M90/M91微型OPLC

1 概述 　　在当今控制系统中，PLC是发展最快、应用范围最大的控制系统，但在其问世初期，除了在开关量I/O卡件上有ON/OFF信号灯可以看到开关量I/O的输入输出状态外，没有其它可以在操作员与PLC设备进行人机交流的界面。而最新型的PLC，可以直接与PC机相连，在由PC 机构成的操作员站上进行人机交流。在规模较小的PLC系统里或在生产现场，也可采用另外一些尺寸较小的可编程终端，如西门子公司的TD200、欧姆龙公司的NT620、Digital公司的GP等型号的操作面板上进行人机交流。以色列Unitronics Industrial Automation Systems是一家从事可编程控制器（PLC）科研设计、生产制造、市场销售的公司，Unitronics公司成立于1989年，近年来，该公司率先制造了一种拥有一体化HMI(Human Machine Interface,人机操作界面)的PLC，因此我们可以看到PLC中一类新产品的产生：OPLC (Operator panel and Programmable Logic Controller)。所谓一体化就是指这类PLC将控制器、I/O组件、操作面板合而为一，这种PLC+HMI独特的观念节省了配线、降低了价格、减少了尺寸，因而给用户带来了极大的方便。 2 M90/M91微型OPLC的特点 　　一体化结构，主机为带可操作显示面板的微型PLC，主机本身可带的I/O点数从14点到24点； 　　加I/O扩展模块后，可连接最多8个I/O模块，可扩展最多64个I/O点； 　　多达63台M90/M91可通过总线连接成一个网络； 　　部分型号可接受1～2个模拟量输入信号，1个模拟量输出信号，可实现PID回路控制； 　　在PC机上进行梯级图编程、操作显示面板编程； 　　带RS232串行端口，支持GSM功能； 　　可接受高速脉冲开关量输入，可带高速脉冲开关量输出。 3 M90/M91微型OPLC功能的详细介绍 3.1 一体化结构 图1所示为M90/M91微型OPLC的外观图 　　由图1可见，M90/M91微型OPLC的外形类似一台小尺寸的数字显示仪，其尺寸为96*96*64mm3，在这个可以放在掌心的袖珍形设备内集成了14～24个I/O点的微型PLC和一个带键盘的操作显示面板，因而被称为All-in-One(集成一体化)。M90/M91微型OPLC系列共有13个产品，其I/O点数和性能稍有差别，如有的产品不带模拟量输入，有的产品不带模拟量输出，有的产品不带CANbus总线等等。 　　M90/M91微型OPLC可以安装在仪表盘上，也可以安装在DIN导轨上。 　　在操作显示面板上我们可以看到有一个LCD液晶显示器，它是一个可以最多显示16个字符（带背光）的文本显示器。在操作显示面板下面有15个密封隔膜按键，通过键盘可对M90/M91进行信息通信并修改现有数据。 在操作显示面板上可以完成以下功能： 　显示实时信息； 　通过操作显示面板的按键可输入数据； 　显示时间、日期、开关量输入状态（on、off）、关量输出状态（on、off）、模拟量输入量程和当前值、模拟量输出量程和当前值、计数器值、内部继电器状态（on、off）、寄存器当前值、计时器参数（预置值、当前值、状态）； 　显示80个用户自定义显示界面； 　通过信息模式功能查看I/O状态、参数值和系统数据。 3.2 系统扩展 　　M90/M91微型OPLC系列中除一个产品外，其余均可通过I/O扩展模块适配器EX-A1带最多8个I/O扩展模块或最多64点I/O（见图2），I/O扩展模块的型号见表1。 　　图2中，左方为M90/M91微型OPLC，由它连出的第一个模块为I/O扩展模块适配器EX-A1，后面连接的为I/O扩展模块。 3.3 网络 　　通过Unitronics‘CANbus协议，最多63台M90/M91微型OPLC（以及该公司Vision OPLC产品）可构成一个高速网络（见图3），并且可以在网络中进行有效的内部数据交换，成为一个SCADA数据采集系统，可以集中管理数据，而此时的M90/M91微型OPLC成为一个远程智能采集终端，图中右方的设备是该公司Vision OPLC产品。 3.4 模拟量功能 　　为适应生产过程不同的要求，部分主机可带1～2点模拟量输入、1点模拟量输出，通过I/O扩展模块中的每一块IO-AI4-AO2，可分别增加4点模拟量输入、2点模拟量输出。模拟量输入信号类型包括0～10V、4～20mA、0～20mA,模拟量输出信号类型包括±10V、4～20mA、0～20mA，此外还可通过高速脉冲输出控制步进电机实现PID控制。每台M90/M91微型OPLC内置PID功能块支持最多4个独立的PID控制回路。由于没有见到限制接入的扩展模块类型的说明，所以M90/M91微型OPLC的模拟量输入输出点数应该说还是不少的，而功能也还是很强的。 3.5 程序编制 　　在Windows95、98或NT4.0环境下运行的PC机采用U90梯级图软件即可对M90/M91微型OPLC的应用程序及其人机界面HMI进行编程。U90梯级图软件提供方便快捷的编程环境，可使用触点、线圈、定时器和功能块（包括数学运算、逻辑运算、时钟等）进行组态。编程结束后，可通过RS-232串行口向M90/M91微型OPLC下载程序。 　　PLC部分编程采用梯级逻辑图，其容量为2048字（仅M90-19-BA为1024字），内部位/线圈256个，内部字/寄存器256个。 HMI编程完成以下工作： 　设计操作界面； 　创建和显示变量； 　设计操作功能； 　给键盘指定功能； 　在LCD文本显示器上生成并显示信息，显示信息类型可以是错误信息、指令、操作员请求及通过键盘送入的信息。 3.6 GSM功能 　　选购一套GSM组件后，即可与M90/M91微型OPLC构成远程GSM控制网络器件。GSM组件包括GSM传输站、天线、电缆、电源等部件，GSM传输站可以是Wavecom、TC30、M20T等型号的调制解调器。 此时的M90/M91微型OPLC具有发送和接收含有固定文本和变量数据的SMS短信息功能。一台M90/M91微型OPLC可以向6个不同的GSM电话号码发送信息；不同的电话号码可以发送不同的短信息。当任何用户定义好的事件发生时，通过GSM网络，M90/M91微型OPLC会立即发送短信息到GSM手机或其它终端上。通过GSM网络，GSM手机或其它终端也可以将短信息发送到M90/M91微型OPLC以监视或修改设定点或系统内的实时数据。 远程GSM控制网络示意图见图4。 　　图4中，右上方的M90/M91微型OPLC通过RS232口与带天线的GSM传输站相连，当有报警事故出现时，它向图左下方的操作人员发出手机短信息：3#贮槽温度161℃；操作人员接受到报警信息后，反过来向M90/M91微型OPLC发出手机短信息：3#贮槽温度设定值改变为120℃；当某项预先设定的任务完成时，M90/M91微型OPLC项管理人员发出手机短信息：6#订货单产量完成。由图4可见，这样简便易行的网络通讯方式对用户来说时非常有效的。 将OPLC与GSM或调制解调器相连接，则可实现： 　通过PC机远程操作控制器面板； 　对OPLC程序进行远程下载、上载或调试； 　通过PC机或笔记本电脑浏览实时参数值； 　在线实时发送/接收SMS短消息。 3.7 高速脉冲I/O 　　所有型号M90/M91微型OPLC均有1~3个10kHz、16位分辨率的高速脉冲输入，它可作为旋转编码器之类的高速计数器/频率测量器的输入口，用于电机速度测量或其它用途。有4种型号的M90/M91微型OPLC可选高速脉冲输出（1.5~5Hz），它可通过PWM(脉冲宽度调制)控制步进电机或作为PID控制回路的输出。 4 应用 　　M90/M91微型OPLC主要用于一些小型机器设备的控制，例如用于压缩机、水泵、皮带输送机、印刷机、包装机、售货机、冶金炉的控制，与一般控制设备相比，它带了一个文本显示器，操作人员可以通过它对设备进行监视和控制，而且其价格低廉（最低档产品的网上报价为1380元，见www.konder.com网站），所以应用前景看好。据介绍，在西班牙的巴塞罗那街头的咖啡自动贩卖机都配有M90微型OPLC，当贩卖机中的贮罐内没有咖啡粉时，M90发出SMS短信息，通知供应商。供应商接到短信息后，即派工作人员到这台贩卖机添加咖啡粉。添加后，贩卖机再次发出短信息，确认贮罐内已添加了咖啡粉。此外，贩卖机还可发出短信息定期报告销售业绩。 　　昆明康德尔公司已采用M90/M91微型OPLC开发出KDFC环境自动监测与监控系统，并已在昆明市环保局污水远程监控系统中投入数百套自动监测站。该远程监控系统由控制中心和分散于昆明市区的各监控点的自动监测站组成，自动监测站采用的是带GSM/GPRS模块的OPLC。自动监测站将监控点的数据（包括排放污水流量值、污水处理设备运行时间等数据）以短信息方式，通过电信部门提供的短信业务定时将以上数据传送到控制中心，录入SQL Server数据库，并对录入的排放污水流量值、污水处理设备运行时间进行实时累计。在每天晚上的固定时间将当日累计数据上报数据中心。此外，控制中心监控人员可随时察看分散于昆明市区的监控点的实时运行数据，了解各监控点的实际运行情况，如污水处理装置是否运行，实际排放污水量的大小等数据。 　　目前该系统正投入运行，昆明市环保局已根据污水远程监控系统所采集的数据和数据处理结果进行排污收费和监视各监控点污水处理设备运行状况，系统运行成效显著。类似的系统将在成都、深圳、北京等地投入运行。 　　除了排放污水流量值、污水处理设备运行时间外，该系统还可提供液位、pH、DO、BOD、COD(TOC)等参数的传送。 　　依作者的想法，我们还可以把M90/M91微型OPLC当作一个虚拟仪表，进一步开发其功能。我们首先分析一下M90/M91微型OPLC有哪一些输入输出点，然后就可以想到它可能用在什么地方。例如，昆明康德尔公司开发出的KDFC环境自动监测与监控系统，其应用之一就是利用超声波液位计检测作为流量测量元件的明渠液<