西门子6ES7341-1CH02-0AE0库存现货

　PLC的数据显示功能一直是困扰PLC使用的难题。在PLC的应用中，经常要监测一些重要数据，但PLC的数据显示通常是使用外部显示设备，如显示屏或触摸屏，而这些显示设备的价格一般比较昂贵，对一些小型系统来说更浪费。因此，如何显示PLC的数据，并尽可能做到高效率、高稳定性、抗干扰能力强、硬件投资少，是许多设计中需要考虑的问题。笔者使用的西门子S7-200PLC中有专门的指令控制LED数码管显示，SEGIN，OUT指令就是将IN端输入字节的低4位确定的16进制数自动转换为相对应的7段LED数码管各段的代码，并送到输出字节OUT端显示。若采用静态LED数码显示，PLC显示一位十进制数据需要7个输出点予以控制，如果要显示n位数据，则需要7n个输出点。所以，使用这种方式对于显示数据的位数较多时，需要大量的输出点，而PLC的价格是以输入输出点数来计算的，这直接导致硬件成本的上升，鉴于此种原因，寻找一种廉价的显示技术就显得尤为必要。提出借鉴单片机的LED数码管动态扫捕显示原理，结合PLC周期性扫捕的特点，采用PLC直接输出数字量驱动数码管，将PLC开关量输出分为两部分，一部分用作数据输出，另一部分用作控制数码管公共端信号的输出。利用人眼的余辉效应，循环点亮每个数码管，本方法操作简单、成本低廉。

　　1 设计实现

　　所谓动态扫描就是利用PLC周期性扫描的特点，在编程时要做到每个周期只有一个数码管能够形成通电回路，从而得电点亮，因为一个扫描周期的时间过短，只有几十ms，所以人眼感觉每个数码管都是均匀通电亮着的，同时没有拖尾现象。

　　1．1 硬件设计

　　设计方法的硬件电路实现是一个起动按钮SB1和一个停止按钮SB2，两个数码管的a、b、c、d、e、f、g段分别连在一起，再与PLC的输出端Q0.0～Q0.7通过限流电阻连接，两个数码管的公共端com1和com2分别通过三极管由PLC的输出端Q1.0和Q1.1控制，其接线原理如图1所示。

　　由PLC输出端Q1.0和Q1.1的高低电平控制处于开关工作状态的三极管，使数码管com1和com2端循环与PLC公共端M导通输出，分时选中不同的数码管，由PLC输出端Q0.0～Q0.7输出相应的数据再根据公共端信号使相应的数码管a、b、c、d、e、f、g段显示。通过软件编程可实现用一组起停按钮控制两组数码管显示相应的数据。

　1．2 软件设计

　　通过两个软件设计实现同一硬件电路不同功能的实例来阐述设汁的软件实现。

　　1．2．1 软件设计实例1

　　此程序实现0～99s反复计数功能，按动SB1起动计数，按动SB2使计数停在计数所停位置，再按动启动按钮重新从0开始计数，计数到99后重新从0开始计数。

　以上软件对特殊存储器位SM0．5产生的1s的时钟脉冲计数，使用PLC数据运算、传送、转换的功能指令传送、处理变化的计数数据，然后用段译码SEG指令驱动7段数码管，由两个定时器分别产生周期为200ms、相互反相的时钟脉冲控制显示变化的计数数据。

　　1．2．2软件设计实例2

　　此程序实现50s功能，按动SB1起动计时，按动SB2停止计时，同时数码管熄灭，再按动启动按钮重新50s，计时到0s时，数码管自动熄灭。

　　2 结束语

　　设计主要是将一个两位数分成两组数据分别在十位和个位数码管上显示，程序采用循环控制方式，则一个扫描周期显示一组数据，即两组数据循环显示。假设程序扫描周期为100ms，定时器定时100ms，那么每组数据的更新周期为100×2=200ms，这样的显示频率足可以达到一般的工业控制要求，完全可以用作实时显示。同样，若显示多组数据，其数据线接法是一样的，只需增加控制数码管公共端信号的PLC输出点，PLC输出点数为7+n，n为数码管个数；软件稍加改动即可。笔者介绍的方法软、硬件设计均在实验室调试成功，完全满足设计要求，并且降低了硬件成本，取得了较好的效果。

 一、选择合适的网络
　　对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络是很重要的，甚至有人提出了“网络就是控制器”的概念。首先，网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求来选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行；另外，综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。一个实时系统的性能可从时间、可靠性和应用对象三个方面来衡量。

　　二、掌握PLC扫描原理
　　与其它控制设备比较，PLC重要的特征是“扫描”。PLC上电后，自动重复执行程序扫描和I/O扫描，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O 映象区中相应的单元内，输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。在用户程序执行阶段，PLC按由上而下、先左后右的顺序依次地扫描程序（梯形图），根据逻辑运算的结果，刷新RAM存储区或I/O映象区对应单元的状态。在输出刷新阶段，根据I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设，这时，才是PLC 的真正输出。可见，采用PLC程序控制的过程和结果与继电器逻辑回路是有区别的，特别是涉及到梯级的次序、脉冲信号的捕捉等，与PLC的扫描原理是密切相关的。实践中，大量的程序问题均源于此，常常会出现不可思议的结果。因此，设计PLC程序，必须精通PLC的基本原理。

　　三、力求结构化程序设计
　　全面提高程序的质量，提高编程效率，使程序具有良好的可读性、可靠性、可维护性以及良好的结构，是每位程序设计者的目标。IEC61131-3是国际电工委员会(IEC)于1999年推出的用于工业控制领域的标准化编程语言，具有开放性、可移植性、结构化编程和结构化数据、检错和纠错能力强等特点，适用于PLC编程。采用结构化程序设计，便于构造程序(尤其是复杂的程序)、多人设计，调试以及软件管理。虽然软件工程的思想已被绝大部分程序员所接受，但要将这种思想转化为软件开发过程中的自觉行为却不是一件很容易的事。

　　四、重视抗干扰措施
　　自动化系统应用于恶劣的工业现场，抗干扰措施尤为重要。实践中，经常出现由于干扰导致调试失败甚至设备损坏的事例。自动化系统的干扰，有以下3类来源：
　　1)空间辐射干扰；
　　2)系统外部线路，包括电源线、信号线、接地系统等引入的干扰；
　　3)系统内部电磁辐射及线路干扰。

　　五、针对这些干扰，在工程实施中要考虑以下措施：
　　1)在系统结构设计与设备选型时，充分考虑环境适应性和电磁兼容性；
　　2) 采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰；
　　3)合理选择和敷设电缆、电线；
　　4)硬件上采取隔离装置或滤波装置；
　　5)软件上采取提高可靠性的措施，如数字滤波、定时校正参考点电位、信息冗余等；
　　6)正确选择接地方式，一般采用一点接地和串联一点接地。

1 引言

　　随着无线通讯技术的不断发展和应用，与架设专用电缆（或光缆）、租用电信专线等方式相比，无线通讯以其造价低、施工快、运行可靠、维护简单等优点正逐渐被人们所重视，并逐步应用于数据采集与监控系统中。

　　plc是工业控制中常用的控制器之一，它运行可靠、集成度高、可扩展性强。通过标准接口与无线数据通讯模块结合在一起，组成无线远程监控系统。可以不拘泥于特定行业的具体要求，实现形式多样的i/o信号采集和设备的控制。实现远程诊断、测试、监管等功能，满足各行业调度或控制中心与众多远方站之间的数据采集和控制。这无疑是一种全新的控制系统模式。

　　本文描述的应用正是采用了无线通讯技术和plc相结合的系统模式来实现对温室系统的无线远程监控。

2 系统功能

　　本系统的功能主要是根据现场设备的具体情况和客户的需求，实现温室的温度自动/手动调节、储水箱的液位自动/手动控制，以及灌溉、照明、通风、给水、排水等功能的远程监视和本地/远程控制。

3 系统设计

　　3.1 系统构成

　　3.2 系统说明

　　本系统（如图1所示）采用传统的上位机、下位机组合控制模式，不同之处在于上、下位机之间的通讯采用无线通讯（gprs）和万维网（internet）实现。其中上位机采用具有上网功能的pc（也可以采用pda等具有上网功能的终端），下位机采用西门子s7-200 plc。

　　（1） 上位机功能

　　上位机系统平台采用市场占有率较高、资源相对丰富的bbbbbbs 2000系统。应用软件的开发采用基于bbbbbbs平台的软件技术，根据客户需求生成个性化的人机界面，实现人性化的信息交换。在人机画面上，可以实现自动/手动控制功能的切换，不仅可以显示现场设备的运行状态，而且可以通过画面控制设备。在画面上，还可以显示各种仪表的数据，对现场参数（温度、水位等）实现远程实时监测，以及设定报警值等功能。

　　（2） 下位机功能

　　根据监控对象的不同，现场i/o存在着不同的信号形式。具体形式上有各种具有标准接口或非标准接口的传感器、变送器和各种执行装置（诸如电机、电磁阀等）。在本系统中的数字量i/o有控制照明装置打开/关闭的继电器、控制给水泵/排水泵电机启动/停止的继电器和接触器、控制通风设备的继电器和控制灌溉的电磁阀等。模拟量i/o有温度信号、液位信号（本系统中是4-20ma信号）。

　　现场i/o通过siemens s7-200plc接入系统，实现数据的采集和预处理，并根据上位机的指令对现场的工况进行判断、处理。利用plc控制能力强、实时性好的特点来实现对现场设备时间的保护。实时对异常、故障等进行处理，并将设备的状态定时传送到上位机进行远程监视和控制。

4 系统功能实现

　　4.1 控制方式

　　本系统可以实现本地、远程两种操作方式。该功能通过现场操作台的本地/远程选择开关实现。

　　l 在本地方式下：系统通过现场操作台的按钮实现对现场设备的本地手动操作。

　　l在远程方式下：现场操作台的按钮对现场设备的操作无效。操作者可以通过画面实现对现场设备的远程手动控制。并可以设定系统处于手动还是自动运行模式。

　　4.2 人机界面

　　（1） 界面的设计原则

　　l 采用与实物形式相近的三维图形;

　　l 采用动画形式表现设备的状态;

　　l 故障、报警信息要显著、明显;

　　l 操作方便。

　　（2） 界面的内容

　　l 设备的状态信息（运行、停止、正常、故障等）;

　　l 现场数据（现场传感器的反馈值等）;

　　l 控制功能（实现控制功能的按钮等）;

　　l 设定信息（报警值修改、保存等）。

　　人机界面采用基于bbbbbbs平台的组态软件技术，可根据不同客户需求，方便、快速的生成个性化的人机界面，实现人性化的信息交换。

　　4.3 温度控制

　　温度（模拟量输入）信号直接传送到监控画面监视。画面可以根据具体条件对温度的报警值进行设定，并存储在plc中。当系统在远程控制模式下自动运行时，如果现场温度达到高报警值时，plc向监控终端发送报警信息，并自动启动通风装置;当系统处于远程手动模式下时，通风装置由画面手动控制。

　　4.4 液位控制

　　液位（模拟量输入）信号直接传送到监控画面监视。画面可以根据具体情况对液位的报警值进行设定，并存储在plc中。当系统在远程控制模式下自动运行时，如果现场液位高于高报警值时，plc向监控终端发送报警信息，并自动启动给水装置;如果现场液位低于低报警值时，plc向监控终端发送报警信息，并自动启动排水装置。当系统处于远程手动模式下时，给、排水装置由画面手动控制。

　　4.5 灌溉和照明控制

　　通过人机界面手动控制各个设备的打开/关闭。

5 通讯功能实现

　　5.1 gprs简介

　　上位机和下位机之间可以根据具体情况采用gprs、蓝牙、w-lan等多种形式进行无线数据传送。本系统由于监控距离远，通讯数据量相对较小，因此采用gprs进行数据传送。

　　gprs 是通用分组无线业务（general packet radio service）的英文简称，是在现有gsm系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为gsm用户提供分组形式的数据业务。作为一种新的移动数据通信业务，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线ip。gprs采用分组交换技术，资源被有效的利用，数据传输速率高。gprs移动数据传输系统有很大的应用范围，几乎所有中低速率的数据传输业务都可以应用，如城市配电网络自动化、自来水、煤气管道自动化、商业pos机、internet接入、个人信息、股票信息、金融、交通、公安等。

　　将gprs通讯模块通过rs232/485等接口连接至plc。通过gprs通讯模块，plc将所需要采集的信息发送至gprs gateway。gprs gateway将所接收到的数据通过internet网络发送至各客户监控终端。客户通过各自终端，进行远程数据采集、控制、指令发送等操作。通过客户应用界面程序，客户可以在任何地方接入internet，访问指定的web控制页面，通过web直接进行实时的远程监控