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實現觸摸屏和PLC之間數據通信的方案

   2012年03月07日 14:32  
  1、系統組成及設備之間的通信方式
  
  1.1系統組成
  
  系統由昆侖通態TPC7063E觸摸屏、西門子S7-300模塊,以及用于兩者之間數據轉換的PCAdapter等組成。TPC7063E不僅具有與眾多硬件交互功能,它可以方便地讀寫各種PLC、智能儀表、智能模塊、變頻器等工控設備的數據,而且還具有強大的網絡通信功能,支持串口通信及以太網通信方式。西門子S7-300模塊用來完成數據采集、處理以及輸入輸出控制功能。PCAdapter完成將MPI通信信號轉換為RS232串口信號,從而完成MPI數據通信功能。
  
  1.2觸摸屏與PLC之間的通信方式
  
  觸摸屏與S7300PLC之間采用MPI通信方式。
  
  MPI是多點接口(MultiPointInterface)的簡稱,是西門子公司開發的用于PLC之間通訊的保密的協議,它的物理層是RS-485。MPI通訊是當通信速率要求不高、通信數據量不大時,可以采用的一種簡單經濟的通訊方式。MPI網絡的通信速率為19.2Kbps~12Mbps,zui多可以連接32個節點。MPI網絡有一個網號,在組建MPI網絡前,要為每一個節點分配一個MPI地址和1個zui高MPI地址,使所有通過MPI連接的節點能夠相互通信。PLC通過此接口建立與觸摸屏TP7063E通信。STEP7的用戶界面提供了通信組態功能,使通信的組態比較簡單。
  
  MCGS嵌入版組態軟件支持TPC7063E觸摸屏。其內的提供的S7300_400MPI構件用于MCGS軟件通過MPI適配器讀寫西門子S7-300/400系列PLC設備的各種寄存器。驅動類型為串口子設備,須掛接在“通用串口父設備”才能工作,通信協議為MPI,通信方式為一主一從通令方式。驅動構件為主,PLC設備為從。
  
  2、系統設計與驗證
  
  為了驗證系統運行的可靠性,本方設計了一個控制系統。它由3部分組成,
  
  ①現場級設備。包括溫度、壓力、水位傳感器以及水泵運行控制柜;
  
  ②PLC處理級設備。它們完成數據的下載、處理及通信功能,主要包括電源模塊1、CPU模塊2、以太網模塊3和模擬模塊4;
  
  ③管理級設備。主要是采用昆侖通態的TPC7063E觸摸屏,主要負責現場級設備數據的監測和控制。
  
  系統整體結構如圖1所示。
  
  通過S7-300PLC與昆侖通態TPC7063E觸摸屏的MPI通信,控制系統方案要求實現以下基本功能:
  
  (1)觸摸屏上的儀表可以顯示溫度、壓力、及水位值;
  
  (2)通過操作觸摸屏上的開閥、關閥命令,實現對水泵的控制;
  
  (3)通過操作起停按鈕,觸摸屏能正確反映各點的變化情況;
  
  (4)在觸摸屏上輸入設定的水位值,如果超過設定水位,開泵,反之關泵;
  
  (5)可以設定系統時間,并啟動時間,以便正確顯示年月日時分秒。
  
  2.1系統實現
  
  (1)硬件連接
  
  MCGS軟件與設備通訊之前,必須保證通訊連接及適配器正確。通訊時,要使用標準西門子MPI適配器與上位機RS232口通訊。工程中常用的西門子MPI適配器有2種型號,分別為6ES7972-0CA23-0XA0和6ES7972-0CA20-0XA0。適配器的串口通訊的波特率可通過適配器上的DIP開關進行設置,且必須與上位機SetPG/PC中PCAdapter的本地連接設置一致。在與TPC7063E通訊前,根據需要附加通訊電纜與適配器的連接。其接線如圖2所示。
  
  (2)通信參數的設置
  
  在硬件組態時,通過點擊CPU的屬性按鈕來設置MPI屬性,包括站地址和通信速率,主站驅動構件的站地址為0,從站PLC站地址為2,zui高站地址為31,通信速率為187.5kbps。運行STEP7編程軟件,選擇主菜單的選項->設置PG/PC接口。選擇PCAdapter(MPI),彈出通訊接口參數配置框,選擇“本地連接”選項卡。設置本機串口的通訊參數,需要與MPI適配器的DIP撥碼開關設置對應。此處設置連接到COM1,傳輸速率19200。
  
  上位機組態時,需要設置“通用串口父設備”和“西門子S7-300/400子設備”參數。父設備的通訊波特率為19200,數據位數為8,停止位為1,奇偶校驗位為奇校驗。子設備中需將PLC站地址設置為2,PLC槽號為2,PLC機架號為0,通信響應時間為800ms。通訊所用幀格式為格式A,本站地址為0,網絡傳輸率為187.5kbps。zui高站地址仍為31。
  
  對于系統的通訊狀態,用戶可以在采集通道中查閱通訊狀態值找出通信失敗的原因,這樣對于維護系統作用重大,當通信狀態值為0時,表示當前通訊正常。
  
  (3)程序部分
  
  本系統PLC中包括模擬量采集程序、系統時間的設置和顯示程序以及控制程序。模擬量采集程序實現水位、壓力、溫度信號的輸入、轉換及采樣記錄。
  
  傳感器由于輸出的是模擬信號,比如說4~20ma,0~5V或者0~10V。輸出模擬量送到PLC模擬量輸入口中,通過數模轉換,完成數字量的轉換,實現程序。
  
  根據實際情況,微調傳感器,通過PLC中的存儲器將模擬數據送到觸摸屏上顯示。系統時間設置和顯示時間程序通過調用PLC內部的時鐘函數SFC0與SFC1,實現在觸摸屏上完成系統時間的設定,并顯示出來。控制程序通過觸摸屏對電磁閥進行遠程操作。
  
  (4)上位機部分
  
  在該系統中觸摸屏主要用于設置系統參數、顯示數據、控制外設運行。用戶可以通過在觸摸屏上設置系統參數,然后通過MPI接口將數據傳遞到PLC中,PLC就會記憶設置的數據并按照給定的參數運行程序,實現系統的可調可控,并將設備的運行反饋信號傳輸到顯示屏上。觸摸屏將傳感器采集的數值讀回到交互畫面上,主要包括水泵電機的溫度值,出水口的壓力值以及水倉水位的液位值,系統會以此數據作為水泵運行的條件。用戶可以通過觸摸屏實現對水泵的操作,系統也會依據水位高低變化,完成高水位自動起泵和低水位自動停泵的功能。
  
     3、系統應用
  
  MPI接口是西門子S7300PLC通用通信接口,RS232接口是觸摸屏上常用接口。實現兩者的通信,對于完成系統自動化控制意義重大。該通訊方式已在大中型煤礦的主井排水項目中得到廣泛應用。
  
     4、結語
  
  本系統組合應用了觸摸屏TPC7063E與西門子S7-300PLC,通過MPI實現數據的可靠通信。這樣做不僅減少了電器元件的數量,省去了復雜的電氣接線,使設備的檢修更加方便,而且操作界面更加人性化,更容易實現電動設備監測控制。

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