畢業(yè)設(shè)計(jì)----水壓試管機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要III</b></p><p>　　AbstractIV</p><p>　　第1章 水壓試管機(jī)介紹1</p><p>　　1.1水壓試管機(jī)分類1</p><p>　　1.2水壓試管機(jī)平衡及密

2、封原理1</p><p>　　1.3水壓試管機(jī)液壓控制方案2</p><p>　　1.4 水壓試管機(jī)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)3</p><p>　　1.4.1 系統(tǒng)描述3</p><p>　　1.4.2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)4</p><p>　　1.4.3 結(jié)論7</p><p>　　第2

3、章 PLC及S7-200簡(jiǎn)介8</p><p>　　2.1 PLC簡(jiǎn)介8</p><p>　　2.1.1 PLC發(fā)展8</p><p>　　2.1.2 PLC 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖10</p><p>　　2.1.3 PLC的基本結(jié)構(gòu)11</p><p>　　2.1.4 PLC的工作原理11</p>&

4、lt;p>　　2.1.5 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域13</p><p>　　2.1.6 PLC未來展望14</p><p>　　2.2 S7-200簡(jiǎn)介14</p><p>　　2.2.1 S7-200系列優(yōu)點(diǎn)14</p><p>　　2.2.2 S7-200 的CPU介紹15</p><p>　　2.2.3

5、 S7-200的特性16</p><p>　　第3章 串行通信接口技術(shù)17</p><p>　　3.1 用自由口模式創(chuàng)建用戶定義的協(xié)議17</p><p>　　3.2 自由口模式下PLC與計(jì)算機(jī)的通信17</p><p>　　3.2.1通信協(xié)議17</p><p>　　3.2.2 指令格式定義18</

6、p><p>　　第4章 水壓試管機(jī)下位機(jī)通訊模塊的設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.1 PLC程序執(zhí)行過程22</p><p>　　4.2 程序清單22</p><p>　　4.2．1 MAIN主程序：23</p><p>　　4.2.2 Read子程序:24</p><p>　　4.2.

7、3 Write子程序:26</p><p>　　4.2.4 Verify子程序：27</p><p>　　4.2.5 Initialize子程序：29</p><p>　　4.2.6 RCVcomplete中斷程序:32</p><p>　　4.2.7 XMTcomplete中斷程序:33</p><p>&

8、lt;b>　　總結(jié)35</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p><b>　　致謝37</b></p><p><b>　　水壓試管機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)</b></p><p>　　——下位機(jī)通訊模塊設(shè)計(jì)</p>&l

9、t;p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)用可編程控制器（PLC）與工業(yè)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管的水壓密封試驗(yàn)。本文對(duì)通訊模塊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)將兩者結(jié)合，由PLC完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的直接控制，同時(shí)通過串行總線與工業(yè)計(jì)算機(jī)通信用來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　本設(shè)計(jì)首先對(duì)試管機(jī)的原理概述，并給出了對(duì)其設(shè)計(jì)的一套方案；其次對(duì)設(shè)計(jì)所需要的PLC及S7-200的特

10、點(diǎn)進(jìn)行介紹，由此可見PLC的優(yōu)越性，然后又對(duì)自由口及通信協(xié)議進(jìn)行了詮釋，對(duì)設(shè)計(jì)程序時(shí)提出了要求；最后就是此次設(shè)計(jì)的程序的要點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)通過四個(gè)章節(jié)對(duì)水壓試管機(jī)進(jìn)行從原理到軟件實(shí)現(xiàn)的流程，最終完成整個(gè)設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：通訊，PLC，協(xié)議</p><p>　　Hydrostatic test machine control system</p><p>

11、;　　——The communication module design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design with programmable logic controller (PLC) and industrial computer for the hydraulic sealing test tub

12、e. Based on communication module system design will finish by combination of PLC, the direct control, and through serial bus and industrial computer communication to realize the design requirements.</p><p>　

13、　The design principle of the first test-tube machine, and presents the design of a set of solutions, Next to the needs of design of S7-200 PLC and characteristics, thus the superiority of PLC, then to freedom and the com

14、munication protocol, put forward to design program requirements, Finally, the design procedure is the key. The design of hydraulic pressure tube through the four chapters from principles to machine to process of software

15、, complete the whole design.</p><p>　　Keywords: Communication, PLC, The agreement</p><p>　　第1章 水壓試管機(jī)介紹</p><p>　　在我國(guó)的鋼管生產(chǎn)企業(yè)中廣泛使用水壓試管機(jī)對(duì)鋼管進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)，確保產(chǎn)品質(zhì)量。水壓試管機(jī)試壓的流程是：送料機(jī)構(gòu)把鋼管送至水壓機(jī)的預(yù)定密封位→沖

16、水頭和排氣頭內(nèi)的徑向預(yù)密封加壓→充水排氣→增壓→保壓→卸壓→徑向預(yù)密封卸壓→沖水頭和排氣頭退回→鋼管退出。在整個(gè)過程中沖水頭和排氣頭的徑向預(yù)密封加壓環(huán)節(jié)非常關(guān)鍵，如果不能及時(shí)完成徑向預(yù)密封加壓，水壓機(jī)將無法增壓。</p><p>　　1.1水壓試管機(jī)分類</p><p>　　水壓試管機(jī)根據(jù)其密封型式可分為徑向密封水壓試管機(jī)和端面密封水壓試管機(jī)。徑向密封采用與焊管內(nèi)徑或外徑配合密封圈。通過密

17、封圈的受壓膨脹實(shí)現(xiàn)管壁密封，其優(yōu)點(diǎn)是鋼管夾緊和抽出都很容易，密封可靠，鋼管軸向受力小，不易彎曲，但密封頭結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，規(guī)格較多；端面密封依靠密封材料在管口端面被壓迫產(chǎn)生彈性變形而達(dá)到管口密封的效果，其優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性好，但對(duì)密封材料性能和油水壓差比例伺服控制系統(tǒng)要求較高。</p><p>　　1.2水壓試管機(jī)平衡及密封原理</p><p>　　水壓試管機(jī)廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)

18、領(lǐng)域。被試管件有螺焊管、無縫鋼管等，試驗(yàn)壓力從7.5MPa一120MPa不等。水壓試管機(jī)也有多種結(jié)構(gòu)形式。大部分水壓試管機(jī)有一個(gè)共同點(diǎn)，移動(dòng)端采用液壓平衡缸與水壓相平衡技術(shù)，見圖1.1，是水壓試管機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。</p><p>　　圖1.1 移動(dòng)端與被試管件</p><p>　　水壓試管機(jī)的預(yù)密封加壓原理圖如圖1.2所示。當(dāng)水壓試管機(jī)的送料機(jī)構(gòu)把鋼管送至水壓機(jī)的預(yù)定密封位后，排氣頭裝置

19、向前運(yùn)動(dòng)把鋼管推入充水頭，接著預(yù)密封裝置開始對(duì)位于充水頭和排氣頭裝置內(nèi)的密封圈進(jìn)行加壓，使密封圈產(chǎn)生變形與鋼管外壁緊密結(jié)合形成密閉空間，這一過程稱為預(yù)密封。進(jìn)行預(yù)密封時(shí)，預(yù)密封增壓器的水缸活塞桿在液壓缸的帶動(dòng)下首先伸出，使水缸內(nèi)的容積增大產(chǎn)生負(fù)壓；在負(fù)壓的作用下，儲(chǔ)水罐內(nèi)的水經(jīng)過單向閥1被吸入水缸內(nèi)，此時(shí)單向閥2處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)預(yù)密封增壓器的活塞桿反向運(yùn)動(dòng)，活塞桿向水缸內(nèi)回縮，把水缸內(nèi)的水加壓排除；經(jīng)過加壓的水打開單向閥2，然后順序流過

20、卸壓閥、梭閥3和4進(jìn)入位于充水頭和排氣頭裝置內(nèi)的密封圈的徑向加壓槽內(nèi)，對(duì)密封圈進(jìn)行施壓，密封圈受力變形與鋼管外壁緊密結(jié)合形成密閉空間。</p><p>　　改預(yù)密封方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但也存在著明顯的缺陷，即吸水過程中單向閥2必須處于反向關(guān)閉狀態(tài)。若單向閥2反向關(guān)閉不嚴(yán)將導(dǎo)致已流入密封圈徑向加壓槽內(nèi)的高壓水反向流出，密封圈會(huì)因水壓降低離開鋼管外壁引發(fā)密封失效；在實(shí)際使用中，由于試壓用水的清潔度較低，經(jīng)常會(huì)造成單

21、向閥2喪失反向關(guān)閉功能，從而影響到水壓機(jī)的正常使用。</p><p>　　圖1.2 水壓試管機(jī)的預(yù)密封原理圖</p><p>　　1.3水壓試管機(jī)液壓控制方案</p><p>　　隨著我國(guó)石油天然氣業(yè)的快速發(fā)展，油井深度的不斷增加，對(duì)管線管、流體管、油管、套管不僅需求量日益增加，而且鋼級(jí)要求亦有很大的提高。這些管子在出場(chǎng)前很重要的一道工序就是進(jìn)行高壓水壓試驗(yàn)。<

22、;/p><p>　　φ48～φ178高壓水壓試管機(jī)是兩支鋼管同時(shí)試壓的高效試壓設(shè)備。試壓流程為下送料上試壓方式，通過步進(jìn)運(yùn)輸機(jī)將鋼管從一個(gè)工位送到另一個(gè)工位，生產(chǎn)線中有沖洗、試壓、空水工位。在沖洗工位完成鋼管的一端對(duì)齊、沖洗、測(cè)長(zhǎng)等功能；在試壓工位完成對(duì)鋼管夾緊對(duì)中升起向試壓中心送料、充水頭和排氣頭前進(jìn)至預(yù)定密封位、徑向預(yù)密封加壓、充水排氣、增壓、保壓、卸壓、徑向預(yù)密封卸壓、充水頭和排氣頭退回、鋼管下降松開；在空水工

23、位對(duì)鋼管進(jìn)行空水。步進(jìn)運(yùn)輸機(jī)有兩種步距：800mm和1600mm，均由液壓缸驅(qū)動(dòng)，它負(fù)責(zé)完成整個(gè)試壓過程中的接料和送料，要提高整個(gè)生產(chǎn)線的節(jié)奏，步進(jìn)運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行必須又快又穩(wěn)。為了提高生產(chǎn)線的工作效率，在試壓工作的同時(shí)，步進(jìn)運(yùn)輸機(jī)的一些動(dòng)作仍在執(zhí)行，該設(shè)備有很高的自動(dòng)化水平。試壓中心與送料中心有700mm的落差，試壓時(shí)控制試壓架升起的2個(gè)液壓缸必須有700mm的垂直行程且必須同步，在液壓系統(tǒng)中采用了分流馬達(dá)控制滿足了設(shè)備對(duì)同步舉升的要求。

24、管子試壓時(shí)，兩端的密封雖然采用的是大間隙密封，但間隙只不過10mm左右，為了延長(zhǎng)裝在充水頭和排氣頭內(nèi)密封圈的壽命，也為了避免試壓架撞機(jī)架，試壓架必須升起平穩(wěn)快速</p><p>　　φ48～φ178高壓水壓試管機(jī)的試壓介質(zhì)是乳化液，也就是說被試鋼管中充滿乳化液，靠外力壓縮乳化液壓力升高達(dá)到試壓的目的。目前，液壓泵和油閥的耐壓已經(jīng)比較高，而且性價(jià)比很好，因此我們采用油增水的方法，通過高壓增壓器來實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)壓力110

25、MPa的高壓。高壓試管時(shí)，不僅要保壓曲線平穩(wěn)，而且要效率高。這就要求液壓系統(tǒng)既要快速升壓又要平穩(wěn)卸壓。該設(shè)備所試的最大管子直徑為φl77．8mm、長(zhǎng)度15m，因此，快速充水、排氣高壓試管時(shí)密封可靠這一性能給液壓系統(tǒng)又提出了更高的要求。</p><p>　　1.4 水壓試管機(jī)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　螺旋焊管是天然氣等氣體輸送工程所使用的重要焊接管材，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到整個(gè)

26、輸氣工程的安全及可靠，甚至關(guān)系到人身安危。為此，我們基于PLC和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)以及觸模屏，設(shè)計(jì)了一套水壓試管機(jī)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p>　　1.4.1 系統(tǒng)描述</p><p>　　水壓試管機(jī)系統(tǒng)由水壓系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)及被試焊管組成。</p><p>　?。?）水壓系統(tǒng) 水壓系統(tǒng)由高壓水站和低壓水站組成，包括2臺(tái)400m3/h、37kW的低壓水泵和電機(jī)、2

27、臺(tái)75L/min、45kW的高壓水泵、循環(huán)水池、清水池、各種控制閥及其它輔助組件，該系統(tǒng)在低壓卸荷閥、充水閥、電磁換向閥等控制閥的控制下完成沖渣、低壓充水和卸水、增水壓、保壓和減水壓等工序。系統(tǒng)要求試壓介質(zhì)（水）的最高壓力為20.7MPa，水壓系統(tǒng)最高水壓可達(dá)25MPa。</p><p>　?。?）液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)由主液壓站和副液壓站、各種控制閥及液壓輔件組成，包括額定流量分別為100L/min和25L/

28、min、額定壓力分別為12MPa和32MPa的液壓泵、電機(jī)、加熱器、液位計(jì)、磁性濾油器、先導(dǎo)式溢流閥、電接點(diǎn)溫度表、電接點(diǎn)壓力表等液壓輔件。液壓系統(tǒng)專為電液比例加載系統(tǒng)和多個(gè)工作油缸提供液壓油；電液比例加載系統(tǒng)由電液比例溢流閥、單向節(jié)流閥、直動(dòng)式溢流閥、充液閥、充液箱、主液缸、壓力傳感器、三位四通電磁換向閥等組成，主要完成對(duì)被試螺旋焊管活動(dòng)堵頭（直接和主液缸的柱塞桿相連）的加壓，以保證當(dāng)水壓增大時(shí)加在活動(dòng)堵頭上的力能隨之增大，并總是大于

29、水壓對(duì)堵頭所產(chǎn)生的力，達(dá)到精確控制水壓增長(zhǎng)。副液壓站和輔助控制系統(tǒng)主要完成被試管的定位（移動(dòng)和升降）、低壓充水和卸荷、放氣和集氣管動(dòng)作、往復(fù)缸的動(dòng)作、機(jī)架和插銷的移動(dòng)等系統(tǒng)功能。</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)的工作過程如下：</p><p>　　首先啟動(dòng)主副液壓泵和高低壓水泵，通過移動(dòng)管子和托輥升降使被試管子定位到所要求的位置；打開充水閥，關(guān)閉低壓卸水閥，完成沖渣；開動(dòng)往復(fù)缸封堵管子兩端并

30、啟動(dòng)電液比例加載系統(tǒng)給活動(dòng)端堵頭預(yù)加載，然后給被試管大流量充水；待水充滿后關(guān)閉低壓卸水閥同時(shí)打開高壓進(jìn)水閥，給被試管子充高壓水，同時(shí)電液比例加載系統(tǒng)通過主液缸加壓和PID控制使作用在管子堵頭上的壓力隨著水壓上升逐步增大；水壓達(dá)到設(shè)定值后，系統(tǒng)保壓15～40s，可根據(jù)保壓情況確定焊管合格與否；保壓時(shí)間到，先通過卸水球閥卸壓，再打開高壓卸水閥和放氣閥使管內(nèi)卸壓，同時(shí)電液比例加載系統(tǒng)隨之卸荷；最后，打開充液閥，讓往復(fù)缸帶動(dòng)堵頭離開管端，然后移

31、動(dòng)管子，下降托輥，將管子移出水壓試管機(jī)，并進(jìn)入下一根管子的檢測(cè)。</p><p>　　1.4.2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)用戶要求和系統(tǒng)對(duì)測(cè)控過程的要求，我們選用了以PLC為核心，以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和觸摸屏為輔助設(shè)備的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)見圖1.3。</p><p>　　圖1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　（

32、1）PLC系統(tǒng) 選用西門子S7－200系列PLC（型號(hào)CPU226）為主模塊，增加了2個(gè)EM－233開關(guān)量模塊和一個(gè)EM－235模擬量I／O模塊，共計(jì)開關(guān)量為72個(gè)輸入點(diǎn)，54個(gè)輸出點(diǎn)；模擬量為3個(gè)輸入點(diǎn)，1個(gè)輸出點(diǎn)，PLC系統(tǒng)控制總共6臺(tái)電機(jī)的啟停，控制22個(gè)電磁鐵的動(dòng)作及其它輔助組件的動(dòng)作；完成電液比例伺服系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理、PID控制、系統(tǒng)的標(biāo)定、系統(tǒng)超限報(bào)警、急停互鎖等功能，全部PLC程序采用梯形圖編制。</p&g

33、t;<p>　　PLC控制系統(tǒng)流程圖見圖1.4：</p><p>　　圖1.4 PLC控制系統(tǒng)流程圖</p><p>　?。?）工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 所選用的工控機(jī)是研華工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，該系統(tǒng)主要完成系統(tǒng)參數(shù)和報(bào)表參數(shù)的輸入、系統(tǒng)監(jiān)控、系統(tǒng)測(cè)試資料的保存、刻錄和實(shí)時(shí)顯示及打印；日?qǐng)?bào)表和月報(bào)表的生成和打??；歷史資料的查詢和打印等。全部工控機(jī)程序采用MCGS（monito

34、r and control generated syestem）和VB混合編制，在系統(tǒng)運(yùn)行下，在主控接口下能實(shí)時(shí)觀察水壓、油壓的數(shù)值以及給被試管加壓和保壓時(shí)水壓和油壓的變化曲線、變化的棒型圖；工控機(jī)和PLC之間的通信是通過專用的PC／PPI電纜來實(shí)現(xiàn)的，PLC和觸摸屏之間的通訊時(shí)通過RS485／422專用電纜來實(shí)現(xiàn)的。工控機(jī)通過和PLC的通訊來讀取水壓、油壓等測(cè)試參數(shù)以及某些控制閥的狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控。</p>

35、<p>　　（3）TP27觸摸屏 SIMENS TP27－10觸摸屏主要完成系統(tǒng)的壓力參數(shù)的實(shí)時(shí)設(shè)定、被試管參數(shù)的輸入以及控制程序中一些控制參數(shù)的設(shè)定，同時(shí)，在觸摸屏上也能實(shí)時(shí)顯示水壓、油壓的變化曲線及其變化的棒型圖，并顯示保壓時(shí)水壓值的設(shè)定值。觸摸屏應(yīng)用軟件是使用基于Windows98的PROTOOL系統(tǒng)軟件編制而成，主要包括通訊設(shè)置程序，測(cè)試標(biāo)定程序，標(biāo)定檢測(cè)程序，測(cè)試顯示程序PID參數(shù)設(shè)定程序，壓力及管子參數(shù)設(shè)定

36、程序等。</p><p>　　所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠完成下列工作：①被試焊管的自動(dòng)安裝和自動(dòng)檢測(cè)；②加壓和卸壓過程能實(shí)現(xiàn)PID控制，控制精度高，水壓波動(dòng)?。虎郾辉嚬艿膮?shù)、系統(tǒng)控制參數(shù)和PID參數(shù)能夠通過觸模屏實(shí)時(shí)設(shè)置；④在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和觸模屏上能實(shí)時(shí)顯示水壓、油壓的變化狀況；⑤能實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試資料的記錄、保存、刻錄以及查詢。</p><p><b>　　1.4.3 結(jié)論</b&g

37、t;</p><p>　　基于PLC和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)以及觸模屏，設(shè)計(jì)了一套水壓試管機(jī)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)使用證明，所設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和原手動(dòng)系統(tǒng)比較具有操作簡(jiǎn)便、工作準(zhǔn)確可靠、自動(dòng)化程度高、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，完全能夠滿足整個(gè)系統(tǒng)的工作要求。</p><p>　　第2章 PLC及S7-200簡(jiǎn)介</p><p>　　可編程邏輯控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子

38、系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。</p><p><b>　　2.1 PLC簡(jiǎn)介</b></p><p>　　可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），早期主要用于計(jì)數(shù)、定時(shí)

39、以及開關(guān)量的邏輯控制，為了和個(gè)人計(jì)算機(jī)相區(qū)別，把可編程邏輯控制器縮寫為PLC。</p><p>　　2.1.1 PLC發(fā)展</p><p>　　自二十世紀(jì)六十年代美國(guó)推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、

40、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。 </p><p>　　作為離散控的制的首選產(chǎn)品，PLC在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的PLC年增長(zhǎng)率保持為20%～30%。隨著工廠自動(dòng)化程度的不斷提高和PLC市場(chǎng)容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來PLC在工業(yè)

41、發(fā)達(dá)國(guó)家的增長(zhǎng)速度放緩。但是，在中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家PLC的增長(zhǎng)十分迅速。綜合相關(guān)資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動(dòng)化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。 </p><p>　　PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程

42、。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，程序從起始步（步序號(hào)為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC

43、用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級(jí)，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個(gè)模擬量。大型PLC使用另外一個(gè)CPU來完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給PLC的控制器。 </p><p>　　相同I/O點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比DCS要低很

44、多。一個(gè)PLC的控制器，可以接收幾千個(gè)I/O點(diǎn)（最多可達(dá)8000多個(gè)I/O）。如果被控對(duì)象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 </p><p>　　近10年來，隨著PLC價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來越多的中小設(shè)備開始采用PLC進(jìn)行控制，PLC在我國(guó)的應(yīng)用增長(zhǎng)十分迅速。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后

45、一段時(shí)期內(nèi)PLC在我國(guó)仍將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。 </p><p>　　通用PLC應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但PLC相對(duì)一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器，很好很強(qiáng)大 。它是一種即時(shí)系統(tǒng)有別于個(gè)人電腦 傳統(tǒng)式以繼電器為主的電機(jī)控制系統(tǒng)中, 每當(dāng)變更設(shè)計(jì)時(shí),整個(gè)系統(tǒng)幾乎都要重新制作,

46、不但費(fèi)時(shí)又費(fèi)力;同時(shí)由于繼電器還有接點(diǎn)接觸不良、磨損、體積大之缺點(diǎn), 因此造成成本升高、可靠性低、不易檢修等問題.為了改善這些缺點(diǎn), 美國(guó)DEC在1969年首度發(fā)表：可編程式控制器(Programmable Controller). </p><p>　　可編程式控制器在發(fā)表初期被稱為(Programmable Logic -Controller)簡(jiǎn)稱PLC, 最先的目的是取代繼電器,執(zhí)行繼電器邏輯及其他計(jì)時(shí)或計(jì)

47、數(shù)等功能的順序控制為主, 所以也稱順序控制器,其結(jié)構(gòu)也像一部微電腦,所以也可稱為微電腦可程式控制器(MCPC),直到1976年,美國(guó)電機(jī)制造協(xié)會(huì)正式給予命名為Programmable Controller, 即可編程式控制器,簡(jiǎn)稱PC,由於目前個(gè)人電腦(Personal Computer)極為普遍, 加上常與可編程式控制器配合使用,為了區(qū)分兩者, 所以一般都稱可編程式控制器為PLC 以加以分別. 目前市面上之PLC種類繁多,依照制造廠商

48、及適用場(chǎng)所的不同而有所差異, 但是每種廠牌可依機(jī)組復(fù)雜度分為大、中、小型;而一般工廠及學(xué)校通常使用小型PLC, 其中以日系MITSUBISHI三菱F系列及我國(guó)士林電機(jī)所生產(chǎn)之A系列PLC較受國(guó)人愛用. 而本CAI將以三菱FX2 PLC 為主加以介紹,望使用者能對(duì)PLC有更深的瞭解, 在使用PLC時(shí)能更得心應(yīng)手. 可編程式控制器內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)可用圖2.1來表示, 其內(nèi)部處單元包括CPU、輸入模組、輸出</p><p>

49、;　　2.1.2 PLC 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖2.1 PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　可編程式輸入裝置: 負(fù)責(zé)提供操作者輸入、修改、監(jiān)視程式用作的功能 </p><p>　　中央處理單元(CPU): 負(fù)責(zé)PLC管理、執(zhí)行、運(yùn)算、控制等功能. </p><p>　　可編程式記憶體: 負(fù)責(zé)儲(chǔ)存使用者設(shè)計(jì)的順序程式參數(shù)及注解等功

50、能。</p><p>　　資料記憶體: 負(fù)責(zé)儲(chǔ)存輸入、輸出裝置的狀態(tài)及順序可編程式的轉(zhuǎn)換資料. </p><p>　　系統(tǒng)記憶體: 儲(chǔ)存PLC執(zhí)行順序控制所需的系統(tǒng)可編程式. </p><p>　　輸入回路: 負(fù)責(zé)接收外部輸入元件信號(hào). </p><p>　　輸出回路: 負(fù)責(zé)接收外部輸出元件信號(hào). </p><p>　

51、　在工業(yè)用途非常廣范,如半導(dǎo)體晶圓廠的各種自動(dòng)化設(shè)備的控制、大樓電梯、機(jī)械停車設(shè)備、路邊的紅綠燈變換控制、自動(dòng)化生產(chǎn)線等。</p><p>　　2.1.3 PLC的基本結(jié)構(gòu) </p><p>　　PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同．</p><p>　?。?）中央處理單元(CPU)</p><p>　　中

52、央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I

53、/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。</p><p>　　為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，近年來對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。</p><p><b>　?。? 存儲(chǔ)器</b></p><p>　　存放

54、系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。</p><p><b>　　（3）電源 </b></p><p>　　PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+1

55、5%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。</p><p>　　2.1.4 PLC的工作原理</p><p><b>　　一. 掃描技術(shù)</b></p><p>　　當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU

56、以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。</p><p>　　(1) 輸入采樣階段</p><p>　　在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(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(gè)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(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必

57、須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。</p><p>　　(2) 用戶程序執(zhí)行階段</p><p>　　在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)

58、區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。</p><p>　　即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷

59、新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。</p><p>　　(3) 輸出刷新階段</p><p>　　當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。</p><p>　　同樣的若干條梯形圖，其排列次序

60、不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，采用掃描用戶程序的運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運(yùn)行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時(shí)間對(duì)整個(gè)運(yùn)行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。</p><p>　　一般來說，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等，即一個(gè)掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和。</p><p>　　2.1.5 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域&l

61、t;/p><p>　　目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。</p><p><b>　　開關(guān)量的邏輯控制：</b></p><p>　　這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備

62、的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。</p><p><b>　　模擬量控制：</b></p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及

63、D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。</p><p><b>　　運(yùn)動(dòng)控制：</b></p><p>　　PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要P

64、LC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。</p><p><b>　　過程控制：</b></p><p>　　過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具

65、有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)處理：</b></p><p>　　現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一

66、定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　通信及聯(lián)網(wǎng)：</b></p><p>　　PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，

67、各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。</p><p>　　2.1.6 PLC未來展望</p><p>　　21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品

68、的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已

69、有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。</p><p>　　2.2 S7-200簡(jiǎn)介</p><p>　　S7-200 是一種小型的可編程序控制器，它能夠控制各種設(shè)備以滿足自動(dòng)化控制需求。S7-200的用戶程序中包括了位邏輯、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算以及其他智能模塊

70、通訊等指令內(nèi)容，從而使它能夠監(jiān)視輸入狀態(tài)，改變輸出狀態(tài)以達(dá)到控制目的。緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強(qiáng)大的指令集使S7-200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案。適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。</p><p>　　2.2.1 S7-200系列優(yōu)點(diǎn)： </p>&

71、lt;p>　　-------- 極高的可靠性 </p><p>　　-------- 極豐富的指令集 </p><p>　　-------- 易于掌握 </p><p>　　-------- 便捷的操作 </p><p>　　-------- 豐富的內(nèi)置集成功能 </p><p>　　-------- 實(shí)時(shí)特性

72、</p><p>　　-------- 強(qiáng)勁的通訊能力 </p><p>　　-------- 豐富的擴(kuò)展模塊 </p><p>　　----S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。</p><p>　　2.2.2 S7-200 的CPU介紹</p><

73、;p>　　S7-200 CPU將一個(gè)微處理器、一個(gè)集成電源和數(shù)字量I/O點(diǎn)集成在一個(gè)緊湊的封裝中，從而形成一個(gè)功能強(qiáng)大的微型PLC。</p><p>　　表2.1 S7-200的技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　2.2.3 S7-200的特性</p><p>　　（1）S7-200允許在程序中立即讀寫I/O。</p><p>　　在S7-2

74、00的指令集中提供了立即讀寫物理I/O點(diǎn)的指令。這些立即I/O指令允許我們直接訪問真正的輸入、輸出點(diǎn)。</p><p>　　（2）S7-200允許在程序掃描周期中使用中斷</p><p>　?。?）S7-200允許設(shè)定通訊任務(wù)的處理時(shí)間</p><p>　　（4）S7-200允許設(shè)置停止模式下的數(shù)字量輸出狀態(tài)</p><p>　?。?）S7-

75、200允許定義掉電保持存儲(chǔ)區(qū)</p><p>　?。?）S7-200允許對(duì)數(shù)字量輸入加濾波器</p><p>　?。?）S7-200允許對(duì)模擬量輸入加濾波器</p><p>　?。?）S7-200允許捕捉窄脈沖</p><p>　?。?）S7-200提供密碼保護(hù)功能</p><p>　　（10）S7-200提供模擬電位

76、器</p><p>　　（11）S7-200提供高速I/O</p><p>　　第3章 串行通信接口技術(shù)</p><p>　　3.1 用自由口模式創(chuàng)建用戶定義的協(xié)議</p><p>　　自由口模式允許應(yīng)用程序控制S7-200CPU的通訊端口，可以在自由口模式下使用用戶定義的通訊協(xié)議來實(shí)現(xiàn)與多種類型的智能設(shè)備的通訊。自由口模式支持ASCⅡ碼和二

77、進(jìn)制協(xié)議。</p><p>　　要使用自由口模式，需要使用特殊存儲(chǔ)器字節(jié)SMB 30（端口0）和SMB 130（端口1）。應(yīng)用程序中使用以下步驟控制通訊口的操作：</p><p>　　1) 發(fā)送指令（XMT）和發(fā)送中斷：發(fā)送指令允許S7-200的通訊口上發(fā)送最多255個(gè)字節(jié)。發(fā)送中斷通知程序發(fā)送完成。</p><p>　　2）接收字符中斷：接收字符中斷通知程序通訊口

78、上接收到了一個(gè)字符。應(yīng)用程序可以按字符執(zhí)行操作。</p><p>　　3）接收指令（RCV）：接收指令從通訊口接收整條信息，當(dāng)接收完成后產(chǎn)生中斷通知應(yīng)用程序。你需要在SM存儲(chǔ)器中定義條件來控制接收指令開始和停止接收信息。接收指令可以根據(jù)特定的字符或時(shí)間間隔來啟動(dòng)和停止接收信息。接收指令可以實(shí)現(xiàn)多數(shù)通訊協(xié)議。</p><p>　　自由口模式只有在S7-200處于RUN模式時(shí)才能被激活。將S7

79、-200轉(zhuǎn)入STOP模式會(huì)中斷所有自由口通訊，并且通訊口會(huì)按照S7-200系統(tǒng)塊中的配置轉(zhuǎn)換到PPI協(xié)議。</p><p>　　3.2 自由口模式下PLC與計(jì)算機(jī)的通信</p><p>　　以自由協(xié)議實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與S7-200的通信，計(jì)算機(jī)作為主站，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC從站各寄存器的讀/寫操作。計(jì)算機(jī)通過COM口發(fā)送指令到PLC的PORTO（或PORTO1）口，PLC通過RCV接收指令，然后對(duì)指

80、令進(jìn)行譯碼，譯碼后調(diào)用相應(yīng)的讀/寫子程序?qū)崿F(xiàn)指令要求的操作，并返回指令執(zhí)行的狀態(tài)信息。</p><p><b>　　3.2.1通信協(xié)議</b></p><p>　　在自由口模式下，通信協(xié)議是由用戶定義的。用戶可以用梯形圖程序調(diào)用接收中斷、發(fā)送指令（XMT）、接受指令（RCV）來控制通信操作。在自由口模式下，通信協(xié)議完全由梯形圖程序控制。</p><

81、p>　　3.2.2 指令格式定義</p><p>　?。?）計(jì)算機(jī)每次一個(gè)33字節(jié)長(zhǎng)的指令來實(shí)現(xiàn)一次讀/寫操作，指令格式見表1說明：</p><p><b>　　1）起始字符</b></p><p>　　起始字符標(biāo)志著指令的開始，不同的PLC從站可以定義不同的起始字符以接收針對(duì)該P(yáng)LC的指令。</p><p>&l

82、t;b>　　2）指令類型</b></p><p>　　該字節(jié)用來標(biāo)志指令的類型。</p><p>　　3）目標(biāo)PLC站地址</p><p>　　目標(biāo)PLC站地址占用指令的B2、B3兩個(gè)字節(jié)，以十六進(jìn)制ASCⅡ碼的格式表示目標(biāo)PLC的站地址。</p><p><b>　　4）目標(biāo)寄存器地址</b><

83、/p><p>　　在PLC內(nèi)部可以用4個(gè)字節(jié)來表示一個(gè)寄存器的地址（但不能表示一個(gè)位地址）。前倆個(gè)字節(jié)表示寄存器類型，后倆個(gè)字節(jié)表示寄存器號(hào)。</p><p>　　00 00（H）：I寄存器區(qū)</p><p>　　01 00（H）：Q寄存器區(qū)</p><p>　　02 08（H）：M寄存器區(qū)</p><p>　　08 00

84、（H）：V寄存器區(qū)</p><p>　　5）IB000的地址可表示為 00 00 00 00（H）</p><p>　　VB100的地址可表示為 08 00 00 64（H）</p><p><b>　　6）讀/寫字節(jié)數(shù)M</b></p><p>　　當(dāng)讀命令時(shí)，始終讀回從目標(biāo)寄存器開始的連續(xù)8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)（轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)

85、制ASCⅡ碼后占用16個(gè)字節(jié)），可以根據(jù)自己的需要取用，M可以任意寫入。</p><p>　　當(dāng)寫命令時(shí)，M表示的是要寫入數(shù)據(jù)的十六進(jìn)制ASCⅡ碼所占用的字節(jié)數(shù)。</p><p><b>　　7）要寫入的數(shù)據(jù)</b></p><p>　　要寫入的數(shù)據(jù)在指令中以十六進(jìn)制ASCⅡ碼的格式表示，占用指令的B14-B29共16個(gè)字節(jié)。數(shù)據(jù)區(qū)必須填滿，但

86、只有前M個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)會(huì)被寫入目標(biāo)寄存器。一條指令最多可以寫入8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)（此時(shí)M中應(yīng)寫入“10”，代表十進(jìn)制的16）</p><p><b>　　8）BCC效驗(yàn)碼</b></p><p>　　在傳輸過程中，指令有可能受到任何的干擾而使原來的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)生扭曲，此時(shí)的指令當(dāng)然是錯(cuò)誤的，為了偵測(cè)指令在傳輸過程中發(fā)生的錯(cuò)誤，接收方必須對(duì)指令作進(jìn)一步的確認(rèn)工作，以防止錯(cuò)誤的指

87、令被執(zhí)行，最簡(jiǎn)單的方法就是使用效驗(yàn)碼。BCC效驗(yàn)碼的方法就是將要傳送的字符串的ASCⅡ碼以字節(jié)為單位作異或和，并將此異或和作為指令的一部分傳送出去：同樣地，接收方在接到指令后，以相同的方式對(duì)接收到的字符串作為異或和，并與傳送方所傳送過來的值作對(duì)比，若其值相等，則代表接收到的指令是正確的，反之則是錯(cuò)誤的。</p><p><b>　　9）結(jié)束字符</b></p><p>

88、;　　結(jié)束字符標(biāo)志著指令的結(jié)束，在不同的PLC從站可以定義不同的結(jié)束字符以接收針對(duì)該P(yáng)LC的指令。</p><p>　?。?）PLC在接到上位機(jī)指令后，將發(fā)送一個(gè)21字節(jié)長(zhǎng)反饋信息，格式見表2說明：</p><p><b>　　1）起始字符</b></p><p>　　起始字符標(biāo)志著反饋信息的開始，不同的PLC從站可以定義不同的起始字符，這樣上

89、位機(jī)可以根據(jù)信息的起始字符來判斷反饋信息的來源。</p><p><b>　　2）狀態(tài)信息</b></p><p>　　該字節(jié)包含指令執(zhí)行的狀態(tài)信息</p><p><b>　　3）數(shù)據(jù)區(qū)</b></p><p>　　反饋信息的B3到B18為讀指令所要讀取的數(shù)據(jù)，以十六進(jìn)制ASCⅡ碼表示。</

90、p><p><b>　　4）BCC效驗(yàn)碼</b></p><p>　　與上位機(jī)指令中的BCC效驗(yàn)碼類似，它是反饋信息B3到B18的異或和。</p><p><b>　　5）結(jié)束字符</b></p><p>　　結(jié)束字符標(biāo)志著反饋信息的結(jié)束。</p><p>　　表3.1 上位機(jī)指

91、令格式</p><p>　　表3.1 上位機(jī)指令格式（續(xù)）</p><p>　　表3.2 反饋信息格式</p><p>　　第4章 水壓試管機(jī)下位機(jī)通訊模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 PLC程序執(zhí)行過程</p><p>　　PLC在第一次掃描時(shí)執(zhí)行初始化子程序，對(duì)端口及RCV指令進(jìn)行初始化。初始化完成后，運(yùn)行R

92、CV指令使端口處于接受狀態(tài)。</p><p>　　RCVcomplete中斷服務(wù)程序用來處理接收完成中斷事件，它會(huì)將接收緩沖區(qū)的十六進(jìn)制ASCⅡ碼還原成數(shù)據(jù)并保存，同時(shí)置位Verify子程序的觸發(fā)條件（M0.1）。Verify子程序首先復(fù)位本身的觸發(fā)條件以防止子程序被重復(fù)調(diào)用，然后求出接收緩沖區(qū)中指令的BCC效驗(yàn)碼并與指令中的BCC效驗(yàn)碼進(jìn)行對(duì)比。如果相等則置BCC碼效驗(yàn)正確的標(biāo)志位（M0.0）為1；如果指令格式

93、正確而BCC碼不相等，則發(fā)送代表BCC效驗(yàn)碼錯(cuò)誤的反饋信息；如果指令格式不正確，則返回代表指令格式錯(cuò)誤的反饋信息。</p><p>　　Read子程序的觸發(fā)條件為：指令中的站地址與本機(jī)站地址相符、指令類型為讀指令、BCC效驗(yàn)碼正確。當(dāng)條件滿足時(shí)，Read子程序被執(zhí)行。Write子程序首先禁止RCV，然后將指令所要讀取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制ASCⅡ碼并寫入發(fā)送緩沖區(qū)、計(jì)算BCC效驗(yàn)碼、最后發(fā)送反饋信息。</p&

94、gt;<p>　　Write子程序的觸發(fā)條件為：指令中的站地址與本機(jī)站地址相符、指令類型為讀指令、BCC效驗(yàn)碼正確。當(dāng)條件滿足時(shí)，Write子程序被執(zhí)行。Write子程序首先禁止RCV，然后將指令所要讀取的數(shù)據(jù)寫入目標(biāo)寄存器，最后發(fā)送代表寫入正確的反饋信息。</p><p>　　PLC每接到一條指令后都會(huì)發(fā)送一條反饋信息，當(dāng)反饋信息發(fā)送完畢時(shí)，會(huì)產(chǎn)生發(fā)送完成中斷，XMTcomplete中斷服務(wù)程序用

95、來處理發(fā)送完成中斷事件。在XMTcomplete中斷服務(wù)程序中所要執(zhí)行程序中所要執(zhí)行的操作包括：復(fù)位BCC效驗(yàn)碼正確的標(biāo)志位（M0.0）：允許RCV：BCC碼寄存器清零：重新裝入用于計(jì)算機(jī)BCC效驗(yàn)碼的地址指針：接收緩沖區(qū)中存放指令結(jié)束字符的字節(jié)VB133清零（用來判斷下一條指令格式是否正確）。</p><p><b>　　4.2 程序清單</b></p><p>　

96、　4.2．1 MAIN主程序：</p><p><b>　　MAIN主程序</b></p><p><b>　　Network 1</b></p><p>　　LD SM0.1 //第一次掃描用初始化子程序</p><p>　　CALL initializ

97、e //喚醒子程序initialize</p><p><b>　　Network 2</b></p><p>　　LDB= VB134, VB199 //指令中的站地址與本機(jī)站地址相符</p><p>　　AB= VB102, 5 //指令類型為讀指令</p

98、><p>　　A M0.0 //BCC校驗(yàn)碼正確</p><p>　　CALL Read //調(diào)用讀子程序</p><p><b>　　Network 3</b></p><p>　　LDB= VB134, VB199 //指

99、令中的站地址與本機(jī)站地址相符</p><p>　　AB= VB102, 6 //指令類型為寫指令</p><p>　　A M0.0 //BCC校驗(yàn)碼正確</p><p>　　CALL Write //調(diào)用寫子程序</p><p>&

100、lt;b>　　Network 4</b></p><p>　　LD M0.1 //指令接收完成后調(diào)用BCC校驗(yàn)碼子程序</p><p>　　CALL Verify //喚醒Verify子程序調(diào)用Verify子程序</p><p><b>　　Network 5&

101、lt;/b></p><p>　　LD SM4.5 //當(dāng)端口空閑時(shí)啟動(dòng)RCV</p><p>　　RCV VB100, 0 //對(duì)端口及RCV初始化</p><p>　　4.2.2 Read子程序:</p><p>　　NNetwork 1</p>

102、<p>　　LD SM0.0 //停止端口0的接收</p><p>　　R SM87.7, 1 //置位</p><p>　　R M0.0, 1</p><p>　　RCV VB100, 0 //禁止RCV</p>&l

103、t;p><b>　　Network 2</b></p><p>　　LD SM0.0 //將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖區(qū)</p><p>　　MOVB 103, VB154 //將數(shù)據(jù)的起始位放入VB154</p><p>　　MOVB 1, VB155

104、 //狀態(tài)信息 </p><p>　　HTA *VD135, VB156, 16 //十六進(jìn)制計(jì)數(shù)</p><p>　　MOVB 26, VB174</p><p>　　MOVB 21, VB153</p><p><b>　　Network 3</b></p><p>

105、　　LD SM0.0 //計(jì)算BCC校驗(yàn)碼</p><p>　　FOR VW177, +1, +16 //與NEXT構(gòu)成循環(huán)語句當(dāng)SM0.0接通時(shí)，循環(huán)1執(zhí)行十六次</p><p><b>　　Network 4</b></p><p>　　LD SM0.0</p

106、><p>　　XORB *VD181, VB180 //檢驗(yàn)BCC校驗(yàn)碼</p><p><b>　　Network 5</b></p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　INCD VD181</p><p><b>　　Network 6&l

107、t;/b></p><p><b>　　NEXT</b></p><p><b>　　Network 7</b></p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　HTA VB180, VB172, 2 //BCC校驗(yàn)碼寫入發(fā)送緩沖區(qū)</p>

108、<p><b>　　Network 8</b></p><p>　　LD SM4.5 //發(fā)送反饋信息</p><p>　　XMT VB153, 0 //發(fā)送緩沖區(qū)清零</p><p>　　4.2.3 Write子程序:</p><p&g

109、t;<b>　　Network 2</b></p><p>　　LD SM0.0 //裝入要寫入數(shù)據(jù)源的地址指針</p><p>　　MOVD &VB115, VD145</p><p><b>　　Network 3</b></p><p>

110、　　LD SM0.0 //寫入數(shù)據(jù)</p><p>　　ATH *VD145, *VD135, VB139</p><p><b>　　Network 4</b></p><p>　　LD SM0.0 //指令執(zhí)行的反饋信息寫入發(fā)送緩沖區(qū)</p&

111、gt;<p>　　MOVB 21, VB153</p><p>　　MOVB 103, VB154</p><p>　　MOVB 2, VB155</p><p>　　MOVB 26, VB174</p><p>　　4.2.4 Verify子程序：</p><p><b>　　

112、Network 1</b></p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　R M0.1, 1 //復(fù)位verify子程序的執(zhí)行條件</p><p><b>　　Network 2</b></p><p>　　LD SM0.0