西门子模块6ES7223-1BH22-0XA8物优价廉

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介绍了一个使用visualbasic的socket控件与omron plc之间的通信程序，并成功地应用在自动控制系统中，主要实现上位机与omronplc之间的以太网通信，并对它们之间的通信协议作了描述，本文所介绍的通信程序的设计方法具有一定参考价值。
关键词：可编程逻辑控制器;以太网;fins;winsock控件
在工业控制中，用plc控制的工程在上/下位机通讯上一般采用rs-232/rs-485串口通讯，这种方法对于数据量较大，通讯距离较远，实时性要求高的控制系统，很难满足通讯需要。
近年来随着计算机网络技术的飞速发展,网络化数控已经成为现代制造业发展的必然趋势,控制系统正向虚拟化、网络化、集成化、分布化和节点智能化的方向发展。[1]许多大型plc厂商生产的plc都配备了相应的以太网通信模块，本文讨论了omronplc的以太网通信体系结构，并以cp1h plc的ent2l以太网模块为例实现与计算机的通信。
1.winsock网络通信控件
winsock控件是不可视控件，它提供了访问tcp和udp网络服务非常简便的途径，使编程人员开发客户/服务器应用程序时，不必了解tcp的细节或调用低级的winsockapi函数，只通过设置winsock控件的属性并调用其方法，就可直接连接到一台远程计算机进行，并可实现双向数据交换。
winsock主要支持两种类型的套接字:①流式套接字（streamsocket）也称面向连接方式,该方式对应的是tcp协议,其传输特点是通信可靠性高,可以保证数据流的传输是可靠的、有序的、无重复的,可提供双向的数据流,数据被看作字节流,无长度限制。②数据报套接字（datagramsocket）又称无连接方式,对应的是udp协议,这种方式不提供数据传输的正确性、有序性和无重复性,因为它支持面向记录的数据流。因此,传输的数据可能丢失和重复,并且接收顺序混乱,报文长度是有限的。考虑到本系统对通信可靠性和正确性的要求很高,选用流式套接字方式。基于client/server模式的流式套接字通讯过程如图1所示。

图1 流式套接字进程通讯过程时序图

2.ethernet网络通信单元的设置
在组建网络时，根据网络类型的不同，网络中的每个节点需要安装相应的通信单元，plc上需安装ethernet网络通信模块，例如0mr0n公司的cj1w—etn21以太网模块。应用之前必需对网络进行必要的设置，分为开关设置和cpu总线单元系统设置。
开关设置主要包括以下几项内容：确定分配给cj1w—etn21单元的内存工作区（cio区、dm区），该地址在cpu总线区，由unitno.开关确定etn单元的单元号范围为0～f;nodeno.旋转开关设定两组l6进制数作为etn单元在网络中的节点号，范围为o1～7e;ip地址设置网络号和主机节点号，由32位二进制数组成，分4段以十进制数表示。
cpu总线单元设置主要通过编程设备如cx—programmer软件或编程器对网络单元进行模式、本地ip地址、子网掩码、fins端口号、ftp登录名及口令和ip路由器表等项进行设定。若使用fins/tcp协议，则还需在以太网单元设置中修改fins/tcp项的部分参数，如：自动分配的fins节点号、是否保持激活等项。
3.面向上位计算机的通信协议
如图2所示，以太网的分层模型分为物理层（physicallayer）、网际层（internet layer）、传输层（transpot layer）和应用层（applicationlayer）。其中：传输层可使用无连接的udp或需建立连接的tcp协议;应用层为fins（factory interfacenetworkservice）协议，fins协议是由omron公司开发的用于工厂自动化控制网络的指令响应系统。主要规定对plc存储空间的数据读写等操作方法。应用层使用fins协议，传输层使用tcp协议的通信实现方法称为fins/tcp方法

图2 网络的分层结构

fins协议包含指令系统和响应系统，其命令帧格是由fins报头、指令代码、响应代码和正文等几部分组成。从上位计算机发出的指令和响应必须符合下面帧的格式要求，并提供合适的fins报头信息。[3-4]fins通信服务是通过fins命令帧和它们对应的响应帧交换实现的。
fins命令/响应帧格式如图3所示。fins/tcpheader中规定了五种命令，用于客户机（host computer）与服务器（plc）之间通信：发送客户机节点地址（nodeaddress）;（2）发送服务器节点地址（node address）;（3）发送fins frame;（4）finsframe发送出错通知;（5）客户机与服务器联机确认。

图3 fins命令/响应帧格式

4.通信程序的具体实现
在新建vb工程后，需要执行vb工具栏“工程/部件”命令，将winsock控件添加到工程中，并命名为“wskclient”。程序采用tcp/ip协议进行通信，其主要属性设定如下：
withwskclient
.protocol =scktcpprotocol ‘采用tcp/ip协议
.localport =9600 ‘本地计算机端口号
.remotehost =txtip.text ‘取得远程plc的ip地址
.remoteport =txtport.text ‘远程plc端口号
.bind 9600‘指定使用的本地端口
endwith
初始化工作完成后向plc提出连接请求，待plc接受请求并发送应答信息后，客户端程序依照各种帧格式建立好要发送的信息帧，就可以与plc进行双向的数据交流了。在这一过程中，可建立发送失败后的重发机制，以增强通信的可靠性。
首先，建立并发送“握手信息”指令（20字节），指明客户机节点号;当计算机接收到plc返回帧（24字节）后，检查plc是否收到命令，并取得服务器和客户机节点号。当计算机接收到plc返回的数据时，会产生dataarrival事件，参数bytestotal包含接收到的数据字节数。在dataarrival事件中，可以调用getdata方法接收数据。如果接收到close事件，则用close方法关闭连接。另外，可用winsock的state属性来反映当前tcp/ip的连接状态。这里仅列举主要程序如下：
‘向服务器请求连接
wskclient.connect
timedelay100
do
doevents
loop untilwskclient.state=sckconnected
‘建立并发送fins命令帧
private subsenddata_click（）
redim senddata（19） as byte
senddata （0） =&h46‘fins命令帧报头的第1个字节
……
wskclient.senddatasenddata（） ‘发送fins命令帧
endsub
‘接收plc响应帧，并分析数据
private subwskclient_dataarrival（byval bytestotal as long）
dim i asinteger
redimarrivedata（bytestotal） as byte
wsk.getdataarrivedata, vbarray + vbbyte, bytestotal
‘接收数据，保存在arrivedata数组中
for i = 0 tobytestotal - 1
txtardata.text =txtardata.text & " " & arrivedata （i）
nexti
……‘其它数据处理
if arrivedata（7）<> 16 then
msgbox“接收信息丢失“
elseifsenddata（19）= arrivedata （bytestotal-5） then
msgbox“节点地址错误“
endif
endif
在接收信息后,当plc收到传输过去的信息后,会将对应的命令反馈值传回,这个事件程序内的程序将它显示在文本框中,还可作进一步处理。主程序流程图如图4所示。

图4 程序流程图

若采用udp协议，则通信的基本过程与tcp相同，只是不需要建立连接。此外,udp应用程序可以是客户机,也可以是服务器,而不必象tcp应用程序那样必须分别建立客户机程序和服务器程序。由于udp在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接，且没有超时重发等机制，故而传输速度很快。因此如果网络中设备不是很多，且发送数据量不大时，可选择耗费计算机“资源”更小的udp协议进行通信。
5.结束语
采用winsock控件实现的上位机以太网通信程序，已成功应用于数字小样并条机监控系统中，该法简单实用,在不追加投资的情况下,实现车间设备的网络数据实时监控的功能，达到了理想的效果。而且以vb作为监控软件的开发平台，软件的二次开发不受限制，节约成本，并可根据需要随时对程序进行升级。为实现对控制系统进行有效的信息管理与监控，基于以太网的plc控制系统必将有更为广泛的应用，本文的论述对解决这类问题提供了一定参考价值。

 引言
自动扶梯广泛应用于大型商场、超市、机场、地铁、宾馆等场合。大多数扶梯在客liuliang大的时候，工作于额定的运行状态，在没有乘客时仍以额定速度运行，具有耗能大、机械磨损严重、使用寿命低等缺点。采用plc与变频控制相结合的节能控制系统，已成为自动扶梯控制技术的发展方向。
带有节能效果的自动扶梯具有以下特点：
（1）无人乘梯时，扶梯自动平稳过渡到节能运行，以1/5额定速度运行（可以选择当无人乘梯时，扶梯自动停止的功能）;
（2）有人乘梯时，扶梯立即自动平稳过渡到额定速度运行;
（3）由于节能运行时速度很低，机械部分的磨损大大降低，相对延长了扶梯的使用寿命;
（4）变频技术的采用大大降低了扶梯启动时对电网的冲击。
目前节能扶梯大多形式和功能单一，仅能实现简单的快慢循环或快停循环。本系统设计的亮点是快慢循环和快慢停循环是可以通过程序进行自由选择的，系统同时集成了上下梯级遗失、防驱动链断链、防逆转及故障保护输出等功能，并可通过程序内部辅助继电器的状态监控扶梯运行状态，现场调试十分方便。
2自动扶梯变频节能控制方式
2.1变频非自启动（快慢循环）
2.1.1功能描述
通过增加变频器来控制扶梯运行的速度，当梯上有乘客时，扶梯以高速运行（例如额定速度），tigao客liuliang，当乘客检测装置在一段时间内没有检测到乘客通过时，扶梯开始减速转为低速运行（例如0.2m/s，参数可设置），此时一直处于待机运行中，即为非自启动节能。
2.1.2运行状态描述
变频控制，无人时低速，有人时高速。高速运行时间记为tq，可通过plc程序进行设置，具体时间根据梯的tisheng高度和速度而定。
2.1.3运行步骤
（1）当扶梯上电停止等待，有方向（比如上行）开始运行时，此时扶梯以低速开始节能运行进入待机等待。
（2）下机房乘客检测装置检测是否有人通过，当有人通过时，控制器内部的高速运行时间计数器（记为tc）清零，此时扶梯开始缓慢加速至高速运行。
（3）高速运行时间计数器（记为tc）开始计数，当tc
（4）当有一段时间没人乘梯即tc≥tq时，扶梯又开始减速进入低速运行待机等待状态，如此循环往复运行。
图1为自动扶梯快慢循环控制时序图。

图1 自动扶梯快慢循环控制时序图

2.1.4功能实现
安装在扶梯入口处的乘客检测装置检测是否有人乘梯。
2.2变频自启动（快慢停循环）
2.2.1功能描述
通过增加变频器来控制扶梯运行的速度，当梯上有乘客时，扶梯以高速运行（例如额定速度），tigao客liuliang，当乘客检测装置在一段时间内没有检测到乘客通过时，扶梯开始减速转为低速运行（例如0.2m/s，参数可设置），当乘客检测装置在一段时间内又没检测到乘客乘梯时，扶梯开始进入停止运行等待状态，即为自启动节能。
2.2.2运行状态描述
变频控制，长时间无人乘梯时停止，有人乘梯时高速运行。高速运行时间记为tq，低速运行时间ts，两个参数可通过plc程序进行设置，具体时间根据梯的tisheng高度和速度而定。
2.2.3运行步骤
（1）当扶梯上电停止等待，有方向（比如上行）开始运行时，此时扶梯进入上行停止等待运行中。
（2）下机房光电检测装置检测是否有人通过，当有人通过时，控制器内部的高速运行时间计数器（记为tc）清零，此时扶梯开始缓慢加速至高速运行。
（3）高速运行时间计数器（记为tc）开始计时，当tc
（4）当有一段时间没人乘梯即tc≥tq时，扶梯开始减速进入低速运行状态中。
（5）低速运行时间计数器（记为tsc）开始计时，当tsc<ts时，若此时有人进入，tc清零重新开始计时，扶梯加速至高速运行状态，又进入高速运行状态中。
（6）当一段时间内没人乘梯即tsc≥ts时，扶梯停止运行进入等待中，如此循环往复运行。
图2为自动扶梯快慢停循环控制时序图。

图2 自动扶梯快慢停循环控制时序图

2.2.4功能实现
安装在扶梯入口处的乘客检测装置检测是否有人乘梯。但是为了确保乘客的安全，按照gb16899-1997《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》的要求：自启动的扶梯，应在该使用者走到梳齿相交线之前启动运行，故乘客检测装置应满足以下要求：
（1）检测装置应满足的要求
·光束，应设置在梳齿相交线之前至少1.3m外;
·触点踏垫，其外缘应设置在梳齿相交线之前至少1.8m处，沿运行方向的触点踏垫长度至少为0.85m。施加在其表面为25mm2的任何点上的载荷达到150n之前就应作出响应。
（1）在实际设计时可选择
·安装在扶手进出口处的光电漫发射装置;
·安装在盖板进口处的光柱;
·安装在盖板下的踏垫自启动装置来实现。
本系统设计时选择光电漫反射装置，能够确保每一个从不同方向走过来的乘客都能被有效的探测到，从而实现自启动的功能。
3系统设计
3.1控制系统组成

图3 控制系统框图

由图3可知，该系统主要由以下几部分组成：电源、plc、变频器等。plc是控制系统的核心，plc根据输入的光电信号是否有效确定高速运行指令的输出，变频器根据plc的高速运行指令控制扶梯的运行速度，完成扶梯的快慢及快慢停循环运行。
3.2硬件选型
以自动扶梯变频非自启动（快慢循环）为例，其扶梯控制系统实际需要输入11点，输出7点，plc主控制器采用欧姆龙cpm1a-20cdr-a-v1型plc。这种机型的plc配有相应的编程软件cx-programmer进行编程及监视，不仅可以通过手持编程器对plc编程，也可在个人pc机上进行编程。在扶梯运行过程中，可通过程序内部辅助继电器的状态监控电梯运行状态，现场调试十分方便。[1]
变频器采用汇川公司的md320变频器。md系列变频器具备完善的输入输出接口，全系列独立风道和散热器柜内柜外安装可选，可以提供接近ip54防护要求的解决方案，其系统设计尤其适合恒转矩负载使用。[2]
4系统设计
4.1变频控制主电路

图4 变频控制主回路

图4示出主回路主要由主空开zk、相序保护继电器jxw、安全接触器jaq、运行接触器jyx、主电机mt等组成。
4.2plc输入输出口分配
输入输出口分配如附表所示。

附表 输入输出口分配表

4.3运行控制回路
图5为运行控制回路。

图5 运行控制回路

扶梯的运行控制由plc与变频器一起完成。下面以变频非自启动（快慢循环）为例介绍扶梯节能运行工作原理。
变频器实时监测plc的输出信号，从而决定扶梯的下一步运行。例如（1）扶梯的方向控制：当变频器的端子di1接收到plc的信号时，输出正转，扶梯实现上行运行;反之，端子di2有效时，输出反转，扶梯实现下行运行。（2）高速运行的控制：变频器内预先设定好多段速控制的速度频率，扶梯以节能低速待机运行时，只有运行接触器（jyx）吸合，当plc检测到光电信号时，输出高速运行指令信号，此时高速运行接触器（vn）吸合，变频器端子di3有效，扶梯立即平稳的加速到设定频率高速运行。
4.4典型控制程序设计
下面针对程序中的运行方式、节能时间控制两个子程序作重点介绍。
4.4.1变频非自启动（快慢循环）和自启动（快慢停循环）方式的选择
方式的选择见图6。

图6 快慢循环和快慢停循环子程序

只需修改程序中的set和rset的组合，即可实现两种不同运行方式的切换。
快慢循环，设置为set212.00和rset 212.01。
快慢停循环，设置为set212.00和set 212.01。
4.4.2节能时间的控制

图7 节能时间的子程序

快车运行保持时间，可由上述计数器设定，从而能够满足不同tisheng高度和速度的扶梯使用（见图7）。
4.5试验数据
为了验证本系统的节能效果，我们选择某现场进行测试。现场曳引电机功率为7.5kw，对比变频节能控制与普通y-△控制的扶梯电量消耗。扶梯有乘客使用与空载运行时，各测试4个小时。实际测试下来采用节能的扶梯，满载运行时，耗电25.3kwh，而使用普通y-△控制扶梯耗电26kwh;空载运行时，耗电1.8kwh，而使用普通y-△控制扶梯耗电8.4kwh。从这个实例可以看出，变频节能控制的扶梯比普通y-△控制的扶梯节能22%。
而如果采用无人乘梯时让扶梯停下来，与改造之前相比可节能约30%。实际使用中，如果扶梯慢下来或者停下来的时间越长，节能效果越明显。
5 结束语
该设计已经广泛应用于扶梯的节能改造，目前已在武汉、上海等大城市有三百多台被安装使用。实践证明，采用基于plc及变频器控制的扶梯节能系统可靠、运行稳定，很有效的节约了用户的使用成本。