【正文】 控制模塊，該模塊是進(jìn)行模擬量控制的模塊，可以完成恒壓、恒溫等控制功能。 所有的輸入?yún)?shù) ： COM_RST: BOOL: 重新啟動 PID： MAN_ON： BOOL：手動值 ON； 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 27 PEPER_ON： BOOL：過程變量外圍值 ON； P_SEL： BOOL：比例選擇位； I_SEL： BOOL：積分選擇位； INT_HOLD BOOL：積分保持， I_ITL_ON BOOL：積分初值有效， D_SEL ： BOOL：微分選擇位， CYCLE ： TIMEPID 采樣周期一般設(shè)為 200MS； SP_INT： REAL： PID 的給定值； MAN ： REAL：手動值，由 MANON 選擇有效； GAIN ： REAL：比例增益； TI ： TIME：積分時間； TD ： TIME：微分時間； DEADB_W： REAL：死區(qū)寬度； LMN_HLM： REAL： PID 上極限，一般是 100%； LMN_LLM： REAL： PID 下極限；一般為 0%， PVFAC： REAL：過程變量比例因子； PV_OFF： REAL：過程變量偏置值（ OFFSET）； LMN_FAC： REAL： PID 輸出值比例因子； LMN_OFF： REAL： PID 輸出值偏置值（ OFFSET）； I_ITLVAL： REAL： PID 的積分初值；有 IITLON 選擇有效； DISV ： REAL：允許的擾動量，前饋控制加入，一般不設(shè)置； B：部分輸出參數(shù)說明 ： LMN ： REAL： PID 輸出； 程序編寫見附錄 2 。當(dāng)前國內(nèi)流行的組態(tài)軟件主要有組態(tài)王、 MCGS、 InTouch、 WinCC 等。除了這些系統(tǒng)功能外 WinCC 還提供了開放的界面用于用戶解決方案。 WinCC 編輯器 圖形編輯器 圖形編輯器是一種用于創(chuàng)建過程畫面的面向矢量的作圖程序。也可以在庫中存儲自己的圖形對象。為在運行中顯示消息 ,可以使用包含在圖形編輯器的對象選項板中的報警控件。 報表編輯器 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 29 報表編輯器時為消息、操作、歸檔內(nèi)容和當(dāng)前或已歸檔的數(shù)據(jù)的定時器或事件控制文檔的集成的報表系統(tǒng)，可以有選擇用戶報表或項目文檔的形式。在 WinCC 項目中添加適當(dāng)?shù)耐ǖ莉?qū)動程序。它的任務(wù)是從過程中取出請求的 PLC 變量值。 （ 7） 添加一個“輸入 /輸出域”對象 將在畫面中創(chuàng)建若干個溫度顯示域和液位顯示這時需要用到組態(tài)軟件中的另一個對象 “輸入 /輸出域”，此對象不但可以顯示變量值，還可以改變變量的值。 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 32 4 現(xiàn)場總線 現(xiàn)場總線 現(xiàn)場總線概念 現(xiàn)場總線 是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。它廣泛應(yīng) 用于制造業(yè)、流程工業(yè)、樓宇、交通等領(lǐng)域的自動化系統(tǒng)中。位于現(xiàn)場的測試變送其與位于控制室控制器之間，控制器與位于現(xiàn)場的執(zhí)行器之間，均為一對一的物理連接。控制功能下放到現(xiàn)場，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備高度的分散性。它們分別通過不同雙絞線等多種傳輸介質(zhì)作為總線，把多個測量控制 儀表、計算機等作為節(jié)點連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于生產(chǎn)控制現(xiàn)場的多個微機化測量控制設(shè)備之間，以及現(xiàn)場儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控、管理計算機之間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)實際需要的自動控制系統(tǒng)。因此，把現(xiàn)場總線技術(shù)說成一個控制技術(shù)新時代的開端并不過分。 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)通訊的本質(zhì)是 RS485 串口通訊，按照不同的行業(yè)應(yīng)用，主要有三種通訊行規(guī)： DP（ Decentralized Peripherals）， FMS（ Field Message Specification）和 PA（ Process Automation）行規(guī)。 (3) PROFIBUS – DP: 是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式I／ O 的通信。 (4) PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)。 PROFIBUS 開放性和不依賴于廠商的通信的設(shè)想，已在 10 多萬成功應(yīng)用中得以實現(xiàn)?，F(xiàn)場總線 Profibus 是面向現(xiàn)場級和車間級的數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)。 （ 2） 車間監(jiān)控層 車間級監(jiān)控用來完成車間中生產(chǎn)設(shè)備之間的連接，如一個車間三條生產(chǎn)線主控制器之間的連接，完成車間級設(shè)備監(jiān)控。車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)可采用 ProfibusFMS，它是一個多主網(wǎng)絡(luò)，在這一級，數(shù)據(jù)傳輸速度不是最重要的，而是要能夠傳送大容量信息。該系統(tǒng)分為主站和從站： 主站決定總線的數(shù)據(jù)通信，當(dāng)主站得到總線控制權(quán)（令牌）時，沒有外界請求也可以主動發(fā)送信息。從站也稱為被動站。在中國， Modbus已經(jīng)成為國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T1958220xx。 Modbus的幾個特點 ModBus網(wǎng)絡(luò)是一個工業(yè)通信系統(tǒng)，由帶智能終 端的 可編程序控制器 和計算機通過公用線路或局部專用線路連接而成。 （ 3） Modbus的幀格式簡單、緊湊，通俗易懂。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。它制定了消息域格式和內(nèi)容的公共格式。如果采用 RS422/48 modbus、 RTU通訊方式，需要在發(fā)送的數(shù)據(jù)包中包括站號、數(shù)據(jù)區(qū)、讀寫指令等信息。用戶選擇想要的模式，包括串口通信 參數(shù)（波特率、校驗方式等），在配置每個控制器的時候，在一個 Modbus網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。 （ 2） RTU 模式 當(dāng) 控制器設(shè)為在 Modbus 網(wǎng)絡(luò)上以 RTU（遠(yuǎn)程終端單元）模式通信，在消息中的每個 8Bit 字節(jié)包含兩個 4Bit 的十六進(jìn)制字符。 ModBus RTU 通訊協(xié)議是 Modicon 公司的注冊商標(biāo) ,采用主從問答方式工作，是目前國際智能化儀表普遍采用的主流通訊協(xié)議之一。 由于電量監(jiān)控點較多，而且分布較廣，因此單獨布線不僅增加了工程量，而且對于資源也是浪費，如果所選用的電力儀表具有通訊功能，不僅可以獲得更完整的信息，而且節(jié)省了大量的布線。 （ 2）數(shù)據(jù)傳輸 讀寫串行端口可分四種方式 :查 詢方式、同步 I/O、異步（后臺） I/O 和事件驅(qū)動 I/O。在算法實現(xiàn)上，可以先預(yù)置一個 16 位的寄存器 FFFF（全 1），然后把 8 位的 2 進(jìn)制數(shù)據(jù)（一個字節(jié)）與 16 位的 CRC 寄存器低 8 位異或，并把結(jié)果放回 CRC 寄存器同時寄存器 內(nèi)容右移， MSB 補 0，并檢查移出的 LSB。 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 39 下圖為 Modbus 通信協(xié)議在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的廢油再生處理系統(tǒng)中的應(yīng)用。西門子公司的 S7300系列中型 PLC以其卓越的性價比 ,在工控領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用 ,其提供 CP341通信處理模塊具備 1個 RS422/485接口 ,可實現(xiàn)與各種串口設(shè)備之間的智能通信?？梢允褂眠@種通訊模塊實現(xiàn) S7300/400與其它串行通訊設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。 圖 52 CP341 串行通信模塊 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 41 需要的硬件組件： 圖 53 CP341 建立點對點連接所需的硬件組件 圖 54 CP341 建立點對點連接所需的軟件件組件 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 42 CP341 進(jìn)行 MODBUS 主站通訊時，還需要插入硬件狗 (DONGLE) 。 CPU、 CP 341 和通訊伙伴之間的通訊通過 CP 341 的功能塊和協(xié)議進(jìn)行。現(xiàn)在的儀表商也紛紛轉(zhuǎn)而支持 RS485/MODBUS，原因很簡單， RS485 的轉(zhuǎn)換接口不僅便宜得而且種類繁多。如果采用 RS422/485 modbus RTU 通訊方式，需要在發(fā)送的數(shù)據(jù)包中包括站號、數(shù)據(jù)區(qū)、讀寫指令等信息。 Modbus 通信時常用的一種。 在硬件組態(tài)窗口中雙擊 CP341 模板，打開 CP341 模板的屬性窗口，選擇通訊協(xié)議 modbus，網(wǎng)絡(luò)工作方式設(shè)置為半雙工，請記錄下模板的硬件地址以便在編程序時用到。 可以使用 STEP 7 軟件組態(tài) CP 341。 使用 STEP 7 軟件存儲參數(shù)分配數(shù)據(jù)。 3 首次使用 CP341 MODBUS 主站 Protocol 設(shè)置前，需對 CP341 進(jìn)行相應(yīng)驅(qū)動下載（ Load Drivers） 。 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 46 編寫通行程序 在安裝完 CP34x/CP44x的驅(qū)動程序， Modbus主站軟件， Modbus從站軟件等 3個軟件后，你可以在目錄 ?. \Si。） 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 45 4 CP341 作為從站 (SLAVE) 協(xié)議設(shè)置： （ 1）定義 CP341 作為從站通訊時的通訊波特率、楨特性和主站一致，以及協(xié)議參數(shù)中的 Slave Address（即：在主站發(fā)送的請求 信息中用到的從站地址）。 1 在 HW Config 中點擊 CP341 屬性中 /General/Parameter 按鈕。 通過使 用 CP 341：點對點通訊，參數(shù)分配參數(shù)分配界面來執(zhí)行 CP 341 的參數(shù)分配。對的硬件組態(tài)存盤編譯，下載硬件組態(tài)．如果此時 sF 燈亮．請將通訊電纜與另一個通訊伙伴進(jìn)行連接后． SF燈熄滅，說明硬件組態(tài)正確 。 在您的計算機上首先安裝 STEP7 5． x 軟件和 CP341 模板所帶的軟件驅(qū)動程序模板驅(qū)動程序包括了對 CP341 進(jìn)行參數(shù)化的窗口 (在 STEP7 的硬件組態(tài)界面下可以打開 )、用于串行通訊的 FB 程 序塊。以及該數(shù)據(jù)包是對那個數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行的讀或?qū)懙墓δ? 圖 55 CP341 硬件狗安裝方法 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 43 CP341 硬件參數(shù)化設(shè)置 自動化各個廠家在工業(yè)控制通信方面都有各自的通信協(xié)議及方式。 CP341模塊可以同時與多臺串行通訊設(shè)備進(jìn)行通訊。 在現(xiàn)場應(yīng)用中 CP341 往往都作為 Modbus 主站來讀取第三方設(shè)備的數(shù)據(jù) 。 CP341插入 MODBUS主站 Dongle或插入從站 Dongle,就可以作為 MODBUS主站，或者作為 MODBUS從站， 接線方法： CP341 的電氣接口類型，串行通訊模板 CP341 有 RS232C 或 TTY或 RS485/422 三種電氣接口類型。USS站等 。 CP341通訊處理器可以與各種 Siemens 模塊和非 Siemens 產(chǎn)品點對點連接： 該模塊具有 1個串行通訊口 (RS232C或 TTY或 RS485/422)， RS422/485的通訊最大距離位 1200m。 如何使這些設(shè)備互聯(lián)通信成為系統(tǒng)設(shè)計中需要解決的一個重要問題。重復(fù)上面操作到一個 8bit 字節(jié)完成，再繼續(xù)對下一個數(shù)據(jù)進(jìn)行相同處理，直到所有數(shù)據(jù)結(jié)束。 （ 3）超時控制 為了防止意外情況使串口讀寫無休止地等待，必須在程序中設(shè)置超時控 制 （ 4） CRC 校驗的實現(xiàn) 目前儀表類比較普遍采用的是 CRC16 校 驗碼。在改進(jìn)中，決定采用總線通訊方式，利用雙絞線來取代大量的點對點接線工作，通過CP341 串行通信模塊上的 RS485 通訊接口，按照 Modbus 協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，既可以得到更詳盡的信息，又降低了生產(chǎn)成本，同時 為 遠(yuǎn)程 控制 打下了基礎(chǔ)。因此通常情況下，一般工業(yè)智能儀器儀表都是采用 RTU 模式。 隨著儀表自動化技術(shù)的提高，帶各種通訊接口設(shè)備和現(xiàn)場總線設(shè)備將被大量應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場領(lǐng)域，使全數(shù)字化、串行、雙向、互操作多快好省的遠(yuǎn)距離大數(shù)據(jù)量通訊成為可能．為數(shù)據(jù)監(jiān)控和管理中心監(jiān)控現(xiàn)場數(shù)據(jù)及現(xiàn)場設(shè)備工作狀態(tài)和分析挖掘數(shù)據(jù)關(guān)系提供了方便。 （ 1） ASCII 模式 當(dāng)控制器設(shè)為在 Modbus 網(wǎng)絡(luò)上以 ASCII（美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼）模式通信，在消息中的每個 8Bit 字節(jié)都作為兩個 ASCII 字符發(fā)送。以及該數(shù)據(jù)包是對那個數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行的讀或?qū)懙墓δ堋?CP341模塊可以同時與多臺串行通訊設(shè)備進(jìn)行通訊。它描述了一控制器請求訪問其它設(shè)備的過程。 Modbus協(xié)議 Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。目前，支持 Modbus 的廠家超過 400家，支持 Modbus 的產(chǎn)品超過 600 種。 工業(yè)控制已從單機控制走向集中監(jiān)控、集散控制，如今已進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時代，工業(yè)控制器連網(wǎng)也為網(wǎng)絡(luò)管理提供了方便。 圖 42 PROFIBUS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 36 5 基于 CP341 的 Modbus RTU 通信的設(shè)計與實現(xiàn) Modbus 簡介 Modbus是由 Modicon（現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個品牌）在 1979年發(fā)明的，是全球第一個真