）需求量猛增，迫切需求高精度和自动化程度高的连续生产缠绕设备，提高生产率和产品质量，加快基于全数字交流伺服的高精度缠绕技术的研究迫在眉睫。
1.1 测控网络的总体结构
基于Modbus协议的层绕机测控系统总体结构如图1所示，包括中央控制单元、收线测控单元、张力测控单元、导开测控单元、直线行走单元和人机交互系统。
1.2 各网络节点的结构和功能
中央控制单元PLC:对各单元所传来的数据进行处理，控制各单元的执行动作。
收线测控单元:利用编码器测出主轴电机速度，由PLC控制收线变频给定值。
张力测控单元:通过监测浮动辊所处位置即料位反映焊丝张力的变化情况，将料位分成9个状态，采用模糊控制对料位跟踪调整，使浮动辊处于佳位置。
导开测控单元:根据张力变化对导开电机进行控制，实现主动导开功能。
直线行走单元:采用台达伺服电机作为执行机构，保持焊丝缠绕角度。
人机交互系统:采用台达触摸屏对各种生产参数进行设置以及监测系统运行状况，发生故障作报警提示，RS一232接口连接方式。
2 通信系统介绍
Mobdus通讯协议广泛应用于工业控制领域，协议结构简单通用，大部分工控系统都支持这种协议。ModbuS标准定义了051模型第7层上的应用层报文传输协议，它还将串行链路上的协议标准化，以便在一个主节点和多个从节点之间进行查询和应答。Modbus串行链路协议是一个主/从协议，该协议位于051模型的第二层。位于051第7层的MOdbus应用协议定义了简单的独立于其下面通信层的协议数据单元（PDU），RS一485总线网络的Modbus协议映射在发起ModbuS事务处理的主节点构造ModbusPDU，添加附加域构造Modbus串行链路通信PDU。Modbus通信总是由主节点发起，主节点向从节点发出查询命令并处理响应，从节点在没有收到主节点的请求时并不主动发送数据，也不与其它子节点互相通信。主节点在同一时刻只会发起一个Modbus事务处理。
2.1 协议格式
Mdobus协议定义两种串行传输模式:RTU模式和ASCl模式，规定了报文域信息位（bits）在线路上串行传送方式，确定了数据信息如何形成报文和报文如何解码。本系统采用RTU模式。在消息中的每个SBit字节包含两个4Bit的十六进制字符，见表1。这种方式的主要优点是:在同样的波特率下，可比ASCll方式传送更多的数据[2] 。
该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。传输过程中，网络设备不断侦测网络总线，包括停顿间隔时间内。当个域（地址域）接收到，相应的设备就对的传输字符进行解码，一旦有至少3.5个字符时间的停顿就表示该消息的结束。
2.2 检查码（CRC）
主机或从机可用校验码进行判别接收信息是否出错。错误检测域包含一16Bits值（用两个8位的字符来实现）。错误检测域的内容是通过对消息内容进行循环冗长检测方法得出的。CRC域附加在消息的后，添加时先是低字节是高字节。故CRC的高位字节是发送消息的后一个字节。错误校验采用CRC一16校验方法图。
CRC 校验码计算如下:
2.3 通信程序编制及参数设定
2.3.1 人机交互系统
2.3.1.1 主画面
（1） 在操作面板上设有一个“重量CLR清零”按钮，此按钮按下，则已缠绕焊丝重量清零;
如果保持按下35以上，则累计重量清零（延时功能由PLC实现）。
（2）在主 画面上设有“预置重量、焊丝线径、已绕重量及累计重量”等数据。
（3）设有 “用户参数”（见表4）、“工艺参数”和“机械参数”三个子画面切换按钮。
2.3.1.2 分画面
（1） 机械参数:设置排线中心角输人，排线滞后角输人。
（2）导开变频器给定频率补偿设定:可设置高料位导开频率补偿值、中高料位导开频率补偿值、中低料位导开频率补偿值和低料位导开频率补偿值等。
（3） 角度传感器报警和断丝报警停车。
（4） 焊丝比重设定。
2.3.2 变频器
变频器选用台达VFD一B系列，收线和导开电机各有一台变频器驱动，两台变频器与可编程序控制器遵守ModbuS通讯协议。变频器的参数设置见表5。
2.3.3 可编程序控制器
采用台达DVP一SX机型，该机为01点（4DI+ZDO+ZAI+ZAO）特殊主机，内建2位数的七段显示模块，直接对应内部寄存器。扩展模块为DVP06X一H模拟输人/输出混合模块。可编程控制器与变频器建立通讯程序见图2。
主节点访问从节点的程序流程见图3。
3 结束语
测控系统越来越走向分布式、网络化，基于Modbus的网络测控系统在层绕机上已完全实现，主节点与各从节点之间采用了RS一485串行通信总线，使测控网络的连线简洁，信号传输稳定可靠，并采用模糊控制算法取得了良好的张力控制效果，极大提高了缠绕精度和自动化程度。可用企业局域网对测控网络进行管理，通过网关连接到Internet网实现远程测控功能，生产过程控制系统与信息管理系统结合的管控一体化发展，实现企业综合自动化。设备现场运行良好，工作稳定可靠，便于操作，具有广阔的市场前景。