畢業(yè)論文---基于mcgs工業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)控制中，中央監(jiān)控功能已被廣泛應(yīng)用，而實(shí)現(xiàn)這一功能就是組態(tài)軟件與控制系統(tǒng)軟、硬件有機(jī)結(jié)合。本課題以MCGS組態(tài)軟件、MCGSTPC觸摸屏及OMRON的CPM2A型PLC實(shí)體為對象，實(shí)現(xiàn)MCGS組態(tài)軟件和歐姆龍PLC上的通訊單元建立串行通訊連接，從而達(dá)到在觸摸屏上操作PLC設(shè)備以及同步顯示PLC當(dāng)前狀態(tài)的目的；研究

2、特殊模塊的使用方法，實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換，并對具體過程進(jìn)行控制以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，對其處理方法提供可參考數(shù)據(jù)與程序。</p><p>　　本課題完成的主要工作：</p><p>　　實(shí)現(xiàn)MCGS組態(tài)軟件和硬件設(shè)備（OMRON PLC、MCGSTPC 觸摸屏）的串行通訊連接；</p><p>　　利用MCGS組

3、態(tài)軟件和PLC的組態(tài)通信連接，實(shí)現(xiàn)觸摸屏對交通信號燈系統(tǒng)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)控及同步模擬顯示功能；</p><p>　　利用MCGS組態(tài)軟件和PLC的組態(tài)通信連接，通過控制變頻器實(shí)現(xiàn)觸摸屏對電動機(jī)起動、制動、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、變頻調(diào)速等控制；</p><p>　　4）利用Modbus協(xié)議實(shí)現(xiàn)控制器相互之間和其它設(shè)備之間的通信；</p><p>　　5）系統(tǒng)控制部分均在MCGS連機(jī)

4、運(yùn)行環(huán)境上進(jìn)行功能操作。</p><p>　　關(guān)鍵字：可編程邏輯控制器，組態(tài)軟件，MCGSTPC，Modbus協(xié)議</p><p>　　Development of Configuration Software on Industry Real-time monitoring system</p><p><b>　　ABSTRACT</b>&

5、lt;/p><p>　　In modern industrial control, the central monitoring are the basic functions, and to implement this function we need the configuration software and control system software and the organic combinatio

6、n of hardware. Subject to the configuration software MCGS and touch screen MCGSTPC and OMRON's PLC-based entities CPM2A targeted implementation MCGS Omron PLC configuration software and the communication on serial co

7、mmunication connectivity units set up to achieve the operation of PLC showed that PLC </p><p>　　The main work of this paper followes as:</p><p>　　1）To implement communication connectivity betwee

8、n MCGS configuration software and hardware devices (OMRON PLC、touch screen MCGSTPC). </p><p>　　2）Using configuration software MCGS and configuration of the PLC communication connection at the scene of the tr

9、affic signal system control and synchronization of real-time analog display.</p><p>　　3）Using configuration software MCGS and configuration of the PLC communication links, by controlling the frequency conver

10、ter to achieve motor starting, braking, are transferred, such as reverse control,by controlling the frequency converter to achieve VVVF motor function.</p><p>　　4）With MODBUS agreement, realize the communica

11、tion between controller and other equipment</p><p>　　5）System control at MCGS function configuration operation platform.</p><p>　　Key words: PLC，MCGS，MODBUS，Configuration Software</p>&l

12、t;p>　　基于MCGS工業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)</p><p><b>　　0 引言</b></p><p>　　由于PLC常用于工業(yè)現(xiàn)場控制,且無法通過顯示器觀察程序的執(zhí)行結(jié)果,因此,驗(yàn)證PLC程序的正確與否,只能用PLC來控制相應(yīng)的控制對象,以觀察控制結(jié)果是否正確。PLC的控制對象一般都具有體積大、份量重、價(jià)格貴、維護(hù)困難等特點(diǎn),很難在實(shí)驗(yàn)室配備,而組態(tài)軟件

13、具有動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、工程報(bào)表、數(shù)據(jù)與曲線等強(qiáng)大功能，如果可以用計(jì)算機(jī)全真模擬被控對象,不但可以克服真實(shí)被控對象的缺點(diǎn),而且也能解決無實(shí)際控制對象或由于經(jīng)費(fèi)不足購置困難等一些問題。利用組態(tài)軟件還可以將模擬的控制對象通過串口或者以太網(wǎng)接口傳送到觸摸屏上，實(shí)現(xiàn)對控制對象的遠(yuǎn)程監(jiān)控。</p><p>　　同時(shí)Modbus是目前工業(yè)領(lǐng)域全球最流行的協(xié)議，此協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS-232、RS-42

14、2、RS-485和以太網(wǎng)設(shè)備[1]。許多工業(yè)設(shè)備，包括PLC，DCS，智能儀表等都在使用Modbus協(xié)議作為他們之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。 當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，Modbus協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識別按地址發(fā)來的消息，決定要產(chǎn)生何種行動。如果需要回應(yīng)，控制器將生成應(yīng)答并使用Modbus協(xié)議發(fā)送給詢問方。本課題就以MCGS組態(tài)軟件、MCGSTPC觸摸屏及OMRON的CP

15、M2A型PLC實(shí)體為對象，實(shí)現(xiàn)組態(tài)軟件和觸摸屏、PLC上的通訊單元建立串行通訊連接，利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有試驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來研究組態(tài)軟件在PLC電氣控制上的應(yīng)用。并且利用RS232/RS485接口換口實(shí)現(xiàn)MODBUS通訊協(xié)議完成MCGS組態(tài)軟件監(jiān)控下的溫控顯示。</p><p>　　1 組態(tài)軟件與PLC在自動控制技術(shù)中的應(yīng)用</p><p>　　1.1 組態(tài)軟件的發(fā)展與應(yīng)用</p>

16、<p>　　從上個(gè)世紀(jì)90年代以來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們的生產(chǎn)行為、生活方式都發(fā)生了重大的變化，作為生活生產(chǎn)中非常重要的一項(xiàng)技術(shù)即監(jiān)控技術(shù)的重要性正在逐漸被人們所認(rèn)識和重視。早期的監(jiān)控系統(tǒng)，采用大型儀表集中對各個(gè)重要設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，并通過操作盤來進(jìn)行集中式操作。在現(xiàn)代工業(yè)控制中，中央監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)漸漸成為主流。它是以監(jiān)測控制計(jì)算機(jī)為主體，加上檢測裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與被監(jiān)測控制的對象（生產(chǎn)過程）共同構(gòu)成的整體。在該系統(tǒng)中

17、，計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的檢測、監(jiān)督和控制功能。在現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)和管理中，大量的物理量、環(huán)境參數(shù)、工藝數(shù)據(jù)、特性參數(shù)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測、監(jiān)督管理和自動控制。這里我們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)這一功能采用是組態(tài)軟件與歐姆龍PLC硬件的有機(jī)結(jié)合。</p><p>　　由于DCS系統(tǒng)龐大且昂貴，使得DCS系統(tǒng)只能進(jìn)入石化、冶金等大型行業(yè)，對于諸多中小型項(xiàng)目都不適合。同時(shí)，隨著智能控制器的使用，特別是PLC的大量使用，越來越多的客戶需要監(jiān)控這

18、些智能裝置的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，以便及時(shí)了解現(xiàn)場信息。針對這些要求，各大硬件裝置的廠家都開發(fā)出針對他們各自設(shè)備的參數(shù)顯示、設(shè)置和狀態(tài)監(jiān)控軟件，一方面可以作為產(chǎn)品的檢測軟件，另一方面可以作為在運(yùn)行時(shí)候的系統(tǒng)監(jiān)控軟件。隨著開發(fā)的功能越來越多，支持的設(shè)備種類也增加了，有些軟件可以單獨(dú)銷售，這成為最早組態(tài)軟件的雛形，而軟件廠商也看到這個(gè)商機(jī)，開發(fā)出支持多種廠家設(shè)備的軟件，專門用于自動化流程的監(jiān)控，成為較為通用的監(jiān)控軟件，國內(nèi)一般叫組態(tài)軟件。&l

19、t;/p><p>　　組態(tài)軟件是指在軟件領(lǐng)域內(nèi)，操作人員根據(jù)應(yīng)用對象及控制任務(wù)的要求，配置（包括對象的定義，制作和編輯，對象狀態(tài)特征屬性參數(shù)的設(shè)定等）用戶應(yīng)用軟件的過程，即使用軟件工具對計(jì)算機(jī)及軟件的各種資源進(jìn)行配置，達(dá)到讓計(jì)算機(jī)或軟件按照預(yù)先設(shè)置自動執(zhí)行特定任務(wù)、滿足使用者要求的目的，也就是把組態(tài)軟件視為“應(yīng)用程序生成器” [3]。從應(yīng)用角度講組態(tài)軟件是完成系統(tǒng)硬件與軟件溝通、建立現(xiàn)場與監(jiān)控層溝通的人機(jī)界面的軟件平

20、臺，它主要應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域，但又不僅僅局限于此。伴隨著集散控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，組態(tài)軟件己引入工業(yè)控制系統(tǒng)。在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中存在著兩大類可變因素：一是操作人員需求的變化：二是被控制對象狀態(tài)的變化及被控對象所使用的硬件變化。而組態(tài)軟件正是在保持軟件平臺執(zhí)行代碼不變的基礎(chǔ)上，通過改變軟件配置信息適應(yīng)兩大不同系統(tǒng)對兩大因素的要求，構(gòu)建新的監(jiān)控系統(tǒng)的平臺軟件。</p><p>　　組態(tài)軟件從總體結(jié)構(gòu)上看一般都是由系統(tǒng)開

21、發(fā)環(huán)境(或稱組態(tài)環(huán)境)與系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境兩大部分組成。</p><p>　　開發(fā)環(huán)境是自動化工程設(shè)計(jì)師為實(shí)施其控制方案，在組態(tài)軟件的支持下進(jìn)行應(yīng)用程序的系統(tǒng)生成工作所必須依賴的工作環(huán)境，通過建立一系列用戶數(shù)據(jù)文件，生成最終的圖形目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)，供系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境運(yùn)行時(shí)使用。</p><p>　　系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境是將目標(biāo)應(yīng)用程序裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)存并投入實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)使用的,是直接針對現(xiàn)場操作使用的。 </p

22、><p>　　系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境和系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境之間的聯(lián)系紐帶是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，它們?nèi)咧g的關(guān)系如圖1.1。</p><p>　　圖1.1 組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境關(guān)系圖</p><p>　　隨著時(shí)代的發(fā)展，組態(tài)軟件的發(fā)展趨勢朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，逐步發(fā)展為ERP/MRP系統(tǒng)與廣域的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以作為獨(dú)立的小型生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)或是作為現(xiàn)場監(jiān)控層提供數(shù)據(jù)給大型的ERP系統(tǒng)。嵌入式方向也是組

23、態(tài)軟件發(fā)展的一個(gè)重要方向，與傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的不同具有多任務(wù)的操作系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能，人機(jī)交互功能大大增強(qiáng)。在未來的工業(yè)控制當(dāng)中組態(tài)軟件將實(shí)現(xiàn)控制組態(tài)與圖形組態(tài)相結(jié)合，發(fā)展出一體化的工控組態(tài)系統(tǒng)，可以在組態(tài)軟件中集成IEC61131-3的功能，引入梯形圖、FBD（功能塊圖）等標(biāo)準(zhǔn)編程語言，保留腳本語言的優(yōu)勢。用戶的需求是促使技術(shù)不斷進(jìn)步的動力，在組態(tài)軟件上這種趨勢體現(xiàn)得尤為明顯，未來的組態(tài)軟件將會提供更加強(qiáng)大的組態(tài)功能。組態(tài)軟件的產(chǎn)品

24、眾多，國外產(chǎn)品主要有InTouch、IFix、WinCC等，國內(nèi)產(chǎn)品主要有三維力控、組態(tài)王、MCGS等本課題選用的是MCGS組態(tài)軟件。</p><p>　　1.2 什么是MCGS</p><p>　　MCGS即"監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)"，英文全稱為Monitor and Control Generated System。MCGS是為工業(yè)過程控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測領(lǐng)域服務(wù)的通用計(jì)算機(jī)

25、系統(tǒng)軟件，具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)[3]。它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運(yùn)行，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案。它充分利用了Windows圖形功能完備、界面一致性好、易學(xué)易用的特點(diǎn)，比以往使用專用機(jī)開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更具有通用性，在自動化領(lǐng)域有著更廣泛的應(yīng)用。 而且MCGS組態(tài)軟件提供了一套完善的網(wǎng)絡(luò)

26、機(jī)制，可通過TCP/IP網(wǎng)、Modem網(wǎng)和串口網(wǎng)將計(jì)算機(jī)與觸摸屏或者計(jì)算機(jī)之間連接起來，構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步、歷史數(shù)據(jù)同步和網(wǎng)絡(luò)事件的快速傳遞。分布式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的每一臺計(jì)算機(jī)都要安裝一套MCGS工控組態(tài)軟件。MCGS把各種網(wǎng)絡(luò)形式，以父設(shè)備構(gòu)件和子設(shè)備構(gòu)件的形式，供用戶調(diào)用，并進(jìn)行工作狀態(tài)、端口號、工作站地址等屬性參數(shù)的設(shè)置。</p><p>　　1.3 PLC的定義和控制功能<

27、;/p><p>　　可編程控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開發(fā)的產(chǎn)品，并逐步發(fā)展成以微處理器為核心，把自動化技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器(Pro

28、grammable Controller)簡PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。關(guān)于PLC的定義很多，其中，在1985年1月國際電工委員會(IEC)頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義:“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的或模擬的輸入和輸出

29、，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程[3]?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。”</p><p>　　在早期的工業(yè)生產(chǎn)過程中，PLC作為大量開關(guān)量順序控制，利用邏輯條件進(jìn)行順序動作，及邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作控制。這是 PLC最基本的應(yīng)用領(lǐng)域,取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)邏輯控制和順序控制。在單機(jī)控制、多機(jī)群控和自動生產(chǎn)線控制方面都有很多成功的應(yīng)用實(shí)例，如

30、機(jī)床電氣控制、起重機(jī)、電梯的控制、飲料灌裝生產(chǎn)線、家用電器（電視機(jī)、冰箱、洗衣機(jī)等）自動裝配線的控制、汽車、化工、造紙自動生產(chǎn)線的控制等。 </p><p>　　目前，很多 PLC都具有模擬量處理功能，通過模擬量I/O模塊可對溫度、壓力、速度、流量等連續(xù)變化的模擬量進(jìn)行控制，而且編程和使用都很方便。大、中型的PLC還具有PID閉環(huán)控制功能，運(yùn)用PID子程序或使用專用的智能PID模塊，可以實(shí)現(xiàn)對模擬量的閉環(huán)過程控制

31、。隨著PLC規(guī)模的擴(kuò)大，控制的回路已從幾個(gè)增加到幾十個(gè)甚至上百個(gè)，可以組成較復(fù)雜的閉環(huán)控制系統(tǒng)。PLC的模擬量控制功能已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)行業(yè)，例如自動焊機(jī)控制、鍋爐運(yùn)行控制、連軋機(jī)的速度和位置控制等都是典型的閉環(huán)過程控制的應(yīng)用場合</p><p>　　1.4 系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)性</p><p>　　利用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)PLC的仿真控制對象是指在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行事先編寫好的組態(tài)軟件應(yīng)用程序,用軟件

32、來代替硬件(被控對象)的工作,利用串口或者TCP/IP接口傳輸?shù)接|摸屏上，并將PLC與觸摸屏通過RS-232接口直接相連，借助于觸摸屏來觀察控制的過程及結(jié)果。</p><p>　　歐姆龍公司的CP系列PLC的串行通訊都是采用HostLink協(xié)議進(jìn)行通訊的，HostLink協(xié)議是歐姆龍的專有協(xié)議，通過HostLink協(xié)議使用計(jì)算機(jī)的串行口可與OMRON的PLC設(shè)備通訊。上位機(jī)鏈接系統(tǒng)即Hostlink系統(tǒng)是對于FA

33、系統(tǒng)一種即優(yōu)化又經(jīng)濟(jì)的通信方式，它適合一臺上位機(jī)與一臺或多臺PLC進(jìn)行鏈接。上位機(jī)可對PLC傳送程序，并監(jiān)控PLC的數(shù)據(jù)區(qū)，以及控制PLC的工作情況。HOSTLINK系統(tǒng)允許一臺上位機(jī)通過上位機(jī)鏈接命令向HOSTLINK系統(tǒng)的PLC發(fā)送命令,PLC處理來自上位機(jī)的每條指令,并把結(jié)果傳回上位機(jī)。系統(tǒng)特點(diǎn)：通信即可采用RS-232C方式，又可采用RS-422方式。RS-232C方式是基于1：1的通信，距離為15m。RS-422方式是實(shí)現(xiàn)1：

34、N的通信，即一臺上位機(jī)與多臺PLC進(jìn)行通信，最多可有32臺PLC連接到上位機(jī)，通信距離最大可達(dá)500m。上位機(jī)監(jiān)控：上位機(jī)可對PLC的程序進(jìn)行傳送或讀取，并可對PLC數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行讀寫操作雙重檢查系統(tǒng)：所有通信都將作奇偶檢驗(yàn)和幀檢驗(yàn)，從而能估計(jì)出通信中的錯(cuò)誤。本實(shí)驗(yàn)采用RS-232C通訊方式。</p><p>　　組態(tài)軟件可以通過RS232C接口與PLC之間進(jìn)行通信,并監(jiān)控PLC的所有的存儲器、控制器及I/O接口的狀

35、態(tài),以變量值的形式傳輸?shù)接|摸屏上,供用戶在觸摸屏上使用、處理。利用組態(tài)軟件設(shè)計(jì),可以仿真多種PLC控制對象,還可同時(shí)全真模擬多個(gè)被控對象。仿真的被控對象不僅可以接受多種由PLC發(fā)出的控制信號,如邏輯開關(guān)信號,繼電器控制信號,脈沖信號和各種數(shù)值信號等。亦可向PLC發(fā)出各種命令信號,如邏輯開關(guān)控制信號,繼電器開關(guān)信號,中斷信號,位置信號等。還可與PLC之間進(jìn)行各種狀態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸,從而反映出PLC與被控對象(軟件仿真的被控對象)與控制結(jié)果之間

36、的關(guān)系。編輯好程序之后,組態(tài)軟件即可接受PLC發(fā)出的控制信號,并按照程序的算法以動畫、數(shù)值、文字、標(biāo)尺等形式在計(jì)算機(jī)屏幕上反映出PLC的控制過程及結(jié)果。仿真實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1.2所示。</p><p>　　圖1.2 仿真實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1.5 課題的意義、目標(biāo)及主要研究內(nèi)容</p><p>　　本課題是我?！半姎鉁y量”課程建設(shè)項(xiàng)目，通過開發(fā)

37、MCGS組態(tài)軟件與PLC電氣控制的試驗(yàn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控試驗(yàn)項(xiàng)目，填補(bǔ)原電氣測量課程中的缺陷，使“電氣測量技術(shù)”課程能夠緊跟時(shí)代發(fā)展，滿足工程應(yīng)用要求。</p><p>　　本課題以MCGS組態(tài)軟件及OMRON的CPM2A型PLC實(shí)體為對象，實(shí)現(xiàn)MCGS組態(tài)軟件和歐姆龍PLC上的通訊單元建立串行通訊連接，從而達(dá)到操作PLC設(shè)備以及同步顯示PLC當(dāng)前狀態(tài)的目的；研究特殊模塊的使用方法，實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間的A/D轉(zhuǎn)換及D

38、/A轉(zhuǎn)換，開發(fā)具有實(shí)時(shí)監(jiān)控及聯(lián)鎖功能的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并對具體過程進(jìn)行控制以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，對其處理方法提供可參考數(shù)據(jù)與程序。同時(shí)并且利用RS232/RS485接口換口實(shí)現(xiàn)MODBUS通訊協(xié)議完成MCGS組態(tài)軟件監(jiān)控下的溫控顯示。并完成如下的要求：</p><p>　　實(shí)現(xiàn)MCGS組態(tài)軟件和硬件設(shè)備（OMRON PLC、MCGSTPC 觸摸屏）的串行通訊連接；</p><p>　　利用MCGS組

39、態(tài)軟件和PLC的組態(tài)通信連接，實(shí)現(xiàn)觸摸屏對交通信號燈系統(tǒng)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)控及同步模擬顯示功能；</p><p>　　利用MCGS組態(tài)軟件和PLC的組態(tài)通信連接，通過控制變頻器實(shí)現(xiàn)觸摸屏對電動機(jī)起動、制動、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、變頻調(diào)速等控制；</p><p>　　4）利用Modbus協(xié)議實(shí)現(xiàn)控制器相互之間和其它設(shè)備之間的通信；</p><p>　　5）系統(tǒng)控制部分均在MCGS連機(jī)

40、運(yùn)行環(huán)境上進(jìn)行功能操作。</p><p>　　2 課題所采用硬件介紹</p><p>　　2.1 MCGSTPC觸摸屏介紹</p><p>　　本課題所采用的觸摸屏是北京昆侖通態(tài)公司生產(chǎn)的TPC1062K，如圖2.1、2.2所示。</p><p>　　2.1.1 TPC1062K的規(guī)格與介紹</p><p>　　TPC

41、1062K，是一套以嵌入式低功耗CPU為核心（主頻400MHz）的高性能嵌入式一體化觸摸屏。該產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用了10.2英寸高亮度TFT液晶顯示屏（分辨率800×480），四線電阻式觸摸屏（分辨率1024×1024）。</p><p>　　圖 2.2 觸摸屏背面數(shù)據(jù)插孔</p><p>　　表 2.1 觸摸屏參數(shù)</p><p>　　2.2 PLC設(shè)

42、備與D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換模塊介紹</p><p>　　本課題所采用的PLC的CPU是OMRON公司的CPM2AH，模擬量輸入、輸出模塊分別是OMRON公司的CPM1A-AD041和CPM1A-DA041，見圖2.1</p><p>　　圖 2.1 PLC硬件連接概況</p><p>　　2.2.1 CPM2AH的規(guī)格與介紹</p><p>

43、　　CPM2AH是本課題所采用的PLC的CPU，對它的掌握與否對課題的成功有很大的影響，故需掌握它的特點(diǎn)和規(guī)格。其主要性能規(guī)格見表2.1。</p><p>　　表2.1 CPM2AH的性能規(guī)格</p><p>　　2.2.2 CPM1A-AD041的規(guī)格與介紹</p><p>　　CPM1A-AD041是模擬量輸入單元。 CPM2AH 最多可以連接3個(gè)擴(kuò)展單元, 包

44、括擴(kuò)展I/O單元, CPM1A-AD041以及CPM1A-DA041(模擬量輸出單元)。 </p><p>　　表 2.2 CPM1A-AD041模塊參數(shù)</p><p>　　CPM1A-AD041包含4路模擬量輸入, 在CPM2AH全部接模擬量輸入單元的情況下, 系統(tǒng)最多可提供12路模擬量輸入。模擬量輸入單元CPM1A-AD041的模擬量輸入信號范圍可有六種選擇，它們分別是-10～10V

45、、0～10V、0～5V、1～5V、0～20mA、4～20mA。本課題根據(jù)實(shí)際情況的需要，選擇了0～10V的模擬量輸入信號范圍，見表2.2。</p><p>　　根據(jù)產(chǎn)品操作手冊可知0～10V的電壓輸入對應(yīng)于十六進(jìn)制數(shù)0000～ 1770(0000～6000)。完整的數(shù)據(jù)輸出范圍是–0.5～10.5V ，即FED4～ 198C(-300～6300)。使用補(bǔ)碼來表示負(fù)電壓，見圖2.2</p><p

46、>　　圖 2.2 0～10V模擬量輸入信號范圍</p><p>　　同時(shí)在該模擬量輸入信號范圍下，當(dāng)在輸入范圍內(nèi)設(shè)定了平均值功能時(shí)此功能開啟。平均值功能取最近的八個(gè)輸入數(shù)據(jù)的平均值作為轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。使用此功能可以消除短時(shí)間內(nèi)輸入波動的影響。</p><p>　　2.2.3 CPM1A-DA041的規(guī)格與介紹</p><p>　　相對于CPM1A-AD041來講，

47、CPM1A-DA041是模擬量輸出單元。CPM2AH 最多可以連接3個(gè)擴(kuò)展單元，包括擴(kuò)展I/O單元，CPM1A-DA041以及CPM1A-AD041 (模擬量輸入單元)。CPM1A-DA041包含4路模擬量輸出，在CPM2AH全部接模擬量輸出單元的情況下，系統(tǒng)最多可提供12路模擬量輸出。</p><p>　　表2.3 CPM1A-DA041模塊參數(shù)</p><p>　　模擬量輸出單元CPM

48、1A-DA041的模擬量輸入信號范圍可有五種選擇，它們分別是-10～10V、0～10V、1～5V、0～20mA、4～20mA。本課題根據(jù)實(shí)際情況的需要，選擇了0～10V的模擬量輸入信號范圍，見表2.3</p><p>　　根據(jù)產(chǎn)品操作手冊可知0～10V的電壓輸入對應(yīng)于十六進(jìn)制數(shù)0000～ 1770(0000～6000)。完整的數(shù)據(jù)輸出范圍是–0.5～10.5V ，即FED4～ 198C(-300～6300)。使用

49、補(bǔ)碼來表示負(fù)電壓，見圖2.3。</p><p>　　圖 2.3 0～10V模擬量輸出信號范圍</p><p>　　2.3 D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換模塊的使用方法</p><p>　　CPM1A-AD041和CPM1A-DA041使用需遵循如下的順序：</p><p>　　連接單元：連接模擬量輸入/輸出單元。</p><p&g

50、t;　　設(shè)定輸入/輸出量程：選擇模擬量輸入/輸出范圍為0～10V。</p><p>　　模擬量輸入/輸出的接線：連接模擬量輸入/輸出設(shè)備。</p><p>　　編寫梯形圖程序：寫入量程控制字，采用MOV命令。</p><p>　　注：量程控制字的作用是確定模擬量信號的輸入/輸出范圍，即可確定模擬量輸入/輸出的點(diǎn)數(shù)與位置，也可確定其選擇處理信號的方式。</p&g

51、t;<p>　　2.3.1 D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換模塊的I/O分配</p><p>　　圖 2.4 PLC各單元間的連接順序</p><p>　　模擬輸入單元CPM1A-AD041的通道分配與其他的擴(kuò)展單元或擴(kuò)展I/O單元是一樣的。 通道的分配是從分配給CPU單元或前一個(gè)擴(kuò)展單元或擴(kuò)展I/O單元的最后一個(gè)通道開始的。當(dāng)“m”為分配給CPU單元CPM2AH的最后一個(gè)輸入通道，“

52、n” 為其最后一個(gè)輸出通道時(shí)，CPM1A-AD041模擬量輸入單元的通道分配如下所示：</p><p>　　模擬量輸入的通道號設(shè)定：</p><p>　　模擬輸入1：通道 m+1=1+1=2</p><p>　　模擬輸入2：通道 m+2=1+2=3</p><p>　　模擬輸入3：通道 m+3=1+3=4</p><p&g

53、t;　　模擬輸入4：通道 m+4=1+4=5</p><p>　　模擬量輸入的量程設(shè)定通道號：</p><p>　　通道：n+1=11+1=12</p><p>　　通道：n+2=11+2=13</p><p>　　注：CPM1A-AD041的前一個(gè)單元為主機(jī)CPM2AH。CPM2AH的后一個(gè)輸入、輸出通道號分別為1和11，即m=1，n=11

54、。</p><p>　　模擬量輸出單元CPM1A-DA041的通道分配也和模擬量輸入單元CPM1A-AD041單元一樣，從分配給CPM1A-AD041的最后一個(gè)通道開始。當(dāng)“n”為CPM1A-AD041的最后一個(gè)通道時(shí)，輸出通道的分配如下所示：</p><p>　　模擬量輸出通道號設(shè)定：</p><p>　　模擬輸出1：通道 n+1=13+1=14</p>

55、;<p>　　模擬輸出2：通道 n+2=13+2=15</p><p>　　注：CPM1A-DA041的前一個(gè)單元為CPM1A-AD041。CPM1A-AD041的最后一個(gè)輸出通道號13，即n=13。</p><p>　　2.3.2 輸入/輸出信號范圍的設(shè)定方法</p><p>　　1) CPM1A-AD041的設(shè)定：</p><p

56、>　　CPM1A-AD041通過將量程控制字寫入到模擬量輸入單元的輸出通道內(nèi)來實(shí)現(xiàn)輸入信號范圍的設(shè)定。為了使模擬量輸入單元能夠轉(zhuǎn)換模擬量必須設(shè)定量程控制字。各種模擬信號輸入范圍的量程控制字設(shè)定在下面的表格中列出（程序控制字采用MOV命令）。</p><p>　　CPM1A-AD041通過連接適當(dāng)?shù)亩俗觼磉x擇電壓/電流輸入。在程序執(zhí)行的第一個(gè)掃描周期將量程控制字寫入到模擬量輸入單元的輸出通道(n+1=12,

57、n+2=13)中。</p><p>　　表 2.4 通道號對應(yīng)的量程設(shè)定</p><p>　　表 2.5 模擬輸入量程控制字詳細(xì)設(shè)定</p><p>　　根據(jù)表2．4和表2．5可知模擬量輸入通道的設(shè)定，其實(shí)就是4位二進(jìn)制碼位的設(shè)定，只要設(shè)定得當(dāng)，便可得到想要的要求，具體設(shè)定值見表2.6和表2.7。下述的模擬量輸出通道的設(shè)定其原理也是相同的。</p>&

58、lt;p>　　表 2.6 AD輸入的詳細(xì)設(shè)置(12號通道)</p><p>　　表 2.7 AD輸入的詳細(xì)設(shè)置(13號通道)</p><p>　　注: ①使用CPM1A-AD041模塊前，需正確連接端子.</p><p>　?、凇皀” 為分配給CPU單元或前一個(gè)擴(kuò)展單元或擴(kuò)展I/O單元的最后一個(gè)輸出通道。</p><p>　?、勰M量輸

59、入單元只有在量程控制字設(shè)定后才開始模擬量轉(zhuǎn)換，單元開始轉(zhuǎn)換后，未使用通道的值將為0000。</p><p>　?、芤坏┰O(shè)定好量程控制字，在CPU單元上電期間不能再改變設(shè)定。如需改變設(shè)定，必須將CPU單元斷電后重新上電。</p><p>　?、輰τ诓皇褂玫妮斎?，將輸入通道設(shè)置為OFF，并且將電壓輸入端子VIN和COM短路。</p><p>　　由此，便可以對CPM1A

60、-AD041進(jìn)行程序控制字的設(shè)定了，由前一小節(jié)2.2.1中已經(jīng)知道n+1=12，n+2=13。而課題所需的要求是，模擬輸入通道1和2，要無平均值功能的0～10V電壓的數(shù)據(jù)采集功能。故12號通道的16位二進(jìn)制數(shù)位1000000000001001（8009 HEX），而13號通道的16位二進(jìn)制數(shù)位1000000000000000(8000 HEX)。所以該控制字的便可以如此設(shè)定：MOV #8009 12; MOV #8OOO 13。<

61、/p><p>　　2）CPM1A-DA041的設(shè)定：</p><p>　　CPM1A-DA041也是通過向模擬量輸出單元的輸出通道設(shè)置量程控制字來設(shè)定輸出信號量程。模擬量輸出單元要轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)必須設(shè)置量程控制字。模擬量輸出各量所占用通道號通道見表2.8，模擬量輸出各量程控制字的設(shè)置見表2.9，通道二進(jìn)制碼具體設(shè)定值見表2.10和表2.11。</p><p>　　表 2.8

62、通道號對應(yīng)的量程設(shè)定</p><p>　　表 2.9 模擬輸出詳細(xì)設(shè)定</p><p>　　表 2.10 DA輸出的詳細(xì)設(shè)置(14號通道)</p><p>　　表 2.11 DA輸出的詳細(xì)設(shè)置(15號通道)</p><p>　　注：①使用CPM1A-DA041模塊前，需正確連接端子。</p><p>　?、谠诔绦驁?zhí)行的

63、第一個(gè)掃描周期，把量程控制字寫入模擬量輸出單元的輸出通道(n+1, n+2)。</p><p>　?、垡坏┰O(shè)定了量程控制字，在CPU單元上電期間，不能改變設(shè)定。</p><p>　　如需改變設(shè)定，必須將CPU單元斷電后重新上電。</p><p>　　④模擬量輸出單元只有在量程控制字寫入之后，才開始執(zhí)行模擬量</p><p>　　輸出的轉(zhuǎn)換，在

64、模擬量輸出轉(zhuǎn)換開始之前，輸出為0V或0mA。在量程控制字設(shè)置之后，并且在轉(zhuǎn)換值被寫入輸出通道之前，對于0～10V，-10～10V或0～20mA的量程，輸出為0V或0mA，對于1～5V，4～20mA的量程，輸出為1V或4mA。</p><p>　　由此，便可以對CPM1A-DA041進(jìn)行程序控制字的設(shè)定了，前一小節(jié)2.2.1已經(jīng)知道n+1=14，n+2=15。而課題所需的要求是，模擬輸出通道1，要具有0～10V電壓

65、輸出功能。故14號通道的16位二進(jìn)制數(shù)位1000000000001001(8009 HEX)，而15號通道的16位二進(jìn)制數(shù)位1000000000000000(8000 HEX)。所以該控制字的便可以如此設(shè)定： MOV #8009 14 ; MOV #8OOO 15。</p><p>　　2.4 MM440變頻器的使用方法及介紹</p><p>　　2.4.1 MM440變頻器的使

66、用方法</p><p>　　在現(xiàn)場根據(jù)課題要求，需要使用MICROMASTER 440 變頻器來控制電機(jī)，故需掌握它基本操作板（BOP）的調(diào)試方法。利用基本操作面板（BOP）可以更改變頻器的各個(gè)參數(shù)。BOP 具有五位數(shù)字的七段顯示，用于顯示參數(shù)的序號和數(shù)值，報(bào)警和故障信息，以及該參數(shù)的設(shè)定值和實(shí)際值。BOP 不能存儲參數(shù)的信息。下表為其基本操作面板顯示及按鈕功能：</p><p>　　表

67、2.12 基本操作面板顯示及按鈕功能</p><p>　　表2.13 MM440變頻器基本參數(shù) </p><p>　　2.4.2 MM440變頻器參數(shù)簡介</p><p>　　西門子MM440型變頻器基本參數(shù)如表2.13所示。</p><p>　　變頻器的參數(shù)只能用基本操作面板（BOP），高級操作面板（AOP）或者通過串行通訊接口進(jìn)行修改。&

68、lt;/p><p>　　用基本操作面板可以修改和設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)，使變頻器具有期望的特性，例如，斜坡時(shí)間，最小和最大頻率等。選擇的參數(shù)號和設(shè)定的參數(shù)值在五位數(shù)字的LCD（可選件）上顯示：</p><p>　　rxxxx 表示一個(gè)用于顯示的只讀參數(shù)。</p><p>　　Pxxxx 是一個(gè)設(shè)定參數(shù)。</p><p>　　P0010 起動“快速調(diào)試”。如

69、果P0010 被訪問以后沒有設(shè)定為0，變頻器將不運(yùn)行。如果P3900>0，這一功能是自動完成的。</p><p>　　P0004 的作用是過濾參數(shù)，據(jù)此可以按照功能去訪問不同的參數(shù)。</p><p>　　變頻器的參數(shù)有三個(gè)用戶訪問級；即標(biāo)準(zhǔn)訪問級，擴(kuò)展訪問級和專家訪問級。訪問的等級由參數(shù)P0003 來選擇。對于大多數(shù)應(yīng)用對象，只要訪問標(biāo)準(zhǔn)級（P0003=1）和擴(kuò)展級（P0003=2）

70、參數(shù)就足夠了。第四訪問級的參數(shù)只是用于內(nèi)部的系統(tǒng)設(shè)置，因而是不能修改的。第四訪問級的參數(shù)只有得到授權(quán)的人員才能修改。</p><p>　　2.4.3 MM440變頻器修改參數(shù)操作方法</p><p>　　用基本操作板可以修改參數(shù)的數(shù)值，下面介紹本課題中所需要的修改MM440變頻器參數(shù)的基本方法。</p><p>　　以修改參數(shù)過濾器P0004 數(shù)值為例，說明修改參數(shù)

71、的步驟，見表2.14所示方法操作。</p><p>　　表2.14 修改參數(shù)過濾器P0004 數(shù)值操作步驟 </p><p>　　2.5 Modbus協(xié)議</p><p>　　Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以

72、連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。</p><p>　　ModBus網(wǎng)絡(luò)只是一個(gè)主機(jī)，所有通信都由他發(fā)出。網(wǎng)絡(luò)可支持247個(gè)之多的遠(yuǎn)程從屬控制器，但實(shí)際所支持的從機(jī)數(shù)要由所用通信設(shè)備決定。采用這個(gè)系統(tǒng)，各PC可以和中心主機(jī)交換信息而不影響各PC執(zhí)行本身的控制任務(wù)。</p><p>　　此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識使用的消息結(jié)構(gòu),而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了控制器請求訪問其它設(shè)備的

73、過程，如果回應(yīng)來自其它設(shè)備的請求，以及怎樣偵測錯(cuò)誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。就如一種語言一樣，大家互相約定用這個(gè)格式的語言對話，使互相都能明了對方的意思，那么便能順利的進(jìn)行交流了。</p><p>　　當(dāng)在Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，此協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識別按地址發(fā)來的消息，決定要產(chǎn)生何種行動。如果需要回應(yīng)，控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。在其它網(wǎng)絡(luò)上，包含

74、了Modbus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址、路由路徑及錯(cuò)誤檢測的方法。</p><p>　　2.6 歐姆龍PLC串行接口</p><p>　　在本課題中，歐姆龍PLC所使用的串行通訊接口為RS232C接口。串行通訊是一種常用的數(shù)據(jù)傳輸方法，它用于計(jì)算機(jī)與外設(shè)，例如一臺可編程儀器，或者與另外一臺計(jì)算機(jī)之間的通訊。串行通訊中發(fā)送方通過一條

75、通訊線，一次一個(gè)字節(jié)，把數(shù)據(jù)傳送到接收方。由于大多數(shù)電腦都有一至兩個(gè)串行通訊接口，因此，串行通訊非常流行。然而，串行通訊的缺陷是一個(gè)串行接口只能與一個(gè)設(shè)備進(jìn)行通訊。</p><p>　　在串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來進(jìn)行通訊。RS-232-C接口（又稱 EIA RS-232-C）是目前最常用的一種串行通訊接口，其中RS（Recommended Standard）代表推

76、薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識號，C代表RS232的最新一次修改。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE，Data Terminal Equipment）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE，Data Communication Equipment）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”。</p><p>　　RS-232-

77、C接口連接器一般使用型號為DB-25的25芯插頭座,通常插頭在DCE端,插座在DTE端。一些設(shè)備與PC機(jī)連接的RS-232-C接口,因?yàn)椴皇褂脤Ψ降膫魉涂刂菩盘?只需三條接口線,即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號地”。本設(shè)計(jì)中就采用DB-9的9芯插頭座,只用到2號針（接收數(shù)據(jù)），3號針（發(fā)送數(shù)據(jù)）和5號針（信號地），傳輸線采用屏蔽雙絞線。用CPM2AH的9針串口（CPU自帶）和計(jì)算機(jī)的9針串口（COM1口）連接，按照規(guī)定，9針對9針的

78、串口之間由屏蔽雙絞線連接起來。通訊后上位機(jī)是以主態(tài)同PLC進(jìn)行通信，命令從上位機(jī)發(fā)至PLC，然后任數(shù)據(jù)再從PLC發(fā)送至上位機(jī)。9針對9針的串口之間接線圖如圖2.5所示：</p><p>　　圖 2.5 PLC與計(jì)算機(jī)RS232串行口連接</p><p>　　3 觸摸屏與計(jì)算機(jī)通訊方式</p><p>　　3.1 USB通訊連接</p><p>

79、;　　3.1.1 USB接口優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　USB（通用串行總線）是一種廣泛使用于個(gè)人計(jì)算機(jī)及個(gè)人消費(fèi)電子行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)智能型串行接口。它的優(yōu)勢在于其“即插即用”的方便性。外接設(shè)備一旦連接到 USB 接口，就可被自動反應(yīng)并正確識別，而不需要設(shè)置開關(guān)或跳線，同時(shí)它的“熱交換性”使其不必重啟系統(tǒng)。簡單地說，用戶僅需插入便可立即使用該外接設(shè)備。</p><p>　　3.1.2 USB接口定

80、義</p><p>　　表 3.1 標(biāo)準(zhǔn)USB接口與標(biāo)準(zhǔn)USB連接器觸點(diǎn)</p><p>　　USB 信號使用分別標(biāo)記為 D+ 和 D- 的雙絞線傳輸，它們各自使用 半雙工的差分信號 并協(xié)同工作，以抵消長導(dǎo)線的電磁干擾。</p><p>　　3.1.3 USB接口類型</p><p>　　本課題中，觸摸屏的USB接口為USB公口（B型），如圖

81、 3.1 所示。計(jì)算機(jī)的USB接口為USB公口（A型），如圖3.2所示。使用一根USB A-B 數(shù)據(jù)線將計(jì)算機(jī)與觸摸屏連接起來，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與觸摸屏的通訊。</p><p>　　圖 3.1 USB公口（B型） 圖 3.2 USB公口（A型） </p><p>　　3.2 以太網(wǎng)通訊連接</p><p>　　3.2.1 以太網(wǎng)通訊的優(yōu)點(diǎn)&l

82、t;/p><p>　　以太網(wǎng)(Ethernet)指的是由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox、Intel和DEC公司聯(lián)合開發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范，是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD(載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測)技術(shù)，并以10M/S的速率運(yùn)行在多種類型的電纜上。</p><p>　　由于以太網(wǎng)的技術(shù)成熟、成本較低、互操作性強(qiáng)、易于使用和管理、可擴(kuò)充性強(qiáng)，因此，選用以太

83、網(wǎng)技術(shù)。 VLAN技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：控制廣播風(fēng)暴、提高網(wǎng)絡(luò)整體安全性、網(wǎng)絡(luò)管理簡單、提高性能等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　第三層交換技術(shù)：一方面支持VLAN之間通信；另一方面交換技術(shù)減少了數(shù)據(jù)包的碰撞問題。支持VLAN的交換機(jī)配合第三層功能不但具有很高的性能，而且具有充分的彈性，因此，是最好的選擇網(wǎng)絡(luò)的冗余技術(shù)：提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性；鏈路冗余既可提高可靠性，又能均衡負(fù)載；</p><p>　　3.2

84、.2 以太網(wǎng)接口的工作模式</p><p>　　以太網(wǎng)卡可以工作在兩種模式下：半雙工和全雙工。 　　</p><p>　　半雙工：半雙工傳輸模式實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)載波監(jiān)聽多路訪問沖突檢測。傳統(tǒng)的共享LAN是在半雙工下工作的，在同一時(shí)間只能傳輸單一方向的數(shù)據(jù)。當(dāng)兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸時(shí)，就會產(chǎn)生沖突，這會降低以太網(wǎng)的效率。 　　</p><p>　　全雙工：全雙工傳輸是采用點(diǎn)

85、對點(diǎn)連接，這種安排沒有沖突，因?yàn)樗鼈兪褂秒p絞線中兩個(gè)獨(dú)立的線路，這等于沒有安裝新的介質(zhì)就提高了帶寬。例如在上例的車站間又加了一條并行的鐵軌，同時(shí)可有兩列火車雙向通行。在雙全工模式下，沖突檢測電路不可用，因此每個(gè)雙全工連接只用一個(gè)端口，用于點(diǎn)對點(diǎn)連接。標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的傳輸效率可達(dá)到50％～60％的帶寬，雙全工在兩個(gè)方向上都提供100％的效率。</p><p>　　3.2.3 半雙工連線方式</p><

86、;p>　　以太網(wǎng)卡的管腳功能如圖 3.3 所示。</p><p>　　圖 3.3 以太網(wǎng)卡管腳功能</p><p>　　由圖中可看出，網(wǎng)卡的1、2腳用于發(fā)送數(shù)據(jù)，3、6腳用于接收數(shù)據(jù)，4、5、7、8不用，其實(shí)只要讓第一塊網(wǎng)卡的1、2腳與第二塊網(wǎng)卡的3、6腳，第一塊網(wǎng)卡的3、6腳與第二塊網(wǎng)卡的1、2腳相連，就可以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)的半雙工工作模式。</p><p>　

87、　4 交通信號燈監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 交通信號燈PLC程序設(shè)計(jì)</p><p>　　首先，要設(shè)計(jì)控制交通燈的PLC控制程序，在十字路口，要求東西方向和南北方向各通行20秒鐘，并周而復(fù)始。在南北方向通行時(shí)，東西方向的紅燈亮20秒，而南北方向的綠燈先亮15秒，然后再閃3秒（0.5秒暗，0.5秒亮），最后黃燈亮2秒。在東西方向通行時(shí)，南北方向的紅燈亮20秒，而東西方向的綠燈

88、先亮15秒，然后再閃3秒（0.5秒暗，0.5秒亮），最后黃燈亮2秒。在東西方向和南北方向各設(shè)一組通行時(shí)間顯示器，按倒計(jì)時(shí)的方式顯示通行和停止時(shí)間。倒計(jì)時(shí)時(shí)間為20秒。動畫組態(tài)界面圖如圖4.2所示。</p><p>　　圖 4.2 組態(tài)軟件動畫界面</p><p>　　在此PLC程序中所選用的輸入輸出通道以及各通道的作用如表4.1所示。</p><p>　　表4.1

89、I/O通道設(shè)置</p><p>　　在此PLC程序中所用的定時(shí)器及其作用如表4.2所示。</p><p>　　表4.2 計(jì)時(shí)器設(shè)置</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)PLC控制梯形圖。本實(shí)驗(yàn)中采用OMRON CX-Programmer軟件來進(jìn)行PLC控制梯形圖的編寫工作，如圖4.3所示：</p><p>　　圖4.3 新建PLC編程界面&

90、lt;/p><p>　　圖 4.4 至圖 4.12 為具體交通信號燈PLC控制梯形圖程序。</p><p>　　圖 4.4 交通燈系統(tǒng)的起、保、停設(shè)置</p><p>　　根據(jù)自定義的程序設(shè)計(jì)要求，將南北與東西兩個(gè)方向的紅、黃、綠信號燈的亮滅時(shí)間進(jìn)行定時(shí)器時(shí)間參數(shù)設(shè)定。其中對于南北和東西方向的綠燈需要分別對其平光和閃光進(jìn)行時(shí)間參數(shù)設(shè)定。</p><p

91、>　　圖 4.5 南北和東西方向上紅燈定時(shí)</p><p>　　圖 4.6 東西方向上綠燈平光與閃光定時(shí)</p><p>　　圖 4.7 東西和南北方向上黃燈定時(shí)</p><p>　　圖 4.8 南北方向上綠燈平光與閃光定時(shí)</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)南北和東西方向上綠燈的3秒閃爍，即0.5秒暗，0.5秒亮。需要設(shè)置一個(gè)脈沖發(fā)生器（周

92、期為1秒）。</p><p>　　圖4.9 脈沖發(fā)生器設(shè)置</p><p>　　完成定時(shí)器的時(shí)間參數(shù)設(shè)定后，進(jìn)行驅(qū)動信號燈工作的輸出繼電器設(shè)置，這里用一個(gè)輸出點(diǎn)來驅(qū)動兩個(gè)信號燈，如果PLC輸出點(diǎn)的輸出電流不夠大，可以用一個(gè)輸出點(diǎn)驅(qū)動一個(gè)信號燈，也可以在PLC輸出端設(shè)置中間繼電器，由中間繼電器再去驅(qū)動信號燈。</p><p>　　圖4.10 南北和東西方向上紅燈輸出點(diǎn)

93、設(shè)置</p><p>　　圖4.11 東西和南北方向上綠燈輸出點(diǎn)設(shè)置</p><p>　　圖4.12 東西和南北方向上黃燈輸出點(diǎn)設(shè)置</p><p>　　4.2 PLC主機(jī)外部端子連接</p><p>　　PLC程序編寫完成后需要進(jìn)行PLC外部端子硬件接線及程序調(diào)試工作， PLC主機(jī)端子口與交通信號燈模擬顯示臺的接線圖如圖3.13所示。CX-

94、Programmer進(jìn)入在線工作狀態(tài)，將PLC梯形圖程序轉(zhuǎn)送到CPM2AH主機(jī)當(dāng)中，進(jìn)行在線調(diào)試工作。</p><p>　　起動程序，系統(tǒng)工作后，首先南北紅燈亮并維持20s；與此同時(shí)，東西綠燈亮并維持15s，到15s時(shí)，東西綠燈閃亮，閃亮3s后熄滅。</p><p>　　東西綠燈熄滅時(shí)，東西黃燈亮并維持2s。到2s時(shí)，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮；同時(shí)南北紅燈熄滅，南北綠燈亮。</p&g

95、t;<p>　　圖4.13 PLC外部端子硬件接線圖</p><p>　　東西紅亮并維持20s；與此同時(shí)，南北綠燈亮并維持15s，到15s時(shí)，南北綠燈閃亮，閃亮3s后熄滅。</p><p>　　南北綠燈熄滅時(shí)，南北黃燈亮并維持2s。到2s時(shí)，南北黃燈熄滅，南北紅燈亮；同時(shí)東西紅燈熄滅，東西綠燈亮。至此，結(jié)束一個(gè)工作循環(huán)。</p><p>　　4.3 交

96、通燈中MCGS與PLC通訊設(shè)置</p><p>　　建立MCGS組態(tài)軟件與歐姆龍PLC的通訊連接，需要使用到MCGS嵌入版系統(tǒng)中的設(shè)備窗口。在設(shè)備窗口中建立系統(tǒng)與外部硬件設(shè)備的連接關(guān)系，使系統(tǒng)能夠從外部設(shè)備讀取數(shù)據(jù)并控制外部設(shè)備的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對工業(yè)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 </p><p>　　在MCGS嵌入版中，實(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動的基本方法是：在設(shè)備窗口內(nèi)配置不同類型的設(shè)備構(gòu)件，并根據(jù)外部設(shè)備的類型

97、和特征，設(shè)置相關(guān)的屬性，將設(shè)備的操作方法如硬件參數(shù)配置、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、設(shè)備調(diào)試等都封裝在構(gòu)件之中，以對象的形式與外部設(shè)備建立數(shù)據(jù)的傳輸通道連接。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，設(shè)備構(gòu)件由設(shè)備窗口統(tǒng)一調(diào)度管理。通過通道連接，它既可以向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫提供從外部設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，供系統(tǒng)其它部分進(jìn)行控制運(yùn)算和流程調(diào)度，又能從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫查詢控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測和過程的自動控制。</p><p>　　MCGS組態(tài)軟件提供了大量的工

98、控領(lǐng)域常用的設(shè)備驅(qū)動程序。這里我們使用歐姆龍PLC(HostLink協(xié)議)驅(qū)動模塊來實(shí)現(xiàn)MCGS與PLC通信連接。</p><p>　　組態(tài)軟件可以通過RS232C接口與PLC之間進(jìn)行通信,并監(jiān)控PLC的所有的存儲器、控制器及I/O接口的狀態(tài),以變量值的形式傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，這種通信方式PLC的地址為0。</p><p>　　圖 4.14 添加可選設(shè)備</p><p>

99、;　　在MCGS嵌入版中，單擊【設(shè)備窗口】按鈕進(jìn)入【設(shè)備組態(tài)：設(shè)備窗口】，單擊工具條中的【工具箱】按鈕，打開【設(shè)備工具箱】窗口，單擊【設(shè)備管理】按鈕，打開設(shè)備管理窗口。</p><p>　　在【可選設(shè)備】中找到【通用串口父設(shè)備】，雙擊，將【通用串口父設(shè)備】加到右面的【選定設(shè)備】中，再雙擊【PLC設(shè)備】，選擇【歐姆龍】，雙擊，選擇【Omron_Hostlink】中的【歐姆龍HostLink】，雙擊，加到右面的選定設(shè)

100、備中，如圖4.14所示。</p><p>　　圖 4.15 選擇驅(qū)動程序</p><p>　　注意：歐姆龍PLC設(shè)備必須掛接在串口父設(shè)備下，串口父設(shè)備在“所有設(shè)備”目錄中。雙擊【通用串口父設(shè)備】進(jìn)行【通用串口屬性編輯】，串口父設(shè)備用來設(shè)置通信參數(shù)和通信端口。通信參數(shù)必須設(shè)置成與PLC的設(shè)置一樣。否則就無法通信。本設(shè)計(jì)中MCGS與歐姆龍PLC的通信參數(shù)為：串口端口COM1，波特率9600，7

101、位數(shù)據(jù)位，2位停止位，偶校驗(yàn)，同步采集方式，如圖4.16所示。</p><p>　　圖 4.16 通用串口屬性編輯</p><p>　　為了使MCGS組態(tài)軟件和歐姆龍PLC通訊速度更快捷，從而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控、同步信號采集的目的，我們將【通用串口父設(shè)備】和【歐姆龍HostLink】的【最小采集周期】均設(shè)置為200ms。</p><p>　　4.4 交通燈參數(shù)在MCGS中

102、的設(shè)置</p><p>　　實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是MCGS工程的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)對象是構(gòu)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的基本單元，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的過程也就是定義數(shù)據(jù)對象的過程。定義數(shù)據(jù)對象的內(nèi)容主要包括：指定數(shù)據(jù)變量的名稱、類型、初始值和數(shù)值范圍，以及確定與數(shù)據(jù)變量存盤相關(guān)的參數(shù)，如存盤的周期、存盤的時(shí)間范圍和保存期限等。</p><p>　　進(jìn)入【實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫】窗口，建立所需數(shù)據(jù)對象。本實(shí)驗(yàn)中需要定義的數(shù)

103、據(jù)對象，如表4.3所示。</p><p>　　表4.3 交通信號燈模擬系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫</p><p>　　4.5 交通燈中PLC在MCGS中的內(nèi)部屬性設(shè)置</p><p>　　設(shè)備內(nèi)部屬性用于設(shè)置PLC的讀寫通道，以便后面進(jìn)行設(shè)備通道連接，從而把設(shè)備中的數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的指定數(shù)據(jù)對象或把數(shù)據(jù)對象的值送入設(shè)備指定的通道輸出。</p><p&g

104、t;　　進(jìn)入【設(shè)備窗口】，打開【歐姆龍HostLink】，進(jìn)入【設(shè)備屬性設(shè)置】，在【增加設(shè)備通道】中進(jìn)行PLC通道建立與讀寫類型的設(shè)置。</p><p>　　在【連續(xù)變量】下輸入變量名稱，如“啟動”，或在所要連接的通道中單擊鼠標(biāo)右鍵，到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中選中“啟動”雙擊即可。建立通道連接如圖 4.17所示：</p><p>　　圖 4.17 設(shè)備通道連接</p><p>

105、　　4.6 交通燈界面組態(tài)與動畫制作</p><p>　　MCGS實(shí)現(xiàn)圖形動畫設(shè)計(jì)的主要方法是將用戶窗口中圖形對象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象建立相關(guān)性連接,并設(shè)置相應(yīng)的動畫屬性。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中,圖形對象的外觀和狀態(tài)特征,由數(shù)據(jù)對象的實(shí)時(shí)采集值驅(qū)動,從而實(shí)現(xiàn)了圖形的動畫效果。</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，選擇按鈕開關(guān)、流動快、矩形、圓形、貨運(yùn)小車等圖形元件來繪制交通信號燈模擬系統(tǒng)的整個(gè)組

106、態(tài)界面。設(shè)置每個(gè)圖形元件的內(nèi)部參數(shù)，包括動畫顏色、位置動畫連接、輸入輸出連接、可見度等屬性設(shè)置，將各個(gè)圖形對象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象建立相關(guān)性連接。動畫組態(tài)界面功能如圖4.18所示：</p><p>　　圖 4.18 交通信號燈模擬系統(tǒng)的組態(tài)界面</p><p>　　在交通信號燈模擬系統(tǒng)中我們還需要設(shè)置兩部水平方向移動小車，根據(jù)交通信號燈運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)小車紅燈停、綠燈行的動畫效果<