基于PLC的农产品加工机械能检测系统软件设计.doc

河南科技大学本科毕业设计( 论文) 基于PLC的农产品加工机械性能检测系统的软件设计摘 要随着计算机控制技术的发展，可编程控制器凭借其自身所具有的抗干扰能力强、稳定性好、可靠性高、编程简单、维护量小等一系列特点，在现代控制领域占有越来越重要的地位。目前我国农产品加工设备品种繁多、规格复杂，产品鉴定采用传统方法检测周期长、工作量大、效率低，为了使农产品加工机械在大批量生产和投放市场之前达到国家规定的性能指标和要求，本文根据系统技术指标，采用PLC控制技术研究了农产品加工机械性能检测系统的软件设计。基于农产品加工机械性能检测系统的软件设计,主要包括两部分：一是PLC控制系统的程序设计及PLC与台达VFD-M变频器之间通过MODBUS协议的实现，二是采用组态王软件进行的人机界面设计。其中PLC控制系统的程序主要实现检测现场提升电动机、被测电动机等机器的启动/停止，以及通过RS485串口通信控制变频器的输出频率从而控制电动机的原料流量。利用组态王6.5设计的人机界面使操作人员操作简单直观明了,并通过组态王与EXCEL的链接对现场数据进行实时采集和监控。关键词: PLC，MODBUS，VFD，组态王49ABSTRACTAlong with computer control technology development, the PLC relies on the anti-jamming ability which its own has strongly, the stability good, the reliability high, the programming simple, the maintenance quantity small and so on a series of characteristics, holds the more and more important status in the modern control domain. At present our country agricultural products processing equipment variety many, the specification is complex, the product appraisal uses the traditional method examination cycle long, the work load big, the efficiency is low. In order to cause the agricultural products processing machinery produces and puts in front of the market in the mass achieved the national stipulation the performance index and the request, this article according to the system technical specification, used the PLC control engineering research agricultural products processing mechanical property examination system the software design.Based on the agricultural products processing mechanical property examination system software design, mainly includes two parts: first, PLC control system programming and PLC and frequency changer through MODBUS agreement realization; second ,uses the man-machine contact surface design which the configuration king software carries on. PLC control system procedure main realization examines the scene promotion electric motor, was measured thus machine and so on electric motor start/stops, as well as controls the frequency changer through the RS485 serial port correspondence the output frequency the control motor raw material current capacity. Using the configuration king 6.5 design man-machine contact surfaces to operate the simple direct-viewing perspicuity, and carries on real-time gathering and the monitoring through the configuration king and the EXCEL link to the field data.KEY WORDS: PLC，MODBUS，VFD，Configuration king 目 录前 言1第一章 检测系统总体方案21.1 检测系统的组成及工作原理21.2 检测系统的总体设计要求3第二章 PLC控制系统的程序设计52.1 PLC控制系统的原理52.2 控制系统的数学模型52.3 编程软件WPL2.0762.4 控制系统流程图7第三章 PLC与变频器之间通信的实现93.1 MODBUS 通信协议93.2 ASC模式的通信数据格式103.3 PLC与变频器之间的数据通信123.4 PLC控制变频器的流程图13第四章 人机界面的设计174.1 组态王的功能概述174.2 组态王与外围设备之间的通信184.2.1 数据采集卡设备的配置184.2.2 串口类设备的配置194.2.3 DDE设备的配置214.3 变量定义224.4 动画连接254.5 人机界面运行系统流程图264.6 测试动态画面的设计26结 论29参考文献30致 谢32附 录33前 言目前，我国农产品加工设备品种繁多、规格复杂,产品鉴定采用传统方法检测周期长、工作量大、效率低的现状,为了使农产品加工机械在大批量生产和投放市场之前达到国家规定的性能指标和要求,本文根据现场要求和系统技术指标,采用数据采集技术和PLC控制技术研究和设计了农产品加工机械性能检测系统。本次的农产品加工机械性能检测系统的现场运行及测试结果表明该系统运行稳定,系统的各项控制功能均能可靠实现。检测试验结果证明该系统方案切实可行。在检测过程中用自动化控制和通信的技术来测定被测机械的相关性能参数，然后再把这些测得的性能参数和国家标准进行比较，进而判断该被测机械的性能好坏。该检测系统的运用使农产品加工机械在大批量生产之前先确定其性能好坏，从而避免性能不合格的农产品加工机械流入市场，扰乱农产品加工市场。本课题通过对数据采集和PLC工业控制系统的基本理论研究和实践，掌握数据采集和PLC工业控制系统的基本结构和控制方法。通过个人计算机与PLC控制系统的通信，实现对PLC工业控制系统的数据读写和基本管理、质量管理等，以及工艺过程动态图像监控和工艺参数模拟运行，提高工艺参数的准确性和可靠性，从而直观地实现对整个PLC工业控制系统控制过程的图像化管理。基于PLC的农产品加工机械性能检测系统的软件设计：一是PLC控制系统的程序设计及PLC与变频器之间通信的实现，其中PLC控制系统的软件设计包括PLC程序设计中所用的数学模型、所用的编程软件WPL2.07、控制系统程序流程图，PLC控制程序部分重点是PLC与变频器之间通信的实现，PLC与变频器之间的通信是通过MODBUS协议中ASCII模式的通信数据格式来实现的，在此基础上给出了PLC控制变频器的程序设计流程图以及PLC在通信过程中所用的各种特殊辅助继电器之间的相互关系。主要实现检测现场提升电动机、被测电动机等机器的启动/停止，以及通过RS485串口通信控制变频器的输出频率从而控制电动机的原料流量；二是采用组态王软件进行的人机界面设计，概述了组态王6.5的功能、组态王与外围设备之间的通信，组态王与外围设备之间的通信主要包括在组态王中数据采集卡设备、串口类设备、DDE设备的配置；其次是运行界面的流程图设计。 第一章 检测系统总体方案1.1 检测系统的组成及工作原理PLC是一种通用型的工业控制设备，PLC控制系统的规模、模块划分、功能的设置都是面向各种各样的应用。在市场上PLC的品种繁多，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要作用。PLC的选择应包括机型的选择、容量的选择、1/O 模块的选择、电源模块的选择等几个方面考虑。在本控制系统中，综合控制系统对PLC的功能要求、使用的1/O点数以及现场环境等因素，选择了台达公司生产的整体式小型PLC，型号为DVP20EX00R。在本控制系统中，工控机是数据采集系统中的处理机，PLC是PLC控制系统中的处理机，数据采集系统与PLC控制系统之间的数据通信通过工控机和PLC这两个处理机的RS-232C串口实现串行通信。因此把工控机称作上位机，把PLC称作下位机。农产品加工机械的性能检测系统由数据采集系统和PLC控制系统两大部分组成。其中数据采集系统由传感器、变送器、数据采集卡、研华工控机等设备组成，其系统组成框图如图1-1所示。PLC控制系统由台达DVP系列的PLC、变频器等设备组成。数据采集系统采集各个实验阶段的有关参数并在研华工控机的人机界面上实时显示;PLC控制系统主要完成在实验过程中对现场机械的启停、被测机械的轴承温度、拨板给料电动机的原料流量等的控制。数据采集系统中的传感器(变送器)把现场需要测量的信号从非电量信号转化成电量信号:称重传感器测量原料质量和成品质量;非接触红外线温度传感器测量轴承温度;温度变送器测量成品温度;温、湿度变送器测量环境温度、环境湿度;压力变送器测量大气压力;电功率变送器测量被测电动机的电功率;电压变送器测量电源电压;电流变送器测量电源电流等等。以上传感器、变送器测量所得的电信号传送到数据采集卡，数据采集卡将采集到的模拟量信号转换成数字量信号传送到上位工控机。PLC控制系统中的核心器件PLC作为下位机，上位工控机与下位机PLC之间通过RS-232串口进行串行通信，PLC控制检测系统电机的启停以及原料的流量控制。光电偶合隔离传感器测量被测电机的主轴转速，主轴转速经光电偶合隔离传感器转换成电脉冲信号并传送到PLC的高速计数端X2, X3，由PLC内部的高速计数器CR237, CR238统计光电偶合隔离传感器传来的脉冲数，从而采集被测机的主轴转速和主轴转速 。PLC与变频器之间通过RS-485串口进行串行通信，变频器改变拨板给料电动机(异步交流电动机)的转速以实现对原料的流量控制。 图1-1 系统组成框图1.2 检测系统的总体设计要求针对目前我国农产品加工设备品种繁多、规格复杂(如各类型碾米机、榨油机、饲料机等)、产品鉴定采用传统方法检测周期长、工作量大、效率低的现状，为了使产品农产品加工机械在大批量生产和投放市场之前达到国家规定的性能指标和要求，必须有一个对农产品加工机械进行性能检测的系统，且要求本农产品加工机械性能检测系统具备以下功能要求:(1)能够准确、实时地采集检测现场的相关参数。 (2)能够自动控制现场机械的启停及原料的流量控制 。(3)当系统的运转出现异常时能够及时报警，便系统功能完善、使用方便、操作简单。 (4)能够对采集的数据进行相应的处理并储存。第二章 PLC控制系统的程序设计2.1 PLC控制系统的原理本系统首先启动提升电动机将原料提升到在半空的容器中，将原料质量加到1000Kg时，停止提升电动机加料，再启动被测电动机，对被测电动机分别进行35次的空载测量和负载测量，通过对一定量的原料进行加工与实时监控，根据实时测量的数据可以计算出被测机的纯工作小时生产率、吨料电耗、成品温升、轴承温升、成品率等参数值，然后将这些参数值与标准值进行比较，从而得知被测机的机械性能的好坏。负载测量时，通过可编程控制器PLC与变频器的RS-485串口通信可以实时改变变频器的频率指令，随着变频器输出频率的变化，拨板给料电动机的频率也跟着变化，拨板给料电动机的转速随着其电源频率的变化而变化，电动机的转速与频率之间的关系表达式:额定转速/额定频率=实际转速/工作频率，因此电动机的转速随着变频器频率的变化而变化，使得由拨板给料电动机带动的叶片旋转式阀门的转速也跟着变化，从而达到控制原料流量大小的目的。提升电动机和被测电动机的启动的工作方式可以选择手动或自动。2.2 控制系统的数学模型本系统中软件设计的数学模型采用一元一次方程 y=km/t+b (1) 其中y代表给料电动机的工作频率，k是在现场调试中需要给定的一个常数，m/t是成品质量的变化率，b是给定给料电动机的初始频率，即给料电动机的工作频率和成品质量的变化率成正比。因为给料电动机的转速与工作频率成正比，故给料电动机的转速与成品质量的变化率成正比。假设分别取t、t、t时刻的成品质量分别为m、m、m，定义：m= m- m （2） m= m- m （3） t= t- t （4） t= t- t （5）若（m/t）（m/t），则y增大;若（m/t）（m/t）,则y减少。 采用该数学模型，算法简单，机动灵活，易于实现。2.3 编程软件WPL2.07WPL2.07为台达电子可编程序控制器DVP系列在WINDOWS操作系统环境下所使用的程序编辑软件。WPL2.07除了一般PLC程序的规划及WINDOWS的一般编辑功能（例如：剪下、贴上、复制、多窗口）外，另提供多种中/英文批注编辑及其它便利功能（例如：寄存器编辑、设定、档案读取、存盘及各接点图标监测与设定等等）。WPL2.07提供的程序语言有梯形图模式、指令模式、SFC编辑模式，本文采用梯形图模式。梯形图编辑完成须经编译转换成指令码或SFC图，指令编辑完成须经由编译转换成梯形图或SFC图，SFC图编辑完成须由编译转换成指令码，若要转换成梯形图须再经由指令码编译转换成梯形图。这三者之间的关系如图2-1所示。图2-1 WPL2.07程式语言之间的关系当激活WPL2.07编辑软件后,即可打开新文档进行PLC的程序设计。设计程序之前先作以下初始设定: WPL与PLC之间的通讯端口设定为COM1; 在机种设定窗口中指定程序标题、PLC机种设定、程序容量（参考所使用PLC主机的机种名称及程序容量规格）及文件名称等；通讯站号地址设定为1；通讯传输速率设定为9600bps。当完成上述初始设定后，WPL开启新文档，便会自动开启二个子窗口：一为梯形图模式（.LAD）窗口,另一为指令模式(.DVP)窗口。SFC编辑视窗不会自动打开，若开启旧的SFC文档，则会自动开启。WPL2.07开启流程如图2-2所示。在WPL开启后，用梯形图模式编辑，将程序编好后，进行编译，然后通过PLC的RS232编程口将程序下载给PLC。图2-2 WPL2.07开启流程图2.4 控制系统流程图根据PLC的输入输出接线和控制系统需要实现的功能以及所采用的控制系统的数学模型，可以得出PLC控制系统的程序流程图如图2-3所示。 图2-3 控制系统程序流程图第三章 PLC与变频器之间通信的实现随着工业自动化技术的不断发展，在工业控制中，交流电机的拖动越来越多地采用变频器完成，而变频器也不仅仅作为一个单独地执行机构，而是随着其不断的智能化，可以同主机之间通过一定的通信方式结合成一个有机的整体。采用RS485串行通信接口对交流电机的拖动进行控制，这是一种低成本的连接方案，可以极大地减少线路连接的复杂性，避免现场可能的各种电磁干扰对控制设备的影响。RS485采用差分传输方式，又称平衡传输。它使用一对双绞线进行传输，分别定义为A线、B线、其最大的传输距离约为1200m。本文是以DVP系列PLC作为主机，通过其自然带的RS485接口，使用MODBUS协议实现对内嵌有RS485接口的台达VFD-M变频器进行控制，包括变频器的启动、停止、故障检测、故障复位、速度等的控制。3.1 MODBUS 通信协议MODBUS通信协议是GOULD公司为工业控制而设计的一种可靠而有效的工业控制系统通信协议，大量应用证明是一种可靠有效的工业控制系统通信协议，得到了众多硬件厂商的支持，并广泛应用。 MODBUS 协议的数据通讯通过主机与从机之间用命令/应答方式实现，主机发出数据请求消息，从机接受到正确消息后就可以发送数据到主机以响应请求；主机也可以直接发消息修改从机的数据，实现双向读写。本系统中PLC为主站，变频器为从站，主站主动读写从站的存储区。查询回应周期如图3-1所示。 MODBUS协议规定了报文格式，决定了如何建立主从的联系，如何使发送和接收协调一致，井然有序地交换报文。协议共用线上有一台主机和一台或多台从机，只有主机才能启动通信，从站只需相应的数据处理，无需通信应用软件，协议中的帧格式、帧顺序、功能码、通信错误处理等都是固定的，其他特性，如波特率、字符校验、停止位个数、传输模式是ASC还是RTU等，可由用记选择，这些参数置入后在系统运行时不能改变。 图3-1 查询回应周期图3.2 ASC模式的通信数据格式MODBUS协议系统中有两种有效的传输模式:ASC(美国标准信息交换码)模式各RTU(远程终端装置)模式。本文中用的是ASC模式，ASC模式通信时，在消息中的每8bit字节都作为两个ASC字符发送。ASC模式的通信字符传输格式为1个起始位，7位数据位，1位偶校验位，1位停止位。其通信字符格式如图3-2所示。图3-2 ASC模式的通信字符格式ASC模式的通讯资料格式如表3-1所示。ADR是通讯地址，合法的通讯地址范围在0到254之间，CMD指令码是MODBUS协议规定的功能代码，资料字符的格式依指令码而定，MODBUS协议下的功能如表3-2所示。表3-1 ASC模式的通讯资料格式表3-2 MODBUS协议下的功能LRC（Longitudinal Redundancy Check）是ASC模式采用的纵向冗余错误校验,即把一个8位二进制数作为2个ASC十六进制字符传送,把十六进制字符转换为二进制,加上无循环进位的二进制字符和二进制补码,生成LRC错误校验。这个LRC在接收设备进行校验。冒号、回车、换行和其他非ASC十六进制字符不在计算之内。因为MODBUS协议本身的原因，变频器不允许连续接受控制命令，故用MODBUS协议实现PLC与变频器之间的通信时只要用其中的功能代码03读取内部寄存器内容、功能码06刷新单个寄存器内容即可。3.3 PLC与变频器之间的数据通信将DVP系列的PLC与台达VFD-M变频器的RS485接口连接，并对VFD-M变频器作参数设定，如表3-3所示。PLC主站以顺序查询的方式，对从站变频器进行数据查询。主站向从站读取数据时发送：起始字符+地址码（03H）+起始数据地址+数据个数（以Word计算）+LRC校验码； 从站变频器收到主站PLC的查询命令后回送：起始字符+地址码+功能码（03H）+数据个数（以byte计算）+第1个数据+第2个数据+第N个数据+LRC校验码。主站向从站写数据时发送：起始字符+地址码+功能码（06H）+数据地址+数据+LRC校验码；从站的响应讯息：起始字符+地址码+功能码（06H）+数据地址+数据+LRC校验码，完成PLC与变频器之间的数据通信。表3-3 VFD-M变频器的参数设定参数设定值 说 明 P00 04频率指令来源设定为RS485P0103运行指令来源设定为RS485P8802通信地址设定为02P8901传输速率设定为9600bpsP9201传输资料格式为7位数据位，1位停止位，1位偶校验位3.4 PLC控制变频器的流程图台达变频器内建的RS485通讯接口皆符合MODBUS的通讯格式，因此利用MODBRD指令对台达变频器进行数据读取，执行该指令后变频器回传的数据先以ASC字元形式储存于D1070D1085，然后PLC会自动将其内容转换为数值并储存于D1050D1055；利用MODWR指令对台达变频器进行数据写入，执行该指令后变频器回传的数据以ASC形式储存于D1070D1076。PLC会自动检查所接收的数据是否有误，包括LRC校验。PLC与变频器之间的通信子程序流程图如图3-3所示。在通信子程序中首先在D1120中设定通信协议：传输速率为9600bps，传输格式为7位数据位、一位停止位、一位偶校验位。另外在通信子程序中还会用到M1120、M1122、M1129、M1140、M1141等特殊辅助继电器。这些特殊辅助继电器的功能说明如表3-4所示。在通信程序运行时,各特殊辅助继电器之间的相互关系如图3-4所示。采用基于RS485接口的MODBUS通信协议对变频器进行控制的方法，大大减少了系统布线，避免了现场可能的各种电磁干扰对控制设备的影响，有效地提高系统的抗干扰能力。可以看出，在调速控制系统中，通信技术的采用已经成为一种发展趋势，MODBUS协议作为一种小型自动化系统的解决方案，已成功地应用于变频器的控制，并显示出所具硬件逻辑简单、抗干扰能力强的特点.图3-3 PLC与变频器之间的通信子程序流程图表3-4 特殊辅助继电器的功能说明旗标信号功 能 说 明动作说明M1120通讯设定保持用，PLC在作第一次程式扫描后会根据特殊资料暂存D1120的设定，作通讯协定的重置。在第二次程式扫描开始，当RS指令执行的瞬间都会先根据特殊资料暂存器D1120的设定，作通讯协定设定的重置，若使用者的通讯协定是固定的，可将M1120设为on,此时，每次RS/MODRD/MODWR/FWD/REV/STOP/RDST/RSTEF/MODRW指令的执行便不再作通讯协定设定的重置，即使改变D1120的设定，也不会改变通讯协定M1121OFF时为PLC之通讯资料发送中M1122送信要求，当使用者要利用RS/MODRD/MODWR/FWD/REV/STOP/RDST/RSTEF/MODRW指令将资料传送与接收，必须用脉波指令将M1122设为ON，若上述指令开始执行，则PLC执行资料传送接收的动作。当上述指令执行资料传送完毕后会自动将M1122清除M1123接收完毕，当RS/MODRD/MODWR/FWD/REV/STOP/RDST/RSTEF/MODRW指令执行完毕后会将M1123设定为ON，使用者在程式中可利用M1123为ON时，处理所接收到的资料，当接收到的资料处理完毕后，必须将M1123清除为OFFM1124接收等待，当M1124为ON时，表示PLC目前正等待接收资料中M1127通讯指令资料传送接收完毕，不包含RS指令M1128传送中/接收中指示M1129接收逾时，使用者若未设定通讯逾时，D1129若超出设定值，资料尚未接收完毕则会启动此旗标。若状态解除后必须将M1129清除为OFFM1131ASC模式时，MODRD/RDST/MODRW资料转换为HEX期间M1131=ONM1140MODRD/RDST/MODRW 数据接收错误M1141MODRD/RDST/MODRW 发送地址错误M1143ASC/RTU 模式选择，配合MODRD/RDST/MODRW指令使用（OFF时为ASC模式，ON时为RTU模式）备注表示使用者设定；表示使用者清除；表示系统产生；表示系统自动清除；表示系统自动设定 图3-4 通信时各旗标信号之间的相互关系第四章 人机界面的设计4.1 组态王的功能概述组态的概念最早来自英文configuration,含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行特定任务，满足使用者要求的目的。监控组态软件是面向监控与数据采集 (supervisory control and data acquisition, SCADA)的软件平台工具，具有丰富的设置项目，使用方式灵活，功能强大。监控组态软件最早出现时，HMI（human machine interface）或MMI（man machine interface）是其主要内涵，即主要解决人机图形界面问题。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、开放数据接口、对I/0设备的广泛支持己经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。“组态王6.5”软件是运行于Microsoft Windows98/2000/NT/XP中文平台的中文界面的人机界面的软件,采用了多线程、COM+组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行稳定可靠。“组态王6.5”软件由工程浏览器(TouchExplorer)、工程管理器(ProjManager)和画面运行系统(TouchVew)三部分组成。在工程浏览器中可以查看工程的各个组成部分，也可以完成数据库的构造、定义外部设备等工作，工程管理内嵌画面管理系统，用于新工程的创建和已有工程的管理。画面的开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统TOUCHMAK和工程运行系统TOUCHVEW来完成的。TOUCHMAK是应用工程的开发环境，需要在这个环境中完成画面设计、动画连接等工作。TOUCHMAK具有先进完善的图形生成功能；数据库提供多种数据类型，能合理提取控制对象的特性；对变量报警、趋势曲线、过程记录、安全防范等重要功能都有简洁的操作方法。PROJMANAGER是应用程序的管理系统。PROJMANAGER具有很强的管理功能，可用于新工程的创建及删除，并能对已有工程进行搜索、备份及有效恢复，实现数据词典的导入和导出。TOUCHVEW是“组态王6.5”软件的实时运行环境,在应用工程的开发环境中建立的图形画面只有在TOUCHVEW中才能运行。TOUCHVEW从控制设备中采集数据，并存在于实时数据库中。它还负责把数据的变化以动画的方式形象地表示出来，同时可以完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视功能，并按实际需求记录在历史数据库中。4.2 组态王与外围设备之间的通信组态王把那些需要与之交换数据的设备或程序都作为外部设备，外部设备包括：下位机（PLC、数据采集卡、变频器、仪表、模块等），它们一般通过串行口和上位机交换数据；其他Windows应用程序，它们之间一般通过动态数据交换DDE交换数据；外部设备还包括网络上的其他计算机。本控制系统中使用的外围设备有数据采集卡、PLC、EXCEL应用程序。 组态王采用工程浏览器界面来管理硬件设备，已配置好的设备一一列在工程浏览器界面的设备分支。组态王对设备的管理是通过对逻辑设备名的管理实现的，就是每一个实际I/O设备都必须在组态王中指定一个唯一的逻辑名称，此逻辑设备名就对应I/O设备的生产厂家、实际设备名称、设备通讯方式、设备地址、与上位PC机的通讯方式等信息内容。在组态王中，具体I/O设备与逻辑设备名是一一对应的关系，有一个I/O设备就必须指定一个唯一的逻辑设备名。只有在定义了外部设备之后，组态王才能通过I/O变量和它们交换数据。 为了实现组态王和外部设备的通信，组态王内置了大量设备的驱动程序作为组态王和外部设备的通信接口。在开发过程中用户只需根据工程浏览器提供的“设备配置向导”一步步完成连接过程即可实现组态王和相应外部设备驱动的连接。在运行期间，组态王就通过驱动接口和外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据或指令。 4.2.1 数据采集卡设备的配置数据采集卡类逻辑设备实际上是组态王内嵌的板卡驱动程序的逻辑名称，内嵌的数据采集卡驱动程序以DLL形式供组态王调用，这种内嵌的数据采集卡驱动程序对应着实际插入计算机总线插槽中的I/O设备，因此，一个数据采集卡逻辑设备也就代表了一个实际插入计算机插槽中的I/O板卡。组态王与板卡类逻辑设备之间的关系如图4-1所示。 图4-1组态王与板卡类逻辑设备之间的关系选择工程管理器/设备/板卡/研华/PCL813，然后按照提示为板卡设备指定板卡的设备地址（220H，出厂设置）、初始化字（无）、A/D转换器的输入方式（单端）等配置，如图4-2所示。图4-2 板卡设备配置4.2.2 串口类设备的配置串口类逻辑设备实际上是组态王内嵌的串口驱动程序的逻辑名称，内嵌的串口驱动程序以DLL形式提供组态王调用，这种内嵌的串口驱动程序对应着实际与计算机串口相连的I/O设备，因此，一个串口逻辑设备也就代表了一个实际与计算机串口相连的I/O设备。组态王与串口类逻辑设备PLC之间的关系如图4-3所示。选择工程管理器/COM1/PLC/巨腾anco/delta/串口，然后按照提示为板卡设备指定PLC的设备逻辑名、设备地址、通讯方式等配置，如图4-4所示。配置好以上信息后，双击工程管理器/设备/COM1，设置串口COM1的通讯参数，波特率9600bps/s,数据位7位，停止位1位，校验位为偶校验，通信方式为RS232。如图4-5所示。图4-3 组态王与串口类逻辑设备PLC之间的关系图4-4 PLC逻辑设备的设置信息图4-5 设置串口通信参数4.2.3 DDE设备的配置动态数据交换（DDE）是WINDOWS平台上的一个完整的通信协议，它使应用程序能彼此交换数据和发送指令。DDE过程可以比喻成两个人的对话，一方向另一方提出问题，然后等待回答。提问的一方称为“顾客“（Client）,回答的一方称为“服务器”（Server）,一个应用程序可以同时是“顾客”和“服务器” ；当它向其他程序中请求数据时，它充当的是“顾客”；若是其他程序需要它提供数据，它又成了“服务器”。DDE设备是指与组态王进行DDE数据交换的Windows独立应用程序，因此，DDE设备通常就代表了一个Windows独立应用程序，该独立应用程序的扩展名通常为.EXE,组态王与DDE设备之间通过DDE协议交换数据，就是采用DDE的通讯方式进行。组态王与DDE设备之间的关系如图4-6所示。选择工程管理器/DDE/DDE，然后按照提示给要安装的DDE设备指定对象名、服务器名、话题名、数据交换方式等配置，如图4-7所示。图4-6 组态王与DDE设备之间的关系 图4-7 DDE设备的设置信息4.3 变量定义实时数据库是“组态王”最核心的部分，是应用系统的数据处理中心，系统各个部分均以实时数据库为公用区交换数据，实现各个部分协调工作。设备窗口通过设备构件驱动外部设备，将采集的数据送入实时数据库；由用户窗口组成的图形对象，与实时数据库中的数据对象建立链接关系，以动画形式实现数据的可视化。在组态王运行时，工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上，同时工程人员在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场，所有这一切是以实时数据库为中介环节，数据库是联系上位机和下位机的桥梁。在数据库中存放的是变量的当前值，变量包括系统变量和用户定义的变量。变量的集合形象地称为“数据词典”，数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。在工程浏览器的目录显示区中，用鼠标单击大纲项数据库下的成员数据词典，则在右边的目录内容显示中列出了数据词典里的所有变量（包括组态王的系统变量和用户自定义）的简要信息，包括变量名、ID号、变量类型、连接设备、寄存器。定义变量的格式如图4-8所示。组态王中定义变量应该与PLC程序中的软继电器相匹配，这样才能完成PLC的控制功能。有些变量直接与工控机通信，使工控机实现某种功能，故定义变量分成内部中间变量和数据库I/O变量。定义组态王变量的信息及其对应的PLC内部地址如表4-1所示。 图4-8 定义变量表4-1 定义组态王变量的信息及其对应的PLC内部地址 组态王中的变量名变量类型连接设备寄存器对应的PLC地址原料质量I/O实型数据采集卡AD0.F1L5.G1D10成品质量I/O实型数据采集卡AD1F1L5.G1D11主轴转速I/O整型台达PLCCR237D12主轴转速I/O整型台达PLCCR238D14原料温度I/O实型数据采集卡AD2.F1L5.G1 成品温度I/O实型数据采集卡AD3.F1L5.G1轴承温度I/O实型数据采集卡AD4.F1L5.G1D19轴承温度I/O实型数据采集卡AD5.F1L5.G1D20环境温度I/O实型数据采集卡AD6.F1L5.G1环境湿度I/O实型数据采集卡AD7.F1L5.G1大气压力I/O实型数据采集卡AD8.F1L5.G1A电流I/O实型数据采集卡AD9.F1L5.G1B电流I/O实型数据采集卡AD10.F1L5.G1C电流I/O实型数据采集卡AD11.F1L5.G1A电压I/O实型数据采集卡AD12.F1L5.G1B电压I/O实型数据采集卡AD13.F1L5.G1C电压I/O实型数据采集卡AD14.F1L5.G1被测机启动I/O离散I 台达PLCY0M101提升机启动I/O离散台达PLCY1M100报警I/O离散台达PLCY2空载测试内存离散M102负载测试内存离散M103变频器启动内存离散M104读取变频器内存离散M105变频器停止内存离散M106系统紧急停止内存离散M107第n次测试内存离散D21空载测试时间T1负载测试时间T24.4 动画连接所谓“动画连接”就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。这样，工业现场的数据，比如原料温度、原料质量等，当它们发生变化时，通过I/O接口，将引起实时数据库中变量的变化，数据库变量的变化通过动画连接达到画面的动画效果。动画连接的引入是设计人机接口的一次突破，它把工程人员从重复的图形编程中解放出来，为工程人员提供了标准的工业控制图形界面，并且有可编程的命令语言连接来增强图形界面的功能。图形对象与变量之间有丰富的连接类型，给工程人员设计图形界面提供了极大的方便。图形对象可以按照动画连接的要求改变颜色、尺寸、位置、填充百分数等，一个图形对象又可以同时定义多个连接。把这些动画连接组合起来，应用程序将呈现出令人难以想象的图形动画效果。动画连接的属性框如图4-9所示。 图4-9 动画连接的属性对话框4.5 人机界面运行系统流程图组态王中运行系统的设计与PLC的程序设计是相辅相成的，上位机主要用来完成人机界面的制作过程，下位机主要完成PLC程序的编写，同时要分别对上位机和下位机进行资料的查找各收集，只有将上位机的设计结果与下位机的设计结果配合工作才能完成整个系统的工作。无论是在通信中使用的变量，还是界面中控制的对象，它们应该是一致的，PLC的控制指令完成现场相应的动作，而人机界面的运行是由组态界面所提供的命令语言来完成的。人机界面的运行流程图如图4-10所示。4.6 测试动态画面的设计该系统用来对检测系统的运行状态进行监控并具有自动调整的功能，系统通过将检测系统各运行参数实时采集到组态王Kingview对应变量中，由组态王统一管理，给出系统各部分的实时数据及报警事件，并根据系统设置和一定的控制算法，通过向执行机构发出控制调节信号或连锁信号，保证系统的正常运行。首先配置I/O设备。检测监控系统由一台工控机作为人机界面，数据采集卡完成数据采集并通过数据总线将数据传送给组态王，PLC控制输出设备并通过RS232与工控机进行数据交换。I/O设备地址要与硬件的设置一致。 其次创建实时数据库。实时数据库是系统的核心，是应用系统的数据处理中心，系统各个部分均以实时数据库为公共区交换数据，实现各个部分协调工作。设备窗口通过设备构建驱动外部设备，将采集的数据送入实时数据库；由用户窗口组成的图形对象，与实时数据库中得数据对象建立链接关系，以动画形式实现数据的可视化。再次是建立动画连接。利用数据链接把画面上得对象与其对应得数据变量联系起来，采用一定得命令语言，让画面动起来。本系统中组态王监控画面如图4-11所示。图4-10 组态王运行流程图 图4-11 组态王监控画面当被测机的主轴转速小于转速的15或者轴承温度超过1000C时或者变频器工作于非正常状态时，系统产生报警音，报警画面如图4-12所示。图4-12 报警画面结 论在工业自动化工程中采用PLC可靠、方便、易于维护。进入20世纪70年代，采用微处理器的工业控制计算机出现了，它与PLC共同推动着传统工业的技术改造。随着构成PLC的元器件性能的提高，PLC的可靠性也在相应地提高。另外， PLC程序设计简单，易学易懂易维护，更适合于工程技术人员。因此，PLC在工业控制中获得了极大的优势，成为工业控制中的主流。PLC是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有多输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。文章中将组态王界面和PLC程序二者有机的结合起来，可以使系统正常而有效地工作，达到了使用方便、控制简单、功能完善、运行理想的效果。PLC和变频器之间用MODBUS协议实现了RS485串口通信，采用基于RS485接口的MODBUS通信协议对变频器进行控制的方法，大大减少了系统布线，避免了现场可能的各种电磁干扰对控制设备的影响，有效地提高系统的抗干扰能力。可以看出，在交流异步电机的调速控制系统中，变频器不仅仅作为一个单独地执行机构，而且随着其不断的智能化，可以同主机之间通过一定的通信方式结合成一个有机的整体。相比开关量控制方式和模拟量给定值控制方式，通信技术的采用已经成为一种发展趋势，MODBUS协议作为一种小型自动化系统的解决方案，已成功地应用于变频器的控制，并显示出所具硬件逻辑简单、抗干扰能力强的特点。本文所介绍的农产品加工机械性能检测系统功能完善、使用方便、操作简单，具有一定的实用价值。由于首次接触PLC,对MODBUS协议本身的理解有一定的局限性, 所以在应用过程中难免存在一定的问题，通信软件的编写可能不够完善和周全，尤其是故障处理部分需要在以后的学习和工作中更加深入的研究。参 考 文 献1 高钦和，可编程控制器应用技术与设计实例，北京:人民邮电出版社，2004,7:13-152 袁兆辉，高胜，吴泽龙.软件PLC技术及其应用特点.江苏工业学院学报，2004, 16(1):29-323 尹耕钦，基于PLC铜管退火炉系统及通信实现湖南有色金属，2004,20(3):44-484 唐绪伟.PLC在供水系统中的应用.微计算机信息(测控自动化),2004, 4-55 赖指南.基于PLC的机加工控制系统的设计与实现:湖南大学硕士学位论文. 长沙:湖南大学，2005:19-236 徐操.基于现场总线的铺排船PLC控制系统的研究和开发,武汉理工大学硕士学位论文1.武汉:武汉理工大学,2004:43-447 马建明，周长城数据采集与处理技术.西安:西安交通大学出版社，1997:1-58 赖寿宏.微型计算机控制技术北京:机械工业出版社，1994: 8-10硕士学位论文9 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