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、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。pcadapter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触摸屏与plc之间的通信方式
触摸屏与s7300plc之间采用mpi通信方式。
mpi是多点接口(multipointinterface)的简称,是西门子公司开发的用于plc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19.2kbps~12mbps,zui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zui高mpi地址,使所有通过mpi连接的节点能够相互通信。plc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设备为从。
2、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。
2.1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6es7972-0ca23-0xa0和6es7972-0ca20-0xa0。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setpg/pc中pcadapter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站地址为2,zui高站地址为31,通信速率为187.5kbps。运行step7编程软件,选择主菜单的选项->设置pg/pc接口。选择pcadapter(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19200。
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19200,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站地址设置为2,plc槽号为2,plc机架号为0,通信响应时间为800ms。通讯所用帧格式为格式a,本站地址为0,网络传输率为187.5kbps。zui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4~20ma,0~5v或者0~10v。输出模拟量送到plc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对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中,plc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。
3、系统应用
mpi接口是西门子s7300plc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。
4、结语
本系统组合应用了触摸屏tpc7063e与西门子s7-300plc,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。