【文章內(nèi)容簡介】 存入 I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段，在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變，因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入， S7200將物理輸入點上的狀態(tài)復(fù)制到輸入過程映象寄存器中。 ●執(zhí)行邏輯控制程序： S7200執(zhí)行程序指令并將數(shù)據(jù)存儲在各種存儲區(qū)中， PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序。在掃描每一條梯形圖時，并按先左后右、先 上后下的順序進行邏輯運算，邏輯運算的結(jié)果存于映象區(qū)。上面的邏輯運算其運算結(jié)果會對下面的邏輯運算起作用；相反，下面的邏輯運算其運算結(jié)果只能到下一個掃描周期才能對上面的邏輯運算起作用。 ●寫輸出：即輸出刷新階段，在輸出過程映象寄存器中存儲的數(shù)據(jù)被復(fù)制到物理輸出點，當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后， PLC就進入輸出刷新階段，在此期間， CPU按照存在 I/O映象區(qū)的運算結(jié)果，刷新所有對應(yīng)的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是 PLC的真正輸出。 編程語言 S7200 的編程軟件可以提供梯形圖、功能塊圖（國 內(nèi)很少有人使用）、語句表三種編程語言。語句表程序較難閱讀，其中的邏輯關(guān)系很難一眼看出，所以在設(shè)計復(fù)雜的開關(guān)量控制程序時一般使用梯形圖語言。梯形圖程序中輸入信號與 輸出信號之間的邏輯關(guān)系一目了然，易于理解，與繼電器電路圖的表達方式極為相似，梯形圖中功能塊對應(yīng)的語句只占一行的位置，還可以為每一條語句加上注釋，便于復(fù)雜程序的閱讀。因此選用梯形圖語言進行編程。 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 控制程序設(shè)計方法 經(jīng)驗法，本質(zhì)是借助典型的控制電路，通過反復(fù)的調(diào)試及修改來完成系統(tǒng)的設(shè)計 ,沒有固定的步驟可遵循，且有很大的試探性和隨意性。對于各種不同的控制系 統(tǒng)，設(shè)計者需重復(fù)設(shè)計。特別是在設(shè)計復(fù)雜系統(tǒng)的梯形圖時 ，需要大量的中間單元來完成記憶、連鎖、互鎖等功能，考慮的因素較多，它們往往又交織在一起，分析起來比較困難，很容易遺漏一些應(yīng)考慮的問題。且修改某一局部電路時，經(jīng)常是 “牽一發(fā)而動全身 ”，對控制系統(tǒng)其他部分產(chǎn)生意想不到的影響。另外，用經(jīng)驗法設(shè)計出的梯形圖往往比較復(fù)雜，程序維護人員很難讀懂，給 PLC 控制系統(tǒng)的維護和改進帶來很大困難。 順序控制設(shè)計法，就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機構(gòu)自動地有 秩序地進行操作 ,順序控制設(shè)計法最基本的思想是將一個連貫的過程分解成若干順序相連的不同階段，這些階段稱為步，并用編程元件（ M， S）來代表各步。步是根據(jù)輸出量的狀態(tài)的變化來劃分的，在任何一步之內(nèi)，各輸出量狀態(tài)不變，但是相鄰兩步輸出量的狀態(tài)是不同的。步的這種劃分方法使代表各步的編程元件的狀態(tài)與輸出量的狀態(tài)之間有著極為簡單的邏輯關(guān)系。使系統(tǒng)由當(dāng)前步進入下一步的信號稱為轉(zhuǎn)換條件，可以是外部輸入信號，也可以是 PLC 內(nèi)部產(chǎn)生的信號（定時器，計數(shù)器）。順序控制設(shè)計法用轉(zhuǎn)換條件控制代表各步的編程元件，讓它們的狀態(tài)按一定的順序 變化，然后用代表各步的編程元件去控制 PLC 的各輸出位 Q。 M 與 Q之間具有簡單的邏輯關(guān)系，輸出電路的設(shè)計極為簡單。任何復(fù)雜系統(tǒng)的代表步的 M 存儲位的控制電路，其設(shè)計方法都是相同的，并且很容易掌握，由于 M 是依次順序變?yōu)?ON/OFF狀態(tài)的，實際上已經(jīng)基本解決了經(jīng)驗設(shè)計法中的記憶、連鎖等問題，所以順序控制設(shè)計法具有簡單、規(guī)范、通用的優(yōu)點。 通過對以上兩種設(shè)計法的分析比較，我們自然采用順序控制法進行程序編寫。 基于現(xiàn)場總線的 PLC 控制系統(tǒng)的構(gòu)成 PLC 全稱 Programmable Logic Controller，即可 編程邏輯控制器，是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強、靈活通用、使用方便、維護簡單等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據(jù)統(tǒng)計，可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。 PLC 是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計，它采用一類可編程的存貯器，用于其內(nèi)部存貯程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式輸入輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程，可編程控 制器具備高可靠性、編程方便、易于使用、環(huán)境要求低、與其他裝置配置連接方便的特點。 隨著計算機硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展，自動化產(chǎn)品呈現(xiàn)出小型化、網(wǎng)絡(luò)化、 PC 化、開放式和低成本的發(fā)展趨勢， 作為一個控制系統(tǒng)， 如何對其進行有效的管理和應(yīng)用，而又不必有過多的投入，充分利用現(xiàn)代計算機技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，減小一些硬件的投入，通過軟件青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 實現(xiàn)硬件的功能，這就產(chǎn)生了 “組態(tài) ”這種技術(shù)，它充分的利用了計算機技術(shù)，又對硬件進行了有效的管理。同時也減小了一些硬件的投入。以這種 “組態(tài) ”技術(shù)為依托，人們發(fā)明了 “組態(tài) ”軟件。組態(tài)軟件構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)可以聯(lián) 網(wǎng)，它的兼容性比較強，不像專業(yè) PLC 構(gòu) 成的網(wǎng)絡(luò)，組態(tài)軟件可以充分利用電腦的資源。在立體倉庫的設(shè)計中，為了實現(xiàn)較好的監(jiān)控功能，建立完善的人機交互界面，組態(tài)軟件已經(jīng)成為其中的橋梁和紐帶，是自動化系統(tǒng)集成中不可缺少的關(guān)鍵組成部分 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 4 章 PROFIBUS 現(xiàn)場總線的 PLC 通信 在工業(yè)控制中 ,可編程控制器 (簡稱 PLC ,下同 )作為工業(yè)控制裝置已得到廣泛的應(yīng)用。由于控制的復(fù)雜程度增加和規(guī)模擴大 ,單臺 PLC 已難以滿足生產(chǎn)對自動控制的要求。根據(jù)生產(chǎn)工藝的特點、控制對象的分布等因素適當(dāng)?shù)嘏渲萌舾膳_ PLC 就能較好 地解決這一問題。工業(yè)生產(chǎn)本身的系統(tǒng)性決定了各臺 PLC 之間必然有各種信息要進行交換 ,因而 PLC 除了完成各自的控制任務(wù)之外 ,還要進行彼此之間的通信。采用高度實時性、高可靠性的 PLC 通信技術(shù) ,就成為構(gòu)成性能優(yōu)異的自動控制系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。 串行通信與并行通信 PLC 聯(lián)網(wǎng)通信在數(shù)據(jù)傳輸方式上有兩種基本方式 ,即并行通信和串行通信。并行通信傳輸速度快 ,能保證傳輸?shù)膶崟r性和可靠性 ,常用于近距離的通信 ,在遠(yuǎn)距離傳輸?shù)那闆r下 ,并行通信會導(dǎo)致通信線路復(fù)雜 ,硬件成本提高。串行通信則恰好相反。串行通信發(fā)展到目前其通 信 的實時性、可靠性、穩(wěn)定性有了明顯的提高。因此實際上目前各類 PLC 的聯(lián)網(wǎng)通信主要采用的是串行通信 ,并行通信一般僅發(fā)生在 PLC 的內(nèi)部 ,例如模塊式 PLC 中的 CPU 單元與各種工作模塊之間的通信。 簡單協(xié)議與復(fù)雜協(xié)議 這里所說的通信協(xié)議的 “簡單 ”與 “復(fù)雜 ”是相對 OSI/ RM 模型而言的。圖 4 中對一臺西門子小型 PLC(S7 —200) 利用自由口方式與一臺 IPC 進行串行通信。在 IPC 一方 ,利用 VB 中的 Msm 控件完成對其串口的讀寫。 VB 程序中 Msm. setting =“9600 ,N ,8 ,1”就是一種 “簡單協(xié)議 ”的規(guī)定 (即波特率是 9 600 ,無奇偶校驗 ,8 位數(shù)據(jù)位 ,1 位停止位 ) 。這種 “簡單協(xié)議 ”通信能適應(yīng)單主站 —單從站的通信需要 ,能實現(xiàn)較為單一的功能 ,如果通信的情形復(fù)雜了就有很大的局限性。例如在 RS485 上可以增加 PLC ,但所有的 PLC 都是通信從站 ,因為“簡單協(xié)議 ”決定了這里只允許存在一個通信主站 (即 IPC) ,而且所有的通信從站要想互通信息只有通過主站中轉(zhuǎn)才能實現(xiàn)。 “復(fù)雜協(xié)議 ”(如現(xiàn)場總線技術(shù)中的通信協(xié)議 ) 是以 OSI/ RM模型為基礎(chǔ)的。通過多層次的協(xié)議 ,能夠解 決諸如總線控制、沖突檢測、鏈路維護等問題。通信中可無 “主、從 ”之分或允許 “多主 (多個主站 ) ”存在。顯然本文所述的 PLC 通信就屬于“多主 ”或 “對等 ”的通信。圖 4 所示為基于 “簡單協(xié)議 ”的通信網(wǎng)絡(luò)。 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 圖 4 基于 “ 簡單協(xié)議 ” 的通信網(wǎng)絡(luò) 專用協(xié)議與開放協(xié)議 專用協(xié)議是 PLC 開發(fā)商提供的本廠商特定的通信協(xié)議。其特點是通信協(xié)議不公開 ,必須使用該廠商提供的支持相應(yīng)協(xié)議的硬、軟件。如西門子公司 S7 —200 系列 PLC 的 PPI 協(xié)議和 AB 公司 DH + 網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議等。專用協(xié)議是封閉的 ,各廠商在通信 方面從硬件到軟件都是自成體系 ,不能互連在一起 ,難以實現(xiàn)互換與互操作。開放協(xié)議是基于公開化、標(biāo)準(zhǔn)化 ,即各廠商、各種產(chǎn)品、各種硬軟件都必須遵守同一協(xié)議規(guī)范。現(xiàn)場總線技術(shù)中的通信協(xié)議就是以 OSI/ RM 模型為基礎(chǔ) ,以開放、互聯(lián)為目的。 20xx 年 1 月公布的現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158 雖然包括了八種類型的現(xiàn)場總線而非單一標(biāo)準(zhǔn) ,但它們都是開放的 ,通信的功能及參數(shù)都是規(guī)范化的。用戶可按自己的需要和考慮把不同的廠商的產(chǎn)品組成遵循同一協(xié)議的通信系統(tǒng) ,不會為在系統(tǒng)中不兼容的協(xié)議、接口而一籌莫展 ,這樣自動控制系統(tǒng)的構(gòu) 建、擴展的主動權(quán)就掌握在用戶手中。 P LC 通信的實現(xiàn) 根據(jù)上述的方案選擇 , 構(gòu)成基于現(xiàn)場總線的 PLC 控制系統(tǒng)如圖 5 所示。圖中 PLC 采用德國西門子公司的 S7 300 型 (CPU315 2DP) ,PLC 均通過西門子 CP343 5 通信模塊與PROFIBUS 現(xiàn)場總線相連。 IPC 采用臺灣研華公司的工控機 (P2 型 ) 并通過西門子CP5412A 通信適配卡與 PROFIBUS 現(xiàn)場總線相連。另外各 PLC 通過其 CPU 上集成的PROFIBUS—DP 接口連接若干個遠(yuǎn)程 I/ O 從 站 (西門子 ET200) 。 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 圖 5 基于現(xiàn)場總線的 PLC 控制系統(tǒng)的構(gòu)成 PROFIBUS 是 Process Fieldbus 的縮寫。它是一種串行的、開放的工業(yè)現(xiàn)場總線 , 符合國際標(biāo)準(zhǔn) ( IEC61158 TYPE3 ) 。針對不同的范圍和功能 ,PROFIBUS 又分為三個兼容的組成部分。其中 PROFIBUS —FMS 主要解決車間級的通用型通信任務(wù) , 它可以提供靈活而大量的通信服務(wù) 。PROFIBUS —DP 以其較快的傳輸速度和較強的抗干擾能力 ,廣泛應(yīng)用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式 I/ O之間的通信 。 PROFIBUS —PA 專為過程自動化設(shè)計 ,它可實現(xiàn)總線供電并且符合本征安全規(guī)范。 PROFIBUS 通信協(xié)議根據(jù) ISO7498 國際標(biāo)準(zhǔn)以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) (OSI) 作為參考模型。在總線訪問協(xié)議上 PROFIBUS 在數(shù)據(jù)鏈路層采用了混合介質(zhì)存取方式 ,即主站間按令牌方式、主站和從站間按主從方式工作。得到令牌的主站可在一定的時間內(nèi) 執(zhí)行本站的工作。這種方式保證了在任一時刻只能有一個站點收發(fā)數(shù)據(jù) ,并且任一主站在一個特定的時間片內(nèi)都可以得到總線控制權(quán) ,這就完全避免了沖突。利用這種方式可以實現(xiàn) :純主從 (一主多從 ) 、純主站 (多主 ) 和混合方式 (多主多從 ) 。 PROFIBUS 現(xiàn)場總線功能十分強大 ,一旦圖 5所示的系統(tǒng)構(gòu)成后 ,僅就 PLC 之間的通信而言就有四種方式可以實現(xiàn) ,即 S7 通信 (功能 ) 、 FDL 連接、 DP方式、 FMS 方式等。綜合系統(tǒng)開發(fā)成本和功能適用性等多方面指標(biāo)和要求 ,選用 FDL 連接方式進行 PLC 之間的通信。 FDL ( fieldbus data link 現(xiàn)場數(shù)據(jù)鏈接 ) 由 PROFIBUS 的第二層協(xié)議實現(xiàn)。適合于工業(yè)中等容量的通信任務(wù) (240 字節(jié) ) 。實際應(yīng)用 FDL 方式時主要進行組態(tài)和編程二 個步驟。FDL 編程比較簡單 ,因為 PLC 通信的功能已經(jīng)在軟件程序上集成為二個功能模塊 FC5 和FC6 ,即 AGSEND(FC5) 和 AGRECV ( FC6) 。 AGSEND 功能是發(fā)送數(shù)據(jù) ,即將數(shù)據(jù)從 PLC 指定的發(fā)送緩沖區(qū)傳送至通信方。發(fā)送緩沖區(qū)的指針可以指向一個過程映像區(qū)、一個位存儲器區(qū)或一個數(shù)據(jù)塊。要發(fā)送的數(shù)據(jù)長度不能超過 240 字節(jié) 。ASRECV 功能為接收數(shù)據(jù) ,即從通信方接收的數(shù)據(jù)傳送到 PLC 指定的接收緩沖區(qū)。接收緩沖區(qū)可以是一個過程映像區(qū)、一個位存儲器區(qū)或一個數(shù)據(jù)塊。接收緩沖區(qū)應(yīng) 有足夠的長度。實際應(yīng)用時可根據(jù)控制任務(wù)采取各種方法調(diào)用 FC5 和 FC6。圖 6為 PLC1 和 PLC3 通信調(diào)用的示意圖。 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 圖 6 PLC1 和 PLC3 的通信示意圖 應(yīng)用 FDL 方式的關(guān)鍵是通信的組態(tài)。運行 PROFIBUS NCM S7 組態(tài)軟件后 ,在 STEP7 (PLC 的標(biāo)準(zhǔn)工具軟件 ) 中進行硬件組態(tài) (CP343 5) 和通信組態(tài) (FDL 連接 ) 。 PLC1 的組態(tài)參數(shù) (與 PLC3 通信 ) 如下 : Local ID : (HEX) 0002 A000 Partner ID : (HEX) 0001 A000 Local Module : SIMATIC 300(1) / CPU315 2 DP Partner Module : SIMATIC 300(3) / CPU315 2 DP Connection Type : FDL Connection Connection Name : FDL Connection 3 Partner L