6ES7231-7PD22-0XA8实体经营
| 近年来，随着工厂自动化系统的兴起，可编程控制器(PLC)和现场总线在工业控制中得到了广泛的应用。在工厂自动化系统中，一般利用PLC的高可靠性、模块化结构以及编程简单等特点，将其作为下位机完成实时采集和控制任务；利用现场总线系统的开放性、互用性以及系统结构的高度分散性来构筑自动化领域的开放互连系统。控制系统中的主从站结构是经常用到的通讯方式，以往的从站只能单纯的靠主站中存储的程序来运行，主站若发生故障，从站就不能继续工作，这样就使整个系统的连续工作能力下降，不利于企业效益的增长。要解决这一问题，可换用带CPU的智能化DP从站，它不仅能实现独立的PID控制，也能接收PROFIBUS的PLC主站或PC主站的控制数据，构成一个数字化、智能双向、多点的通信系统现场总线网络，实现优控制，DP从站具有可靠性高、抗扰能力强、、维护方便的特点，可以很好的解决上述问题。 1 通讯结构 CPU315-2DP是西门子生产的S7系列产品，它的CPU上集成有PROFIBUS-DP通讯接口。AriCon 211-DP是北京金自天正智能控制股份有限公司(以下简称金自天正公司)的产品，它的CPU上也集成有PROFIBUS-DP通讯接口。整个的连接结构如图1所示。  图1 系统通信结构连接框图 MPI：MPI（Multi Point Interface）数据线用来连接PC机的串口和CPU315-2DP的通讯口。它是通过一个西门子生产的PC适配器把PC机的串口转化为MPI协议的。 RS232C：RS232C(RS表示Recommended Standard，C代表RS232新定义的一个型号)是目前PC机与通信工业中应用广泛的一种串行接口。它被定义为连接数据终端设备（DTE）和数据电路设备（DCE）的电缆中的信号电特性，是一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准，采取不平衡传输方式，即单端通讯。RS232C适用于近距离传输。连接方式如图2所示。 图2 RS232串行接口连接方式 PROFIBUS-DP（Process FieldBus）：采用RS485传输技术通讯，波特率可选9.6Kbps～12Mbps，电缆的大长度就取决于所选用的波特率。线路的两端带有终端传输电阻，介质为带屏蔽的双绞电缆。在这一级，PLC通过高速串行线同分散的现场设备进行通讯。 2 硬件部分 2.1 CPU315-2 DP 其主存储器的大存储量为512KB，CPU能多处理82K语句，并提供大8192个标记，512个定时器和512个计数器。CPU可扩充到1024DI/DO或128AI/AO。它的强大功能也可用一个集成的PROFIBUS-DP接口达到，并可作为主设备或从设备设置。多可将125个PROFIBUS-DP站连接到主设备。数据传输率为12Mbps。分布式I/O以与中央I/O完全相同的方式(即用STEP 7)进行配置和编程。它的通信协议芯片SPC3集成了DP协议中的FDL层，可以承担通信部分的微处理器负载，实现DP从站通信处理。 2.2 AriCon 211-DP 可用符合IEC61131-3标准的AriOCS对其组态编程，具有高灵活性，可以连接32个功能模块（数字I/O、模拟I/O、脉冲计数、通讯等）。具有极快的扫描周期，可连接附加的外部存储器，无需MPI适配器。大传输率为12Mbps。组态好的数据要使用RS232C下装到模块的CPU中。 3 软件部分 由PROFIBUS总线构成的现场总线控制器的软件包括：PROFIBUS总线设备的配置软件、驱动软件、组态软件和应用程序等。它们具有以下功能：主站和远程从站的参数设定，主站对从站的数据读写、图形组态、数据库建立与维护、数据统计、报表打印、故障报警，应用程序的开发、调试、运行等。其中，配置软件和驱动软件由设备厂商提供，组态软件可采用STEP7等通用型软件。 本次实验所有的软件都基于Microsoft bbbbbbs NT系统，有良好的用户界面，其功能也都相当完善和实用，使用非常方便。 3.1 编程组态软件STEP7 STEP7是西门子开发的一套SIMATIC 工业软件。它功能非常强大，不仅对开关量有完善的指令，在处理模拟量时也有丰富的指令系统。可以使用任何一种编程语言，如STL（语句表）、FBD（功能块图）和LAD（梯形图），可随心所欲的从一种语言切换到另一种。硬件配置工具和试验工作方式的切换设备以及指令集（存有丰富的指令），是非常复杂的功能也能简便地编程。地址的分配和安装模块的组态是西门子STEP7管理器的一个功能，在这里，模块作为一个实际的PROFIBUS主站系统出现。完成的工程通过串口MPI传送给CPU。 3.2 组态软件AriOCS AriOCS是金自天正公司开发的专用于IEC1131-3 AriCon CPU21x编程组态的软件，采用IEC标准规定的五种语言。它支持在线调试修改和离线仿真，调试功能非常丰富，具有在线帮助功能。它还附带了一个参数配置软件WinNCS。 3.3 GSD文件 PROFIBUS设备具有不同的性能特征，主要表现在现有功能（即I/O信号的数量和诊断信息）的不同或可能的总线参数，例如波特率和时间的监控不同。这些参数对每种设备类型和每家生产厂来说均有差别，为达到PROFIBUS简单的即插即用配置，这些特性均在电子数据单中具体说明，有时称为设备数据库文件（即GSD文件）。使用基于GSD的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在一个总线系统中。GSD文件由生产厂商分别针对每一种设备并以设备数据库清单的形式提供给用户，此种文件格式便于读出任何一种PROFIBUS-DP设备的设备数据库文件，并且在组态总线系统时自动使用这些信息。 4 操作过程 将所有设备按照图1所示顺序连接好。 PROFIBUS通信协议将网络中通讯参与者分为主站和从站：主站要向从站发送通讯请求指令，从站根据请求指令中指定的内容向主站发回数据。一个主站可以向多个从站发送通讯请求，并利用从站地址（SLAVE ADDRESS）或从站识别码（SLAVE ID）来区分。 智能从站与普通从站的大区别就是带有自己的CPU，它除了处理来自主站的数据外，还要处理本身的I/O数据，并且必须确保两种数据不重叠。在给主站组态的也要给从站组态。 主站的CPU必须从FFh到00h记数，并且要先把来自智能从站的数据传送到主站的输出模块，主站再把自己的数据传送给智能从站。从站接收到的数据必须保存在CPU外围模块的输入区域，并且通过背板总线传送给输出模块。另一方面，智能从站要从00h到FFh记数。这些数据也必须被保存到从站CPU的输出区域，通过PROFIBUS传送到主站，主站再传给输出模块。以此做周期性循环。 这里对以下数据进行组态： ①主站：PROFIBUS地址 1 输入区域 从10开始 字节长度：2Byte 输出区域 从20开始 字节长度：4Byte ②智能从站：PROFIBUS地址 2 输入区域 从30开始 字节长度：4Byte 输出区域 从40开始 字节长度：2Byte 参数数据 从50开始 字节长度：24Byte(固定) 诊断数据 从60开始 字节长度：6Byte(固定) 状态数据 从100开始 字节长度：2Byte(固定) 组态好的PROFIBUS地址必须与CPU模块上拨码开关设定的地址一致。 输入输出区域中的数据是映射到对方CPU中的数据：主站的输入对应于从站的输出，它们的字节长度要相等；而主站的输出则对应于从站的输入，它们的字节长度也要相等。 用STEP7给主站CPU315-2 DP组态，组态好的数据通过MPI电缆下装到主站的CPU中。在STEP7中，为主站编程，梯形图如图3所示。 图3 主站编程梯形图 其中：M0.0为中间变量，Q1.0对应于主站所带的I/O模块地址，而Q20.0则为映射到智能从站的数据，它对应着智能从站的Q30.0。 智能从站的组态采用组态软件AriOCS，组态好的数据通过RS232C传送给AriCon 211-DP。在AriOCS中，为智能从站编程，梯形图如图4所示。 图4 从站编程梯形图 其中：I30.0为映射到主站的数据，而Q2.7则对应于智能从站所带的I/O模块地址。 PROFIBUS通信协议保障了通信的高可靠性，这要以硬件和软件设计为基础。在通信接口连接时，必须遵循一定的规范，如信号的隔离、总线接口与收发器间避免线路过长等。这样，主从站就可以实现数据的通讯了。 5 结语 本次实验主要是实现了PLC与智能从站之间的数据通讯。使用智能从站的大好处在于，当主站出现故障停止运行时，智能从站因自身带有CPU，组态的数据都存在自己的CPU中，能够继续运行，而不受主站的影响，极大的提高了系统连续工作的能力，该方法值得推广应用。 |
可编程控制器与PLC机组成的集散控制系统，越来越广泛的应用于生产过程自动化领域。本文就PC机与多台PLC组成的网络之间数据通讯的通用模式及软、硬件实现方案加以探讨。
[关键词]
计算机 PLC 网络通讯 软硬件
一、引言
PLC以其高可靠性、适应工业过程现场、强大的联网功能等特点，被广泛应用。可实现顺序控制、PID回路调节、高速数据采集分析、计算机上位管理PLC分散控制的集散管理系统，是实现机电一体化的重要手段和发展方向。
bbbbbbS操作系统以其图形用户界面、多任务、自动内存管理等特点，已取代了DOS操作系统的地位。bbbbbbS操作系统为用户提供了API接口函数，但非开发人员难以掌握。VB作为bbbbbbS下的应用软件开发平台以其易学好用的优点给程序员提供了强大的可视化编程工具。
在微机与PLC之间构成的集散控制系统中，多数是由一台PC计算机与数台PLC之间形成1-N的通信模式。该模式系统中PLC负责现场高速数据采集、实现逻辑、定时、计数、PID调节等控制任务并通过串行通讯口向微机传送PLC工作状态机有关数据从而实现计算机对控制系统的管理，提高了PLC的控制能力的控制范围。使其从设备级的控制发展到生产线级乃至工厂级的控制，从而实现工厂智能化的目标。该集散控制系统中，PLC与微型计算机之间的通讯显得尤为重要。如何提高保证它们之间的通讯准确程度、可靠性及效率是通讯成功与否的关键技术之一，下面就对该关键技术做一些探讨。
二、上位计算机与PLC之间的链接方式
本文介绍的是上位机与多台PLC组成的多链系统，常用的连接方式有两种：
方式一使用连接适配器较少，也不用信号转换，但若中间一台PLC出故障，其后续的PLC无法与上位机通讯。
方式二使用了信号转换，但可避免前级故障对后级的影响。
三、上位计算机与PLC的链路通讯
以OMRON公司CPM1A型PLC和上位计算机通讯为例，通讯协议如下：
按上图顺序发送/接受命令。每次通讯发送/接受的一组数据称为一“帧”。帧由少于131个字符的数据构成，若发送数据要进行分割帧发送，分割帧的结尾用CR码（CHR(13)）一个字符的分界符（分段字符）来代替终端。发送帧的一方具有发送权，发送方发送完一帧后，将发送权交给接受方。
发送帧的基本格式为：
@机号 识别码 正文 FCS *CR
其中：@ 为帧开始标志
机号 网络通讯中每一台PLC被分配给的唯一番号
识别码 该帧的通讯命令码
正文 用来设定命令参数
FCS 帧校验和
终端 命令结束符
响应的基本格式为：
@机号 识别码 结束码 正文 FCS *CR
其中：@机号 识别码 正文等同发送帧意义
结束码 返回命令结束有无错误等状态
关于多于131个字符的分割帧这里不在赘述。
四、通讯过程
通讯开始先由上位计算机依次对网的PLC发出一串字符的测试帧命令。为充分利用上位机CPU的时间，可使上位机与PLC并行工作，在上位机等待PLC回答信号的使CPU处理其它任务或线程。某PLC在接到上位机的一个完整帧以后，判断是不是自己的代号，若不是就不予理睬，若是就发送呼叫回答信号。上位机接到回答信号后，与发送测试的数据比较，若两者无误，发出可以进行数据通讯的信号，转入正常数据通讯，否则提示用户检查线路重新测试或通讯失败。
五、上位计算机bbbbbbS下的通讯程序设计
上位机通讯软件是用VB开发的，因VB具有强大的图形显示功能，可以开发出界面良好的bbbbbbS标准风格的图形用户界面。VB还提供了串行端口控件MSCOMM，程序员在利用该控件时，只需设置、监视其属性和事件，即可完成对串行口的初始化和数据的传输工作。
Sub bbbbl_load()
Mscomml.comport = 1
Mscomml.settings = "9600,n,8,1"
End sub
Sub commandl_click
Mscomml.bbbbblen = 0
If mscomml.portopen = false then
Mscomml.portopen = true
End if
For I = 1 to n ;N为网络系统中的PLC个数
If i<10 then
S$ = "@"+"0"+str$(i)+"ts"+"abcd"
Else
S$ = "@"+str$(i)+ts"+"abcd" ；abcd为测试字符
Endif
… ；形成上位机测试命令数据块sedata$;
Mscomml.output = sedata$
Timerl_on = false
Timetl.enable = true
Do until (mscomml.inbuffercountáñ0)
or (timerl_on = true)
Domy = doevents()
Loop
Timerl.enable = false
…
Redata$ = mscomml.bbbbb
If redata$ = sedata$
… ；转入正常通讯数据处理
Else
Labell.caption = str$(i)+“测试通讯失败，检查线路后再测试”
Endif
Endsub
六、PLC方的通讯设置
计算机与PLC通讯的目的是实现计算机对PLC运行状态、数据区的监控、PLC工的管理并可用计算机编程。一般来说，在通讯过程中PLC是被动的，每一次通讯都由计算机发起与终止，但也可由PLC发起。
一、冲床自动送料机的技术状态
本文介绍的冲床自动送料机是一种用于冷挤压套圈类零件的送料机器，是冲床进行技术改造的理想附机。该送料机克服了国内外有关冲床送料机的不足。如日本的RF20SD—0R11机械手送料装置与冲床做成一体，从横向侧面）送料，结构复杂，装配、制造、维修困难，价格昂贵，又不适合于我国冲床的纵向送料的要求。RF20SD—0R11的结构由冲床上的曲轴输出轴，通过花键轴伸缩，球头节部件联接机械手齿轮，由伞齿轮、圆柱齿轮、齿条、凸轮、拨叉、丝杆等一系列传动件使机械手的夹爪作伸缩、升降、夹紧、松开等与冲床节拍相同的动作来完成送料，另设一套独立驱动可移式输送机，通过隔料机构将工件输送至预定位置，这样一套机构的配置仅局限于日本设备，不能应用于国产冲床。国内有的送料机构由冲床工作台通过连杆弹簧驱动滑块在滑道上水平滑动，将斜道上下来的料，通过隔料机构推到模具中心，并联动打板将冲好的料拨掉，往复运动的一整套机构比较简单，无输送机构，联动可靠，制造容易。但机械手不能将料提升、夹紧，料道倾斜放置靠料自重滑下，如规格重量变动，则料道上工件下滑速度不一致，易产生叠料，推料机构没有将料夹紧，定位不正，废品率较高，使用也不安全。
结合国产冲床工作特点，采用机械手与输送机构配合为主要装置，再配合采用自动卸料安全保护，设计了具有较大应用价值和推广意义的自动送料机。
二、结构设计
该送料机主要配备于3150kN冲床，也可配备于1600kN或1250kN等冲床。它主要由机架包括撑脚、电器箱、角铁架）、输送机包括电机、变速箱、滚筒、输送带、料台、料道、隔料机构、挡料机构等）、机械手包括提升缸、夹紧缸、滑板、支架、连杆铰链等）、供油装置包括油箱、液压泵等）、卸料机构和安全保护装置等部分组成如图1）。
图1冲床自动送料机结构简图
1.机架2.输送带3.机械手4.隔料盘5.冲床工作台
6.料仓7.挡料板8.工件9.电机10.模具
机架主要联接冲床，装置机械手并使其在一定轨道上滑行，装置输送机构、电气元件。
输送机是通过一台电机驱动，通过皮带、减速器的传动至主动轴，使输送带以一定线速度输送工作。工作经料台进入料道人工），再通过隔料机构输送至预定位置。
三、PLC控制
机械手需要完成将工件由A移向B的动作，机械手示意图如图2所示。它的动作过程如图3所示。
机械手每个工作臂上都有上、下限位开关和左、右限位开关，而其夹持装置不带限位开关。一旦夹持开始，控制PLC内的定时器启动，定时约束，夹持动作随即完成。机械手到达B点后，将工件松开的时间也是由定时器控制的，定时结束时，表示工件已松开。有关输入、输出点在PLC内的分配，如图4所示。
该机械手的动作过程如下：当按下启动按钮时，机械手从原点开始下降，下降到底时，碰到下限位开关X401接通），下降停止。接通定时器，机械手开始夹紧工件，定时结束，夹持完成。机械手上升，上升到顶时，碰到上限位开关X402接通），上升停止。机械手右移，右移碰到右限位开关X403接通）时，右移停止。机械手下降，下降到底，碰到下限位开关X401接通）时，下降停止。接通定时器，机械手放松工件，定时结束，工件已松开。机械手上升，上升到顶碰到上限位开关X402接通）时，上升停止。机械手左移，左移到原点碰到左限位开关X404接通）时，左移停止。于是机械手动作的一个周期结束。
机械手自动操作流程图如图5所示。状态转换图如图6所示。梯形图如图7所示。
四、结论
冲床自动送料机实质上即机械手，能自动上料和卸料，提高生产效率，保证产品质量，改善工作劳动强度，确保人身安全。在冷挤压加工行业中有较大的应用前景。
采用PLC来控制机构，并以微机为人机界面，较好地满足了控制及系统的要求。并且测试jingque，运行高速、可靠，使用寿命长。是一种实时监控系统，对相关系统的控制和设计有一定的参考价值。