西门子6ES7231-0HC22-0XA8一级代理
在雷达伺服控制系统中,可编程控制器(PLC)以其模块化结构,体积小、可靠性高,编程设计/更改方便,控制能力强,得到了广泛应用。西门子公司S7-200型PLC,不仅可实现输入/输出逻辑关系综合,延时/时序,数学运算及定时操作等功能,利用其串行口(RS485)与上位PC机串行口(RS232)的串行通信功能,可以直接进行上、下位机之间的数据传送,上位机(PC机)可以实时采集伺服控制系统中,各设备单元有关测试点状态,以及天线上控保开关状态;PC机通过该串口可实时给PLC发送控制指令。
在应用S7-200型PLC与PC机及通信时,碰到RS232/RS485串口转换问题,以及由于上、下位机通信为半双工(一方发送,另一方接收),上、下位机之间接收/发送数据同步问题,以及伺服控制系统中,各设备单元测试点状态的采集与处理等难点问题。以下将对这些难点问题一一进行阐述。
1 PLC与PC机通信接口
由于PLC与PC机在串行接口上的不同,PLC为RS485,PC机为RS232。我们采用西门子公司的RS232/RS485通信转换电缆为上、下位机通信的转换口。由于RS485采用差分型数据传输,传输线上为电位差信号,抗干扰能力强。
RS232/RS485串行通信框图如图1所示。
2 S7-200型PLC自由端口模式
S7-200型PLC有数种通信模式,一种为点对点(PPI)通信协议,另一种为对用户完全开放的自由端口模式。在自由端口通信模式下,通信端口完全由用户程序所控制,通信协议也由用户设定。在该模式下,PLC与PC机为主从关系,PC机始终处于主导地位。当PLC处于“RUN”状态下时，通信命令有效；当PLC处于“STOP”状态下时,通信命令无效。
在进行通信前,应该对PLC自由通信端口进行初始化。对S7-200型PLC初始化,是通过设置特殊标志位SMB30来实现的,需要设置的参数有：通信波特率,奇偶校验位,数据停止位,以及接收/发送的字节数等。
S7-200型PLC有专门的数据接收/发送指令,下面分别进行介绍：
（1）发送数据指令格式 ：XMTTABLE PORT
其中，变量TABLE中存储发送的数据总数n;TABLE+1为发送的个有效数据,TABLE+2为发送的第二个有效数据,以此类推,TABLE+n-1为发送的第n-1个有效数据(也是后一个数据)。
PORT指明通信口,这里必须为0口。数据存储格式如图2所示。
当正在发送数据时,特殊标志位SM4.5为0；当发送数据完成时,SM4.5为1；可用SM4.5的状态来判断发送是否完成。
（2） 接收数据指令格式：RCVTABLE PORT
其中，变量TABLE存储接收的数据总数n+2,TABLE+2为接收的个有效数据,TABLE+3为接收的第二个有效数据,以此类推,TABLE+n+1为接收的第n个有效数据(也是后一个数据)。
PORT指明通信口,这里必须为0口。
后一个字节数据接收完毕,PLC将产生一个中断。用户可将进行的处理操作放于中断处理程序中。
接收到的数据格式见图3所示。
3 串行通信接收/发送同步方式软件“握手”信号
在图1中,我们知道,RS485只有两根数据线TxD,RxD,这对数据线既可发送数据,也可接收数据。但通信双方不能接收/发送数据(即为半双工制),一方处于发送数据时,另一方必须处于接收数据；亦然。
由于无硬件握手信号,我们采用软件“握手”信号来保持数据传输的同步,以保证PLC与PC机通信时,一方处于发送数据时,另一方处于接收数据的状态。图4与图5给出了PLC与PC机通信程序流程图。
设计思想：
PLC发送数据前,发送一个字节的“握手”信号,PC机收到“握手”信号后,再将该“握手”信号回传给PLC,PLC将收到的“握手”信号进行比较,若正确,则开始发送n个字节的数据,此时PC机处于接收数据状态。若握手信号不正确,则重新发送“握手”信号,直到收到正确的“握手”信号为止。
PLC接收数据,PC机发送数据的同步方法类似,同样用校对“握手”信号的方法保持PLC与PC机的同步。
4 结论
本文设计的PLC与PC机串行通信方法在某雷达天线伺服控制系统中已获得了成功应用。目前,设备运行稳定、可靠。应用情况表明,本文提出的PLC与PC机串行通信方法,有效可行。
随着我国公路事业的迅猛发展，改性沥青在高等公路及城市道路建设中得到普遍使用。与普通沥青比较，改性沥青具有较大承载能力，高温时不易变形，低温时不易硬脆，雨天时不湿滑，抗老化，寿命长等特性。改性沥青设备是在普通沥青中掺加热熔性高聚物改性剂，经过混合研磨而制成改性沥青的专用设备。自90年代采用沥青改性技术以来，大多是直接进口国外成套设备。如奥地利Novophalt公司的沥青改性设备等，价格昂贵，维修不便。2000年我们受某工程设备有限公司的委托开发改性沥青设备自动控制系统，针对改性沥青设备环境条件差，工艺过程要求比较复杂，我们主要采用了可靠性高、抗干扰能力强、通用灵活、维护方便的PLC为核心控制器，与工控机组成PLC+ 上位机的二级监控系统，既保证了设备的长期可靠、安全地运行，又使系统操作简便，实现了对生产过程的有效监督。
1 控制系统基本结构及原理
设计中采用日本三菱PLC，上位机选用台湾研华工控机，4台日本产智能称重仪表，分别对A罐、C罐、E斗、F斗的称重传感器信号进行转换。控制系统的结构如图1所示。
上位计算机主要完成与PLC的实时通信，通过组态软件开发出的动态监控画面能形象直观地显示阀的开关，管道中的物体流动，搅拌机的运、停及A、B、C、D各罐的液位升降等；进行工艺配方选择（配方1、配方2、洗罐）；对智能仪表的各级称量目标值及搅拌时间等参数进行设定。
PLC根据上位机设定的工艺配方、时间、参数等数据，调用相应的执行程序，连续读取各按钮、行程开关、智能称重仪表的加料、卸料信号的状态，在CPU内进行逻辑分析、比较，准确控制各电磁阀、电机等按照严格的逻辑顺序动作，将上位机所需的现场数据送入指定的内部数据存储器，便于上位机随时读取。
系统设置了自动/手动两种工作方式，由操作台上的选择开关进行切换。手动工作方式一般只在调试、维护时使用，这时PLC只对设备进行监视，而不控制。
如图2所示，设备的控制流程主要分为A罐混料过程、B罐研磨过程和C罐稀释过程3个过程。整个系统为连续生产过程，当A罐原沥青和改性剂形成的混合料全部进入B罐，开始定时研磨时，A罐已空，可开始下一周期的混料过程，当B罐高浓度改性沥青全部进入C罐后，A罐第二轮也已混料结束，即可进行下一轮的B罐研磨过程。这样就实现了A罐混料，B罐研磨，C罐稀释3个过程进行，连续生产，提高了设备的工作效率。
由于改性沥青粘度较大，易粘连，存留于沥青生产罐及管道中，故设备应在每次连续生产即将结束时，进行一次洗罐：当后一轮生产进行到A罐已空时（此时，B罐、C罐工作还在进行），即可开始洗罐过程。向A罐中加入少量的基质沥青搅拌，待B罐工作结束，将洗罐沥青注入B罐搅拌，依次使洗罐沥青沿改性沥青生产时的路径流通一遍，并在每个罐中搅拌停留一段时间，洗罐结束后，自动生产过程结束。
2 PLC控制系统设计
(1)PLC 硬件设计
本系统选用日本三菱PLC为核心控制器，型号为FX2N－64MR，其中输入点用了30个，输出点用了20个，其外部I／O分配如图3所示。
(2)PLC软件设计
PLC程序采用模块化结构，把各主要功能分别用子程序实现，主要有配方子程序和洗罐子程序，主程序根据需要调用不同的子程序。
在配方和洗罐2个子程序中，又将A罐混料，B罐研磨和C罐稀释工作过程设置为3个子系统，分别用子程序实现。主程序流程图如图4所示。
3 小结
PLC作为新一代的工业控制装置，具有可靠性高、抗干扰能力强、体积小，功能强，通用灵活，维护方便等特点，普遍应用于工业控制过程。以PLC为核心的改性沥青设备控制系统于2000年6月投入使用以来，运行情况良好，并已经过鉴定。实际应用结果表明：该控制系统不仅运行稳定可靠，保证了改性沥青生产的质量，和上位机结合，使系统简单、灵活，深受用户好评。
0 前 言
PLC控制系统中，许多与定时有关，设计定时时钟是必不可少的。现在许多小型PLC具有丰富的功能指令，能实现加、减、乘、除四则运算及数据传送、比较、移位等功能，并能外接7段显示器，可方便地实现定时。本文介绍三类FX2系列PLC的定时时钟及显示接口设计。
1 电子钟的显示数值范围
电子钟显示的内容通常有月、日、星期、时、分、秒等。本系统只显示月、日、时、分、秒，采用七段显示器显示各位数字，显示数值的范围如表1所示。表格括号中的数字表示显示的数字范围，×表示不显示状态。
月份显示共有1～12这十二种数字。月的个位显示数的基本值为0～9，月份的十位数字显示1或不显示。日的个位显示值为0～9，日的十位有×、1、2、3四种情况。时的显示有12小时和24小时之分，取24小时显示，则时的个位显示为0～9，时的十位显示为×、1、2。分和秒的显示数字完全相同，在实际显示情况下，秒值不一定显示，而以∶的闪动形式来表示，闪动频率为1Hz。分显示值为00～59，分的个位显示值为0～9，分的十位显示为0～5六个数字。
2 PLC控制硬件接口
用PLC实现电子钟的硬件接口电路如图1所示。图中PLC采用三菱FX2－40MR，显示器采用七段LED显示器，共接入两组共8位，其中组（上面）4位用来表示小时、分,从左至右分别表示月的十位、月的个位、日的十位、日的个位。采用BCD码驱动器CD4511把PLC输出的月、日、时、分等显示BCD码变换成对应的显示器所要求的7段驱动信号。由于显示位数较多，故显示采用动态显示方式，PLC的输出类型为晶体管源输出（正逻辑），其中输出端子Y0～Y3输出组显示器的BCD信号，Y10～Y13输出第二组显示器的BCD信号，Y4～Y7依次为各组显示器的选通信号。图中秒信号输出为1Hz方波，可作秒点∶闪动信号，与电子手表中的秒点闪动相同，表示在走时；图中的时信号输出为一脉冲，表示整点小时时刻到的定时脉冲信号，可作控制用，如每小时放一次音乐控制。
3 软件设计
本系统采用软件定时，在程序的控制下得到月、日、时、分信号，由PLC输出端输出BCD码，通过驱动器驱动各7段显示器。系统软件分为主程序和中断服务程序，分别如图2、图3所示。在执行正常的程序运行前，应用键操作输入月、日、时、分秒信息，才能使PLC在下个正确的时刻开始执行计时程序。初始化开中断等待中断开始执行计时程序。
3.1 主程序
主程序主要完成月、日、时、分、秒等数据寄存器的初始化，设置中断指针及开放中断等功能。当然，当定时时钟只是PLC控制系统的一部分，则主程序还包括控制系统的其它控制功能。
FX2的中断有两种方式：外部输入信号触发中断及定时器中断。对外部输入信号触发中断，输入信号为X0～X5；对定时器中断，定时时间范围为10ms～99ms，定时器中断号为6～8。本系统采用定时器中断方式，定时时间为10ms，中断指针为I610，即每隔10ms就执行标号为I610后面的中断程序，并根据IRET指令返回。
3.2 中断服务程序
中断服务程序完成计时及月、日、时、分、秒等信次数，每10ms中断一次，若D2＝50表示为0．5秒，D2＝100表示为1秒，根据D2内容即可输出频率为1Hz的方波秒信号。其它分、时、日、月也有相应的存贮单元如数据寄存器D3、D4、D5、D6，各按相对应的关系进行计数。当分的存贮单元内容为60时，应输出时信号。
月、日、时、分的显示采用动态显示，考虑到动态显示方式下，每位扫描间隔时间不能太长，不然会出现闪烁甚至走动现象，采用定时器中断（10ms）显示的方法，在中断服务程序中，执行一位LED的显示输出操作。显示子程序如图4所示。图中D0为组显示器的输出数据存储器，D1为第二组显示器输出数据存储器。
图4中显示输出采用带锁存的7段显示指令，指令梯形图如下：
指令中参数K用于选择7段显示器数据输入、选通信号的正／负逻辑及显示单元的组数（1或2），它取决于PLC逻辑与7段显示逻辑的相互配合，其配合如表2、表3所示。
对二组4位显示，当7段显示的数据输入及选通信号的逻辑与PLC逻辑相参数K取4。本系统为二组四位显示，且PLC为正逻辑，显示数据输入为正逻辑，选通信号为正逻辑，参数取4，即为K4。
4 结束语
采用PLC的定时中断功能实现定时，不仅定时精度高，编程简单，显示效果稳定可靠，硬件接口简单，显示器可采用各种不同大小的7段显示器件，具有较大的实用价值。