【正文】 ，運(yùn)用PID子程序或使用專(zhuān)用的智能PID模塊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量的閉環(huán)過(guò)程控制。隨著PLC規(guī)模的擴(kuò)大，控制的回路已從幾個(gè)增加到幾十個(gè)甚至上百個(gè)，可以組成較復(fù)雜的閉環(huán)控制系統(tǒng)。PLC的模擬量控制功能已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)行業(yè)，例如自動(dòng)焊機(jī)控制、鍋爐運(yùn)行控制、連軋機(jī)的速度和位置控制等都是典型的閉環(huán)過(guò)程控制的應(yīng)用場(chǎng)合 系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)性利用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)PLC的仿真控制對(duì)象是指在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行事先編寫(xiě)好的組態(tài)軟件應(yīng)用程序,用軟件來(lái)代替硬件(被控對(duì)象)的工作,利用串口或者TCP/IP接口傳輸?shù)接|摸屏上，并將PLC與觸摸屏通過(guò)RS232接口直接相連，借助于觸摸屏來(lái)觀察控制的過(guò)程及結(jié)果。歐姆龍公司的CP系列PLC的串行通訊都是采用HostLink協(xié)議進(jìn)行通訊的，HostLink協(xié)議是歐姆龍的專(zhuān)有協(xié)議，通過(guò)HostLink協(xié)議使用計(jì)算機(jī)的串行口可與OMRON的PLC設(shè)備通訊。上位機(jī)鏈接系統(tǒng)即Hostlink系統(tǒng)是對(duì)于FA系統(tǒng)一種即優(yōu)化又經(jīng)濟(jì)的通信方式，它適合一臺(tái)上位機(jī)與一臺(tái)或多臺(tái)PLC進(jìn)行鏈接。上位機(jī)可對(duì)PLC傳送程序，并監(jiān)控PLC的數(shù)據(jù)區(qū)，以及控制PLC的工作情況。HOSTLINK系統(tǒng)允許一臺(tái)上位機(jī)通過(guò)上位機(jī)鏈接命令向HOSTLINK系統(tǒng)的PLC發(fā)送命令,PLC處理來(lái)自上位機(jī)的每條指令,并把結(jié)果傳回上位機(jī)。系統(tǒng)特點(diǎn)：通信即可采用RS232C方式，又可采用RS422方式。RS232C方式是基于1：1的通信，距離為15m。RS422方式是實(shí)現(xiàn)1：N的通信，即一臺(tái)上位機(jī)與多臺(tái)PLC進(jìn)行通信，最多可有32臺(tái)PLC連接到上位機(jī)，通信距離最大可達(dá)500m。上位機(jī)監(jiān)控：上位機(jī)可對(duì)PLC的程序進(jìn)行傳送或讀取，并可對(duì)PLC數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行讀寫(xiě)操作雙重檢查系統(tǒng)：所有通信都將作奇偶檢驗(yàn)和幀檢驗(yàn)，從而能估計(jì)出通信中的錯(cuò)誤。本實(shí)驗(yàn)采用RS232C通訊方式。組態(tài)軟件可以通過(guò)RS232C接口與PLC之間進(jìn)行通信,并監(jiān)控PLC的所有的存儲(chǔ)器、控制器及I/O接口的狀態(tài),以變量值的形式傳輸?shù)接|摸屏上,供用戶在觸摸屏上使用、處理。利用組態(tài)軟件設(shè)計(jì),可以仿真多種PLC控制對(duì)象,還可同時(shí)全真模擬多個(gè)被控對(duì)象。仿真的被控對(duì)象不僅可以接受多種由PLC發(fā)出的控制信號(hào),如邏輯開(kāi)關(guān)信號(hào),繼電器控制信號(hào),脈沖信號(hào)和各種數(shù)值信號(hào)等。亦可向PLC發(fā)出各種命令信號(hào),如邏輯開(kāi)關(guān)控制信號(hào),繼電器開(kāi)關(guān)信號(hào),中斷信號(hào),位置信號(hào)等。還可與PLC之間進(jìn)行各種狀態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸,從而反映出PLC與被控對(duì)象(軟件仿真的被控對(duì)象)與控制結(jié)果之間的關(guān)系。編輯好程序之后,組態(tài)軟件即可接受PLC發(fā)出的控制信號(hào),并按照程序的算法以動(dòng)畫(huà)、數(shù)值、文字、標(biāo)尺等形式在計(jì)算機(jī)屏幕上反映出PLC的控制過(guò)程及結(jié)果。RS232C通訊方式 觸摸屏（Touch Screen）計(jì)算機(jī)主機(jī)Hostlock通訊協(xié)議OMRON PLCHostlock通訊協(xié)議RS232C通訊方式 仿真實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 課題的意義、目標(biāo)及主要研究?jī)?nèi)容本課題是我?！半姎鉁y(cè)量”課程建設(shè)項(xiàng)目，通過(guò)開(kāi)發(fā)MCGS組態(tài)軟件與PLC電氣控制的試驗(yàn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控試驗(yàn)項(xiàng)目，填補(bǔ)原電氣測(cè)量課程中的缺陷，使“電氣測(cè)量技術(shù)”課程能夠緊跟時(shí)代發(fā)展，滿足工程應(yīng)用要求。本課題以MCGS組態(tài)軟件及OMRON的CPM2A型PLC實(shí)體為對(duì)象，實(shí)現(xiàn)MCGS組態(tài)軟件和歐姆龍PLC上的通訊單元建立串行通訊連接，從而達(dá)到操作PLC設(shè)備以及同步顯示PLC當(dāng)前狀態(tài)的目的；研究特殊模塊的使用方法，實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換，開(kāi)發(fā)具有實(shí)時(shí)監(jiān)控及聯(lián)鎖功能的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并對(duì)具體過(guò)程進(jìn)行控制以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，對(duì)其處理方法提供可參考數(shù)據(jù)與程序。同時(shí)并且利用RS232/RS485接口換口實(shí)現(xiàn)MODBUS通訊協(xié)議完成MCGS組態(tài)軟件監(jiān)控下的溫控顯示。并完成如下的要求：1) 實(shí)現(xiàn)MCGS組態(tài)軟件和硬件設(shè)備（OMRON PLC、MCGSTPC 觸摸屏）的串行通訊連接；2) 利用MCGS組態(tài)軟件和PLC的組態(tài)通信連接，實(shí)現(xiàn)觸摸屏對(duì)交通信號(hào)燈系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控及同步模擬顯示功能；3) 利用MCGS組態(tài)軟件和PLC的組態(tài)通信連接，通過(guò)控制變頻器實(shí)現(xiàn)觸摸屏對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、制動(dòng)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、變頻調(diào)速等控制；4）利用Modbus協(xié)議實(shí)現(xiàn)控制器相互之間和其它設(shè)備之間的通信；5）系統(tǒng)控制部分均在MCGS連機(jī)運(yùn)行環(huán)境上進(jìn)行功能操作。2 課題所采用硬件介紹 MCGSTPC觸摸屏介紹本課題所采用的觸摸屏是北京昆侖通態(tài)公司生產(chǎn)的TPC1062K，、。 TPC1062K的規(guī)格與介紹TPC1062K，是一套以嵌入式低功耗CPU為核心（主頻400MHz）的高性能嵌入式一體化觸摸屏。（分辨率800480），四線電阻式觸摸屏（分辨率10241024）。圖 觸摸屏背面數(shù)據(jù)插孔表 觸摸屏參數(shù)產(chǎn)品特性液晶屏TFT液晶顯示，真彩（LED背光），分辨率（800480）顯示顏色65535色背光壽命50,000小時(shí)觸摸屏電阻式供電電源24VDCCPU主板ARM低功耗，400MHz內(nèi)存64M SDRAM存儲(chǔ)設(shè)備128M FLASH產(chǎn)品規(guī)格結(jié)構(gòu)工業(yè)塑料結(jié)構(gòu)顏色工業(yè)灰面板尺寸274mm193mm機(jī)柜開(kāi)孔261mm180mm凈重外部接口串口1RS231RS485USB1主1從以太網(wǎng)RJ45以太網(wǎng)口擴(kuò)展—環(huán)境條件工作溫度0℃~50℃工作濕度10%~90%儲(chǔ)存溫度10℃~60℃振動(dòng)頻率1057Hz 57150Hz振動(dòng)加速度 m/s2振動(dòng)掃頻速率Oct/min ≤1認(rèn)證防護(hù)認(rèn)證CE/FCC防護(hù)等級(jí)IP65抗干擾性工業(yè)三級(jí)軟件組態(tài)軟件MCGS嵌入式組態(tài)軟件（運(yùn)行版） PLC設(shè)備與D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換模塊介紹 本課題所采用的PLC的CPU是OMRON公司的CPM2AH，模擬量輸入、輸出模塊分別是OMRON公司的CPM1AAD041和CPM1ADA041，觸摸屏MCGS界面OMRON CPM2AHOMRONCPM1AAD041OMRONCPM1ADA041電壓取樣輸出電壓圖 PLC硬件連接概況 CPM2AH的規(guī)格與介紹CPM2AH是本課題所采用的PLC的CPU，對(duì)它的掌握與否對(duì)課題的成功有很大的影響，故需掌握它的特點(diǎn)和規(guī)格。 CPM2AH的性能規(guī)格項(xiàng) 目規(guī)格控制方式存儲(chǔ)程序方法I/O控制方式循環(huán)掃描直接輸出(通過(guò)IORF(97)即時(shí)刷新處理)編程語(yǔ)言梯形圖指令長(zhǎng)度1步/1指令,1～5字/1指令指 令基本指令：14種特殊指令：105種，185種執(zhí)行時(shí)間基本指令：(LD指令)特殊指令：(MOV指令)程序容量4,096字輸入位IR00000～I(xiàn)R00915及IR02000～I(xiàn)R02515(不使用的輸入位可用作工作位)輸出位IR01000～I(xiàn)R01915及IR03000～I(xiàn)R03515(不使用的輸入位可用作工作位)工作位928位：IR02000～I(xiàn)R04915(IR020～I(xiàn)R049CH)和IR20000～I(xiàn)R22715(IR200～227CH)特殊位(SR區(qū))448位：SR22800～SR25515(IR228～255CH)暫存位(TR區(qū))8位：(TR0～TR7)保持位(HR區(qū))320位：HR0000～HR1915(HR00～19CH)輔助位(AR區(qū))384位：HR0000～HR2315(AR00～23CH)鏈接位(LR區(qū))256位：HR0000～HR1515(LR00～15CH)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器256位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(TLM/CNT000～TIM/CNT255)數(shù)據(jù)內(nèi)存讀/寫(xiě)：2,048字(DM0000～DM2047)只讀：456字(DM6144～DM6599)PC設(shè)定：56字(DM6600～DM6655) CPM1AAD041的規(guī)格與介紹CPM1AAD041是模擬量輸入單元。 CPM2AH 最多可以連接3個(gè)擴(kuò)展單元, 包括擴(kuò)展I/O單元, CPM1AAD041以及CPM1ADA041(模擬量輸出單元)。 表 CPM1AAD041模塊參數(shù)項(xiàng)目CPM1A－AD041輸入點(diǎn)數(shù)4點(diǎn) (分配4個(gè)通道)輸入信號(hào)范圍10～10V 0～5V0～10V 0～20mA1～5V 4～20mA分辨率1/6000(滿量程)A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)16位二進(jìn)制 （4位十六進(jìn)制）10 to 10V（滿量程）: F448 to 0BB8 Hex其他輸入范圍（滿量程）: 0000 to 1770 Hex最大輸入信號(hào)范圍電壓輸入： 177。15V電流輸入： 177。30mA平均值功能支持?jǐn)嗑€檢測(cè)功能支持轉(zhuǎn)換時(shí)間2 ms/點(diǎn)功率重量200g max尺寸86(W)50(H)90(D)mm CPM1AAD041包含4路模擬量輸入, 在CPM2AH全部接模擬量輸入單元的情況下, 系統(tǒng)最多可提供12路模擬量輸入。模擬量輸入單元CPM1AAD041的模擬量輸入信號(hào)范圍可有六種選擇，它們分別是10～10V、0～10V、0～5V、1～5V、0～20mA、4～20mA。本課題根據(jù)實(shí)際情況的需要，選擇了0～10V的模擬量輸入信號(hào)范圍。根據(jù)產(chǎn)品操作手冊(cè)可知0～10V的電壓輸入對(duì)應(yīng)于十六進(jìn)制數(shù)0000～ 1770(0000～6000)。完整的數(shù)據(jù)輸出范圍是–～ ，即FED4～ 198C(300～6300)。使用補(bǔ)碼來(lái)表示負(fù)電壓，圖 0～10V模擬量輸入信號(hào)范圍同時(shí)在該模擬量輸入信號(hào)范圍下，當(dāng)在輸入范圍內(nèi)設(shè)定了平均值功能時(shí)此功能開(kāi)啟。平均值功能取最近的八個(gè)輸入數(shù)據(jù)的平均值作為轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。使用此功能可以消除短時(shí)間內(nèi)輸入波動(dòng)的影響。 CPM1ADA041的規(guī)格與介紹相對(duì)于CPM1AAD041來(lái)講，CPM1ADA041是模擬量輸出單元。CPM2AH 最多可以連接3個(gè)擴(kuò)展單元，包括擴(kuò)展I/O單元，CPM1ADA041以及CPM1AAD041 (模擬量輸入單元)。CPM1ADA041包含4路模擬量輸出，在CPM2AH全部接模擬量輸出單元的情況下，系統(tǒng)最多可提供12路模擬量輸出。 CPM1ADA041模塊參數(shù)項(xiàng)目CPM1A－DA041輸入點(diǎn)數(shù)4點(diǎn) (分配4個(gè)通道)輸入信號(hào)范圍10～10V 0～10V 0～20mA1～5V 4～20mA分辨率1/6000(滿量程)A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)16位二進(jìn)制 （4位十六進(jìn)制）10 to 10V（滿量程）: F448 to 0BB8 Hex其他輸入范圍（滿量程）: 0000 to 1770 Hex最大輸入信號(hào)范圍電壓輸入： 177。15V電流輸入： 177。30mA平均值功能支持?jǐn)嗑€檢測(cè)功能支持轉(zhuǎn)換時(shí)間2 ms/點(diǎn)功率重量200g max尺寸86(W)50(H)90(D)mm模擬量輸出單元CPM1ADA041的模擬量輸入信號(hào)范圍可有五種選擇，它們分別是10～10V、0～10V、1～5V、0～20mA、4～20mA。本課題根據(jù)實(shí)際情況的需要，選擇了0～10V的模擬量輸入信號(hào)范圍，根據(jù)產(chǎn)品操作手冊(cè)可知0～10V的電壓輸入對(duì)應(yīng)于十六進(jìn)制數(shù)0000～ 1770(0000～6000)。完整的數(shù)據(jù)輸出范圍是–～ ，即FED4～ 198C(300～6300)。使用補(bǔ)碼來(lái)表示負(fù)電壓。圖 0～10V模擬量輸出信號(hào)范圍 D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換模塊的使用方法CPM1AAD041和CPM1ADA041使用需遵循如下的順序：1） 連接單元：連接模擬量輸入/輸出單元。2） 設(shè)定輸入/輸出量程：選擇模擬量輸入/輸出范圍為0～10V。3） 模擬量輸入/輸出的接線：連接模擬量輸入/輸出設(shè)備。4） 編寫(xiě)梯形圖程序：寫(xiě)入量程控制字，采用MOV命令。注：量程控制字的作用是確定模擬量信號(hào)的輸入/輸出范圍，即可確定模擬量輸入/輸出的點(diǎn)數(shù)與位置，也可確定其選擇處理信號(hào)的方式。 D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換模塊的I/O分配主 機(jī) CPM2AH擴(kuò)展模塊1CPM1AAD041擴(kuò)展模塊2CPM1ADA041圖 PLC各單元間的連接順序模擬輸入單元CPM1AAD041的通道分配與其他的擴(kuò)展單元或擴(kuò)展I/O單元是一樣的。 通道的分配是從分配給CPU單元或前一個(gè)擴(kuò)展單元或擴(kuò)展I/O單元的最后一個(gè)通道開(kāi)始的。當(dāng)“m”為分配給CPU單元CPM2AH的最后一個(gè)輸入通道，“n” 為其最后一個(gè)輸出通道時(shí)，CPM1AAD041模擬量輸入單元的通道分配如下所示：模擬量輸入的通道號(hào)設(shè)定：模擬輸入1：通道 m+1=1+1=2模擬輸入2：通道 m+2=1+2=3模擬輸入3：通道 m+3=1+3=4模擬輸入4：通道 m+4=1+4=5模擬量輸入的量程設(shè)定通道號(hào)：通道：n+1=11+1=12通道：n+2=11+2=13注：CPM1AAD041的前一個(gè)單元為主機(jī)CPM2AH。CPM2AH的后一個(gè)輸入、輸出通道號(hào)分別為1和11，即m=1，n=11。模擬量輸出單元CPM1ADA041的通道分配也和模擬量輸入單元CPM1AAD041單元一樣，從分配給CPM1AAD041的最后一個(gè)通道開(kāi)始。當(dāng)“n”為CPM1AAD041的最后一個(gè)通道時(shí)，輸出通道的分配如下所示：模擬量輸出通道號(hào)設(shè)定：模擬輸出1：通道 n+1=13+1=14模擬輸出2：通道 n+2=13+2=15注：CPM1ADA041的前