故障分类及原因：1、CPU异常报警而停机;2、存储器异常报警而停机;3、输入/输出单元异常报警而停机;4、扩展单元异常报警而停机。

二、故障现象二：程序不执行

故障分类及原因：1、全部程序不执行;2、部分程序不执行;3、计数器误动作。

三、故障现象三：程序内容变化

故障分类及原因：1、长时间停电引起变化;2、电源ON/OFF操作引起变化;3、运行中发生变化。

四、故障现象四：输入/输出单元不作

故障分类及原因：1、输入信号没有读入CPU;2、CPU没有发出信号。

五、故障现象五：写入器不能操作

故障分类及原因：1、没有按下特定键或操作不当;2、完全不动作。

六、故障现象六：扩展单元不动作

故障分类及原因：1、只有特定的输入/输出信号不动作：2、全部不动作。

七、故障现象七：PROM不能运转

故障分类及原因：1、没有接通PROM;2、出现错误。

PLC故障诊断要点

1、CPU异常：

CPU异常报警时，应检查CPU单元连接于内部总线上的所有器件。具体方法是依次更换可能产生故障的单元，找出故障单元，并作相应处理。

2、存储器异常：

存储器异常报警时，如果是程序存储器的问题，通过重新编程后还会再现故障。这种情况可能是噪声的干扰引起程序的变化，否则应更换存储器。

3、输入/输出单元异常、扩展单元异常:

发生这类报警时，应首先检查输入/输出单元和扩展单元连接器的插入状态、电缆连接状态，确定故障发生的某单元之后，再更换单元。

4、不执行程序 ： 一般情况下可依照输入—程序执行—输出的步骤进行检查

(1)输入检查是利用输入LED指示灯识别，或用写入器构成的输入监视器检查。当输入LED不亮时，可初步确定是外部输入系统故障，再配合万用表检查。如果输出电压不正常，就可确定是输入单元故障。当LED亮而内部监视器无显示时，则可认为是输入单元、CPU单元或扩展单元的故障。

(2)程序执行检查是通过写入器上的监视器检查。当梯形图的接点状态与结果不一致时，则是程序错误(例如内部继电器双重使用等),或是运算部分出现故障。

(3)输出检查可用输出LED指示灯识别。当运算结果正确而输出LED指示错误时，则可认为是CPU单元、1/0接口单元的故障。当输出LED是亮的而无输出，则可判断是输出单元故障，或是外部负载系统出现了故障。

另外，由于PLC机型不同，1/0与LED连接方式的不一样(有的接于1/0单元接口上，有的接于1/0单元上)。所以，根据LED判断的故障范围也有差别。

5、部分程序不执行 ： 检查方法与前项相同

但是，如果计数器、步进控制器等的输入时间过短，则会出现无响应故障，这时应该校验输入时间是否足够大，校验可按输入时间<输入单元的最大响应时间+运算扫描时间乘以2的关系进行。

6、电源的短时掉电，程序内容也会消失 ：

(1)这时除了检查电池，还要进行下述检查

(2)通过反复通断PLC本身电源来检查。为使微处理器正确启动，PLC中设有初使复位点电路和电源断开时的保存程序电路。这种电路发生故障时，就不能保存程序。所以可用电源的通、断进行检查。

(3)如果在更换电池后仍然出现电池异常报警，就可判定是存储器或是外部回路的漏电流异常增大所致。

(4)电源的通断总是与机器系统同步发生，这时可检查机器系统产生的噪声影响。因为电源的断开是常与机器系统运行同时发生的故障，绝大部分是电机或绕组所产生的强噪声所致。

7、PROM不能运转 ： 先检查PROM插入是否良好，然后确定是否需要更换芯片

8、电源重新投入或复位后，动作停止： 这种故障可认为是噪声干扰或PLC内部接触不良所致。噪声原因一般都是电路板中小电容容量减小或元件性能不良所致，对接触不良原因可通过轻轻敲PLC机体进行检查。还要检查电缆和连接器的插入状态。

    该晶硅切方机有金钢丝切割和铜丝切割两种模式供使用者选择，工作流程高度自动化，包括开机准备、加工监控、状态数据存储等，具有安全认证、红外线对槽、报警、屏幕清洁模式等功能。

    开机准备中，操作者可进行卷绕点动、穿丝操作、升降台、张力臂中心预设、卷帘门、更换线筒、切割速度等参数设定及操作，并有切割准备是否全部完成的自动检测功能。

    加工时可实时监控张力、各卷绕当前线长、各张力臂位置、进给速度、升降台位置、主机线速度、加工所需线量、研磨液流量、加工时间、拉刀时间等参数，并对重要参数通过界面、声音、MSN、手机短信等多种方式进行报警。

   红外线对槽功能，可选择加工槽号、设定点动速度、正点反点方式等，界面清晰、操作简单，保证对槽的精确度。

贴心的屏幕清洁功能，从用户角度出发，人性化设计，全方位满足用户需求。

系统特色：
1、   该切割设备采用PowerView15寸平板电脑式人机界面，内置组态软件，显示屏幕大、亮度高、视角广阔，与易控组态软件精致的图形显示相匹配。在开机准备、设备运行和红外线对槽功能中，加入了动画效果，生动展示设备运行状况。

2、   该上位监控设备Powerview硬件采用散热片散热，电子盘存储，无风扇、无磁头，可有效防尘、防震，工作温度湿度范围更宽，极大地提高了系统的稳定性。

3、切方完成后，利用易控组态软件的功能，可自动存储工作过程各参数，形成EXCEL表格，为产品品质提供数据依据。

4、多语言功能。目前该晶硅切方设备已经出口到日本、印度、台湾等地，Powerview高端人机界面的领先的多语言功能，可实现系统的一键式语言切换，快速将简体中文转换为日文、英语、繁体中文等二百多种语言，为设备走向全球创造条件。

    在本晶硅切方机中，采用powerview人机界面替代了原先的触摸屏，硬件的性能与内嵌易控组态软件相互匹配，将系统的优点发挥到最大。稳定性高、硬件性能卓越，软件功能丰富，易学易用，深得用户信赖与好评。

　　由于机械-液力传动系统惯性较大，本系统仅采用比例和积分控制，100毫秒中断一次，做PID计算，通过工程计算初步确定其增益和时间常数为Kc =2.5、Ti =60s、Td=0s、Ts=0.1s,进一步计算后可达到最优控制效果。
5 结论
　　基于西门子PLC的控制系统，实现了对液力偶合器主要运行参数的实时监控。通常，电厂锅炉配备两台以上的给水泵，结合蒸汽锅炉运行状态的自动监测，可以实现整个机组的在线监控、故障诊断和报警等,西门子PLC具有丰富的网络构建功能，因此液力偶合器控制系统尚有很大的可扩展性。
　　本文作者创新点在于：利用PLC的PID调节功能取代了原来电动执行器必需配备的勺管伺服放大器，加快了系统的响应速度。
参考文献:
　　[1]杨乃乔,姜丽英编著,液力调速与节能[M],北京:国防工业出版社,2000.5:2-5
　　[2]殷洪义,可编程序控制器选择设计与维护[M],北京:机械工业出版社,2004.3:143-147
　　[3]张雪平,PLC在锅炉风机控制中的应用[J],微计算机信息,2005.6:42-43
　　[4]西门子（中国）有限公司，SIMATIC S7-200可编程序控制器系统手册[Z],2004.6:2-5

2 污水处理工艺简介 
 
    目前我国许多油田处于二次采油期，即注水开采期，所采的油中含有大量的污水。油田污水处理的目的是将处理后的水回注地层以补充、平衡地层压力，防止注入水和返回水腐蚀注水管和油管，避免注入水使注水管、油管和地层结垢。其处理方法是使用A、B、C三种药剂，其中A剂为pH值调整剂，B剂为沉降剂，C剂为阻垢剂。其工艺流程方案如图2—1所示。根据工艺要求，关键是在混合罐中对污水添加A剂提高污水的pH值（即控制pH2）以减少腐蚀。添加B剂可加速污水中絮状物的沉淀。添加C剂可减缓污水在注水管和油管中的结垢。该系统属非线性、大滞后系统，其对象的精确数学模型难以获得，采用PID反馈控制效果不是很理想，且采油联合站都位于偏僻的地方，环境恶劣。因此，该污水处理系统采用了基于PLC的模糊控制来提高系统的控制精度和可靠性，从而满足工艺要求。

3 模糊控制原理
 
    控制系统采用“双入单出”的模糊控制器[1]。输入量为pH值给定值与测量值的偏差e以及偏差变化率ec，输出量为向加药泵供电的变频器的输入控制电压u。图3—1为模糊控制系统的方框图［2］。控制过程为控制器定时采样pH值和pH值变化率与给定值比较，得pH值偏差e以及偏差变化率ec，并以此作为PLC控制器的输入变量，经模糊控制器输出控制变频器输出频率n，从而改变加药量使pH值保持稳定。

    模糊控制器包括输入量模糊化、模糊推理和解模糊3个部分。E和Ec分别为e和ec模糊化后的模糊量，U为模糊控制量，u为U解模糊化后的精确量。

3．1 输入模糊化
 
    在模糊控制器设计中，设E的词集为［NB，NM，NS，N0，P0，PS，PM，PB］［3］，论域为［－6，－5，－4，－3，－2，－1，0，＋1，＋2，＋3，＋4，＋5，＋6］；Ec和U的词集为［NB，NS，NM，0，PS，PM，PB］，论域为［－6，－5，－4，－3，－2，－1，0，＋1，＋2，＋3，＋4，＋5，＋6］。令－1），pH0表示期望值。然后，将e、ec和u模糊化，根据pH值控制的经验可得出变量E、Ec和U的模糊化量化表。表3—1为变量E的赋值表。

3．2 模糊决策和模糊控制规则

    总结污水处理过程中pH值的控制经验，得出控制规则，如表3—2所示。选取控制量变化的原则是：当误差大或较大时，选择控制量以消除误差为主。而当误差较小时，选择控制量要注意防止超调，

    以系统的稳定性为主。例如，当pH值低很多，且pH值有进一步快速降低的趋势时，应加大药剂的投放量。可用模糊语句实现这条规则（IFE＝NB ANDEc＝NB THEN U＝PB）。当误差为负大且误差变化为正大或正中时，控制量不宜再增加，应取控制量的变化为0，以免出现超调。一共有56条规则。每条规则的关系Rk可表示为：
 
7）根据每条模糊语句决定的模糊关系Rk（k＝1，2，…，56），可得整个系统控制规则总的模糊关系R。

3．3 输出反模糊化
 
    根据模糊规则表取定的每一条模糊条件语句都计算出相应的模糊控制量U，由模糊推理合成规则，可得如下关系：

    以此得出模糊控制量，如表3—3所示。然后依据最大隶属度法，可得出实际控制量u。再经D／A转换为模拟电压，去改变变频器的输出频率n，通过  加药泵控制加药量调节pH值，从而完成控制任务。

4 模糊控制算法的PLC实现  
 
    在控制系统中选用了OMRON公司的CQM1型PLC。首先将模糊化过程的量化因子置入PLC的保持继电器中，然后利用A／D模块将输入量采集到PLC的DM区，经过限幅量化处理后，根据所对应的输入模糊论域中的相应元素，查模糊控制量表求出模糊输出量，再乘以输出量化因子即可得实际输出值，由D／A模块输出对pH值进行控制。

4．1 模糊控制算法流程
 
（1）将输入偏差量化因子Ke、偏差变化率量化因子Kec和输出量化因子Ku置入HR10～HR12中。

（2）采样计算e和ec，并置入DM0000和DM0001中。
 
（3）判断e和ec是否越限，如越限令其为上限或下限值。否则将输入量分别量化为输入变量模糊论域中对应的元素E和Ec并置入DM0002和DM0003中。

（4）查模糊控制量表，求得U。

（5）将U乘以量化因子Ku，得实际控制量u。

（6）输出控制量u。

（7）结束。

4．2 查表梯形图程序设计
 
    在模糊控制算法中，模糊控制量表的查询是程序设计的关键。为了简化程序设计，将输入模糊论域的元素［－6，－5，－4，－3，－2，－1，0，＋1，＋2，＋3，＋4，＋5，＋6］转化为［0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12］，将模糊控制量表中U的控制结果按由上到下，由左到右的顺序依次置入DM0100～DM0268中。控制量的基址为100，其偏移地址为Ec×13＋E，所以由E和Ec可得控制量的地址为100＋Ec×13＋E。梯形图程序如图4—1所示。其中DM0002和DM0003分别为E和Ec在模糊论域中所对应的元素，MOV＊DM0031DM1000是间接寻址指令。它将DM0031的内容（即控制量地址100＋Ec×13＋E）作为被传递单元的地址，将这个地址指定单元的内容（即控制量U），传递给中间单元DM1000再通过解模糊运算得u，然后由模拟输出通道传送给D／A转换器。

5 结 论  
 
    将模糊控制与PLC相结合，利用PLC实现模糊控制，既保留了PLC控制系统可靠、灵活、适应能力强等特点，又提高了控制系统的智能化程度。结果表明，对于那些大滞后、非线性、数学模型难以建立且控制精度和快速性要求不很高的控制系统，基于PLC的模糊控制方法不失为一种较理想的方案。只要选择适当的采样周期和量化因子，可使系统获得较好的性能指标，从而满足控制性能要求。

      电梯生产厂家的监控系统都是自主开发的,只能用于本厂产品,并且价格昂贵"另外,随着电梯技术的不断推陈出新,其拖动和控制技术的淘汰速度也加快、许多旧型号电梯面临技术改造,常见的改造方式是用变频调速取代调压调速和变极调速,用改造继电器控制系统"这些因素为使用作电梯监控系统的控制部件提供了更大的空间、基于的监控系统尤其适合以改造的电梯。 1 电梯监控系统 电梯监控系统要求既能监控电梯状态又能完成日常管理。从模块功能上可分为:故障时电梯状态;每个工作周期的数据汇总;日常管理信息。电梯在运行时有大量信息需要监测,粗略分类有:开门限位开关、关门限位开关、安全触板、光幕保护、厅门锁回路、轿门锁回路;安全回路、紧急停车回路、极限开关、限位开关状态;驱动信息、呼梯信息位置信息、抱闸状态;运行时间、次数、年检时间、维修历史等。 对电梯的监控,可以使故障一览无余。众所周知,门系统是电梯故障多发部件,电梯发生故障停车前总会有一些小故障频繁发生,但这些小故障常常被忽视,因为它们不会造成电梯停运。

      以厅门锁和门刀间隙调整不当为例,载荷不均匀情况下运行,会发生门刀与开门轮碰撞的可能,导致电梯急停车,但因为电梯的自校正功能,电梯会在几分钟内自动恢复正常"这类故障随机性很强,所以经常不被注意,特别是自动运行的电梯,但随着小故障的积累终究会酿成大故障甚至事故监控系统则不会漏掉这些故障,甚至能定位发生故障的层楼从而节省维修人员查找故障点的时间"在出现故障时,各类信息的收集将有助于故障的判断和事故的预防"只要进行有针对性的设置,所有需要的信息都可以采集到。 对于管理人员需要的统计内容,监控系统能分门别类的汇总出不同的数据。

      诸如判别电梯的运行状态,主要通过故障率来判断,而故障率常用一段运行周期内出现故障的次数来计算,不同建筑内和不同用途电梯的运行次数和运行时间差异很大,很难用这种故障率作为衡量电梯运行状态的依据而用运行时间或运行次数内出现故障的多少来衡量,则能完成对运行状态的判别"监控系统可准确地统计到电梯的工作时间、运行次数等工作数据,解决这一问题就容易的多了。日常管理信息包括年检时间、维修费用、配件使用等"上述信息在基于为控制单元的系统中非常容易收集和传输,它们有的是的/开关量,有的是控制程序用于计算和比较的内部变量。

      只要加装简单的特定模块,既可利用的网络功能完成现场数据的采集和传输工作。 2 PLC联网功能的介绍 具有很强的联网功能"以1系列为例,它可以通过适配卡和智能模块组成多重网络结构,提供RS232/RS422等接口形式。组成多层次的网络,最多联网台数可达100台之多"利用双绞线、同轴电缆、光纤电缆等传输媒质,以计算机适配卡、模块或模块与上位机联接和交换信息"同时又可以用模块在层次上进行组网,具有灵活的组网方式,为组成多台电梯监控系统提供了技术基础。 3 基于PLC的监控系统 基于的电梯监控系统有2种形式:针对生产厂家设计的控制系统;针对用改造的电梯"第一种形式的控制系统多采用板结构,板上设有许多七段数码管，或组成的矩阵显示系统信息,为了不影响原控制系统的安全性能,需要把板上显示信息用光电元件转换成可用传递的变量,再根据信息所代表的内容对变量赋值,利用第二种形式进行监控"对于第二种,直接选用有网络功能的作为系统的控制单元,例如OMRON公司的C200H等系列产品,即利用作为控制元件,又利用其网络功能为监控系统传输数据"而现今对后者的开发利用非常少,资源浪费很大。

      基于的监控系统构造如下: (1)根据电梯数量和位置以及业主具有的条件选择合适的网络形式,然后进行组网。 (2)需要时编制必要的程序(有的网络形式下不需编程),把监控和被收集的数据存放于的指定区域内供上位机和其他访问。 (3)对故障进行实时监控,由电梯故障作为中断源,当门锁回路意外断开、门时间超时!各类限位开关异常、各类保护开关异常、安全、急停回路断开、驱动状态异常、位置信息错误!抱闸异常等故障发生时,由故障电梯的发出中断请求,上位机响应后,收集故障信息,由上位机的监控系统做出相应的故障报告,然后按预先设定的程序自动派人维修。 (4)对于像运行时间和次数等通用工作信息,定时在固定时间(网络闲时)向上位机传输。 (5)在上位计算机上,编制主控程序,同时用组态软件模拟电梯运行状态,醒目地显示故障类型和故障点"制作数据库完成对工作信息、故障等作统计、分析、制作报表、打印等工作。

　　1 系统组成概述

　　系统硬件主要由上位计算机、TC35iGSM MODEM无线通讯模块和远程Siemens S7—200 PLC 3部分组成，具体结构如图1所示。系统软件分为上位PC和下位PLC两部分，上位PC部分提供人机交互操作界面和相应的数据选择、处理等；下位PLC则通过自由口通讯，以中断方式快速响应上位机对PLC变量存储器数据的读写操作或对I／0口读写操作需求。由于上位计算机与远程PLC的通讯载体是通过TC35i建立在GSM网络基础上的，从而打破了地域的限制，即便远端PLC设备在千里之遥，实施数据采集、测控的如同咫尺。

　　2 系统硬件设计

　　2．1 TC35i无线通讯模块

　　系统组成如图1所示，系统硬件主要是TC5i无线通讯模块的应用。TC35i是Siemens公司推出的新一代无线通信GSM模块，TC35i双频工作(EGSM900／GSMl800)，电源范围在3．3～4．8 V，发送功率分别为2W(Class4 EGSM900)和lW(Classl GSMl800 MHz)，TC35i的数据接口采用串行异步收发，符合ITU-TRS-232接口电路标准。数据接口配置为8位数据位、1位停止位、无校验位，可以在300～115 kb／s的波特率下运行，支持的自动波特率为4．8～115 kb／s，符合ETSI标准GSM0707和GSM0705，且易于升级为GPRS模块。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口。为数据、语音和短消息提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。TC35i有40个引脚，通过ZIF连接器引出。这些引脚可划分为5类，即电源、数据输入／输出、SIM卡、音频接口和控制。TC35i内部电路如图2所示。

　　ZIF40PIN的引脚1～14为电源部分，其中引脚l～5为电源电压输入端VBATT+，引脚6～10为电源地GND，引脚11～12为充电端，引脚13为对外输出电压(供外部电路使用)，引脚14 ACCU／TEMP接负温度系数的热敏电阻；引脚24～29为SIM卡连接端；引脚33～40为语音接口用来接电话手柄。引脚15、30、31和32为控制部分，引脚15为启动线IGT(Ig-niTIon)。当TC35i通电后必须给IGT一个大于100 mV的低电平，模块才能启动。引脚30为RTC back up；引脚3l为掉电控制：引脚32为SYNC，引脚16～23为数据输入／输出端。TC5i无线通讯模块的主要外围电路的连接如图3所示。数据通信电路以MAX232为核心实现电平转换及串口通信。

　　2．2 系统硬件连接

　　系统硬件的连接可参考图1可知，上位计算机的串口输出与由TC35i构成的GSM MODEM中的9芯RS232口直接连接；远程的GSM MODEM与PLC连接时则必须通过RS232到RS485的转换，这是Siemens PLC的通讯口数据和PPI编程电缆连接的必要条件。另一方面必须注意的是，在与远程GSM MODEM的RS-232串口连接时，还必须将RS232串口中的RXD和TXD对换连接，否则将不能正常通讯。

　　2．3 远程PLC的选型

　　该系统选用西门子S7—200 PLC，在西门子PLC中SIMATIC S7—200是一个系列，其中包括多种型号的CPU，这里选用CPU-222，由于CPU不提供模拟量的输入输出，为检测对模拟量数据的远程读写。因此在远程PLC系统中扩展一型号为EM-235的4输入1输出模拟量模块。

　　3 系统软件设计

　　3．1 系统上位计算机人机界面

　　系统上位的人机界面是用VB编程，提供人机交互操作界面及数据选择和相应的数据处理等功能。系统上位的操作界面如图4所示。在操作界面的左上部是通讯链接控制框，这里只需要正确选择PC的串口并输入远程PLC所连接的电话号码后即可拨号链接，远程的无线GSM MODEM模块摘机响应一般设置为铃响后自动摘机，通讯链接建立后，当上位PC检测到串口端的数据载波DCD信号后，通讯链接控制框中的“链接状态”指示灯由红变绿，表示通讯链路已成功建立。拨号或挂机的操作均是通过对GSM MODEM模块发送AT指令执行的。

　　对PLC数据的读写操作如操作界面的右上部所示，在相应文本框内填写好数据的类型、地址、数值和操作方式后点击“发送”即可执行对PLC的读或写操作。界面的下半部分显示的是PC串口发送和接收的代码以及当前操作的结果。

　　3．2 系统上位计算机的串口设置

　　在上位PC的人机界面中，串口的设置是通过下拉选择框选择出所连接的串口后由程序自动读取。在使用GSM MODEM无线模块时，上位PC对远程PLC链接呼叫时采用的是AT指令。程序语句为：MSComm1．Output=“ATDT”&Trim (Text1．Text)& vbCrLf／／Text1文本框内为欲连接的电话号码。挂机的AT指令为：MSComml．Output=“ATDT”＆“+++”& vbCrLf。串口数据格式的设定语句为：MSComml．SetTIngs=“9600．  N，8．1”，与TC35iGSM MODEM无线通讯模块和远程PLC自由口的串行数据通讯格式一致。

　　3．3 通讯数据格式的约定

　　由于远程PLC采用的是自由口用户通讯方式，这里对每次收发数据字节暂约定为18个字节，数据字节的多少可根据实际需要而酌情约定。本系统中18个字节的约定：Bytel为数据的总字节数；Bvte2为数据开始特征字；Bvte3为数据读或写特征字：Byte4为数据类型特征字；Bvte5～Byte8为PLC数据地址；Bvte9～Bytel6为PLC数据的数值；Bytel7为收发数据的校验码；Bvtel8为数据结束特征字。串口数据的传输除数据地址字节和数据数值字节用ASCII码表示外，其他均以十六进制方式表示。因而在上位PC的编程中需涉及大量的进制转换操作。特别要注意的是由于PLC中的实数采用32位单精度数表示，并按照ANSI／IEEE745 1985标准格式以双字长度来存取，所以无论是上位的PC或是下位的PLC在编程时对实数数据的处理均需严格遵循ANSI／IEEE7451985标准格式的规定，否则将不可能读到正确的数据。

　　通讯数据的校验方式采用BCC块进行XOR校验，即约定为从每次数据包的Byte2到Bytel6的字节进行校验，Bvtel7存放校验结果。上位或下位在接收数据时，首先对所接收的数据进行校验并将计算结果与Bvtel7所存放的数值进行比较，如不一致时则按约定要求重发，以保障每次传输数据的正确性。

　　3．4 远程PLC自由口通讯初始化编程

　　由于远程PLC采用的是自由口用户通讯协议，所以对PLC的自由口通讯必须做如下初始化设置：

　　远程PLC经上述设置后，在其运行期间每当接收到一组数据后便自动产生中断请求，在中断服务的子程序中，设定一标志位(如MO．0)置位，用来表示允许进入中断服务，在主程序中通过检测M0．O的状态来确定是否转入读数据操作的子程序，读数据操作完毕后及时将接收数据标志M0．0复位，从而完成一次读数据过程。PLC数据的上传则是根据所读数据的内容来响应上位的请求，上传数据的编码和字节均依照约定的格式写入，每次的读写操作仅在PLC一个扫描周期内(数毫秒)完成，系统的响应是实时的。

　　3．5 远程PLC数据的读写操作

　　PLC数据的读写是依据约定的数据类型实施操作的。对于字节、字、双字、实数及I／0端口各自有约定的数据类型特征字，在下位PLC程序中通过对数据类型特征字的解析后来确定读取数据的字节数。对I／0端口的读写操作则是根据约定的地址编码直接读写出相应的状态信息。每组收发数据的存储单元从VBl00到VBll7共18个字节。由前述的数据发送量的约定可知，每组数据的Byte5～Byte8表示PLC数据的地址，由于每次读写的地址是不同的，所以Byte5～Byte8字节给定的就是地址指针，在PLC编程中就要以此指针采用间接寻址的方式，假设Byte5～Byte8存放在PLC的VB104～VBl07单元，其间址指令则为：

　　MOVD &VBl04，ACl读取该地址内容时则根据数据类型的不同而有所区别，假如读写字节时指令为：MOVB*ACl，VBl60；则读写字的指令为：MOVW *ACl，VWl60；读写双字的指令为：MOVD *ACl，VDl60；读写实数的指令则为：MOVR *ACl，VDl60。

　　4 结束语

　　本系统经实际测试基本达到了预期效果。远程PLC在省际间距离的测控响应与在本市区地域的测控响应基本相同，通过对PLC I／O的读写、模拟量数据的读写、单字节、双字节及实数的读写，均未出现数据差错现象，远程的响应速度基本上是对上位的指令立即响应，操作人基本感觉不出时间的延时。在PLC中，由于本远程测控程序字节量较少，完全可以嵌入在PLC的过程控制程序中运行，由于在自由口通讯中，

      0 引言

      西门子S7-200系列PLC是西门子家族中最小型的PLC ,除具有的一般功能外,以其强大的通信能力区别于一般的小型PLC ,可通过网络,分布系统轻易的完成复杂的控制要求。S7-200系列PLCCPU在内部都集成了一个或几个通信口,通信口标准为RS485口,利用相应的电缆就能构成具有多种通信功能的复杂通信网络^[1]。Super E40系列RTU是安控公司集多年的开发、工程经验设计的新型RTU产品，它可实现对工业现场信号的采集和对现场设备的控制。与常用的可编程控制器PLC相比，具有更优良的通讯能力^[2]。

      本项目应用到Super E40的A32-M1 CPU模块、A32-L3通信模块、AC101模拟量输入模块、AC133数字量输出模块、AC141脉冲量输入模块。由于缺少模拟量输出模块，而单独购买AO模块价格昂贵，所以本文利用西门子S7-200特有的自由端口通讯模式与安控RTU通讯，安控将采集到的模拟量经过数据转换发送到西门子S7-200PLC中，西门子通过模拟量输出端口输出电流，驱动球阀达到相应的球阀开度，具有一定的实用性。

 1 系统概述

      本课题来源于本校SRTP项目(大学生科研训练计划项目)和学校实验技术项目，题目为“基于GPRS和RTU的过程控制系统”，该系统是基于PLC模块技术构造的过程控制系统，可用于天然气和流体调压站及管道的安全监控等。

      该平台由一路管道组成，配有压力变送器，电动球阀，差压计，流量计，温度变送器，吸水泵及水箱。控制柜单独放置，控制柜里安装安控Super E40系列RTU模块系统。通过变送器将压力、温度等传感器的信号转换为标准电信号，经由RTU进行信号处理后以有线或无线方式将数据传输到前置机进行数据处理，处理后的控制信号又送至电动球阀并进行实时动作。本项目应用到Super E40的A32-M1 CPU模块、A32-L3通信模块、AC101模拟量输入模块、AC133数字量输出模块、AC141脉冲量输入模块，西门子S7-200，系统总体框图如图1所示。

2 西门子通讯自由端口模式

      CPU的串行通信接口可以由用户程序控制，这种操作模式称为自由端口模式。通过使用接收中断、发送中断、字符中断、发送指令（XMT）和接收指令（RCV），自由端口通信可以控制S7-200CPU通信口的操作模式。利用自由端口模式，可以实现用户定义的通信协议，连接多种智能设备^[3]。通过SMB30，允许在CPU处于RUN模式时通信口0使用自由端口模式。CPU处于STOP模式时，停止自由端口通信，通信口强制转换成PPT协议模式，从而保证了编程软件对PLC编程和控制的功能。

      SMB30用于设置端口0通信的波特率和奇偶校验等参数。本文给西门子设定的自由口通信，波特率为9600，数据位8，停止位1，无校验，结束符为 A，其主程序如下所示：

主程序：

网络1：// 设置控制方式为自由口通信方式，启动接收字符中断 //
LD     SM0.1                   //PLC首次扫描

MOVB   16#09, SMB30            //自由口通信，波特率为9600，数据位8，停止位1，无校验

MOVB   16#B0, SMB87            //初始化RCV，允许RCV，有结束符，检查空闲时间

MOVB   16#0A, SMB89            //结束符为 A

MOVB   6, SMB94                //一次接收的最大字符6个

ATCH   INT_0:INT0, 23          //接收完成中断0

ATCH   INT_1:INT1, 9           //接收完成中断1

ENI                            //允许用户中断

RCV    VB199, 0                //端口0的接受缓冲区指针指向VB199

网络2：

LD     SM0.1

CALL   初始化:SBR1             //调用初始化子程序

网络3：

LD     SM0.0

MOVB   1, VB99

MOVW   +1, VW100              //接收到数据后将0送到发送区

网络4：

LD     SM0.5

XMT    VB99, 0                //将数据0从端口0发送出去

      西门子模拟量输出端口输出模拟量信号并送入电动球阀，电动球阀做出实时动作。如何控制球阀的开度成为关键问题。PID控制器是应用最广的闭环控制器，但是PID控制方式主要应用于控制对象的惯性滞后较大时。鉴于本课题对滞后性要求不高，以及模拟量输入输出较少，所以本文给出了一种较为简单的控制方法。

      将球阀开度以10°为单位分为9个区域，9个区域分别对应相应的驱动电流，安控RTU数据字为10000～50000，西门子S7-200数据字为0～+32000，所分的区域如表1所示。它们之间数据的传送是通过十六进制传输的，西门子接收到的数据为十六进制，并存入指定的单元中。拿安控RTU数据字50000说，将其转换成十六进制数为C350，将两个字节分别存于西门子指定的单元中，最后经过数据转换为十进制数过程中超过范围。所以在处理的过程中运用到一些方法，就是只将第一个字节送到西门子，拿50000来说，只将C3传送到西门子中，转换成相应的十进制数为195，这样就比较好处理。

表1 球阀开度区域

调节球阀开度子程序和初始化子程序如下所示。

调整球阀开度子程序：

网络1：

LD     SM0.0

BTI    VB200, VW200      //将接收到的字节数据转换成字 

网络2：                 //分区//

LD     SM0.0

MOVW   +39, VW0

MOVW   +58, VW2

MOVW   +78, VW4

MOVW   +97, VW6

MOVW   +117, VW8

MOVW   +136, VW10

MOVW   +156, VW12

MOVW   +175, VW14

MOVW   +195, VW16

网络3：             //判断是否在175≤x≤195区域，如在输出相应电流，不在执行下面程

序//

LD     SM0.0

LDW>=  VW200, VW14

AW<=   VW200, VW16

MOVW   +32000, AQW0

ENI

网络4—网络11 ：判断是否在156≤x＜175，136≤x＜156，117≤x＜136，97≤x＜117，78≤x＜97，58≤x＜78，39＜x＜58，0≤x≤39区域，其程序与网络3一样。

初始化子程序：

网络1：//西门子处于RUN时VW200为0，输出电流4mA //

LD     SM0.1

MOVW   +0, VW200

MOVW   +6400, AQW0

ENI

接收完成中断0和接收完成中断1程序如下：

接收完成中断0：INT0

网络1：

LDB=   SMB86, 16#20   //SMB86 等于16#20，表示PLC收到结速符

S      Q1.0, 1        //收到后将Q1.0置1，灯亮

CALL   调整球阀开度子程序:SBR0

CRETI

NOT                   //否则将Q1.0置0，灯灭 

R      Q1.0, 1

RCV    VB199, 0

接收完成中断1：INT1

INT1：

网络1：

LD     SM0.0

RCV    VB199, 0          //接收数据

3 程序调试

     在编程过程中用到了PLC串口通讯调试软件，软件可以在网上下载。在与安控RTU通讯之前先将西门子S7-200与PC机通讯，检验程序的正确性后再与安控RTU进行通讯调试。在调试西门子S7-200与PC机通讯的过程中出现的问题以及解决方法：

       ①程序跑飞的问题，即在与PC机通讯时，用PLC串口通讯调试软件向PLC中发送数据，当连续地发送数据时，PLC在接收到第一个字符后就会出现通讯错误现象。程序跑飞最主要的原因是程序结构问题，只要精简一下程序结构使其更加结构化，问题就可以解决。

      ②西门子S7-200和安控RTU的波特率，数据位，校验位，停止位不一致。如果两者不完全一致，是不能进行通讯的。

4 总结 

      本文给出了关于西门子S7-200与其他设备之间利用自由端口通讯的完整通讯程序，以及给出的球阀分区域方法有一定的创新性，可以应用于很多领域中，并给出在编程过程中遇到的问题和解决方法，具有很大的实用性，可以应用于实际项目中。

 参考文献：

[1]张维笛，周泽魁，杨丽明，张光新.利用自由通信口模式实现PLC与远程数据终端的信息传送[J]机电工程，2002，19卷，第6期

[2] Super E40系列RTU使用手册

[3]廖常初.PLC编程及应用（第二版）[M]北京：机械工业出版社，2005

Application of PLC and Converter on Elevator Control System
LiuXin,LouYi
（Xinjiang University Electrical Engineering Institute, xinjiang Urumqi 830008）

Abstract：PLC control and Frequency Control technology has become a hotspot in Elevator industry. This article selected PLC of the Siemens S7-300 series production, completed the circuits’ design of action of the door, inside choose, outside call, show of floors,choose direction and operation;Through a reasonable provision of the MM440 Converter ‘s parameters, the system achieved a smooth operation and precise control and improved the comfort feel of the elevator’ operation.
Keywords：Elevator, PLC , Converter
 
1 引言

    随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高。PLC控制系统因其功能强，结构简单，可靠性高，抗干扰能力强，维修方便等优点，已经取代继电器控制方式。同时，变频调速使用了先进的SPWM技术，具有优异的调速性能和起制动性能、高效率和节电效果，得到广泛的应用。本设计以五层电梯为例，说明电梯的PLC控制系统。

2 电梯控制系统结构

    电梯控制系统由PLC控制的逻辑部分和变频器控制的调速部分组成如图1所示。
 

图1 电梯控制系统结构框图

    PLC接收来自操纵盘和每层呼梯的呼叫信号、轿厢和厅门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号，经程序判断与运算实现电梯的集选控制。PLC在输出显示和监控信号的同时，根据随机逻辑控制的要求，向变频器发出运行方向、启动、加速、减速和制动停梯等信号。由变频器根据一定的控制规律和控制算法来控制电机。

3 PLC部分设计

3.1 I/O点的分配

    根据控制要求，计算出I/O点数如表1所示，其中输入点数为31个，输出点数为26个。输入输出信号均为开关量信号[1]。

表1 I/O点数分配

 
3.2 程序流程图
    PLC编程的思路如图2所示：
 

图2 程序流程图

图2中各部分说明如下：

（1）电梯复位      
    在系统上电以后和层楼显示有误的情况，都要把轿厢的位置恢复到第一层的状态；

（2）用户输入程序段
    用户的输入包括门厅的按钮和轿厢内的按钮，用户输入后，系统会自动选择执行程序。

（3）轿厢开关门程序段
    控制轿厢的开关门。

（4）设定上行、下行指示
    系统会根据外呼和内选信号以及门锁信号综合判断电梯的运行方向。

（5）执行上行程序
    此段程序包括控制电梯上行，检测是否应该减速或者停止电梯正转并且执行。

（6）执行下行程序
    此段程序包括控制电梯下行，检测是否应该减速或者停止电梯正转并且执行。

3.3 程序设计

    由于呼叫是随机的, 电梯控制系统采用模块化编程方法。

    使用STEP7编程软件将程序分为七个逻辑块：开关门FC1、楼层信号FC2、内选信号FC3、外呼信号FC4、定上下行指示FC5、停层FC6、启停、运行FC7。

⑴在主程序OB1中调用7个逻辑块（以FC2为例）实现电梯的逻辑控制功能。如图3所示，将“上行强迫开关”、“楼层1显示”等实参赋给FC2（楼层显示），即可实现FC2的调用。

 
图3 OB1调用FC2

⑵当电梯位于某一层时，应产生位于该层的楼层信号，以控制楼层显示器显示楼层处的位置，离开该层时，该信号应被新的楼层信号（上一层或下一层）取代。电梯的楼层数存放在MW20中。“#sxqpkg”是上强迫行程开关的形参，当电梯到达5楼时，使MW20为5。“#xxqpkg”是下强迫行程开关，当电梯到达1楼时，使MW20为1。在中间，电梯上行时，每上一层，MW20加1；电梯下行时，每下一层，MW20减1。如果层显有误，只要将电梯开到顶层或1层，马上就能显示正常[2] [3]。梯形图如图4所示。
 

图4 楼层显示

    由于功能FC中使用了形参和随机变量，只要主程序中赋予FC适当的实参，该FC即可被不同系统的主程序调用。

4 变频器部分设计

    电梯的一次完整的运行过程，就是曳引电动机从起动、匀速运行到减速停车的过程。为使乘客拥有良好的舒适感，电梯采用S型速度曲线，转换成频率曲线如图5所示。
 

图5 变频器频率曲线

    通过设置变频器的参数如表2所示，实现了电梯速度的平滑性，达到了顺利启动和准确停车的要求[4]。

表2 变频器输入控制端口参数表

5 结束语

    电梯采用PLC变频调速系统提高了系统运行的平稳性、工作的可靠性，操作与维护也很方便，同时节约了大量电能。由于系统选用了无速度传感器反馈的矢量控制方式对电机的速度进行控制，改善瞬时响应特性，具有良好的速度稳定性，而且在低频时可以提高电动机的转矩。实验证明设计的程序合理可行。

1.引言

　　当今社会，科学技术飞速发展，人类活动给世界带来了巨大的改变。在科技进步的同时，以各种控制器控制的不同类型的机械手以其突出的性能越来越多的被人们所应用。机械手在不同的作业场合，尤其是在特殊的环境背景下，为人类活动的顺利快速进行带来了极大的方便和益处，尤为明显的是在工业及军事领域内。工业中大量的生产活动，存在着很多不便于人类操纵的环节，特别是在工作环境较危险的情况下[1]，如果使用具有远程控制功能的机械手，则可以增加系统的安全性，大大的节约损耗，提高效率。可见，在自动化、工业化进程中，在特殊背景环境中使用机械手已成为一种必然的趋势[2]。

2.控制系统组成

　　2.1 系统组成

　　本控制系统中选用三菱公司的FX2N系列PLC，控制结构采用主从式，以一台上位计算机为主站，实现对远程机械手工作过程的监控;以PLC为从站，作为前端控制器，实现对机械手的现场控制。将计算机的串口与FX-485PC-IF的RS232C的接口连接，FX-485PC-IF的RS422/485的接口与FX2N-485BD连接，完成RS232与RS485之间电平转换。FX2N-485BD作为PLC的通信扩展模块，实现PLC与上位机的串行通信。PLC将上位机发送过来的控制信息转换成控制命令，驱动机械手动作;PLC再将机械手的工作状态，通过串行通信传递给上位机，由上位机监视机械手的工作过程。上位机软件以实时动画的形式，向操作人员提供机械手的运动情况，实现操作过程的可视化。系统组成原理如图1所示。

图1 系统组成原理图

　　2.2 控制方式

　　系统设有三种控制方式：远程分步动作控制、远程循环动作控制和现场手动控制，前两种控制方式在上位机监控界面上进行操作控制，后一种控制方式在工业现场通过手动实现控制。

　　2.2.1 远程分步动作控制

　　在上位机监控界面分步动作控制区，通过选择“启动”、“停止”、“上升”、“下降”、“左移”、“右移”、“松开”、“夹紧”、“制动”等命令按钮，即可实现相应的动作。操作人员根据监控软件的实时监视动画，任意组合九种动作，实现对机械手的远程分步动作控制。

　　2.2.2 远程循环动作控制

　　在上位机监控界面循环动作控制区，选择“启动”按钮，机械手从起始位置开始，按如图2所示流程自动地、连续不断地循环动作，直到按下“停止”按钮。按下“停止”按钮后，机械手完成一个周期的动作后，回到起始位置停止。

图2 循环动作顺序图

　　2.2.3 现场手动控制

　　在工业现场，通过选择机械手控制箱上的各种命令按钮，可实现对机械手的控制。此项控制主要用于机械手的安装调试，以及远程通信线路出现故障时能够在现场有效的控制机械手。

3.PLC控制系统设计

　　3.1 硬件设计

　　控制系统的PLC选用日本三菱公司的FX2N-48MR，该产品具有24点输入，24点输出，用于对机械手的控制，PLC外部I∕O地址分配如表1所示。

　　表1 机械手远程控制系统I∕O地址分配表

　　输入端有8个按钮，用于现场手动控制;1个2档选择开关，用于远程∕现场控制选择;4个限位开关，用于控制机械手上、下、左、右的极限位置。

　　输出端有6个电磁阀，控制机械手上升、下降、左移、右移、松开、夹紧。为避免断开电流时电磁阀会在其两端产生极高的感应电压，在每个电磁阀线圈两端并联续流二极管。

　　3.2 软件设计

　　按照机械手的动作先后顺序，在远程∕现场控制信号的作用下，根据内部状态和时间顺序，机械手内部各执行机构自动地、有序地进行动作。为简化PLC程序、增强程序的可读性，利用控制系统的顺序功能图设计梯形图，系统软件采用模块化的结构，如图3所示。

图3 PLC控制系统软件结构图

　　3.2.1 远程分步动作控制

　　在上位机分步动作控制区选择“启动”∕“停止”按钮，上位机远程控制PLC辅助触点M1闭合∕断开，决定远程分步动作控制子程序是否执行。PLC根据接收到的不同控制命令，使辅助触点M101～M106分别闭合∕断开，从而控制输出继电器Y0～Y5通断，实现机械手的远程分步动作控制。

　　3.2.2 远程循环动作控制

　　只要接收到上位机“循环动作启动”命令（辅助触点M0闭合），PLC就会根据机械手的动作顺序，利用4个限位开关的输入信号X12～X15和松开、夹紧定时器的触点状态依次控制输出继电器Y0～Y5通断，实现机械手的远程循环动作控制。

　　完成一个周期动作，机械手返回起始位置，开始第二个周期动作，直到上位机向PLC发送“循环动作停止”命令。在循环动作期间，收到“停止”命令，系统将完成一个完整循环动作后返回起始位置停止。

　　3.2.3现场手动控制

　　手动控制比较简单，利用X0～X7对应的现场手动输入信号，控制PLC的输出继电器Y0～Y5通断。为保证系统安全运行，在手动控制程序中，设置了必要的互锁，以防止功能相反的两个输出继电器同时接通。

　　3.3 通信协议设计

　　要实现PLC与上位机之间的通信，首先要对PLC中D8120进行赋值来设定通信的格式[3]。需要注意，PLC中的通信协议要与上位机的通信协议保持一致。令D8120=H6381，梯形图如图4所示，通信格式如表2所示。

图4 PLC通信格式设定

　　表2 PLC设定的通信格式

　　在FX系列中，PLC的站号是通过特殊数据寄存器D8121来设定的，其范围是从00H到0FH。本系统中，PLC的站号设定为00H，如图5所示。

图5 PLC站号设定

4.上位机软件设计

　　4.1 编程语言

　　Visual Basic 6.0已成为Windows系统开发的主要语言，以其具有良好的图形用户接口并支持面向对象的程序设计和具有结构化的事件驱动程序模式，使得编程效率提高，应用功能增强[4]。因此本文采用Visual Basic 6.0为上位机开发出具有个性的监控软件，实现对PLC的远程通信及监控。

图6 MSComm通信控件

　　在Windows操作系统下，Visual Basic 6.0提供了一个名为MSComm.ocx通信控件，它具备基本的串行通信能力，如图6所示。通过该控件可设置串行通信的数据发送和接收，对串行口状态及串行通信的信息格式和协议进行设置。在通信过程中，可以触发OnComm事件，用该事件可追踪、处理通信和错误事件的发生。

　　4.2 远程控制软件设计

　　在PLC与计算机的链接通讯中，计算机是上位机，PLC是下位机，机械手是被控对象。上位机始终处于主动地位，下位机处于被动地位，当PLC接收到计算机发送的命令后，自动生成应答指令，不需要再对其编写通讯程序。

　　根据控制功能的不同可将远程控制软件分为端口站号设置区、通信回路测试区、实时动画区、分步动作控制区、循环动作控制区。其中，分步动作控制区用于发送远程分步控制命令，循环动作控制区用于发送远程循环控制命令，上位机主控界面如图7所示。

图7 主控界面

5.结束语

　　本文利用Visual Basic 6.0开发远程监控软件，应用三菱FX2N系列PLC控制机械手动作，实现了一种具有可视化功能，适用于工业现场的机械手远程控制系统。该系统可以完成远程手动控制、远程循环控制和现场手动控制，便于扩展，现已成功应用于我院自动化中心实验室。

6、本文创新点

　　1、 以计算机为主站，以PLC为控制器，实现了对机械手的远程控制;

　　2、 上位机监控软件以实时动画的形式，向操作人员提供机械手的运动情况，实现了操作过程的可视化;

　　3、 设计了计算机与PLC远程通信的协议，开发了通用的串行通信接口程序。

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