西门子6ES7231-7PD22-0XA8方法说明

西门子6ES7231-7PD22-0XA8方法说明在工业控制系统中，PLC作为一种稳定可靠的控制器已经得到了广泛的应用。但是由于中小型PLC的人机接口功能不很完善，不能提供给用户一个友好的交互界面，因此妨碍了对现场运行过程的跟踪与监控。    PLC实际工作中，通常人们采用4种装置为PLC配置人机界面：编程终端、显示终端、工作站及个人计算机。编程终端主要用于编程与调试，其监控功能相对较弱。显示终端的功能比较单一，主要用作现场显示。工作站系统很受用户欢迎，它功能全面、使用简单，但由于要配置组态软件，因而价格比较昂贵。个人计算机可配备多种语言，提供优良的软件平台，开发各种应用系统，特别是动态画面显示等，与PLC相结合组成一套PC-PLC监控管理系统，能够充分发挥它们各自的优点。但是在该系统中，关键的问题就是通信，用户对此须做较多的开发工作。    本文详细阐述了PC与PLC互连通信的一般方法，并以永宏公司的FATEK-FBS  PLC为对象，以实际四层电梯模型监控系统为例，介绍了利用大家都熟悉的编程语言Visual Basic 和Step7，实现PLC与上位计算机实时通信的通信过程。2  通信方式    面对众多生产厂家的各种类型PLC，它们各有优缺点，能够满足用户的各种需求，但在形态、组成、功    能、编程等方面各不相同，没有一个统一的标准，各厂家制订的通信协议也千差万别。目前，人们主要采用以下三种方式实现PLC与PC的互联通信：(1)  通过使用PLC开发商提供的系统协议和网络适配器，来实现PLC与PC机的互联通信。但是由于其通信协议是不公开的，因此互联通信必须使用PLC开发商提供的上位机组态软件，并采用支持相应协议的外设。可以说这种方式是PLC开发商为自己的产品量身定作的，因此难以满足不同用户的需求。(2)  使用目前通用的上位机组态软件，如组态王、InTouch、WinCC、力控等，来实现PLC与PC机的互连通信。组态软件以其功能强大、界面友好、开发简洁等优点目前在PC监控领域已经得到了广泛的应用，但是一般价格比较昂贵。组态软件本身并不具备直接访问PLC寄存器或其它智能仪表的能力,必须借助I/O驱动程序来实现。也就是说，I/O驱动程序是组态软件与PLC或其它智能仪表等设备交互信息的桥梁，负责从设备采集实时数据并将操作命令下达给设备，它的可靠性将直接影响组态软件的性能。但是在大多数情况下，I/O驱动程序是与设备相关的，即针对某种PLC的驱动程序不能驱动其它种类的PLC，因此组态软件的灵活性也受到了一定的限制。(3)  利用PLC厂商所提供的标准通信端口和由用户自定义的自由口通信方式来实现PLC与PC机的互连通信。这种方式由用户定义通信协议，不需要增加投资，灵活性好，特别适合于小规模的控制系统。通过上述分析不难得出，掌握如何利用PLC厂商提供的标准通信端口和自由口通信方式以及大家所熟悉的编程语言来实现PC与PLC之间的实时通信是非常必要的。3  FATEK-FBS  PLC通信方式及原理    FATEK-FBS  PLC内部集成的PPI接口为用户提供了强大的通信功能，可在多种模式下工作：PPI、Profibus-DP、自由口方式等。其中自由口通信方式具有特色，通信协议可完全由梯形图程序控制，通过它可以实现PLC与任何具有通信能力的设备进行互连，因而在本系统中选用自由口通信方式。    目前PLC与PC机的链接通信有两种方式，一种是PC机始终处于主导地位，数据的传送都由PC机定时发出命令，另外一种是PLC始终具有优先权。在本电梯模型监控系统中所有的控制信号均为开关量信号，考虑到上位PC机仅实时显示电梯的运行状态，不需向PLC发送控制指令，采用第二种通信方式。利用PLC循环扫描的特点，设备状态一旦改变，PLC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XMT发送指令，将数据通过COM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16进制数据，为保证通信过程的可靠性，上位机对所接受到的数据进行首尾字符校验，如果校验成功，则说明接收到的首末字节之间的数据是正确的，从而进行处理，否则，放弃这批数据，要求对方重发。4  应用实例与程序设计(1)  系统构成    FATEK-FBS  PLC内部集成的PPI接口物理特性为RS485，而上位机的标准串口为RS232，为了实现两者的通信必须进行协议转换，永宏公司提供的PC/PPI电缆带有RS232/RS485电平转换器，因此再不增加任何硬件的情况下，可以方便的实现二者的互联和协议转换。作为控制器的FATEK-FBS  PLC利用电梯模型自带的电源线实现与四层电梯模型的互连，该电梯模型为教学试验装置，具备一般电梯的基本功能。硬件连接如图1所示。1  引言      近年来,随着大规模集成电路的发展,可编程控制器得到了迅速的发展,并广泛应用于各种领域中。由于可编程控制器具有自身的通讯端口和通信协议，这就使得工业现场的实时监控和控制成为可能。所以在实际的运用中，常常采用plc作为下位控制机实现整个过程的自动控制。而微机在数据处理及人机界面方面有得天独厚的优势，因此采用微机为上位机来进行数据的显示、控制参数的修改及过程的控制，这样就不得不解决上位管理机与下位控制机之间的通讯问题。      由于串行通讯具有线路简单、应用灵活、可靠性高等优点，并且普通微机上均都带有串口，便于实现，所以微机与plc之间常采用串行异步通讯。vc具有面向对象的设计方法、简单方便的串行通讯和实用性强等优点，无需借用其他语言就可以开发出的控制系统通讯软件。本文重点就是介绍在bbbbbbs98环境下如何利用vc来实现pc机与永宏plc之间的串行通讯。并以实际控制系统“半自动化灯检机”为例加以说明。2  控制系统简介      半自动化灯检机系统的主要工艺流程:供瓶机供瓶→进瓶输送带送瓶→气缸放瓶→主传动履带式置瓶棍移送瓶→进入高速旋转工位旋瓶→进入低速旋转工位慢速旋瓶（同时也就进入灯检工位）→至出瓶输送带送瓶→进入剔除工位分瓶（由电磁阀来控制气缸动作）。下位机主要采用永宏plc完成现场的状态检测与控制。上位机则用一般的微机，通过rs-232与plc通信接受现场状态的显示并加以控制生产过程。电机的运转通过plc控制，而电机的升降速则由变频器调节。因此本系统软件需要完成的主要任务是:从plc，变频器循环接受现场的状态，并根据不同的状态控制变频器及电机的运转。主要的界面有:监控画面，密码设置，参数设置和报警画面等。其中监控画面设有:操作按钮，如停止，启动及产品合格数的实时显示。画面中的每一个按钮或状态显示都需要上位机与下位机的通信来完成。3  永宏plc的通讯格式      整个通讯采用上位机主动发送和接收的方式，plc内部不需要特定的梯形图编程来做下位机通讯程序。3.1 通讯格式      计算机与永宏fb系列plc通讯必须遵从fb-plc通讯协议。无论是上位机发出的命令信息格式还是下位机发出的回应信息格式均可分为6个资料位，如图1所示。（1） 起始字元（stx）:ascii码的起始字元stx对应的16进制数为02h。无论命令信息还是回应信息，它们的起始字元均为stx，接收方以此来判知传输资料的开始。（2） 从机站号:为两位16进制数。fb-plc的站号是什么，这个值就是多少。因为fb-plc的站号可以为1-255，所以这个值的范围为01h-ffh。（3） 命令号码:为两位16进制数。所谓命令号码是指上位机要求下位机所执行的动作类别，例如要求读取或写入单点状态、写入或读取暂存器资料、强制设定、运行、停止等等。在回应信息中，下位机会将从上位机接收到的命令号码原原本本的随同其它信息一同发送给上位机。（4） 本文资料:可为0（无本文资料）-500个ascii字元。在命令信息中，此信息用于指定命令所要运作或存取的对象及要写入的数值。如果通讯正确，那么在回应信息中此栏为0（30h）和从上位机接收到的本文资料;如果通讯异常，那么为错误码。（5） 校验码（checksum）:校验码是将1-4各栏的所有ascii字元的16进制数值以“lrc（longitudinal redundancy check）”法计算出1个byte长度（两个16进制数值00-ffh）的校验码。当下位机接收到信息后，用同样的方法计算出接收信息的校验码，如果两个校验码相同，则说明传送正。（6） 结束字元（etx）:ascii码的结束字元etx对应的16进制数为03h。无论命令信息还是回应信息，他们的结束字元均为etx，接收方以此来判知此次通讯已结束。3.2 通讯命令      永宏系列plc有多种命令字，常用的几种描述如附表所示。例如，上位机要读取plc内部继电器m1和m2的状态，则上位机发送的命令字符串格式为:      起始符（02h）＋站号（01）＋命令字（44）＋个数（02）＋起始地址（0001）＋校验码（3b）＋结束符相应下位机响应的字符串为:      起始符（02h）＋站号（01）＋命令字（44）＋错误码（0）＋m0,m1状态（10）＋校验码（5c）＋结束符若要对字元件进行写操作，那么命令码改为47。表明该指令要向plc内部寄存器写入数据，同时要给出写入的数据个数、开始寄存器和数据内容。      校验和在信息帧的尾部，用来判断传输的正确与否。当数据从信息源出发，由于信道总是有一定的噪声存在，在信号达到信宿之前会与噪声发生叠加，使接收端收到的二进制数位和发送端实际发送的二进制数位不一致，因而产生差错。进行差错检验的方法很多，常用的有奇偶校验码，水平垂直冗余校验lrc，目前广泛使用的是lrc校验码，它可以查出99%以上18位或更长的突出错误，因而在计算机与plc进行点对点的短程通讯时，采用这种校验方法出错的几率较小。plc接收到计算机发送的命令后，如果没有错误，plc会发出确认码“0”;若有错误，plc会发出错误代码“1”。4 软件编程      软件编程采用微软的vc++6.0作为开发工具。系统主监控画面要求不断扫描下位机的信号的通断状态，以及读取plc的内部存取单元加以显示。此外手动按钮可以直接控制，由此主程序结构流程图如图2所示。      为了确保通信的成功，在pc机和永宏plc之间开始数据传送前，常采用握手通讯的方法，即pc机发送特征字符，下位机接收并回送同一特征字符，由pc机进行检测正确后开始数据传送，以保证串行通讯数据的可靠。此外在通讯过程中，常因某些原因不能保证每次通讯成功，遇到这种情况，不能简单地宣布通讯失败，本程序设置了通讯重复次数计数器，只有在规定次数后握手通讯仍未完成时，才宣布通讯失败，从而大大提高了通讯的成功率和系统的容错能力。另外，程序中应用定时器对通讯时间加以限制，以免发生死锁情况。定时器的打开和关闭由程序进行控制。握手通讯成功后，设置握手连接成功标志位，这样，pc机和永宏plc之间就可以开始数据传送。握手通讯程序如下:void cscommplcdlg::onscommstart（） ｛ m_mscomm.setcommport（1）;     file://选择com1 m_mscomm.setportopen（true）;  file://打开串口 m_mscomm.setsettings（"9600,e,7,1"）; file://波特率9600，偶校验，7个数据位，1个停止位  m_mscomm.setbbbbbmode（1）; file://1:表示以二进制方式检取数据m_mscomm.setrthreshold（1）;  file://参数1表示每 file://当收到一只字符时引发一个接收数据的oncomm事件 m_mscomm.setbbbbblen（0）; file://设置当前接收区    file://数据长度为0 cbbbbbb sendstr="";//设置要发送的字符串 sendstr+=0x02; sendstr+="014eabcdefgb8"; sendstr+=0x03; m_mscomm.setoutput（colevariant（sendstr））;file://发送数据 char sendcount=0; while（m_mscomm.getinbuffercount==0） ｛ sendcount+=1;   if（sendcount<10）  m_mscomm.setoutput（colevariant（sendstr））;  file://再次发送数据   else  afxmessagebox（"communication fail!"）; return; ｝ variant data; char s; char ＊recstr=&s; short l=m_mscomm.getinbuffercount（）; if（l>0） ｛   data=m_mscomm.getbbbbb（）;     recstr=（char ＊）（unsigned char ＊）data.parray->pvdata;     if（strcmp（sendstr,recstr）==0）          ｛ bbbbsuccess=1;      file://设置连接成功标志  m_timer=settimer（1,1000,null）;  file://开启定时器    ｝ ｝｝4.1 实时数据监控的实现      在本系统的主监控画面上,如图3所示。要求实时监控现实合格产品数。在下位机plc程序中，每当合格产品经过特定传动待时，光电开关便感应信号，plc对此信号计数，存放于一内存单元。上位机就要定时不断读取此单元内容显示。前言：在炼钢企业各环节生产中，经常需要对钢卷进行称重，并将所得到的重量上传到生产管理系统，以便于生产监控、管理。以往常采用工控机加电子秤进行控制，使用此种控制方式，可靠性差，自动化程度不高，且成本高昂。目前已有许多企业采用可编程控制器（PLC）对传统接触控制进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为企业提供了更可靠的生产保障。本文在此介绍一种采用台湾永宏PLC对称重环节进行控制的方法，其电路结构简单，投资少（可利用原有设施改造），系统不仅自动化程度高，具有在线修改功能，灵活性强，亦可将相关数据于上位机进行交换。　　1．控制要求　　控制系统根据生产线下来的钢卷到达指定位置，启动重量接收程序，当接收重量完成，并停泵；操作人员可通过确认按钮解除音响报警信号，闪烁灯光转平光；系统具有手动/自动两种控制方式，并设有试验功能。　　2．PLC选型　　系统在设备选型和实施过程中遵循以下原则：　　2.1通用性：在选型过程中充分考虑备件购买的方便性，在满足设计要求　　的情况下尽量选择通用设备。　　2.2标准性：在选型和编程中使用标准方法以尽可能得到系统设备厂商的　　将来可能提供的升级支持。　　2.3可靠性：尽可能的增加异常检测，同时考虑非关键设备故障时系统的　　容错性，提高系统可靠性；对于关键设备，使用冗余方法，将故障停　　机时间缩短到小。　　2.4PLC的选择应着重考虑PLC的通讯功能、性能价格比，选择可靠性高功能相当，负载能力合适，经济实惠的PLC。永宏PLC单机可扩展至五个通讯口，除永宏标准通讯协议外，还可选用ModbusASCII/RTU/TCP协议或自订协议，同时有6种通讯板8种通讯模组可轻易满足各种不同应用场合之弹性选择，为同级PLC之，且经济实惠，故选用台湾永宏PLC经济型主机（型号为：FBS-10MA），配以台湾英展的称重仪表EX2002进行控制。　　3．系统硬件配置　　因系统外部只有两个指示灯输出且只需要有两个通讯端口，选用永宏PLC小点数的FBS-10MA就可方便达到控制要求。　　参见图一系统硬件配置图。图一系统硬件配置图　　系统正常运行时，因称重控制仪表同PLC同时使用同一电源，故不用再做电源指示直接通过观看电子秤就可知道电源的工作情况提高I/O端口的利用率，节省I/O点数。　　4．系统软件设计　　4．1控制程序流程图图三系统流程图　　4．2编程说明　　①本系统为液位的双位控制系统。液位可分四段设定和显示，在低液位时自动启泵，当液位到达设定值时自动停泵。　　②采用IL/ILC分支指令，通过0008旋钮实现手动/自动两种功能的选择，当0008旋钮闭合时，自动指示灯亮，系统执行IL/ILC分支内程序，完成自动监控；当0008旋钮打开时，手动指示灯亮，系统执行分支外程序，通过0010、0011旋钮实现手动启泵、停泵。　　③液位由0004~0007旋钮分低、较低、较高、高四段设定，系统设置由低到高的优先权，即当多个设定旋钮同时闭合时，低液位设定优先。　　④采用干簧管检测液位时，当液位到达检测点时其触点闭合，指示灯点亮；液位离开检测点时其触点打开，为保证相应测量段指示灯不立即熄灭及不受液位波动的影响，每段指示灯的控制均采用KEEP保持指令，只有当液位上升或下降到相邻段时指示灯才熄灭。　　⑤当液位到达检测点时，液位指示灯闪烁，灯光闪烁因子采用内部闪烁内标1902，以1S为周期闪烁；若液位到达设定值时，自动停泵，并设置电子音响报警，报警声设计为响3S停2S，循环30S后自动停止，或在30S内按0009确认按钮停音响，指示灯传平光。电子音响报警和泵的启停同样考虑液位的波动影响，设计时采用KEEP保持指令和DIFU微分指令联合使用。　　　　⑥开车时，液位低于或高于低液位时，需先手动启泵，再切换成自动运行；或先进入试验方式，按低液位试验按钮启动料泵，再进入自动运行方式。　　图四PLC梯形图　　4．应用总结　　本控制系统控制协议简单、方便、只要带有通讯功能的上位机都可以与之建立通讯，加上一个协议转换器可进行局域或海外连线。自成功设计以来在广州经济开发区某大型的不锈刚企业中被大规模采用，使用过程得到用户的好评，值得同类企业推广和使用。