PLC控制系统中通信网络

PLC控制系统中通信网络（精选十篇）

PLC控制系统中通信网络 篇1

1 PLC 网络数据的通信方式

所谓的PLC网络的数据通信方式,事实上是指PLC数据的流动方向。因此PLC的通信方式是由单工通信方式、半双工通信方式和全双工通信方式三种通信方式组成。

单工的数据通信是指数据的传输方向始终为同一方向,不可反向传输。在实际生活中单工通信的应用也较为广泛。在数据的传输过程中,单工的通讯双方需要同一频率,同一时刻这样就可以节省资源,不过很不方便。

双工的数据通信还可以分为半双工通信方式和全双工通信方式,其分类也与数据流动的方向和时刻有关。半双工指的是信息流可以在两个方向流动,不过要求只限于同一时刻同一方向进行传输,而全双工数据通信是指在两个方向上均可流动不受时间的限制。通过他们的区别可以看出全双工数据通信更满足于现实生活和工厂的要求,当然在特定的时候其他数据通信的方式也十分广泛。

2 PLC 网络数据的传输方式

PLC数据的传输方式也是最基本的最为重要的数据传送形式,他是根据两个因素进行分类,一种因素是数据代码的传输顺序,另一种是数据信号传输时的同步方式。通过这两个因素将数据传输方式分为并行传输和串行传输、同步传输和异步传输。

串行传输和并行传输是由数据代码的传输顺序来区分的。并行传输是指将数据以成组的方式在多条并行通道上同时传输。其中并行传输的特点是距离短,传输的速率快,但是需要的数据线多浪费资源,因此不适合于长距离传输。串行传输指的是数据是以位为单位的逐一传输,串行传输的优点在于控制简单,节约资源,但传输速率慢适合长距离的数据传输和控制。在电缆和线芯用途广泛,因此在实际的通信过程中串行传输和并行传输都各有优点在不同的领域中应用广泛。但由于目前技术的大力发展,串行传输的速度和并行速度差距不大,所以在工业之中一般使用串行传输方式。

在PLC数据的传输工作中我们必须要保证信息传输端工作的时间协调性和数据的正确性。因此我们根据数据信号的传输形式将数据传输方式再次分为 :同步传输和异步传输两种。

异步传输指的是在传输中以字符为单位发送数据并通过字符同步的方式进行的传输。在整个字符中包含一个起始位,8个数据位,一个停止位。其中起始位是用来指明字符的开始,停止位用来指明字符的结束,在异步传输下效率较为低下,是由发送时速率的不均匀和间距的随意性所引起的,但操作和实现十分简单。

同步传输并不像异步传输一样,它是以数据块为单位进行输送的,其效率也比异步的传输方式高很多,但是它的要求比较严格,其要求发送和接受端的时钟必须要保持同步。在目前的工业技术之中,能实现同步方法有外同步和内同步两种。在实际的生产过程中同步的传输是指对串行传输而言,异步的传输是对应于并行的传输方式。数据的通信和传输无非是PLC网络传送的基本模式。在工业生产中的在不同的情况我们运用不同的传输方式使其尽量达到传输的效率最大化,资源的最小化。

3 PLC 在工业自动化系统的应用

工业自动化是指在工业生产过程中通过对参数的控制,尽量减少人的直接参与,这样不仅可以大大降低劳动力,还能高效的完成成品的预测和生产。可以说工业自动化是未来工业生产的发展趋势和必经之路。因此在这整个期间,控制将成为工业自动化及其重要的一项内容。如何将机器设备和生产过程控制的恰到好处将会成为我们当今研究的一大热门话题。当然生产过程控制的是否得当也同样直接影响到产品的加工质量和产生在控制过程中对资金的投入等一系列问题。通常我们将工业自动化系统分为 : 控制开关量的逻辑控制系统、控制慢连续量的过程控制系统、控制快连续量的运动控制系统三大类。这三类往往存于一体,但是互不相关,如何将这几类系统加以协调 , 将成为科学家研究的热点话题。如今,随着PLC的快速发展,PLC将成为实现这一愿望和解决这一难题的物质基础和保证。下面我们对这三类控制系统进行详细的介绍,并分析其未来的发展前景。

(1)控制开关量的逻辑控制系统 :通常我们把控制开关量的逻辑控制系统按照结构划分为开环和闭环两种控制方式。我们根据是否需要返回信号来判断使用哪种方式来进行控制,同时控制开关量的逻辑控制系统按照逻辑控制还可以大致划分成时间程序式、基本逻辑式、和步进式三种控制方式。其中时间程序式是指根据预先设定的时间顺序对每一程序都有严格的固定时间。基本逻辑式是指运用基本的“与”“或”“非”门。当输入信号满足对应的逻辑关系时,相应的输出信号也成立。而步进式指的是整个控制电路分成若干程序步电路,任意时刻下只能有一个程序步的工作。三种方式各具特点,在不同领域用途广泛。PLC最开始是通过模仿继电器的工作原理发展起来的,控制开关量的逻辑控制系统最开始应用于汽车的制造业,

(2)慢连续量的过程控制系统 :由于在过去的编程控制中,其运用的范围主要具有离散性、点式控制,在连续控制的方面还是有着一定的局限性。随着PLC技术的不断发展,过程的连续性成为了一种可能,传统的可编可控制器也将会被取代。

(3)运动的条件下保持较高的精准性。控制快连续量的运动控制系统正好做到了这一点,由于控制快连续量的运动控制系统的编程控制器能够实现运动过程的准确监控,从而就能够控制快连续量的运动控制系统 :在企业的生产过程中永远一直处于一种流动过程,在整个过程之中我们要保证过程的控制在让生产过程实现对不同生产过程的流动控制,大大加快了数据的处理速度,效率也是十分明显。

当今PLC的快速发展将另一种控制系统推向主导地位,那就是多级分布控制系统,它目前已经逐渐成为工业自动化系统的核心力量,它将上述的逻辑控制、运动控制和过程控制结合在一起,接入同一个网络之中,能够极大的方便对底层现场、中间生产过程的监督和检测和对上层的管理,它是由多台计算机在生产过程控制多个回路,并且集中获取数据、处理、控制,是生产中比较完善的管理系统,这种控制方式改善了系统的可靠性。每一等级有各自的控制回路,因此当一个回路有障碍时不会影响全局,使其机构更加灵活。多级分布控制系统历史现状和发展趋势 :近几年来火电厂和各大工厂不断提出了适合自己的监控信息系统,多级分布控制系统为工厂管理层提供了真实可靠的数据,同时为市场运作的企业提供精准的科学指标。

4 PLC 的网络通信未来的发展趋势

单从PLC角度上来讲,未来的PLC应该具备以下几个特点 :1、未来的PLC从外观上应该具有小型化、模块化、集成化。2、PLC的性能上会更加稳定,更加牢靠,运算的速度更快,内存更大。3、技术编程上更加简单,容易快速掌握,具有更加宽广的平台。4、为了完成更加复杂的工作,在汇编语言方面会更加直观,操作更加方便。5、为了实现扫描的速度和控制的精度,PLC在未来I/O模块也会朝着智能化专业化方向发展。6、PLC应用领域也将会不断广泛,促进各个行业的快速发展。

未来PLC通信在工业中将越来越重要,在工业的各个领域应用将越来越广泛,PLC网络1、通信方面将通讯速度将会有大幅度的提高。2、在通讯上将会实现开发化和无线化,这样用户可以不需要亲自到现场就可以提高Internet浏览器可以随时查看CPU的状态,简化了信息的采集。3、可用PLC构成网络,实现屏幕显示在线采集,记录保持及打印功能。同时多台PLC之间的通信、主机与远程I/O口、PLC与其他的智能控制设备,它们可以组成分布式的控制系统,来实现自动控制,极大了提高了产品的生产效率。

5 结束语

PLC在铣床控制系统中的应用 篇2

谢保鸡

摘要：介绍用PLC取代X62W万能铣床的继电器控制电路，阐述了PLC的设计方案；根据控制要求，确定PLC的输入输出点数，进行PLC型号选择，对I/O地址进行了分配，并画出了I/O接线图；根据控制原理，画出了梯形图。

关键词：可编程控制器(PLC)；铣床；控制；

1引言

PLC是将计算机技术应用于工业控制领域的产品，它具有高可靠性、编程简单、体积小功耗低等优点，在短短的几十年里得到了迅猛发展，已成为当代工业自动化的主要支柱之一目前，部分中小型企业及高校仍广泛使用传统的继电器控制机床，这些机床经历了比较长的历史，虽然它能在一定范围内满足单机和自动生产线的需要，但由于它的电控系统是以继电器、接触器的硬连接为基础的，技术上比较落后，特别是其触点的可靠性问题，直接影响了产品质量，生产效率和生产成本。而用PLC对它进行技术改造，便能取得很好的效果。X62W铣床的电气控制要求

图1是X62W铣床控制系统的主电路图，其中M1是主轴电动机，M2为冷却泵电动机，M3为进给电动机，FR1—FR3为热继电器，FU为熔断器。

具体控制要求如下：

(1)主轴电动机M1采取空载直接起动，且要求实现正、反转控制，但由于铣床在加工过程中主轴方向的改变并不频繁，因此采用了电源相序转换开关SA3来实现正、反转。

(2)为防止铣削时，系统发生振动，在主轴传动系统中装有惯性轮，但在高速切削后，停车很费时间，故采用电磁离合器YC1制动。

(3)工作台的纵向、横向和垂直三个方向的进给运动由进给电动机M 3拖动，三个方向的选择由操纵手柄改变传动链来实现，每个方向有正、反向运动。要求M3能正、反转，同时，一个时刻只允许工作台向一个方向移动，所以三个方向的运动之间应有联锁保护装置。

(4)为了防止刀具和机床的损坏，要求只有主轴旋转后，才允许有进给运动，而为了减小加工件表面的粗糙度，停车时要求先停进给，然后停主轴。但由于主轴本身具有惯性，因此可 以采用主轴和进给同时停止的方式。

(5)主轴运动和进给运动采用变速盘来进行速度选择，为保证变速时齿轮进入良好的啮合状态，两种运动都要求变速时电机作瞬时点动。

(6)为操作方便，主轴电动机的起动与停止，工作台快速移动均采用两地控制。

(7)冷却泵由电动机M2拖动，只要求实现正转控制。

(8)为了加工螺旋槽，在X62W铣床上安装了圆工作台，但要求圆工作台的旋转与工作台的上下、左右及前后进给运动之间有联锁保护装置。PLC控制电路

3.1 I/O地址分配、机型选择及I/O端口接线图为实现上述铣床的控制要求，现选择三菱公司生产的FX2N－48MR型PLC，其I/O地址分配如附表所示。

图2是X62W铣床的PLC输入输出接线图，需注意的是，图中对输入的常闭触点进行了处理，即常闭按钮改用常开按钮，热继电器的常闭触点改用了常开触点。

3.2 PLC梯形图

图3是X62W铣床的PLC梯形图，其中，回路6控制主轴起动和变速，回路7控制主轴制动，回路11控制工作台分别作纵向、横向、垂直、变速等运动以及圆盘运动，回路8控制工作台快速进给。PLC梯形图控制分析

4.1主轴控制电路分析(1)主轴电动机起动

起动前先合上电源开关QF，再把主轴转换开关SA3扳到所需的旋转方向，然后按起动按钮SB1（或SB2)，X0（或X1)闭合，Y0得电，KM1工作，主轴电动机运转。

(2)主轴电动机的停车制动

按主轴停止按钮SB5（或SB6)，这时X4（或X5)常闭断开，M5失电，Y0失电，KM1断开，主轴电动机失电作惯性运动，接着X4（或X5)常开闭合，Y3得电，电磁离合器YC1工作，对主轴进行制动，待主轴停车后，松开SB5（或SB6)。

(3)主轴换铣刀控制

SA1是主轴换铣刀开关，需换刀时，将SA1扳到“换刀”位置，这时X14常闭断开，使Y0失电，KM1断开，主轴电动机失电作惯性运动，接着X14常开闭合，Y3得电，电磁离合器YC1得电工作，对主轴进行制动，使机床无法运行，保证了人身安全。(4)主轴变速冲动控制

主轴变速时的冲动控制是利用变速手柄与冲动行程开关SQ1，通过机械上的联动机构进行控制，变速时，扳操纵手柄使SQ1动作，这时X6常闭断开（断开自锁回路)，X6常开闭合，使Y0得电，KM1工作，主轴电动机实现点动控制。

4.2进给控制电路分析

转换开关S A 2是控制圆工作台的，在不需要圆工作台工作时，转换开关SA2扳到“断开”位置。此时，X15常闭闭合，常开断开；当需要圆工作台工作时，转换开关SA2扳到“接通”位置，此时X15常闭断开，常开闭合。(1)工作台左（右)控制

主轴电动机启动后，将操纵手柄向左（右)扳，其联动机构压动位置开关SQ5（SQ6)，使X12（X13)常闭断开（联锁保护)，X12（X13)常开闭合，Y1（Y2)得电，KM2（KM3)工作，进 给电动机实现正（反)转，通过相应传动装置拖动工作台向左（右)运动。(2)工作台下、前（上、后)控制

主轴电动机启动后，将操纵手柄分别向下、前（上、后)扳，其联动机构压动位置开关SQ3（SQ4)，使X10（X11)常闭断开（联锁保护)，X10（X11)常开闭合，Y1（Y2)得电，KM2（KM3)工作，进给电动机实现正（反)转，通过相应传动装置拖动工作台向下、前（上、后)运动。(3)进给变速冲动控制

与主轴变速原理一样，变速时只需将变速盘往外拉，使进给齿轮松开，待转动变速盘选择好速度后，将变速盘向里推，在推进时，档块压动位置开关SQ2，使X7常闭断开（断开自锁回路)，X7常开闭合，Y1得电，KM2工作，进给电动机实现点动控制。(4)工作台快速移动控制

按下快速点动按钮SB3（或SB4)，X2（或X3)接通，M9得电，它的一个常开触点接通进给控制电路，另一个则接通快速进给电磁离合器YC3，常闭触点切断正常进给电磁离合器YC2，让工作台实现快速进给。松开SB3（或SB4)，X2（或X3)断开，M9失电，此时YC3失电，YC2得电，工作台快速移动停止，仍按原方向作正常进给运动(5)圆工作台的控制

当需要加工螺旋槽时，应将工件安装在圆工作台上，调整好铣刀和工件之间的位置，主轴电动机启动后，将开关SA2扳到“接通”位置，X15常闭断开（联锁保护)，X15常开闭合，Y得电，KM2工作，进给电动机通过相应传动装置拖动圆工作台开始工作值得注意的是，当圆工作台在运转过程中，既不要求调速，也不要求反转

5结束语

用PLC改造后的X62W铣床通过实际使用，生产效率得到了很大提高并能很好的保证其加工精度，自运行以来，系统运行稳定、可靠，完全满足生产工艺的要求，对同类设备的技术 改造有较大的参考价值。参考文献：

PLC控制系统中通信网络 篇3

SNAP I／O控制系统是美国OPT022公司1996年后推出的分布式控制系统。在工业应用现场是做为主干系统出现的，一般承担装置区总体的自动控制任务，操作人员是通过SNAPI／O控制系统的上位机人机界面对设备进行监控的。PLC(Programmable L0aic Controller)可编程序逻辑控制器，简称可编程序控制器。PLC主要应用在以开关量为主的监视控制领域，一般安装在现场独立的单体设备上，如燃料气压缩机、全自动燃烧器等，由TPLC安装在装置区内，操作也极为不便。另外，由于目前正在进行的“数字油田”计划，工业现场的生产实时数据必须定期上传，从客观上也要求PLC系统所监控的数据要与SNAP I／O控制系统进行融合。

本文详细讨论了SNAP I／O控制系统与PLC系统通信互联技术的实现及现场应用程序。

2，通信协议

根据实际情况，一般采用通用通讯协议进行SNAP I／O系统与PLC的互联，如PPI协议、MODBUS协议，在不具备MODBUS通讯协议的PLC系统中，采用自由口通讯协议进行通信。

根据目前工业现场实际应用情况，主流协议有以下几种：MODBUS协议、Profibus-DP协议、Profibus-PA和Foundation Fieldbus协议，除此以外，还有ControlNet、EtherNet、PPI等。

3，系统硬件

RS-485的远距离、多节点(32个)以及传输线成本低的特性，使得EIA RS 485成为工业应用中数据传输的首选标准。

RS 485采用差分信号进行传输，主要是针对远距离、高灵敏度、多点通讯制定的标准。本方案主要就是利用SNAP I／O系统的SNAP LCM4控制器所带的RS 485接口进行数据通信。

根据三层结构的讨论，方案使用SNAPI／O系统中的sNAP-LCM4进行硬件连接。SNAP LCM4控制器，功能强大、通讯方式灵活。采用32位，工业级的68030处理器，具有4MB的SRAM和2MB Flash EPROM。拥有4个串口，可以是RS 232／422／485串口。RS422／485串口，可设定为2线制或4线制通讯。

4、软件编程实现

软件编程实现，主要根据sNAP I／O系统FACTORYFLOOR软件包中的OPTOCONTROL进行编制，通过MODBUS协议进行数据通信。

4.1通过MODBus协议数据互联的编程实现

(1)编程画面全貌包括配置端口、初始化传送字符串、计算CRC代码、向串口传送数据、接收串口数据、数据校验等。

(2)块的功能和具体步骤

端口配置也是每段程序的起始块，此块是端口配置块，要指明SNAP I／O系统采用的串口、从设备的波特率、校验位、数据位和停止位。配置此块要依据从设备的具体情况而定。首先在系统中建立一个整型变量PORTSTATUS存放端口配置信息，配置信息按照COMl：9600，N，8，1顺序写入，用ConfigurePort命令建立此块。

数据初始化

是要传送的初始化字符串，此块功能包括从设备的地址、要读取的数据寄存器(功能域)、第一个要读取数据寄存器的高位地址和低位地址(从哪里开始读取)、要读取数据寄存器数量的高位地址和低位地址(就是要连续读几个数)。首先在系统中建立一个字符串变量TRANS-STRING，选用AppendCharacter to String命令建立此块顺序。

CRC配置　MODBUS通讯采用RTU和ASCII两种传输模式，本例中采用CRC传输模式。此块是一个计算16位的CRC值，来进行错误检验，初始计算值必须是要传送字符串的计算结果，这里从1开始计算，选用GenerateReverse CRC-16 on String命令，建立此块。

数据转换此块功能是将计算CRCCODE的值转换为16进制字符串，分别取字符串的高8位和低8位，并且将其分别转换为整型数据，分别选用Convert Number to HeXString、Get Substring和Convert Hex StringtO Number@令建立此块。

串口发送此块功能是将计算过的CRCCODE整型值添加到要传送的字符串中，并通过串口发送。选用Append Character toString和Transmit String via Serial Port@令建立此块。

串口数据判断此块功能是判断串口是否有数据，选用Characters walting at SerialPort?命令建立此块。

获得数据此块是将从串口取来的字符串保存在一整型变量WAITING STATUs中，选用Get Number of Characters walting onSerial 0r ARCNET Port@令建立此块。

CRC数据比较此块功能是将从串口读取的CRC CODE和系统计算的CRC CODE进行比较，若相同表示读取正确的数据，选用Equal命令建立此块。

数据保存此块功能是要从串口中读取指定的字符串数，之后清空系统缓冲区，选用Receive N Characters via Serial POrt；ClearReceive Buffer命令建立此块。

清除并延时此块功能是清除接收字符串变量并延时1000ms，之后进行下一周期的数据采集，选用命令Move String和Delay(mSec)命令建立此块。

5、现场实施过程

根据以上研究方案，在工程现场进行了方案的实施。实施过程一般进行以下几个步骤：首先进行PLC及sNAP I／O系统的内部软件程序编制，PL C中按照要求将需要操作的数据放到指定数据区，SNAP I／O系统进行程序编制、下装(DOWNLOAD)至控制器，然后，进行硬件配置及通信链路连接，最后进行系统调试、投用。

以天然气分公司红压深冷为例：红压深冷装置是天然气分公司2002年重大基建工程项目之一，其中仪表自控系统有五个国外引进机组自带了各种各样的五种PLC系统，压缩机系统PLC控制来自GE公司，负责压缩机系统的启停机及自动保护；膨胀机系统PLC控制来自AB公司，负责膨胀机系统的启停机及自动保护；丙烷制冷机系统PLC控制來自约克公司，负责制冷机系统的启停机及自动保护；紧急停车控制系统的PL C来自西门子公司，负责在发生紧急情况时处理全厂总停车问题；分子筛控制系统采用的PLC来自西门子公司。每一4-PLC系统均是安装在现场厂房内机组本体上，相互独立，各自带有就地显示屏。而红压深冷装置的控制中心距厂房有50米左右的距离，控制中心由SNAP I／O控制系统作为骨干结构，负责整个工厂内动态及静态设备以及工艺阀组的监视和控制，控制中心的操作人员不可能去现场各个机组的PL C就地盘观测机组运行数据，因此，要求sNAP I／O控制系统在参与装置区各类周边设备的监控的同时，要与各个就地的PL C系统进行通信。机组的各类数据通过通信的方式将数据传送至sNAP I／O系统。各个就地的PL C系统通信协议各不相同，不能统一。在这种情况下，本设计充分考虑了各自PLC的特点，采用不同的通信协议与五台PL C进行了通信互联，其中与GE公司、约克公司的PLC系统通信，采用了MODBUS通信协议模式；与AB公司的PLC系统通信，采用了自由口通信协议模式；与西门子公司的PLC系统通信，采用了PPI通信协议模式。系统2003年底投产，运行平稳正常。经现场测试通信数据刷新时间为1秒，达到了系统设计要求，满足现场生产要求。

结论

PLC控制系统中通信网络 篇4

目前,在同一工厂内不同车间使用不同品牌的PLC设备的现象非常普遍,由于采用了不同的通信协议,不同厂家的PLC之间通信时就要面临协议转换的问题。

ControlLogix是Rockwell公司的高端PLC产品,现场的ControlLogix系统是一套冗余系统。该系统中,EthernetIP是与中控室监控系统通信的协议,Controlnet负责现场总线与分布式IO站之间的通信,而Siemens S7-200作为现场堆取料机的控制器。中控室监控系统采用的是Rockwell公司的组态软件———FT view SE(Server版本),并且启动了冗余功能。然而,该FT view SE组态软件没有内置与S7-200的通信协议,因此,中控室监控系统如何读取堆取料机的信号就成为了亟待解决的问题。为此,提出3套方案来解决此问题:

(1)在中控室的服务器上安装一套Siemens的OPC server,使得FT view SE可以读写S7-200的信号。

(2)通过硬接线将堆取料机的S7-200信号接入ControlLogix的IO模块,FT view SE则可以直接与ControlLogix通信来读取堆取料机的信号。

(3)使用Woodhead公司提供的多协议网关,将S7-200的工业以太网转换为EthernetIP,ControlLogix系统即可读写堆取料机的信号。FT view SE支持EthernetIP直接与ControlLogix通信,且不会影响FT view SE server的冗余切换。

方案(1)存在的问题:FT view SE使用的是2套Server版,且互为冗余,当FT view SE active Server宕机时则无法与Siemens的OPC server通信。

方案(2)存在的问题:当堆取料机与相距最近的ControlLogix IO站超过100m时,会出现信号衰减等问题。

方案(3)不仅能满足各PLC之间协议的转换和通信,而且能够避免方案(1)、(2)存在的问题。因此采取方案(3)。

2 项目实施流程

2.1 系统网络结构

整个工厂在中控室使用FT view SE作为组态软件,通过EthernetIP协议与ControlLogix系统通信,ControlLogix通过Controlnet协议与各分布式IO站通信。FT view SE和ControlLogix均为Rockwell公司的产品。现场料堆处的堆取料机采用S7-200作为其控制设备,由于配有以太网通信模块,所以其支持Siemens的工业以太网协议。多协议网关是Woodhead公司的成熟产品,专门用于不同PLC厂商之间通信协议的转换。系统网络拓扑结构如图1所示。

系统主要包括四部分:中控室监控系统;ControlLogix控制器;多协议网关;堆取料机。中控室监控系统通过EthernetIP与ControlLogix进行系统通信,ControlLogix系统通过EthernetIP与多协议网关通信,在多协议网关内部将协议转换后,通过工业以太网与Siemens S7-200通信,最终实现中控室对堆取料机信号的读写,进而完成中控室对现场堆取料机作业过程的监控。

2.2 多协议网关的作用

多协议网关是Woodhead公司的一款工业自动化产品,是可配置、外置型的智能网关。它支持Ethernet TCP/IP、Serial和Profibus,基本功能是完成不同厂商控制器之间通信,同时实现互操作。它支持的Ethernet TCP/IP包括Rockwell的Ethernet/IP、Siemens公司的工业以太网、GE的SRTP以及施耐德公司的Modbus等众多厂家的以太网通信协议,可以通过简单配置实现这些通信协议之间的相互转换,不需要编写额外的协议转换程序或定制特殊的通信电缆。多协议网关的工作模式如图2所示。

2.3 调试步骤

首先在Rockwell公司的编程软件Rsloigx5000中创建新的标签(tags),且以数组的方式存放。例如创建新的标签AAA,类型为INT[4],创建后即可使用AAA作为与多协议网关通信的存储区。

此标签创建后并不能被多协议网关直接读取,需要将AAA映射(Mapping),如将文件号(File Number)改为3,则映射为N3变量,以此类推进行其他映射。

然后,将修改后的Rsloigx5000程序下载至ControlLogix控制器中,映射后对应的部分变量名见表1。

在Siemens的PC PG configuration interface中,将其配置成Server模式,设置REMOTE Properties:10.03(其中03为以太网模块的槽号)。

在多协议网关的配置软件Applicom console中,添加Equipment,如图3所示。

继续在Applicom console添加读、写Cyclic,即可完成ControlLogix与S7-200的数据交换。

3 调试中的问题

在调试过程中,由于ControlLogix中的数据类型和S7中的数据类型不一致(在已有程序中ControlLogix程序使用的是双整形数据,S7使用的是布尔型数据),这是制定方案过程中没有考虑到的问题,也是影响调试进度的主要原因。

ControlLogix控制器中有5种基本的数据类型:BOOL、INT、SINT、DINT和Float,堆取料机上的S7-200需要读写的信号全部放在M变量(BOOL型变量)中。那么,最理想的方式是使用ControlLogix中的BOOL型变量与S7-200通信,但是多协议网关的Applicom console仅支持ControlLogix中的INT和Floa型变量。这也是创建变量为INT[4]的原因。而最初在ControlLogix中创建的是BOOL型变量,以至于无法通过Applicom console配置实现与S7-200通信。

4 测试

在完成对ControlLogix控制器、多协议网关的Applicom console和Siemens的PC PG configuration interface软件的配置之后,经过相关人员的测试,该项目能够正常运行,完全满足用户的需求。中控室可以正常监控堆取料机的工作状态。

5 结语

多协议网关在项目中的应用,成功解决了ControlLogix与S7-200通信的问题,具有配置简单、操作方便、维护成本低等优点。

参考文献

[1]吴金鹏,张鹏,王庭宽.多协议网关在PLC系统升级中的应用[J].电气传动,2008,(08)

[2]邓李.ControlLogix系统实用手册[M].北京:机械工业出版社,2008

PLC控制系统中通信网络 篇5

在现代板坯连铸系统中，变频调速控制技术已在各个设备中广泛应用;主要包括推钢机、火焰切割机、输送辊道、扇形段辊道、结晶器振动、中间罐车以及大包回转台等。一般来说，PLC 是通过 Re-mote I/O Scanner 通讯方式来把控制命令传输给变频器的，与此同时，变频器也将其实时状态反馈给 PLC 系统。另外，控制程序主要借助 MOV 指令来把速度、正反转以及启动停止命令以信息的形式传送给变频器，然后利用变频器的变频调速功能对整个系统进行自动控制。

3.2 铸流自动跟踪技术

铸流自动跟踪系统主要是利用物理上的光电转换原理进行工作的，通过增量式编码器来完成自动跟踪。增量式编码器可以直接利用光电转换原理来输出 A、B 以及 Z 相三组方波脉冲;其中，A、B两组方波脉冲的相位差为 90°，所以能够比较方便的判断出旋转方向;与此不同的 Z 相每转一个脉冲，所以其常应用与对基准点的科学准确定位。增量式编码器的技术含量较高，其平均寿命可达几万小时以上，而且其构造原理较为简单，抗干扰的能力较强，有较高的可靠性，比较适用于长距离的传输。一般来说，A-B 增量型编码器多安装在扇行段驱动辊的电机上，铸流 PLC 依据增量式编码器发送的脉冲数来自动计算并完成浇注模式、送引锭模式下的铸坯测长、电力测速以及二冷区配水等全自动控制。

3.3 大包下渣检测技术

大包下渣检测技术是用于检测包内钢水含渣量的.一项技术。这个系统主要通过高度自动化、智能化的平衡补偿技术并比较钢渣与钢水导电率来检测钢渣在钢水中的含量，其中还要用到电磁感应的物理原理来对含量进行检测，然后会通过声光报警的方式提醒相关操作者及时发出大包水口关闭信号或自己手动关闭大包滑动水口，以此来控制大中包中钢水的钢渣含量，进而提高钢水的清洁度，提升其质量;除此之外，还有效避免了繁琐的除渣工作，也可以提高钢坯质量。

3.4 液面自动控制技术

液面自动控制是通过涡流传感器来对拉坯及浇钢的速度进行调节的一项技术。一般来说，涡流传感器具有连续测量结晶器钢水液面的功能，它可以输出一系列模拟数据，一般包括随液面高度线性变化的电压以及电流，再把信息传送给液面调节系统，以此完成对拉坯以及浇钢速度的自动控制，使钢水液面得以稳定在预定高度。这样一来，就可以有效的提高连铸机的工作效率，提升其工作质量，防止溢钢及漏钢事故的发生，对钢坯的质量进行有效的保证。

3.5 红外定尺技术

所谓的红外定尺即是通过红外摄像的方式对钢坯进行相关数据识别。利用红外摄像设备对红热钢坯进行远距离实时成像，将所成图像转化为数字化信息，然后传送给 CPU，再利用 CPU 的计算与模糊识别功能对数字化信息进行相关计算与识别处理，再按照提前设定的定尺长度向 PLC 传送切割切割信号，使 PLC 控制火焰切割机对钢坯进行切割。这个系统的技术含量较高，一般具备操作维护简单、控制精度高以及检测可靠的特点，在钢坯处理中发挥非常重要的作用。

4 结束语

综上所述，在板坯连铸系统之中 PLC 控制的应用，对于准确、快速控制的实现，连铸自动化水平、铸坯质量与产量的提高具有非常重要的作用，而且能够降低能源消耗，降低机械故障的停机率，使得铸机的作业率得以有效提高，除此之外，还大大改善了工作环境，提高了工人的工作效率。因此，PLC 控制系统在板坯连铸系统之中值得推广应用。

参考文献

[1]黎华.PLC 在 4 号板坯连铸系统中的应用[J].柳钢科技，2007(1)：23-24.

[2]冯科，韩志伟，毛敬华.连铸板坯质量控制的系统技术[J].钢铁技术，2010(5)：7-9.

PLC控制系统中通信网络 篇6

关键词：PLC技术；煤矿机电；系统控制

中图分类号：TD63 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0030-02

同传统技术相比，在煤矿机电系统控制中对PLC技术进行应用可以提供煤矿企业的生产效率，降低能量损耗，并且可以及时地发现煤矿中的安全隐患，降低事故的发生概率。这对提升煤矿企业经济效益保证员工生命安全都有着重大的作用。

1 PLC技术

PLC技术的应用将微型计算机融入到了现代工业生产之中，从而使老式继电器在工业生产中可以被代替，工程可以被远程控制，是一种高性能、高科技的可编程控制技术。应用PLC技术的机电控制系统能在恶劣的环境中稳定运行，抗干扰性强，操作简单，工作人员不需要经过长时间的培训就可以投入工作。因此，快速的抢占了老继电器的市场，所占市场比例也越来越大。梯形图系统在PLC自动控制系统中经常被应用，其操作简单，工作人员经过短时间的培训便可上岗工作。编程使用的语言简单，日后的维护工作相对容易，这符合我国当前工业发展的需要，应当对其进行推广。PLC控制系统能够确保高效工作的同时，还使自身的体积缩小，使器材的组成和运输都变得更加便利，基于以上种种原因，PLC技术在现代工业中被广泛应用，逐渐地代替了传统的继电器控制系统。

PLC控制系统提高了企业的生产效率，提高了企业的益，使企业在激烈的市场竞争中具有一定的优势。PLC控制系统仅需要同输出设备进行简单连接变可融入到整个机电控制系统之中，从而完成对整个系统的控制。将PLC技术引入到煤矿机电控制系统中可以完成对系统的自动控制，不仅对系统所占空间进行了压缩，而且仅需要使用一台PLC控制系统便能够实现对整个煤矿中所有自动化设备加以控制，从而大大的提高了整体工作效率。PLC技术的融入使煤矿开采踏入了一个新的时代。

2 在煤矿机电系统控制中PLC技术的工作原理

通常来说，我们可以将PLC技术在煤矿机电系统中的应用流程划分为以下几部分：①输入，输入环节是PLC技术在煤矿机电系统控制的基础，并且是控制质量的重要影响因素之一。在输入环节中，应用扫描议对信息进行收集，并且将信息录入到系统内部，当完成信息录入之后，结果的改变将不会在对内部造成影响。因此，相关工作人员应当对输入环节加以重视，一旦信息完成了录入，就不要轻易改变。②执行，当信息收集完成录入后，PLC技术通过梯形图，依照特定的流程对用户进行扫描活动，期间进行左右、上下计算后，将最新获取信息纳入到计算机中。在执行环节中，工作人员必须要确保输入信息大小及状态的一致性，只有这样才能确保系统获得准确的指令，确保控制活动的准确性。③刷新输出，输出作为最后一个环节，在此期间控制体系应当遵守彰显的信息输出并存储控制结果，同时利用输出电路高效地控制机电设备。

3 将PLC技术应用到煤矿机电控制的方法

3.1 PLC技术在控制体系内预案中的应用

在绞车设备中对PLC技术进行应用时，应当对绞车的旋转系数进行确定，比如：转速等，同时当机械出现超速旋转时，可以使系统进行自动报警。对绞车的检测方法十分容易，仅需要将一个感应设备安装到设备的出电机轴上即可。通常情况下，在煤炭企业中使用的绞车的转速都为950 r/s，这同PLC扫面频率之间有着一定差异，因此，对于绞车的控制活动仅需要使用普通的输入便可实现。在控制输入信息时，我们需要将一个显示屏连接到PLC设备上，实现对数据的传递和输出。

3.2 PLC技术在机电设备中应用的实现

在机电操作期间，如果应用PLC技术，应当详细分析以下几种信息，从而提升PLC技术的工作效率及工作质量：首先，计算速率同我们知道的一样，提升设备工作频率是降低机械工作中冲击力的主要方法。因此，合理的加速速率，利用功率单元对再生能量进行处理。要想PLC技术效率能够得到保障，一般应当将刷新信息的时间设定为500 ms，同时需要使用计数设备记录下500 ms中开关的接触频率，将所有相关的信息存储到系统内部，再对信息进行转化，最终获取绞车的工作频率，然后是控制绞车的运动方向。绞车在启动后将会一直为同一个工作状态，为了确保记录信息的准确性，应当使用两台计数设备记录开关的接触次数。如果启动按钮发生两次改变需要5 s，那么则应当利用一个计数设备对另一个技术设备进行控制。在此期间，绞车的上升接触设备将会产生一个较强的吸力，绞车将会上升，在5 s内启动按钮仅发生了一次启动，那么处于绞车下方的设备将会产生引力，绞车将会下降。5 s为一个循环周期，在每个周期中，当设备完成下降、上升的动作后，都会回到最初状态。最后，当绞车出现超速时，系统将会报警。因为系统对绞车的速度已经加以控制，因此一旦绞车的速度超过限速，那么系统机会自动生成一个指令，同时将指令显示在屏幕上，这样操作人员就可以及时掌握相关的数据，便于操作。

3.3 煤矿机电控制系统内多领域对PLC技术的应用

PLC技术在煤矿机电控制系统中的多个领域都有所应用，主要体现在以下两点：①在井下风门中的应用，利用PLC技术可以实现井下风门的自动关闭及开启。目前许多煤矿企业井下风门的开启和闭合还是通过人工对其进行操作，人工操作可能造成操作力度过大、负压过大等原因而引发风门开启、闭合出现困难。此外，风门也很容易遭到破坏，而利用PLC技术则可以实现对风门的良好控制，利用红外线对来往的车辆进行检测，从而实现对风门的自动控制，在节约大量的人力和财力的同时，确保了行人和车辆的安全。②压缩空气机组计算机监控体系，这是PLC技术的重点内容也是其核心内容，对单片设备及工业控制设备核心压缩空气设备计算机监管体系整体抗干扰能力低及检测不精准等问题进行了高效处理，并且创建了相应的安全维护系统。空气压缩设备在煤矿生产中一直都是一种重要的动力设备。如今，我国的部分煤矿企业在系统操作上依旧利用传统的继电设备，因此故障频繁发生，维护费用较大。因此，要加快提升PLC技术，使PLC技术应用于各种煤矿机电控制系统之中。

4 结 语

综上所述，将PLC控制技术合理的引入到煤矿机电系统控制之中，将会提高整个系统工作的准确性和工作效率。虽然PLC控制机技术目前还存在着少许缺陷，但相信随着科技的快速发展和人们在PLC控制技术研究上的深入，PLC控制技术在不久的将来一定会更加完善。

参考文献：

[1] 刘虎豹.PLC技术在矿井交流提升机电控系统中的应用[J].煤矿安全，2011，（11）.

[2] 葛芸萍，牛双国.煤矿副井信号系统的改造[J].煤矿机电，2010，（21）.

[3] 梁沛然.PLC程序控制在输煤系统中的应用实践[J].煤矿机电，2011，（12）.

[4] 王继江.浅谈PLC技术在矿山机电控制中的应用[J].科技信息，2010，（26）.

[5] 梁沛然.PLC程序控制在输煤系统中的应用实践[J].煤矿机电，2011，（2）.

PLC控制系统中通信网络 篇7

以往矿井注浆监测系统采用PPI协议实现下位机(PLC)与上位机的通信[1],此时PLC无需编程,而且可读写所有数据区,快捷方便。但是西门子公司并没有公布PPI协议的格式,给用户自主开发带来了一定的困难,特别是自行开发的现场设备不能通过PPI协议接入PLC,用户必须购买西门子公司的监控产品或第三方厂家的组态软件,费用偏高,并不适合中小规模控制系统的应用[2];而利用MPI方式、Profibus方式也存在编程复杂的问题。因此,本文对以往的矿井注浆监测系统进行改进,采用自由口模式实现PLC与上位机的通信,大大提高了上、下位机通信的灵活性和自行开发效率,也降低了开发成本。上位机采用Visual Basic 6.0(以下简称VB6.0)编程软件,基于该软件开发的上位机通信程序效率高,人机界面友好,弥补了PLC编程软件Step7-Micro/WIN对采集参数显示不直观和不友好的缺点。

1 注浆参数采集子系统

改进的矿井注浆监测系统主要由基于自由口协议的注浆参数采集、注浆参数网络发布、注浆水枪视频监控以及远程操控这4个子系统构成,分为1个注浆站的单机版和2个注浆站的双机版2个系统版本,实现了远程注浆水枪操控和注浆量的实时监管功能。本文只研究注浆参数采集子系统。

1.1 注浆参数采集子系统原理

注浆参数采集子系统是整个通信系统的核心,涉及到上、下位机的数据交换,其原理是通过井下现场的流量计和密度计将浆液的流量和密度信息转换成模拟电信号传送给S7-200 PLC的模数转换模块EM231,EM231将模拟电信号转换为数字信号传送给S7-200 PLC,S7-200 PLC再将数字信号换算成包含流量和密度信息的RS485信号,并以自由口协议的形式传送给上位机;上位机利用VB6.0的MSComm控件编制通信软件,将S7-200 PLC采集的监测数据写入SQL Server 2005数据库中,并分时校正下位机的时间,确保数据采集的实时性。

1.2 注浆参数采集子系统的硬件连接

由于上位机采用的是RS232接口,而S7-200 PLC只配有RS485接口,所以上、下位机需要利用RS485转RS232的网络连接器建立通信连接。基于井下环境恶劣、通信距离长的现状,下位机利用自由口协议通过光纤与上位机通信。注浆参数采集子系统的通信硬件连接如图1所示。

2 自由口模式下的通信原理

2.1 S7-200 PLC的自由口协议

注浆参数子系统的下位机采用S7-200 PLC,它可以通过自由口模式与任何通信协议公开的其它设备、控制器进行通信,这是S7-200 PLC的特色功能[3]。在自由口模式下,PLC利用梯形图中的接收指令(RVE)、发送指令(XMT)、发送完成中断及字符接收中断来控制串行通信的操作。在该模式下,用户完全可以自己选择通信协议。特殊寄存器字节SMB30和 SMB130分别用来控制自由端口0和自由端口1的通信方式,其格式均为ppdbbbmm,其中pp代表SMB30字节中SM30.7、SM30.6和SMB130字节中SM130.7、SM130.6两位,负责奇偶校验的选择,00和10都表示无奇偶校验,01表示偶校验,11表示奇校验;d代表SMB30字节中SM30.5和SMB130字节中SM130.5位,负责选择每个字符的数据位,0表示每个字符8位,1表示每个字符7位;bbb代表SMB30字节中SM30.4、 SM30.3、 SM30.2和SMB130字节中SM130.4、 SM130.3、 SM130.2三位,负责选择自由波特率,000 表示38 400 bit/s,001表示19 200 bit/s,010表示9 600 bit/s,011表示4 800 bit/s,100表示2 400 bit/s, 101表示1 200 bit/s,110表示600 bit/s,111表示 300 bit/s;mm代表SMB30字节中SM30.1、SM30.0和SMB130字节中SM130.1、SM130.0两位,负责协议的选择,00表示点到点接口协议,01表示自由口协议,10表示PPI/主站模式,11表示保留(PPI/从站模式)。

当S7-200 PLC的CPU在STOP状态下时,自由口模式被禁止,而普通的通信(如编程器的访问)得以重新建立;只有当CPU在RUN状态下时才能实现自由口通信,通过向特殊寄存器字节SMB30或SMB130进行通信配置,为自由端口通信选择波特率、奇偶校验和数据位数[4]。当SMB30或SMB130自由口模式控制字节的低两位(mm)设置为01时,便选择了自由口协议。

2.2 注浆参数采集子系统的自由口通信方式

上位机发送读写命令,当下位机的自由端口接收数据缓冲区SMB2接收到的第一个字符是读字符后,Prot1就产生中断事件25,执行指令(XMT),向上位机发送下位机所采集的密度和流量等信息,并复位接收指令(RVE),避免由于收发速度过快导致的通信端口冲突;在发送完成后将产生中断事件26,接收指令置位,重新接收。当SMB2接收到的第一个字符是时间校验命令时,下位机向数据存储区写入上位机的时间,在接收到结束字符后,将接收完成信息反馈给上位机,结束校验。

3 上位机与下位机通信的软件设计

3.1 上位机通信软件

上位机通信软件采用VB6.0编写。VB6.0中的MSComm控件提供了一系列标准通信命令接口,它允许建立串口连接,可连接到其它通信设备上,可发送命令、进行数据交换及监视和响应通信过程中可能发生的各种错误和事件,为应用程序提供高效实用的串行通信功能[5]。上位机通信程序流程如图2所示[6]。

上位机通信软件的核心部分包括一个窗体和一个标准模块。窗体中的程序包括系统初始化(串口及通信参数初始化、打开端口、建立与数据库的连接)、通信数据的获取与处理、监测参数的显示和刷新、向数据库写入数据等。标准模块包括定义全局变量、与下位机通信和时间校验。

(1) 串口及通信参数初始化

串口及通信参数初始化代码:

(2) 数据收发程序

上位机每0.1 s循环读取一次下位机,将接收的数据放入变量RCV_Data中,并对接收的数据进行正确性检测,如果数据的末尾有接收结束字符,则显示数据并将数据存入数据库中,否则视为错误数据,丢弃数据,并重新接收该数据。若接收时间超过0.2 s或接收字符串超过236个则终止接收。当校验时间时,上位机以写入命令格式向下位机发送信息,并向下位机写入时间,直到接收到下位机完成被写入的反馈信息。窗体中数据收发程序的部分关键代码:

标准模块中数据收发程序的部分关键代码:

(3) 向SQL Server 2005数据库写入数据

上位机接收的注浆胶体密度和注浆流量等数据必须存于数据库中,以便浏览和日后查询分析。每日累计表记录24 h的注浆量,每10 min记录1次,共设144个记录点;每月累计表以31 d为标准,共设31个记录点;每年累计表则以每个月为记录点,设置12个记录点;而每日实时参数表记录每秒的注浆参数值。VB6.0通过引用Microsoft ActiveX Data Objects 2.1 Library控件与SQL Server 2005数据库建立连接。以下为存入数据库的关键代码:

3.2 下位机通信软件

下位机采用Step7-Micro/WIN软件编程。下位机CPU使用CPU226模块,它带有Port1和Port0两个端口,Port1被设置成自由端口(mm=01)、9 600 bit/s(bbb=010)、无奇偶校验(pp=00)、每个字符8位(d=0)。

下位机通信程序流程如图3所示。其中SMB2为自由端口接收字符缓冲区,该字节用来在自由端口通信方式下存储从Port 0或Port 1接收的每一个字符。SMB187用来控制和读出接收信息的状态,其中SMB187.7负责执行接收信息功能,0表示禁止接收信息功能,1表示允许接收信息功能。

下位机通信程序中的核心部分主要包括主程序、2个子程序SBR_2、 SBR_3和3个中断程序INT_0、 INT_1、INT_2。主程序包括系统初始化程序(设置成自由口协议、建立主程序与中断程序的连接、设置数据采样周期、设置系统清零密码)、检测控制程序、数据更新程序等。子程序SBR_2 、SBR_3分别用于PLC时钟校验和计算处理监测数据。而中断程序INT_0 、INT_1和 INT_2分别用于采样和数据处理、与上位机通信和允许PLC接收数据。

在扫描周期阶段,CPU从主程序的第一条指令开始执行程序,在首个扫描周期,执行通信端口初始化程序,配置系统参数。接着执行检测控制程序,根据不同的条件控制系统流程,保证数据定时采集、系统自动清零等功能的实现。

当数据采样周期定时器计时时间到时,执行中断程序INT_0,开始采集注浆数据和读取PLC时间,执行完后调用子程序SBR_3,对采集的数据换算成每秒的注水量和注灰量,将当日注水量和注灰量的数据累加,最后更新数据存储区的数据,供上位机读取最新的数据。当自由端口接收数据缓冲区收到上位机发送的读写字符时,执行中断程序INT_1,判断读写命令,以发送或被写入数据。下位机接收上位机分时发送来的时间,当收到上位机写入完成字符时,开始调用子程序SBR_2,将其设定为系统时间。当下位机发送完毕后执行中断程序INT_2,PLC开始重新接收上位机的信息。

4 结语

(1) PLC采用自由口模式与上位机通信提高了通信效率,但由于没有奇偶校验,故降低了数据传送的有效性。基于S7-200 PLC本身抗干扰性强、可靠性高的特点,通过自定的通信协议,上、下位机在收发数据时采用简单的通信握手信号和起始结束位,缩短了通信时间,再配合适当的传输波特率,既没有降低通信速率,又能够保证数据收发的正确性和稳定性,同时也大大降低了数据校验的编程复杂度,提高了编程的灵活性。该方法非常适用于一次性传输数据量不大的通信,使得上、下位机之间的数据读写简单且快捷有效。

(2) 上位机软件采用通用性设计,区分共性与个性,合理布局通信程序,调用的模块关系清晰,并在程序中合理定义和使用变量,提高了程序在单机版和双机版之间的通用性和可移植性,缩短了研制周期。

(3) 采用PLC自由口通信模式的注浆监测系统已分别在兖州煤业股份有限公司东滩煤矿、济宁二号煤矿和开滦(集团)有限责任公司钱家营矿业公司投入使用,运行稳定、可靠,效果显著,为矿井中小规模控制系统数据监控提供了良好的解决方案,大大降低了井下数据采集控制系统的开发费用,同时也提高了上、下位机通信系统的自行开发效率。

参考文献

[1]郝权,蒋曙光,吴征艳,等.基于PPI协议的注浆参数采集和网络发布系统[J].煤炭科学技术,2009(10):81-84.

[2]刘瑞婷,张南平,陈勇.S7-200系列PLC自由口模式下实时通信技术研究[J].计算机技术与发展,2006,16(12):156-158.

[3]李艳杰,于艳秋,王卫红,等.S7-200 PLC原理与实用开发指南[M].北京:机械工业出版社,2008.

[4]廖常初.PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2002.

[5]李长林.Visual Basic串口通信技术与典型实例[M].北京:清华大学出版社,2006.

PLC控制系统中通信网络 篇8

1 建立两站的硬件连接

在两站0号机架6.、7插槽位置上分别安装通讯模块CP443-5, 通过网线、交换机、光纤盒等设备连接。

2 在网络组态中建立配对CPU的S7连接

1) 通过编程设备将两块CP443-5模块分别设置不同的地址。

2) 在硬件编译正确后, 点击组态网络按扭进入网络组态界面, 在网络组态画面中, 把各个站点上下挂的443-1连接到工业以太网上。如图1所示

3) 通信的两个站创建S7连接, 选中任一站点上的CPU单击右键, 在功能菜单中单击插入新连接。如图2所示:

4) 在弹出的插入新连接对话框中点击“类型”的下拉菜单, 并在其中选择“S7连接”, 然后点击对应站点的主CPU后单击确定按钮。然后在S7连接属性对话框中确认各站点信息是否正确, 并在“建立激活的连接”前打钩, 单击确定按钮。到此网络组态步骤就完成了。如图3所示:

3 程序设计

1) 在两个配对通信的站里建立通信功能块FB209和FB210, FB209编辑发送程序, FB210编辑接收程序。

2) 在两个站分别创建两个FC块, 调用FB209和FB210, 例如在焙烧站创建FC块发送主引风就地/远方选择、主引风机机旁/PLC选择等几个变量, 然后在造球站创建FC块接收这几个变量。如图4和所示

4 结语

一年来的运行证明, PLC通信技术的成功应用, 极大提高了球团系统的自动化水平, 有效提高了工作效率, 减轻了岗位工作量, 为保障球团生产设备可靠运行和杜绝安全生产事故作出了贡献。

参考文献

[1]催坚.西门子工业网络通讯指南[M].北京:机械工业出版社, 2005.

PLC控制系统中通信网络 篇9

为使船舶在各种不同工况下都能连续、可靠、经济地进行供电,船舶上常配置多种电站:主电站、停泊电站、应急电站、特殊电站。这类用电设备的特点是耗电量不大,但对供电电源的性能有很高的要求,因而构建船舶电站自动化系统就显得非常重要。在具有要求多台机组并联供电的船舶电站中,若要实现系统的自动检测和控制,必须将各个环节有机地联系起来,组成一个智能化控制系统,用来收集来自柴油机、发电机、断路器、汇流排以及各主要负载的信息和参数,加以分析、判断,从而及时采取合理的措施,以处理电站运行中可能出现的各种情况,确保船舶电力系统安全、可靠地运行。

在船舶电站自动化系统中,采用上位机和下位机结合的方法实现自动控制。考虑到P L C的抗干扰能力强,编程简单,适用于恶劣的工作环境,将其用作下位机,以完成数据采集和控制。而上位机采用普通的P C机,应用V B编制友好的开发界面及串行通信程序,实现在P C机上的实时显示、分析和监控。

1 通信系统构成及基本原理

系统构成如图1所示。S7-200 PLC内部集成的PPI接口物理特性为RS-485,而上位机的标准串口为RS-232,为了实现两者的通信,必须进行协议转换。西门子公司提供的PC/PPI电缆带有RS-232/RS-485电平转换器,在不增加任何硬件的情况下,可以方便地实现二者的互联和协议转换。

考虑到RS-485通信为半双工方式,且无硬件握手信号线,故采取软件握手方式。上位机和P L C发送数据的格式分别为有效数据、帧校验码、结束码和有效数据、帧校验码。为了保证通信的安全性,对发送的数据帧加入帧校验码(F C S),具体方法是:把所发送的数据帧中的数据按照字节进行异或运算后得到的F C S连同数据一起发送。接收到数据后,进行同样的运算,并把结果与F C S比较,如果两者不相等,则认为传输数据出错。对于检验到出错的数据采取放弃的措施,并立即发送反馈信号要求发送方重发数据。因采样时间很短,接收下一批数据比所放弃的应无较大的差异。此外,利用P L C循环扫描的特点,设备状态一旦改变,P L C立即检测到,并将反映系统状态变化的数据存入指定的数据缓冲区,通过X M T发送指令,将数据通过C O M口发至上位机。每个系统的状态对应于数据缓冲区中的一个指定字节,所存储数据均为1 6进制数据。

2 上位机通信编程

在PC与PLC通信过程中,PC机具有优先权,向PLC发送命令启动通信,PLC自动返回响应。读数据时,PC通过串行口向PLC发出读数据命令,PL C响应并将数据准备好,这时P C再次读串行口就可读到需要的数据。写数据时,P C通过串行口向P L C发出写命令及数据,P L C接收。

2.1 VB实现串口通信的基本思想

上位机通信接口部分采用VB语言编写,VB不仅提供了M S C o m m串行通信控件,而且也为这个控件提供了标准的事件处理函数,通过设置它的一些属性对通信接口进行初始化,从而很容易就实现了串行通信。串行通信编程基本思想:初始化并打开串行口、配置串口、双向传输数据、校验、释放串口,应用时只需设置和监控M S C o m m控件的属性和事件即可完成对串口的初始化和数据的输入输出工作。程序中使用中断的方法来接收数据,当中断响应发生后,O n C o m m事件处理函数捕获到相关的通信事件,并被自动调用,在O n C o m m函数中加入程序代码,即可把P L C中传来的数据进行处理、存储等。

2.2 上位机软件流程

上位机软件流程图如图2所示。

2.3 通信控件的基本属性及初始化

CommPort:设置并返回通信端口号。

Settings:以字符串的形式设置并返回波特率、奇偶校验、数据位、停止位。

PortOpen:设置并返回通信端口的状态。也可以打开和关闭端口。

Input:将对方传送至输入缓冲区的字符读入到程序。

Output:将字符写入输出缓冲区。

InputLen:设定串行端口读入字符串的长度。

InputMode:设定接收数据的方式。

O n C o m m事件:无论是错误还是事件发生,都会触发此事件。

初始化串行端口C O M 2程序:

MSComm.Comm Port=2

MSComm.Settings="9600,N,7,2"

MSComm.Port Open=True

3 PLC的通信编程

3.1 自由口模式的初始化

P L C的自由口模式通信编程首先是对串口初始化,通过对特殊存储字节S M B 3 0写入通信控制字,来设置通信的波特率、奇偶校验、停止位和数据位数。实际操作中,这些设定必须与上位机设定值相一致。

3.2 自由口通信程序设计

整个P L C通信程序包括主程序、通信初始化子程序、校验子程序、读写数据子程序等。初始化自由端口通信模式后,就可以进行数据的收发。对于发送,PLC有专门的发送指令,格式为XMT TABLE PORT,被发送的数据须存储在T A B L E的后面。当处于发送状态时,特殊标志位SM4.5为0;发送完后,SM4.5为1。判断SM4.5状态后进入相应的数据处理。对于接收,该P L C有专门的接收指令,通过读特殊标志位符一个一个由S M B 2送入接收数据存储器。当P L C每接收到一个字符,就会产生一次接收中断,P L C转出执行中断程序,用来处理接收到的字符。实际系统中,在中断程序中设置了一个标志位,而把字符处理放在中断程序之外。

由于通信协议转换使用了PC/PPI电缆,所以在PLC的程序中需要考虑电缆的切换时间。从P L C接收到请求报文到它返回发送缓冲区的数据延迟时间必须不小于电缆的切换时间。本系统通信波特率设置为9600bps,电缆的切换时间为2ms,用定时中断实现切换延时。

4 结语

主要研究了P L C与P C机之间的串口通信,可以有效地对船舶电站的运行进行监控,显示运行状态,记录历史数据及操作,以实现船舶电站的智能监控。本通信模块作为船舶电站自动化系统的一个重要组成部分,充分利用了P L C的抗干扰性能和P C机强大的图形显示和快速浮点运算的特点,将二者有效地结合,充分合理地利用了资源,具有较高的实用价值。

参考文献

[1]李志宏,等.基于VB的PLC和上位机通信的实现方法[J].基础自动化,2002

[2]西门子有限公司.西门子S7-200可编程序控制器系统手册.1999

[3]李广军,等.实用接口技术[M].北京:电子科技出版社,1997

异构PLC控制系统网络通信 篇10

关键词：异构可编程控制器,以太网网关,网络通信

1 问题的提出

唐山钢铁集团有限责任公司炼铁原料场最初设计为2座1 260 m3高炉、2台180 m2烧结机供料。经过近些年的改扩建,特别是3#高炉大修及新180 m2烧结机的建成,目前料场共承担1座3 200 m3高炉、2座2 000 m3高炉、2台210 m2烧结机、1台265 m2烧结机、1台180 m2烧结机,总计3座高炉、4台烧结机的原料运输及加工任务。原料自动控制系统采用美国GE公司的90-70 PLC,随着3#高炉扩容和新烧结机的建成,原系统存在安全运行已超过平均无故障时间、用户程序占用内存过多等诸多问题。因此,采用新型PLC对系统进行更新改造势在必行。

为确保烧结与高炉的正常生产,原料自动控制系统的改造不能在设备完全停机的情况下进行,必须在保证老系统正常运行的前提下,同步设计新的控制系统。电气方面重新铺设现场设备信号线电缆,并且增加继电器,使现场信号同时接入新系统并保留原系统的接入。该方案可以保证各控制站在不停机的情况下实现新老系统的切换。但由于仪表及烧结自动控制系统的改造与原料自动控制系统的改造不能实现同步,电子秤、料位计、烧结接口等信号仍然存在于老系统中,因此需要实现新老系统间的数据通信,使暂不能接入新系统的信号仍由老系统通信到新系统,待条件允许时再逐步接入新系统。因此,研究如何利用网络互联的方法,实现新型PLC与GE 90-70 PLC之间的通信,就成为首要解决的关键问题。

2 GE 90-70 PLC与ControlLogix PLC网络通信设计

由于GE PLC没有I/O的升级产品,因此唐钢炼铁原料场控制系统只能选用其他品牌的PLC产品。在PLC机型的选择中,除了考虑其强大的功能外,还有重要的一点就是同一企业中PLC机型的统一,这样可以减少备品备件的数量,也有利于技术力量的培训,便于用户程序的开发和修改[1]。唐钢炼铁厂烧结、高炉等多个控制系统均使用美国罗克韦尔的ControlLogix系统,因此确定原料场控制系统也使用ControlLogix系列PLC。

GE 90-70 PLC与ControlLogix PLC属于不同厂商的工控产品,它们的软件互不兼容,通信协议也不相同。不同的工控结构在数据定义、分类标准和规格制定方面的差异,使得不同结构中的实时数据不能自由流动。如果新旧设备之间需要进行数据通信,就涉及到不同协议的网络互联[2]。目前这两种产品之间还不能直接通信,只有通过第3方通信设备才可以实现,但目前国内实际应用的实例不多。我们经过多次试验,成功实现了两种异构PLC之间的相互通信并运用到控制系统中,设计中主要解决了以下几方面的关键问题。

2.1 信息层网络实现同构

目前,基于工业以太网的TCP/IP体系架构已逐渐为众多的工业控制器厂商所接受。工业以太网本身的开放性及其在大多数应用领域中能够满足高传输速率、高可靠性、抗干扰、实时传输、可扩展和维护、标准化和互操作等要求,并且允许在同一网络上运行不同的应用层协议,能够通过Internet实现工业生产过程的远程监控,使企业自动化系统能够在更大范围内实现跨部门、跨地域的集成,因此成为网络级同构的最佳选择[3]。

原料场原有的GE 90-70控制系统控制层采用Genius网,信息层采用以太网。改造后的ControlLogix控制系统控制层采用ControlNet网。由于控制层采用不同结构的网络,因此考虑到原料场两种异构PLC之间的数据通信问题,我们对新的控制系统信息层也采用以太网,以实现信息层网络的同构。

2.2 网关实现网络互联

尽管GE 90-70 PLC和ControlLogix PLC都支持以太网通信协议,但它们的通信协议并不完全相同,只有通过第3方(具有开放性)的通信网关,才能实现相互通信。

美国Woodhead作为全球知名的工业连接和通信产品供应商,推出了Woodhead GATEway。它是专门针对工业现场应用的多协议网关,可实现不同厂商控制器间的通信,并实现互操作。Woodhead GATEway端口包括10/100 Mb/s自适应以太网RJ45端口、标准Profibus D-SUB端口和RS485/422串行端口。现有的协议包括20种以太网TCP/IP、串口和Profibus,囊括了罗克韦尔、西门子、施耐德、三菱、欧姆龙、GE、阿尔斯通等各大厂商的协议。其开发的APP-ESR-GTW产品可以实现ControlLogix和GE PLC之间的通信。

2.3 网络系统硬件构成及功能

利用Woodhead的APP-ESR-GTW多协议网关,通过型号为1756-ENBT的ControlLogix Ethernet/IP通信模块与ControlLogix PLC进行通信;通过型号为IC697CMM742的Ethernet I/F for 90-70以太网接口模块与GE 90-70 PLC进行通信[3]。网络系统构成如图1所示。

网络硬件系统功能简述如下。

(1)IC697CMM742 GE 90-70 PLC的TCP/IP Ethernet网络控制器模块,支持TCP/IP SRTP数据传输协议(使用一种在TCP/IP协议之上的GE Fanuc专有SRTP协议实现),传输速率为10 Mb/s。

(2)1756-ENBT ControlLogix PLC的Ethernet/IP通信接口模块,通信速率为10/100 Mb/s。

(3)APP-ESR-GTW 以太网至以太网网关,为Ethernet/IP协议与不同设备及PLC之间的以太网TCP/IP数据交换提供了可能,支持128个设备的同时接入。APP-ESR-GTW的特点是:最多可同步实现10个工业以太网TCP/IP协议;配置简单,无需编程,不需要深入了解协议知识。该产品嵌有功能强大的处理器,运行实时操作系统内核。通过网关的板上数据库(32 Kb/32 KW),设定读写循环函数,下载后以客户端方式自动执行所有设定的通信任务(最高可达255个),并在设备间交换数据。为减少网络数据流量,可设定设备主动发送的读写请求。

2.4 网络通信组态

2.4.1 设定 IP地址

三方设备要通过以太网互联,就需要分别设置其IP地址,且3个IP地址必须属于同一网络。

(1)通过GE 90-70 PLC的Logicmaster 90组态软件,设置IC697CMM742的IP地址为3.0.0.1。

(2)通过ControlLogix PLC的RSLogix5000软件,设置1756-ENBT模块的IP地址为3.0.0.2。

(3)通过Woodhead GATEway的Applicom gateway软件,设置APP-ESR-GTW网关的IP地址为3.0.0.5。

2.4.2 网关组态

Woodhead GATEway提供组态管理器GATEway Console进行以太网配置,主要包括组态协议参数、添加设备及组态通信数据等,如图2、图3所示。

(1) 组态协议参数

APP-ESR-GTW网关有两个配置端口:以太网口和串口。如图2所示,选择Channel 0来添加要进行通信的两个PLC所使用的以太网协议,即SRTP TCP/IP(GE Fanuc)和Ethernet/IP(Allen Bradley)协议。此时在下面的设备库中自动列出了GE Fanuc和Allen Bradley的PLC设备列表。

(2)组态TCP/IP设备

选择设备库中的GE 90-70 PLC和Allen Bradley的Logix5000,拖放到右侧的设备表中。

(3)组态通信数据

需要在两个PLC之间通信的数据主要有两种:一是原料与烧结控制系统的接口信号,主要用于与烧结控制系统连锁运行;二是17台电子秤的开机、脉冲、累计值及74台料位计的通信等。综合上述通信数据的需要,所需开关量近100个,模拟量近100个。通过GATEway Console分别组态了两对数字量Read/Write和一对模拟量Read/Write功能,如图3所示。

(4)初始化网关

存储组态到网关中,网关作为客户机运行,PLC作为服务器运行,无需编程,即可实现以太网通信。

3 结束语

唐钢原料场自动控制系统改造项目于2008年12月全部投入实际运行,完全达到了设计要求。由于成功实现了罗克韦尔ControlLogix PLC与GE 90-70 PLC两种异构PLC控制系统之间的网络通信,因此使得改造项目的实施基本上没有影响现有高炉及烧结的生产,为唐钢顺利完成全年生产经营任务做出了很大贡献。

参考文献

[1]李凤阁,佟为明.电气控制与可编程控制器应用技术[M].北京:机械工业出版社,2007:463-464.

[2]李明河.异构PLC工控系统网络互联设计[J].自动化与仪表,2001,16(4):36-38.