廈門阿米控技術(shù)有限公司

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)場總線技術(shù)技術(shù)的發(fā)展，PLC及觸摸屏在工業(yè)控制和樓宇自動(dòng)化中的應(yīng)用非常廣泛?，F(xiàn)場總線技術(shù)及其總線接口模塊、智能儀表、控制設(shè)備等組成的綜合監(jiān)控系統(tǒng)已成為當(dāng)前自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。在工控領(lǐng)域，ＰＬＣ與觸摸屏結(jié)合運(yùn)用的技術(shù)已越來越為工程人員所了解與熟悉 ,由于觸摸屏具有操作簡便、界面美觀直接、編程容易掌握、與ＰＬＣ通訊良好、抗干擾能力強(qiáng)等等特點(diǎn) ,它正迅速地滲入各個(gè)行業(yè) ,發(fā)揮自動(dòng)化控制的*大優(yōu)勢。KCP2 00-163-784

PROFIBUS提供了兩種通信協(xié)議：DP、FMS，富士UG系列的觸摸屏支持其中的DP協(xié)議。富士觸摸屏具有很強(qiáng)的兼容性，可以與近30個(gè)廠家的PLC通訊，兼容性極強(qiáng)，而且還可以和計(jì)算機(jī)通訊（開放式通訊協(xié)議）。

通過接口單元、UG031-P通訊卡及總線的連接，UG觸摸屏可以作為從站和作為主站的西門子的S7-300或S7-400系列的PLC通信（網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意見圖一）。

圖一：PROFIBUS-DP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文的背景為某食品加工廠某控制系統(tǒng)包括原料混料線、薯餅生產(chǎn)線、包裝線等構(gòu)成的主線系統(tǒng)，以及蒸汽鍋爐系統(tǒng)、水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和消防系統(tǒng)等構(gòu)成的輔助系統(tǒng)。各系統(tǒng)位置比較分散，控制點(diǎn)較多，其中包括140多臺電機(jī)，29臺變頻器，15個(gè)溫濕度控制點(diǎn)。

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由于系統(tǒng)比較復(fù)雜，控制采取分層控制策略，由兩臺上位機(jī)完成工廠級的監(jiān)控及數(shù)據(jù)管理功能，觸摸屏和PLC完成現(xiàn)場級的控制，采用Profibus現(xiàn)場總線的方式進(jìn)行通訊。上位機(jī)留有接口，可連接局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，以利于進(jìn)一步的開發(fā)。其中數(shù)字輸入點(diǎn)有900多點(diǎn)，數(shù)字輸出有400多點(diǎn)，模擬量輸入20個(gè)。

下面以這個(gè)食品加工廠為例，組成一個(gè)集中控制系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖二所示。

其中PLC(1)用于主系統(tǒng)，PLC(2)用于輔助系統(tǒng)。輔助系統(tǒng)的組成與主系統(tǒng)相似，因此圖中省略了其構(gòu)成。PLC選用S7-300系列的CPU315-2DP和S7-200系列的CPU226，PID模塊為FM355C，通訊模塊為CP342-5，擴(kuò)展模塊為IM153-1，I/O模塊則使用到：數(shù)字輸入模塊選SM321、數(shù)字輸出為SM322、模擬量輸入為SM331。上位機(jī)選用西門子的工控機(jī)，它內(nèi)置了PCI接口的CP5611卡用于與PLC通訊。

選用S7-300系列的CPU315-2DP是為了能進(jìn)行擴(kuò)展I/O模塊以滿足控制點(diǎn)數(shù)的要求，而用于擴(kuò)展的IM模塊的選型則是依據(jù)IM模塊與中央控制器CPU315-2DP的距離。

由于所有的I/O模塊均放在同一組控制柜里，因此選用了通訊距離在5米范圍內(nèi)的IM153-1^[1]。當(dāng)IM模塊與中央控制器的距離較遠(yuǎn)時(shí)可以選擇通訊范圍為100米的型號的IM模塊。

觸摸屏選用富士UG420H-SC1，10.4英寸、128色STN顯示，基于Windows95/98/NT操作平臺下的專用組態(tài)軟件，界面友好直觀，易學(xué)易用，大大節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)周期。編程軟件中備有大量的圖形庫（開關(guān)、燈、棒圖等）供選擇，還可以根據(jù)用戶需求編輯所需要的工藝圖形，能夠轉(zhuǎn)換BMP文件和AUTOCAD中的DXF文件。

圖二：  控系統(tǒng)硬件組成及結(jié)構(gòu)

2 觸摸屏的通訊設(shè)置及界面設(shè)計(jì)

在硬件連接完成后，需要在組態(tài)軟件中指定系統(tǒng)的硬件配置以及設(shè)置一些通信參數(shù)等等。先制定所使用的觸摸屏的類型，這里選擇默認(rèn)的UG420（640*480 10.4inches）；下一步指定和觸摸屏通訊的PLC類型及型號，這里選SIEMENS S7-PROFIBUS；*后一步指定系統(tǒng)參數(shù)，先是讀區(qū)和寫區(qū)，讀區(qū)是指作為從PLC讀入數(shù)據(jù)的緩沖，如果系統(tǒng)中需要顯示趨勢圖的話那么讀區(qū)應(yīng)當(dāng)設(shè)大一些，一般設(shè)1000個(gè)字就可以了，寫區(qū)用于顯示存儲(chǔ)屏幕的狀態(tài)、頁碼、畫面層疊以及報(bào)警狀態(tài)等等。另外在對話框No.of Word Setting for I/O中需要指出觸摸屏的MPI地址，以及傳輸?shù)膸L度，MPI地址在PLC的硬件組態(tài)里已經(jīng)定義好了，兩者必須一致，否則會(huì)出現(xiàn)通信錯(cuò)誤。另外幀長度為32字節(jié)；奇偶校驗(yàn)為奇校驗(yàn)；數(shù)據(jù)長度8位；停止位1位；通訊方式RS-485。

UG00S-CW具有非常完善而強(qiáng)大的組態(tài)功能，在開發(fā)組態(tài)的時(shí)候，開發(fā)者可以不去考慮通信協(xié)議的問題，因?yàn)楦皇抗疽呀?jīng)將這一切的技術(shù)細(xì)節(jié)都屏蔽掉了，它具有智能的尋址功能。在建立一個(gè)按鈕時(shí)，這個(gè)按鈕在PLC中的預(yù)先有定義（在西門子PLC中，無論是數(shù)字量還是模擬量的定義都是在DB塊中）。假設(shè)這個(gè)按鈕的地址是DB2.DBX2.0（它的含義是第2個(gè)DB塊中第2個(gè)字節(jié)的第0位），觸摸屏中按鈕的地址應(yīng)表示為DB2：2-0。我們可以看到，除了地址的書寫方式有所不同以外，你幾乎無需作其他的工作，你無需去定義變量、更無需去理會(huì)通信的幀結(jié)構(gòu)等等。

對于模擬量同樣如此，只不過在模擬量中你需要指出模擬量所占的字節(jié)個(gè)數(shù)，其他的同數(shù)字量一樣簡單。

可以說，UG00S-CW在處理基本的模擬數(shù)字量的時(shí)候非常簡單、方便，但是在處理一些較為復(fù)雜的情況時(shí)卻遇到了意想不到的問題。在這個(gè)食品生產(chǎn)線的集中控制系統(tǒng)，其中就涉及到富士觸摸屏和西門子PLC中的通信格式的兼容問題。

系統(tǒng)中有些PID控制的模擬量需要用趨勢圖來顯示，UG00S-CW中顯示趨勢圖并不復(fù)雜，先點(diǎn)一下趨勢圖的圖標(biāo)，在彈出的對話框中選擇趨勢圖的類型，然后選擇每條曲線對應(yīng)的地址即可。但是在聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)卻總是出現(xiàn)comunication error（通信錯(cuò)誤）信息，經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)問題出在趨勢圖上，如果將趨勢圖從程序中去掉，則一切正常，后來我就嘗試先將西門子PLC中的對應(yīng)的模擬量數(shù)據(jù)讀入觸摸屏的緩沖（即內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)），然后將趨勢圖每條曲線的地址改為對應(yīng)的內(nèi)部地址。經(jīng)過聯(lián)機(jī)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)不再出現(xiàn)comunication error信息，但是趨勢圖的曲線的顯示卻極不正常。經(jīng)過觀察，發(fā)現(xiàn)除了當(dāng)模擬量的值為零時(shí)曲線顯示正常，而為非零時(shí)曲線則指向無窮大。這個(gè)問題曾讓筆者百思不得其解，后來終于想到有可能是西門子PLC和富士觸摸屏在存儲(chǔ)格式上可能會(huì)不兼容。原來富士觸摸屏中趨勢圖中的模擬量一般都是雙字（4字節(jié)），它從西門子PLC讀取的順序是將字讀為高字，第二個(gè)字讀為低字，而西門子PLC中模擬量的存儲(chǔ)為先存低字再存高字，這樣富士觸摸屏從西門子PLC中讀入的數(shù)據(jù)剛好都是高低字顛倒的。因?yàn)橐话隳M量的值都比較小，所以高字都為零，這樣相當(dāng)于將原來的值乘了一個(gè)2的16次方的數(shù)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了模擬量的上限，所以才出現(xiàn)了以上情況。