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绝对值编码器的信号输出
绝对值编码器信号输出有并行输出、串行输出、总线型输出、变送一体型输出。
1. 并行输出:
绝对值编码器输出的是多位数码(格雷码或纯二进制码),并行输出就是在接口上有多点高低电平输出,以代表数码的1或0,对于位数不高的绝对编码器,一般就直接以此形式输出数码,可直接进入PLC或上位机的I/O接口,输出即时,连接简单。但是并行输出有如下问题:
1、必须是格雷码,因为如是纯二进制码,在数据刷新时可能有多位变化,读数会在短时间里造成错码。
2、所有接口必须确保连接好,因为如有个别连接不良点,该点电位始终是0,造成错码而无法判断。
3、传输距离不能远,一般在一两米,对于复杂环境,最好有隔离。
4、对于位数较多,要许多芯电缆,并要确保连接优良,由此带来工程难度,同样,对于编码器,要同时有许多节点输出,增加编码器的故障损坏率。
2. 串行SSI输出:
串行输出就是通过约定,在时间上有先后的数据输出,这种约定称为通讯规约,其连接的物理形式有RS232、RS422(TTL)、RS485等。
由于绝对值编码器好的厂家都是在德国,所以串行输出大部分是与德国的西门子配套的,如SSI同步串行输出。
SSI接口(RS422模式),以两根数据线、两根时钟线连接,由接收设备向编码器发出中断的时钟脉冲,绝对的位置值由编码器与时钟脉冲同步输出至接收设备。由接收设备发出时钟信号触发,编码器从高位(MSB)开始输出与时钟信号同步的串行信号.
串行输出连接线少,传输距离远,对于编码器的保护和可靠性就大大提高了。
一般高位数的绝对编码器都是用串行输出的。
3. 现场总线型输出
现场总线型编码器是多个编码器各以一对信号线连接在一起,通过设定地址, 用通讯方式传输信号,信号的接收设备只需一个接口,就可以读多个编码器信号。总线型编码器信号遵循RS485的物理格式,其信号的编排方式称为通讯规约,目前全世界有多个通讯规约,各有优点,还未统一,编码器常用的通讯规约有如下几种:
PROFIBUS-DP; CAN; DeviceNet; Interbus等
总线型编码器可以节省连接线缆、接收设备接口,传输距离远,在多个编码器集中控制的情况下还可以大大节省成本。
4.变送一体型输出
连接绝对编码器的电气二次设备:
连接绝对值编码器的设备可以是可编程控制器PLC、上位机,也可以是专用显示信号转换仪表,由仪表再输出信号给PLC或上位机。
1.直接进入PLC或上位机:
编码器如果是并行输出的,可以直接连接PLC或上位机的输入输出接点I/O,其信号数学格式应该是格雷码。编码器有多少位就要占用PLC的多少位接点,如果是24伏推挽式输出,高电平有效为1,低电平为0;如果是集电极开路NPN输出,则连接的接点也必须是NPN型的,其低电平有效,低电平为1。
2.编码器如果是串行输出的,由于通讯协议的限制,后接电气设备必须有对应的接口。
例如SSI串行,可连接西门子的S7-300系列的PLC,有SM338等专用模块,或S7-400的FM451等模块,对于其他品牌的PLC,往往没有专用模块或有模块也很贵。
3.编码器如是总线型输出,接受设备需配专用的总线模块,例如PROFIBUS-DP。
但是,如选择总线型输出编码器,在编码器与接收设备PLC中间,就无法加入其他显示仪表,如需现场显示,就要从PLC 再转出信号给与信号匹配的显示仪表。Wincc如何读取PLC数据profibus通讯,加EM277模块,CP5611卡,建立与S7-200通讯,各项设置完成,WINCC中新建了profibus的外部变量ReadPLc,对应PLC单元地址。下一步是wincc如何获得PLC单元的值?也就是说wincc如何读取外部变量并存储在全局脚本中的一个全局变量中.问题补充:各位大虾,好象S7-200加了EM277模块就可以不用pc ACCESS ,走PROFIBUS通讯就行了,S7-200和WINCC中的PROFIBUS、cp5611 都配煤昧耍琖INCC--- 变量中新建了PROFIBUS DP ,在CP5412 BORD1 中新建了变量ReadPLc,剩下就是如何读取ReadPLc的值?最佳答案电脑要安装PC ACCESS软件.在PC ACCESS中,把要取的PLC的变量设置好.例如:取PLC的VB10数值,在PC ACCESS中设置VB10.
在WINCC中要选择OPC的通道.硬件连接好后,在OPC通道中就能够看到PC ACCESS中设置的VB10,把VB10选中后就相当与你把VB10的数值取到了WINCC中.
VB10就是WINCC的外部变量.在WINCC中你在把VB10的数值写入一个全局变量中就行了.-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------外部变量就是全局变量
1、主站:wincc5应该带有modbus通讯驱动,wincc6可以通过modbus opc server实现。从站:在s7200项目中添加modbus slave协议库(microwin帮助中有详细介绍)。主从站的通讯参数必须一致。
2、pc access其实就是一个s7 200 opc server(ppi),比采用modbus简单易用,由于采用ppi协议,plc项目中不必另嵌通讯处理程序。
3、pc/ppi电缆也可以用市售的rs232/485转换器代替。
WinCC与S7-200系列PLC通过PPI协议进行通信的实现。
PPI协议是西门子S7-200系列PLC常用通信协议,但WinCC中没有集成该协议,即WinCC不能直接监控S7-200系列PLC组成的控制系统。S7-200 OPC Server是西门子公司推出的专为解决上位机监控S7-200系列PLC控制系统的接口软件。因此,WinCC可以通过该软件与S7-200系列PLC很方便的建立通信。
(1) 软硬件要求:
* PC机 ,bbbbbbs 98操作系统;
* S7-200系列PLC。
* PC/PPI电缆。
* 安装S7-200 OPC Server 软件。
* 安装WinCC 4.0软件。
(2)连接:
在控制面板中设定PG/PC接口参数。在Access Point of the Application中选择Computing,Interface参数选择PC/PPI Cable。
在WinCC变量管理器中添加一个新的驱动程序,新的驱动程序选择OPC.CHN,在OPC GROUP中新建一个连接,打开属性,选择 OPC Group Setting,OPC服务器名称为OPCServer.MicroComputing。然后在新添加的连接中新建变量,变量的Item Name与S7-200系列PLC中用于监控的变量名对应。例如:Item Name为M0.0。
(3)优缺点
优点:该方法连接简单、硬件投资少、可以读写S7-200系列PLC中所有存储区域。缺点:通信速度比较慢、需要OPC软件及相应授权、系统扩展不方便。应用场合:用于低速、实时性要求不高、系统投资资金有限的系统。
另外,也可以通过其他公司的OPC软件进行通信,例如用开普的KEPServerEx作为OPC服务器,用WinCC作为OPC客户端来读写S7-200系列PLC内部数据区。实现与上述第二种方法类似,不同的是必须在OPC服务器中建立标签与S7-200系列PLC中存储地址对应。
在复杂系统中,如果系统中同时有S7-200系列PLC和S7-300系列PLC存在,S7-200系列PLC一般作为S7-300系列PLC的从站挂到Profibus总线上,WinCC通过S7-300系列PLC对S7-200系列PLC进行监控。
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由于wincc推出比s7-200要晚,故其对s7-200的支持不好。所以s7-200(即使支持MPI)不能想s7-300/400那样直接和wincc通讯。西门子为此专门编写了PC Access 软件来解决wincc与s7-200的通讯问题。
结构如上图所示。PC Access与s7-200直接通讯,然后作为winnc的OPC Server为wincc提供数据;wincc作为OPC Client使用这些数据,间接与PLC通讯。
网上的经验之谈:
采用OPC通讯
1,用STEP7 MICROWIN完成S7-200的工程建立和编程,其中必须为OPC准备好符号表。注意符号表名称以及表中变量名都禁用中文,这是OPC的要求。
2,安装PC ACCESS,然后导入建立的S7-200符号表,同时定义PC access到S7-200的通讯。这在PG/PC INTERFACE中完成。具体通过PPI,或MPI,或PROFIBUS,或以太,或MODEM均可以,根据所用硬件定。
3,进入wincc,添加OPC驱动,定义OPC的属性时点击浏览。浏览路径是LOCAL/SIMATIC S7-200 OPC SERVER,由此按提示将导入到PC ACCESS中的变量添加到wincc。
4,进入wincc完成其他组态,即可引用S7-200中的变量。
5,注意如果通过以太网访问时,需要在STEP7 MICROWIN中完成通讯的连接定义,以及通讯双方的TSAP的定义。
特别要注意几点
1、只有将所希望采集的数据地址在符号表里标明后,才能自动输入到PC ACCESS里
2、建议文件名和符号表的名字都别用中文,因为我出过问题,改成英文就OK了,也没有多加验证
3、采集过来的带D的数据区(如VD100)默认是双整,如果在程序中是实数,则需要修改数据类型,文件中有图
4、WINCC中的OPC条目管理器可能不会显示你PC ACCESS所在的计算机,可以通过单击“计算机”,然后输入计算机名来搜索问题:pc/ppi在9.6kbit的波特率下,wincc与s7-200的通讯正常;而在19.2kbit的波特率下(PC/PPI电缆已设置且PC Access软件也已设置),wincc与PLC的通讯中断。
早期的DCS是完全封闭的,由各个生产厂自己生产I/O组件、控制站、操作员站、工程师站,自己设计开发系统网络和控制组态软件。用户在其中任何一个环节都脱离不了该DCS生产厂,处处受其制约。也就是说,各个DCS生产厂的硬件(包括I/O组件、控制站、操作员站、工程师站)不能互相代用,系统网络互不兼容,无法互通信息,控制组态软件种类繁多。甚至连拥有多个DCS生产厂的跨国仪表公司,其下属的各DCS生产厂的产品也有这种情况,如ABB公司,其下属的DCS有贝利 (Bailey)公司的INFI-90、阿西雅(Asea)公司的MASTER、哈特曼·布朗(Hartmann & Braun)公司的Freelance 2000。
近年来,这种情况有所改变,操作员站、工程师站可采用通用计算机;各个厂家纷纷放弃各自的系统网络转而采用通用计算机网络;当DCS融入现场总线技术时,甚至连I/O组件也可以选择。而唯一没有变化的是控制组态软件。控制组态软件互不通用,使用户每采用一种新的软件时就得重新学习,制造厂也得为控制组态软件的开发投入大量人力物力。
PLC在这方面走在 DCS的,早在1993年国际电工委员会(IEC)就制定了IEC1131 PLC的标准。
本文将通过对PLC标准化编程的IEC1131-3标准及其在PLC中的应用情况的介绍,分析该标准在DCS中应用的可能性及目前的应用状况。
一 PLC与IEC1131-3标准
基于微处理器的PLC自1968年问世以来,已取得迅速的发展,成为工业自动化领域应用最广泛的控制设备。当形形色色的PLC涌入市场时,国际电工委员会及时地于1993年制定了IEC1131标准以引导PLC健康地发展。
IEC1131标准共分为5个部分:IEC1131-1为一般信息,即对通用逻辑编程作了一般性介绍并讨论了逻辑编程的基本概念、术语和定义;IEC1131-2为装配和测试需要,从机械和电气两部分介绍了逻辑编程对硬件设备的要求和测试需要;IEC1131-3为编程语言的标准,它吸取了多种编程语言的长处,并制定了5种标准语言;IEC1131-4为用户指导,提供了有关选择、安装、维护的信息资料和用户指导手册;IEC1131-5为通信规范,规定了逻辑控制设备与其他装置的通信联系规范。
该标准是由来自欧洲、北美以及日本的工业界和学术界的专家通力合作的产物,在IEC1131-3中,专家们首先规定了控制逻辑编程中的语法、语义和显示,然后从现有编程语言中挑选了5种,并对其进行了部分修改,使其成为目前通用的语言。在这5种语言中,有3种是图形化语言,2种是文本化语言。图形化语言有梯形图、顺序功能图、功能块图,文本化语言有指令表和结构文本。IEC并不要求每种产品都运行这5种语言,可以只运行其中的一种或几种,但均必须符合标准。在实际组态时,可以在同一项目中运用多种编程语言,相互嵌套,以供用户选择最简单的方式生成控制策略。
正是由于IEC1131-3标准的公布,许多PLC制造厂先后推出符合这一标准的PLC产品。美国A-B公司属于罗克韦尔(Rockwell)公司,其许多PLC产品都带符合IEC1131-3标准中结构文本的软件选项。法国施耐德(Schneider)公司的Modicon TSX Quantum PLC产品可采用符合IEC1131-3标准的Concept软件包,它在支持Modicon 984梯形图的同时,也遵循IEC1131-3标准的5种编程语言。德国西门子(Siemens)公司的SIMATIC S7-300、S7-400、C7-620均采用SIMATIC软件包,其中梯形图部分符合IEC1131-3标准,而任选的软件S7-SCL(结构控制语言)可进行公式计算及复杂优化算法的简化运算等数据处理工作,另一个任选软件S7-GRAPH(标准化显示)可完成带多种条件转换的复杂顺序控制。据介绍,这两个任选软件相当于IEC1131-3 标准中的结构文本和顺序功能图。为方便用户,它们也可以提供转换软件将西门子公司(其产品包括已兼并的原德克萨斯仪表公司的PLC)早先使用的STEP 5/TISOFT程序转换到SIMATIC S7系统中。德国倍福(Backhoff)公司的WinCAT PLC控制自动化系统采用了T WinCAT工控软件,它支持IEC1131-3标准的全部5种语言。台湾研华公司的ADAM-5510/P31及由北京公司经销的STAR P31 PLC产品均采用了Paradym-31软件包,它包含了IEC1131-3标准中规定的顺序功能图、梯形图和功能块图3种语言。
二 DCS采用IEC1131-3标准的可能性
曾为霍尼韦尔(Honeywell)公司、ABB贝利公司、西屋(Westinghouse)公司、罗克韦尔公司提供控制软件的一家美国公司,近期推出了带有PLC形式的M过程控制系统,但用户就M系统是否符合IEC1131-3标准的问题而提问时,该公司回答说:“IEC1131-3标准是专门为PLC系统制定的,它的目的是为逻辑控制器的开发提供一个基准,即使用相同的程序(甚至是相同的编程工具),这些包括在技术标准中的许多要求并不适用于过程控制系统,因此M系统和许多DCS过程控制系统一样,发现IEC1131-3标准并不适用于过程控制”。
或许是因为担心影响公司产品在控制软件市场上的销售量,这样的观点在作者看来多少有点片面。事实上如今的PLC早已不是单纯的逻辑控制器,许多PLC产品已经吸取了DCS的长处,与DCS相互渗透并融为一体了;以往属于DCS的常规PID控制、高级回路控制、复杂的数学运算等功能在PLC产品中已屡见不鲜了;DCS要完成的功能,应该说PLC系统基本都能完成。因此许多学者认为DCS与PLC所实现的功能越来越接近,两者的差别将逐渐消失。PLC系统可以采用IEC1131-3标准完成控制软件组态工作,DCS借助这一标准也应该能够完成控制软件组态工作。
具体来说,DCS控制组态软件所涉及的功能主要包括开关量的逻辑控制、模拟量的PID控制和复杂的数学运算这3大类功能。采用梯形图、顺序功能图、指令表等编程语言可完成开关量的逻辑控制是不言而喻的;采用功能块图实现简单PID、高级回路控制也是可行的,更复杂的回路控制可以借助结构文本来实现;数学运算同回路控制一样,也可借助功能块图和结构文本语言。更复杂的要求在DCS中目前也是采用一些特殊的设备、特殊的组态方式加以处理的,如在霍尼韦尔公司的TDC-3000系统中,可采用应用组件、计算单元和CL高级控制语言专门完成这些工作。
三 IEC1131-3标准在DCS中的实际运用
德国西门子公司的SIMATIC PCS7 DCS是在SIMATIC S5、S7的基础上开发的,它所使用的工程师工具集(Engineering Toolset)全部采用了IEC1131-3标准。美国慕尔过程自动化(Moore Process Automatic Solution)公司在其四重化冗余的安全PLC(QUADLOG)控制系统中采用了4-mation组态软件。该软件符合IEC1131-3标准中的4种编程语言:梯形图、顺序功能图、功能块图和结构文本,而在该公司APACS DCS/PLC混合控制系统中也采用了4-mation软件。美国费希尔—罗斯蒙特(Fisher-Rosemount)公司于1996年推出的带现场总线的控制系统DeltaV采用了IEC1131-3标准组态。美国利诺(L&N)公司的MAX1000+PLUS DCS在其组态工具MAXVUE中集成了法国CJ International公司的ISaGRAF软件并作了相应的扩充,可提供IEC1131-3标准的5种编程功能。瑞士ABB公司下属的Hartmann & Braun公司的Freelance 2000 DCS的组态软件DigiTool支持IEC1131-3标准中的4种编程语言:梯形图、顺序功能图、功能块图和指令表,同时它还可以提供多于190个经过现场检验的功能块子程序和多于200个用户自定义组态的图形符号。以生产Citect工控软件著名的CiT
(西雅特)公司的MOX模块化开放式控制系统(其中包括CSS采样监控系统)采用了IEC1131-3标准组态,所使用的软件也是法国CJ International公司的ISaGRAF软件。国际现场总线基金会为实现各公司产品的互可操作性,制定了几十种常用的标准功能块及其参数,基金会声称这些功能块遵循IEC1131-3标准的功能块图。
上面的例子中两次提到法国CJ International公司的ISaGRAF软件,它是目前符合IEC1131-3标准的三大组态软件之一(另两个是美国Wonderware公司的InControl和美国 Wizdom Controls公司的Paradym-31)。ISaGRAF软件是一个具有bbbbbbs风格的以图形为界面的友好平台,可用来对系统进行组态、调试和维护。
国内DCS产品在这方面并不落后,最早引入IEC1131-3标准的是冶金部自动化研究院智能装备所,在该所生产的EIC2000现场总线控制系统中采用了该标准。如在EIC2000-LON子系统中包含的OnLon软件和EIC2000-ST子系统中包含的Workbench软件,都得到ISaGRAF软件的支持。北京和利时公司也较早认识到IEC1131-3标准的重要性,所以他们在HS2000 DCS中就已经采用了梯形图、功能块图和结构文本的标准语言,并且在1999年推出的FOCS带现场总线的控制系统和MACS先进控制系统中,采用了IEC1131-3标准的全部5种编程语言。而在电力行业业绩显赫的上海新华控制工程公司的XDPS-400 DCS中,控制组态软件采用了IEC1131-3标准的功能块图编程语言。在化工行业应用颇多的浙江威盛自动化公司在其新推出的支持现场总线的FB-3000 DCS中采用了符合IEC1131-3标准的控制组态软件。在国内DCS应用已达500套的浙江浙大海纳中控自动化有限公司,其最新系统JX-300X也支持IEC1131-3标准的梯形图、功能块图和顺序功能图。2000年6月,深圳德维森公司推出TCS柔性控制系统,其控制组态软件TP311、TP321中采用了IEC1131-3标准的软件包。
我们在工程实践中对用于物料成分配料控制的HS2000 DCS进行控制软件组态时,使用了梯形图、功能块图和结构文本等多种编程语言,特别是采用了结构文本对X荧光分析仪分析结果进行物料配比控制的复杂算法组态中,发现其功能相当强大,并没有产生IEC1131-3标准不适合过程控制的任何感觉。
综上所述,采用IEC1131-3标准的编程语言方便实用,标准化程度高,用户很快就可熟悉组态工作,并把原先所掌握的知识用于新的系统;对制造厂来说,可以把人力、物力投到DCS的硬件、网络或其他方面。由此看来,DCS的控制组态软件采用IEC1131-3标准应该是DCS的发展方向之一。
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