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实现触摸屏和PLC之间数据通信的方案

实现触摸屏和PLC之间数据通信的方案

2013/7/24 15:25:53
1 系统组成及设备之间的通信方式
  1.1 系统组成
  系统由昆仑通态TPC7063E 触摸屏、西门子S7-300 模块, 以及用于两者之间数据转换的PCAdapter 等组成。TPC7063E 不仅具有与众多硬件交互功能,它可以方便地读写各种PLC控制柜、智能仪表、智能模块、变频器等工控设备的数据,而且还具有强大的网络通信功能,支持串口通信及以太网通信方式。西门子S7-300 模块用来完成数据采集、处理以及输入输出控制功能。PC Adapter 完成将MPI 通信信号转换为RS232 串口信号,从而完成MPI 数据通信功能。
  1.2 触摸屏PLC控制柜 之间的通信方式
  触摸屏与S7 300PLC控制柜 之间采用MPI 通信方式。
  MPI 是多点接口(Multi Point Interface)的简称,是西门子公司开发的用于PLC控制柜 之间通讯的保密的协议,它的物理层是RS-485。MPI 通讯是当通信速率要求不高、通信数据量不大时,可以采用的一种简单经济的通讯方式。MPI 网络的通信速率为19.2 Kbps~12 Mbps,最多可以连接32 个节点。MPI 网络有一个网号,在组建MPI 网络前,要为每一个节点分配一个MPI 地址和1 个最高MPI 地址,使所有通过MPI连接的节点能够相互通信。PLC控制柜 通过此接口建立与触摸屏TP7063E 通信。STEP7 的用户界面提供了通信组态功能,使通信的组态比较简单。
 
  MCGS 嵌入版组态软件支持TPC7063E 触摸屏。其内的提供的S7300_400MPI 构件用于MCGS软件通过MPI 适配器读写西门子S7-300/400 系列PLC控制柜设备的各种寄存器。驱动类型为串口子设备,须挂接在“通用串口父设备”才能工作,通信协议为MPI, 通信方式为一主一从通令方式。驱动构件为主,PLC控制柜设备为从。
  1.3 系统设计与验证
  为了验证系统运行的可靠性,本方设计了一个控制系统。它由3 部分组成,
  ①现场级设备。包括温度、压力、水位传感器以及水泵运行控制柜;
  ②PLC控制柜处理级设备。它们完成数据的下载、处理及通信功能,主要包括电源模块1、CPU 模块2、以太网模块3和模拟模块4;
  ③管理级设备。主要是采用昆仑通态的TPC7063E 触摸屏, 主要负责现场级设备数据的监测和控制。
  系统整体结构如图1 所示。
 
  通过S7-300PLC控制柜与昆仑通态TPC7063E 触摸屏的MPI 通信,控制系统方案要求实现以下基本功能:
  (1)触摸屏上的仪表可以显示温度、压力、及水位值;
  (2)通过操作触摸屏上的开阀、关阀命令,实现对水泵的控制;
  (3)通过操作起停按钮,触摸屏能正确反映各点的变化情况;
  (4)在触摸屏上输入设定的水位值,如果超过设定水位,开泵,反之关泵;
  (5)可以设定系统时间,并启动时间,以便正确显示年月日时分秒。
1.4 系统实现
  (1)硬件连接
  MCGS 软件与设备通讯之前, 必须保证通讯连接及适配器正确。通讯时, 要使用标准西门子MPI适配器与上位机RS232 口通讯。工程中常用的西门子MPI 适配器有2 种型号, 分别为6ES7 972 -0CA23-0XA0 和6ES7 972-0CA20-0XA0。适配器的串口通讯的波特率可通过适配器上的DIP 开关进行设置,且必须与上位机Set PG/PC 中PC Adapter 的本地连接设置一致。在与TPC7063E 通讯前,根据需要附加通讯电缆与适配器的连接。其接线如图2 所示。
 
  (2)通信参数的设置
  在硬件组态时,通过点击CPU 的属性按钮来设置MPI 属性,包括站地址和通信速率, 主站驱动构件的站地址为0,从站PLC控制柜站地址为2,最高站地址为31,通信速率为187.5 kbps。运行STEP7 编程软件, 选择主菜单的选项->设置PG/PC 接口。选择PC Adapter(MPI),弹出通讯接口参数配置框,选择“本地连接”选项卡。设置本机串口的通讯参数,需要与MPI 适配器的DIP 拨码开关设置对应。此处设置连接到COM1,传输速率19 200。
  上位机组态时,需要设置“通用串口父设备”和“西门子S7-300/400 子设备”参数。父设备的通讯波特率为19 200,数据位数为8,停止位为1,奇偶校验位为奇校验。子设备中需将PLC控制柜站地址设置为2,PLC控制柜槽号为2,PLC控制柜机架号为0, 通信响应时间为800 ms。通讯所用帧格式为格式A,本站地址为0,网络传输率为187.5 kbps。最高站地址仍为31。
  对于系统的通讯状态,用户可以在采集通道中查阅通讯状态值找出通信失败的原因,这样对于维护系统作用重大,当通信状态值为0 时,表示当前通讯正常。
  (3)程序部分
  本系统PLC控制柜中包括模拟量采集程序、系统时间的设置和显示程序以及控制程序。模拟量采集程序实现水位、压力、温度信号的输入、转换及采样记录。
  传感器由于输出的是模拟信号,比如说4~20 ma,0~5V 或者0~10 V。输出模拟量送到PLC控制柜模拟量输入口中,通过数模转换,完成数字量的转换,实现程序。
  根据实际情况,微调传感器,通过PLC控制柜中的存储器将模拟数据送到触摸屏上显示。系统时间设置和显示时间程序通过调用PLC控制柜内部的时钟函数SFC0 与SFC1,实现在触摸屏上完成系统时间的设定,并显示出来。控制程序通过触摸屏电磁阀进行远程操作。
  (4)上位机部分
  在该系统中触摸屏主要用于设置系统参数、显示数据、控制外设运行。用户可以通过在触摸屏上设置系统参数, 然后通过MPI 接口将数据传递到PLC控制柜中,PLC控制柜就会记忆设置的数据并按照给定的参数运行程序,实现系统的可调可控,并将设备的运行反馈信号传输到显示屏上。触摸屏将传感器采集的数值读回到交互画面上,主要包括水泵电机的温度值, 出水口的压力值以及水仓水位的液位值,系统会以此数据作为水泵运行的条件。用户可以通过触摸屏实现对水泵的操作,系统也会依据水位高低变化,完成高水位自动起泵和低水位自动停泵的功能。
  1.5 系统应用
  MPI 接口是西门子S7 300 PLC控制柜通用通信接口,RS232 接口是触摸屏上常用接口。实现两者的通信,对于完成系统自动化控制意义重大。该通讯方式已在大中型煤矿的主井排水项目中得到广泛应用。
  2 结语
  本系统组合应用了触摸屏TPC7063E 与西门子S7-300PLC控制柜,通过MPI 实现数据的可靠通信。这样做不仅减少了电器元件的数量,省去了复杂的电气接线,使设备的检修更加方便,而且操作界面更加人性化,更容易实现电动设备监测控制。
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