【文章內(nèi)容簡介】 專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 PLC 及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于 擴展其功能的原則而設計?！? PLC 的特點 (1）可靠性高，抗干擾能力強 (2）配套齊全，功能完善，適用性強 (3）易學易用，深受工程技術人員歡迎 (4）系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造 (5）體積小，重量輕，能耗低 PLC 的應用領域 目前， PLC 在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類 : 1)開關量的邏輯控制 2)模擬量控制 3)運動控制 4)過程控制 5)數(shù)據(jù)處理 6)通信及聯(lián)網(wǎng) 5 移動數(shù)據(jù)通信模塊簡介 移動數(shù)據(jù)通信模塊又稱 GSM（ Global System for Mobile Communications）模塊，是將 GSM 射頻芯片、基帶處理芯片、 存儲器 、功放器件等集成在一塊線路板上，具有獨立的 操作系統(tǒng) 、 GSM 射頻處理、基帶處理并提供標準接口的功能模塊。因此， GSM 模塊具有發(fā)送 SMS 短信，語音通話， GPRS 數(shù)據(jù)傳輸?shù)然?GSM網(wǎng)絡進行通信的所有基本功能。簡單來講， GSM 模塊加上鍵盤、顯示屏和電池，就是一部手機。 開發(fā)人員使用 ARM 或者 單片機 通過 RS232 串口與 GSM 模塊通信，使用標準的AT 命令 來控制 GSM 模塊實現(xiàn)各種無線通信功能，例如：發(fā)送短信，撥打電話，GPRS 撥號上網(wǎng)等?；?GSM 模塊產(chǎn)品的開發(fā)往往都是基于 ARM 平臺，使用 嵌入式系統(tǒng) 進行開發(fā)。有些 GSM 模塊具有 “ 開放內(nèi)置平臺 ” 功能，可以讓客戶將自己的程序嵌入到模塊內(nèi)的軟件平臺中。 由于工作年限、環(huán)境要求等因素，目前， GSM模塊依然在廣泛的工業(yè)應用領域使用，在各行各業(yè)都 能看到 GSM 模塊應用的產(chǎn)品。例如，在車載監(jiān)控領域，使用 GSM 模塊將車輛行駛的 GPS 數(shù)據(jù)傳輸回車輛管理中心；在電力、水務系統(tǒng)，通過 GSM 模塊實現(xiàn)了遠程智能抄表，可以 實時監(jiān)控 用戶的用電和用水量；在測繪行業(yè)，為很多偏僻的測繪點安裝了 GSM 模塊實現(xiàn)了實時的監(jiān)控，不必再人工收集數(shù)據(jù)；在家庭，可以安裝無線 報警系統(tǒng) ，一旦發(fā)生火情或盜竊行為，可以立即通知戶主和報警；在國外，很多老人小孩帶了個人 跟蹤器 ，防止老人和小孩走失或意外發(fā)生，里面也是集成了 GSM 模塊?？梢哉f，隨著 GSM 的網(wǎng)絡建設的完善， GSM模塊的應用范圍也越來越廣。 設計任務和要求 本設計的課題名稱是多軸數(shù)控工具磨床電氣 監(jiān)控 系統(tǒng)設計， 其主要內(nèi)容是：了解多軸數(shù)控工具磨床的電氣控制原理，完成該磨床電氣 監(jiān)控系統(tǒng)的設計與調試 。三菱 FX3U PLC 編程口通信應用的研究 移動通信模塊的 使用。 設計要求及主要技術指標是電氣 監(jiān)控 系統(tǒng)的設計 實現(xiàn)實時快速的遠程監(jiān)控 。 本章小結 6 本章闡述了選題背景 和該課題研究的意義 ，對多軸數(shù)控工具磨床的整個控制系統(tǒng) 、監(jiān)控系統(tǒng)和移動通信模塊 做了簡單的介紹。 7 2 方案選擇與論證 系統(tǒng)方案選擇與比較 方案 (1)： 因選用的移動數(shù)據(jù)通信模塊為 RS232 通信，故可與 PLC 直接相連（如若 PLC 為 RS485 或 RS422 只需中間加一個轉 RS232 模塊即可），直接在PLC 端編寫程序對通信數(shù)據(jù)進行解讀并執(zhí)行相應功能 。 優(yōu)缺點：該方案外接設備簡單明了，但是因為要對通信數(shù)據(jù)進行解讀，若要實現(xiàn)較為多功能的遠程監(jiān)控那么在 PLC 端程序會變得很復雜，占用大量 PLC 內(nèi)存，對于程序量大的控制系統(tǒng)尤為不合適。 方案 (2)： 使用目前通用的上位機組態(tài)軟件，如組態(tài)王、 InTouch、 WinCC、力控等，來實現(xiàn) 移動數(shù)據(jù)通信模塊與 PC 機的通信，同時實現(xiàn) PLC 與 PC 機的互連通信 ，進而 達 到遠程通信模塊與 PLC 的互連通信 。組態(tài)軟件以其功能強大、界面友好、開發(fā)簡潔等優(yōu)點目前在 PC 監(jiān)控領域已經(jīng)得到了廣泛的應用。 優(yōu)缺點：該方案 減少 了 PLC 端程序的編寫量，使 PLC 不必花費大量的精力去處理通信數(shù)據(jù) ，移動數(shù)據(jù)通信模塊雖可通過 PC 機串口與組態(tài)王實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，但受限與組態(tài)王薄弱的串口數(shù)據(jù)處理能力， 因此 在 與 GSM 通信過程中的數(shù)據(jù)仍然是無法方便的進行處理 。 方案 (3)： 在使用組態(tài)軟件的基礎上，在 PC 端增加使用 VB 開發(fā)平臺， Visual Basic 是一種由 微軟 公司開發(fā)的包 含協(xié)助 開發(fā)環(huán)境 的 事件驅動 編程語言 ，其具有相當強大的串口通訊功能，同時還擁有出色的數(shù)據(jù)處理功能，故用其與遠程控制模塊通信再通過 DDE（動態(tài)數(shù)據(jù)交換） 將 其與組態(tài)王互連，而組態(tài)王與控制現(xiàn)場的 PLC 通信，這樣就實現(xiàn)了控制現(xiàn)場與移動通信模塊的互通。 優(yōu)缺點：該方案雖所涉及的軟件較多，看似復雜繁瑣，但是基于 VB出色的開發(fā)能力，可以輕松的實現(xiàn)遠程通信的數(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫開發(fā)，同時使整個系統(tǒng)具有更廣闊的二次開發(fā)空間。 綜上所述，選擇方案（ 3）為最終使用方案。 選定方案論證 由 VB 和組態(tài)王混合編程完成的監(jiān)控系統(tǒng)，以組態(tài)王完成現(xiàn)場監(jiān)控界面的開 發(fā)，可對現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，同時在 VB 界面完成數(shù)據(jù)通信及 8 復雜的數(shù)據(jù)處理，而 VB 與組態(tài)王之間可通過 DDE 或以文件的形式實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)交換，其中 DDE 的方式調用簡便，但是適合數(shù)據(jù)量不大的場合，而文件的形式可用于數(shù)據(jù)量較大的場合 ，但是組態(tài)王必須設置實時讀取作為中間量的文本文件設置不如 DDE 方便。 因為所需數(shù)據(jù)量不大，因此 VB與組態(tài)王之間的動態(tài)數(shù)據(jù)交換采用組態(tài)王自帶的 DDE 方式，監(jiān)控系統(tǒng) 結構 如下 圖 21 所示 ： 本章小結 本章主要說明了 PLC 與移動通信模塊互連方式 的選擇 ， 通過對比每種方法的優(yōu)缺點，再聯(lián)系實際，確定最終的控制方案 。 圖 21 監(jiān)控系統(tǒng)結構圖 9 3 現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng) 設計 現(xiàn)場監(jiān)控軟件簡介 組態(tài) 軟件 ，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。譯自英文 SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用 軟件 。它們處在 自動控制系統(tǒng) 監(jiān)控層一級的 軟件 平臺和 開發(fā)環(huán)境 ，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的 軟件 工具。 組態(tài) 軟件 的應用領域很廣，可以應用于 電力 系統(tǒng)、 給水系統(tǒng) 、石油、化工等領域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領域。在 電力 系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱 遠動系統(tǒng) (RTU System,Remote Terminal Unit)。 組態(tài)王 介紹 做為這次設計使用的組態(tài)軟件 —— 組態(tài)王 ， 其 是亞控科技根據(jù)當前的自動化 技術的發(fā)展趨勢，面向低端自動化市場及應用，以實現(xiàn)企業(yè)一體化為目標開發(fā)的一套產(chǎn)品。該產(chǎn)品以搭建戰(zhàn)略性工業(yè)應用服務平臺為目標，集成了對亞控科技自 主研發(fā)的工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫（ KingHistorian）的支持，可以為企業(yè)提供一個對整個生產(chǎn)流程進行數(shù)據(jù)匯總、分析及管理的有效平臺，使企業(yè)能夠及時有效地獲取信息，及時地做出反應，以獲得最優(yōu)化的結果。 組態(tài)王保持了其早期版本功能強大、運行穩(wěn)定且使用方便的特點，并根據(jù)國內(nèi)眾多用戶的反饋及意見，對一些功能進行了完善和擴充。組態(tài)王 提供了豐富的、簡捷易用的配置界面，提供了大量的圖形元素和圖庫精靈，同時也為用戶創(chuàng)建圖庫精靈提供了簡單易用的接口；該款產(chǎn)品的歷史 曲線 、報表及web 發(fā)布功能進行了大幅提升與改進， 軟件 的功能性和可用性有了很大的提高。 組態(tài)王在保留了原報表所有功能的基礎上新增了報表向導功能，能夠以組態(tài)王的歷史庫或 KingHistorian 為數(shù)據(jù)源，快速建立所需的班報表、日報表、周報表、月報表、季報表和年報表。此外，還可以實現(xiàn)值的行列統(tǒng)計功能。 組態(tài)王集成了對 KingHistorian 的支持，且支持數(shù)據(jù)同時存儲到組態(tài)王歷史庫和工業(yè)庫，極大地提高了組態(tài)王的數(shù)據(jù)存儲能力，能夠更好地滿足大點數(shù)用戶對存儲容量和存儲速度的要求。 KingHistorian 是亞控新近推出的獨立開發(fā)的工 10 業(yè)數(shù)據(jù)庫。具有單個服務器支持高達 100 萬點、 256 個并發(fā)客戶同時存儲和檢索數(shù)據(jù)、每秒檢索單個變量超過 20,000 條記錄的強大功能。能夠更好地滿足高端客戶對存儲速度和存儲容量的要求，完全滿足了客戶實時查看和檢索歷史運行數(shù)據(jù)的要求。 監(jiān)控系統(tǒng)設計 監(jiān)控界面 設計 總體概述 整個監(jiān)控界面如下圖所示： 圖 31 監(jiān)控界面 如圖 31 所示， 監(jiān)控界面只做了簡單的 I/O 狀態(tài)監(jiān)控、主軸調速的控制面板以及 DDE 交互數(shù)據(jù)的顯示 。 圖 32為 PLC IO 接線圖，也是做監(jiān)控界面的參考依據(jù)。 11 圖 32 PLC IO接線圖 12 監(jiān)控系統(tǒng)變量建立 在組態(tài)王運行時，工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況要以動畫的形式反映在屏幕上，同時工程人員在計算機前發(fā)布的指令也要迅速送達生產(chǎn)現(xiàn)場，所有這一切都是以實時數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機和下位機的 橋梁；在 數(shù)據(jù)庫中存放的是變量的當前值，變量包括系統(tǒng)變量和用戶定義的變量。 變量的集合形象地稱為“數(shù)據(jù)詞典”，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量的詳細信息 。 根據(jù)相應的 PLC IO 口， 需在組態(tài)王建立相應的 IO 變量 ， 這種數(shù)據(jù)交換是雙向的、動態(tài)的，就是說：在“組態(tài)王”系統(tǒng)運行過程中，每當 I/O變量的值改變時，該值就會自動寫入下位機或其它應用程序；每當下位機或應用程序中的值改變時，“組態(tài)王”系統(tǒng)中的變量值也會自動更新。 同時還需設置內(nèi)存變量，其 是指那些不需要和其它應用程序交換數(shù)據(jù)、也不需要從下位機得到數(shù)據(jù)、只在“組態(tài)王”內(nèi)需要的變量 ，我們用這類變量 做“容器”對數(shù)據(jù)接收與發(fā)送，畫面的程 序編程等做中間銜接。 組態(tài)王變量表如下圖 33所示： 圖 33 組態(tài)王變量表 變量包含 PLC 的輸入口 X、輸出口 Y、輔助繼電器 M、內(nèi)部存儲器 D 13 DDE（ 動態(tài)數(shù)據(jù)交換 ）的建立 DDE（動態(tài)數(shù)據(jù)交換） “組態(tài)王”支持動態(tài)數(shù)據(jù)交換 （ DDE： Dynamic Data Exchange），能夠和其他支持動態(tài)數(shù)據(jù)交換的應用程序方便地交換數(shù)據(jù)。通 過 DDE，工程人員可以利用PC機豐富的軟件資源來擴充“組態(tài)王”的功能。 而組態(tài)王和 VB 的組合 數(shù)據(jù)流向如下圖所示 ： 圖 34 數(shù)據(jù)流向圖 在 Visual Basic 可視化編程工具中， DDE 連接是通過控件的屬性和方法來實現(xiàn)的。對于作“顧客”的文本框、標簽或圖片框，要設置 LinkTopic、 LinkItem、LinkMode 三個屬性。 =服務器程序名 |主題名=項目名其中， control 是文本框、標簽或圖片框的名字。 有四種選擇： 0=關閉 DDE； 1=熱連接； 2=冷連接； 3=通告連接 。如果“組態(tài)王”作為“顧客”向 VB請求數(shù)據(jù)，需要在定義變量時說明服務器程序的三個標識名，即：應用程序名設為 VB 可執(zhí)行程序的名字，把話題名設為 VB中窗體的 LinkTopic 屬性值，項目名設為 VB控件的名字。 VB 端 DDE 設置 VB作為數(shù)據(jù)發(fā)送端和數(shù)據(jù)接收端的設置是分開的， 做 為數(shù)據(jù)發(fā)送端的設置如下圖： 圖 35 VB接收數(shù)據(jù)端 DDE設置代碼 LinkTopic 屬性為“ view|tagname”組態(tài)王畫面 14 LinkItim 屬性“多功能數(shù)控磨床 .D0”為組態(tài)王工程里變量 LinkMode 屬性設置的是無 DDE 連接或連接方式為自動 對 VB 內(nèi)控件的這三個屬性設置后該控件就可以 做為從組態(tài)王接收數(shù)據(jù)的容器了。 而做為數(shù)據(jù)接收端的設置如下圖： 圖 36 VB發(fā)送數(shù)據(jù)端窗口屬性設置 該處的設置是和組態(tài)王處的設置息息相關的，兩者必須相吻合才能完成對接，即 LinkTopic： Form1 這個屬性將在組態(tài)王中被調用，同時所涉及到的 text 控件的名稱也將在組態(tài)王中被調用 。 組態(tài)王端 DDE 設置 組態(tài)王要調用 DDE 需要先創(chuàng)建 DDE，創(chuàng)建過程如下： 在工程瀏覽器中，從左邊的工程目錄顯示區(qū)中選擇“設備 \DDE”，然后在右邊的內(nèi)容顯示區(qū)中雙擊“新建”圖標，則彈出“設備配置向導”（ DDE 設備的配置請參見第六章 I/O 設備管理），已配置的 DDE設備的信息總結列表框如圖 所示。定義 I/O 變量時要使用定義的連接對象名 VBDDE（也就是連接設備名）。如 創(chuàng)建結果 下圖： 15