PLC項目教學教案

1、PLC項目教學教案項目五 PLC及計算機通訊的實現(xiàn)【教學目的】結(jié)合企業(yè)實際，學習和掌握PLC及計算機之間的通訊，以及PLC網(wǎng)絡?！具^程及方法】本項目幫助學生學習和實踐PLC通訊技術(shù)和網(wǎng)絡組態(tài)。讓學生在實際問題情景中，發(fā)揮主觀能動性，體驗解決實際問題的過程，學會運用組態(tài)軟件實現(xiàn)PLC及計算機之間的通訊。倡導學生主動參及學習，發(fā)現(xiàn)問題，探索問題，學習與老師同學交流，學會用語言表述問題過程和調(diào)試結(jié)果，提高綜合素質(zhì)。涉及到的新知識通過課程網(wǎng)絡平臺提供，提前通知學生下載學習，功能指令相對復雜和不容易掌握，在實施項目之前，給學生以基本的概念和必要的知識講解訓練?！窘虒W重點】l 了解PLC 及計算機通信。l

2、 掌握組態(tài)軟件的基本用法?！窘虒W難點】PLC 網(wǎng)絡?！窘虒W時間】 4課時要求通過計算機控制電動機啟停，并通過計算機監(jiān)視電動機運行狀態(tài)。二、項目分析本項目運用基本指令實現(xiàn)電動機啟?？刂?，并通過組態(tài)軟件實現(xiàn)PLC及計算機之間的通訊。三、教學準備1、PLC綜合試驗臺2、組態(tài)軟件安裝3、微機及通訊線 四、項目實施1、在項目實施前，考慮到新知識的學習實際，安排有一個示范引導子項目。由教師和學生采用互動合作的方式共同完成示范子項目的設計和調(diào)試，然后由學生獨立完成各個實訓子項目的設計和調(diào)試任務。2、項目講解明確PLC及計算機之間的通訊，講解組態(tài)軟件的使用，以及怎樣及計算機建立通訊聯(lián)系。示范項目：實現(xiàn)計算機控

3、制指示燈1. 項目要求：要求通過計算機控制指示燈L0的亮和滅。2. 項目分析：首先建立起PLC及指示燈之間的控制聯(lián)系，再通過組態(tài)軟件建立PLC及計算機之間的通訊。3. 示范項目設計【動動手1】設計I/O接線圖【知識準備】一、 PLC及計算機通訊為了適應PLC網(wǎng)絡化要求，擴大聯(lián)網(wǎng)功能，幾乎所有的PLC為了適應可編程控制器網(wǎng)絡化的要求，擴大聯(lián)網(wǎng)功能，幾乎所有的可編程控制器廠家，都為可編程控制器開發(fā)了及上位機通訊的接口或?qū)Ｓ猛ㄓ嵞K。一般在小型可編程控制器上都設有 RS422 通訊接口或 RS232C 通訊接口；在中大型可編程控制器上都設有專用的通訊模塊。如：三菱 F 、 F1 、 F2 系列都設有

4、標準的 RS422 接口， FX 系列設有 FX-232AW 接口、 RS232C 用通訊適配器 FX-232ADP 等。可編程控制器及計算機之間的通訊正是通過可編程控制器上的 RS422 或 RS232C 接口和計算機上的 RS232C 接口進行的。可編程控制器及計算機之間的信息交換方式，一般采用字符串、雙工或半、異步、串行通信方式。因此可以這樣說，凡具有 RS232C 口并能輸入輸出字符串的計算機都可以用于和可編程控制器的通訊。 運用 RS232C 和 RS422 通道，可容易配置一個及外部計算機進行通訊的系統(tǒng)。該系統(tǒng)中可編程控制器接受控制系統(tǒng)中的各種控制信息，分析處理后轉(zhuǎn)化為可編程控制器

5、中軟元件的狀態(tài)和數(shù)據(jù)；可編程控制器又將所有軟元件的數(shù)據(jù)和狀態(tài)送入計算機，由計算機采集這些數(shù)據(jù)，進行分析及運行狀態(tài)監(jiān)測，用計算機可改變可編程控制器的初始值和設定值，從而實現(xiàn)計算機對可編程控制器的直接控制。(一) 通訊方式 面對眾多生產(chǎn)廠家的各種類型PLC，它們各有優(yōu)缺點，能夠滿足用戶的各種需求，但在形態(tài)、組成、功    能、編程等方面各不相同，沒有一個統(tǒng)一的標準，各廠家制訂的通信協(xié)議也千差萬別。目前，人們主要采用以下三種方式實現(xiàn)PLC及PC的互聯(lián)通信： (1)  通過使用PLC開發(fā)商提供的系統(tǒng)協(xié)議和網(wǎng)絡適配器，來實現(xiàn)PLC及PC機的互聯(lián)

6、通信。但是由于其通信協(xié)議是不公開的，因此互聯(lián)通信必須使用PLC開發(fā)商提供的上位機組態(tài)軟件，并采用支持相應協(xié)議的外設。可以說這種方式是PLC開發(fā)商為自己的產(chǎn)品量身定作的，因此難以滿足不同用戶的需求。 (2)  使用目前通用的上位機組態(tài)軟件，如組態(tài)王、InTouch、WinCC、力控等，來實現(xiàn)PLC及PC機的互連通信。組態(tài)軟件以其功能強大、界面友好、開發(fā)簡潔等優(yōu)點目前在PC監(jiān)控領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應用，但是一般價格比較昂貴。組態(tài)軟件本身并不具備直接訪問PLC寄存器或其它智能儀表的能力,必須借助I/O驅(qū)動程序來實現(xiàn)。也就是說，I/O驅(qū)動程序是組態(tài)軟件及PLC或其它智能儀表等設備交

7、互信息的橋梁，負責從設備采集實時數(shù)據(jù)并將操作命令下達給設備，它的可靠性將直接影響組態(tài)軟件的性能。但是在大多數(shù)情況下，I/O驅(qū)動程序是及設備相關(guān)的，即針對某種PLC的驅(qū)動程序不能驅(qū)動其它種類的PLC，因此組態(tài)軟件的靈活性也受到了一定的限制。 (3)  利用PLC廠商所提供的標準通信端口和由用戶自定義的自由口通信方式來實現(xiàn)PLC及PC機的互連通信。這種方式由用戶定義通信協(xié)議，不需要增加投資，靈活性好，特別適合于小規(guī)模的控制系統(tǒng)。 通過上述分析不難得出，掌握如何利用PLC廠商提供的標準通信端口和自由口通信方式以及大家所熟悉的編程語言來實現(xiàn)PC及PLC之間的實時通信是非常必要的。(

8、二) 采用RS232實現(xiàn)三菱FX系列PLC及PC之間的通訊 三菱FX系列PLC提供了4種通訊方式：N網(wǎng)絡通訊、無協(xié)議串口通訊、平行網(wǎng)絡通訊、程序口通訊。如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量少，大多數(shù)PLC及計算機之間通信均可采用串行通信，通信接口均為PLC 及工業(yè)控制計算機上的RS232 接口。由于RS232 采用非平衡方式傳輸數(shù)據(jù)，傳輸距離近，對于大功率、長距離，且單機監(jiān)測信息量多，控制要求復雜的PLC通訊，直接采用RS232 方式不能滿足傳輸距離要求。因此，可采用RS485 方式。因為RS485 采用平衡差動式進行數(shù)據(jù)傳輸，適合于遠距離傳輸，并具有較強抗干擾能力。圖1是采用RS232 /RS485通信轉(zhuǎn)換器實

9、現(xiàn)運距離通訊的示意圖。圖16-1 RS232轉(zhuǎn)RS485通訊結(jié)構(gòu)圖(三) PLC及PC通訊應用實例1. 通訊系統(tǒng)的連接圖中是采用 FX-232ADP 接口單元，將一臺通用計算機及一臺 FX2 系列 plc 連接進行通訊的示意圖。 2. 通訊操作 FX2 系列 plc 及通訊設備間的數(shù)據(jù)交換，由特殊寄存器 D8120 的內(nèi)容指定，交換數(shù)據(jù)的點數(shù)、地址用 RS 指令設置，并通過 plc 的數(shù)據(jù)寄存器和文件寄存器實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。下面對其使用做一簡要介紹。 （1）通訊參數(shù)的設置 在兩個串行通訊設備進行任意通訊之前，必須設置相互可辨認的參數(shù)，只有設置一致，才能進行可靠通訊。這些參數(shù)包括波特率、停止位和奇偶

10、校驗等，它們通過位組合方式來選擇，這些位存放在數(shù)據(jù)寄存器 D8120 中，具體規(guī)定如下表16-1所示 表16-1串行通訊數(shù)據(jù)格式D8120 的位 說明 位狀態(tài) 0 （ OFF ） 1(ON) bo 數(shù)據(jù)長度 7 位 8 位 b1 b2 校驗（ b2 b1 ） （ 00 ）：無校驗 （ 01 ）：奇校驗 （ 11 ）：偶校驗 b3 停止位 1 位 2 位 b4 b5 b6 b7 波特率（ b7 b6 b5 b4 ） （ 0011 ）： 300bps （ 0100 ）： 600bps （ 0101 ）： 1200bps （ 0110 ）： 2400bps （ 0111 ）： 4800bps （ 1

11、000 ）： 9600bps （ 1001 ）： 19200bps b8 起始字符 無 D8124 b9 結(jié)束字符 無 D8125 b10 握手信號類型 1 無 H/W1 b11 模式（控制線） 常規(guī) 單控 b12 握手信號類型 2 無 H/W2 b13b15 可取代 b8b12 用于 FX-485 網(wǎng)絡 使用說明如下： 1）如 D8120 0F9EH 則選擇下列參數(shù)。 E 7 位數(shù)據(jù)位、偶校驗、 2 位停止位 9 波特率為 19200bps F 起始字符、結(jié)束字符、硬件 1 型（ H/W1 ）握手信號、單線模式控制 0 硬件 2 型（ H/W2 ）握手信號為 OFF 2）起始字符和結(jié)束字符可

12、以根據(jù)用戶的需要自行修改。 3)起始字符和結(jié)束字符在發(fā)送時自動加到發(fā)送的信息上。在接收信息過程中，除非接收到起始字符，不然數(shù)據(jù)將被忽略；數(shù)據(jù)將被連續(xù)不斷地讀進直到接到結(jié)束字符或接收緩沖區(qū)全部占滿為為止。因此，必須將接收緩沖區(qū)的長度及所要接收的最長信息的長度設定的一樣。 (2)串行通訊指令 該指令的助記符、指令代碼、操作數(shù)、程序步如下表所示。 RS 指令用于對 FX 系列 PLC 的通訊適配器 FX-232ADP 進行通訊控制，實現(xiàn) PLC 及外圍設備間的數(shù)據(jù)傳送和接收。 RS 指令在梯形圖中使用的情況如下圖所示。 S 指定傳送緩沖區(qū)的首地址 m 指定傳送信息長度 D 指定接收緩沖區(qū)的首地址 n

13、 指定接收數(shù)據(jù)長度，即接收信息的最大長度 1） RS 指令使用說明 （ a ）發(fā)送和接收緩沖區(qū)的大小決定了每傳送一次信息所允許的最大數(shù)據(jù)量，緩沖區(qū)的大小在下列情況下可加以修改。 發(fā)送緩沖區(qū)在發(fā)送之前，即 M8122 置 ON 之前。 接收緩沖區(qū)信息接收完后，且 M8123 復位前。 （ b ）在信息接收過程不能發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送將被延遲（ M8121 為 ON ）。 （ c ）在程序中可以有多條 RS 指令，但在任一時刻只能有一條被執(zhí)行。 二、 PLC網(wǎng)絡技術(shù)在工業(yè)控制中，對于控制任務的復雜控制系統(tǒng)，不可能單靠增大PLC的輸入、輸出點數(shù)或改進機型來實現(xiàn)復雜的控制功能，于是便想到將多臺PLC相互連接

14、形成網(wǎng)絡。要想使多臺PLC能聯(lián)網(wǎng)工作，其硬件和軟件都要符合一定的要求。硬件上，一般要增加通信模塊、通訊接口、終端適配器、網(wǎng)卡、集線器、調(diào)制解調(diào)器、纜線等設備或器件；軟件上，要按特定的協(xié)議，開發(fā)具有一定功能的通訊程序和網(wǎng)絡系統(tǒng)程序，對PLC的軟件、硬件資源進行統(tǒng)一管理和調(diào)度。（一） PLC網(wǎng)絡系統(tǒng)根據(jù)PLC網(wǎng)絡的連接方式，可將其網(wǎng)絡機構(gòu)分為總線結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)和星形結(jié)構(gòu)三種基本形式，如圖2所示，每種結(jié)構(gòu)都有各自得優(yōu)點和缺點，可根據(jù)具體情況選擇?？偩€結(jié)構(gòu)，以其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、易于擴展，被廣泛應用。圖4星形結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖3 環(huán)形結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 圖16-2 PLC總線結(jié)構(gòu)（二）三菱PLC網(wǎng)絡三菱公司PLC網(wǎng)絡

15、繼承了傳統(tǒng)使用的MELSEC網(wǎng)絡，并使其在性能、功能、使用簡便等方面更勝一籌。Q系列PLC提供層次清晰的三層網(wǎng)絡，針對各種用途提供最合適的網(wǎng)絡產(chǎn)品，如圖5所示。圖16-3 三菱公司的PLC網(wǎng)絡1、信息層/Ethernet（以太網(wǎng)） 信息層為網(wǎng)絡系統(tǒng)中最高層，主要是在PLC、設備控制器以及生產(chǎn)管理用PC之間傳輸生產(chǎn)管理信息、質(zhì)量管理信息及設備的運轉(zhuǎn)情況等數(shù)據(jù)，信息層使用最普遍的Ethernet。它不僅能夠連接windows系統(tǒng)的PC、UNIX系統(tǒng)的工作站等，而且還能連接各種FA設備。Q系列PLC系列的Ethernet模塊具有了日益普及的因特網(wǎng)電子郵件收發(fā)功能，使用戶無論在世界的任何地方都可以方便

16、地收發(fā)生產(chǎn)信息郵件，構(gòu)筑遠程監(jiān)視管理系統(tǒng)。同時，利用因特網(wǎng)的FTP服務器功能及MELSEC專用協(xié)議可以很容易的實現(xiàn)程序的上傳/下載和信息的傳輸。2、控制層/MELSECNET/10（H） 是整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的中間層，在是PLC、CNC等控制設備之間方便且高速地進行處理數(shù)據(jù)互傳的控制網(wǎng)絡。作為MELSEC控制網(wǎng)絡的MELSECNET/10，以它良好的實時性、簡單的網(wǎng)絡設定、無程序的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)共享概念，以及冗余回路等特點獲得了很高的市場評價，被采用的設備臺數(shù)在日本達到最高，在世界上也是屈指可數(shù)的。而MELSECNET/H不僅繼承了MELSECNET/10優(yōu)秀的特點，還使網(wǎng)絡的實時性更好，數(shù)據(jù)容量更大，進

17、一步適應市場的需要。但目前MELSECNET/H只有Q系列 PLC才可使用。3、設備層/現(xiàn)場總線CC-Link 設備層是把PLC等控制設備和傳感器以及驅(qū)動設備連接起來的現(xiàn)場網(wǎng)絡，為整個網(wǎng)絡系統(tǒng)最低層的網(wǎng)絡。采用CC-Link現(xiàn)場總線連接，布線數(shù)量大大減少，提高了系統(tǒng)可維護性。而且，不只是ON/OFF等開關(guān)量的數(shù)據(jù)，還可連接ID系統(tǒng)、條形碼閱讀器、變頻器、人機界面等智能化設備，從完成各種數(shù)據(jù)的通信，到終端生產(chǎn)信息的管理均可實現(xiàn)，加上對機器動作狀態(tài)的集中管理，使維修保養(yǎng)的工作效率也大有提高。在Q系列PLC中使用，CC-Link的功能更好，而且使用更簡便。在三菱的PLC網(wǎng)絡中進行通信時，不會感覺到有

18、網(wǎng)絡種類的差別和間斷，可進行跨網(wǎng)絡間的數(shù)據(jù)通信和程序的遠程監(jiān)控、修改、調(diào)試等工作，而無需考慮網(wǎng)絡的層次和類型。MELSECNET/H和CC-Link使用循環(huán)通信的方式，周期性自動地收發(fā)信息，不需要專門的數(shù)據(jù)通信程序，只需簡單的參數(shù)設定即可。MELSECNET/H和CC-Link是使用廣播方式進行循環(huán)通信發(fā)送和接收的，這樣就可做到網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)共享。對于Q系列PLC使用的Ethernet、MELSECNET/H、CC-Link網(wǎng)絡，可以在GX Developer軟件畫面上設定網(wǎng)絡參數(shù)以及各種功能，簡單方便。另外，Q系列PLC除了擁有上面所提到的網(wǎng)絡之外，還可支持 PROFIBUS、Modbus、D

19、eviceNet、ASi等其它廠商的網(wǎng)絡，還可進行 RS-232/RS-422/RS485等串行通信，通過數(shù)據(jù)專線、電話線進行數(shù)據(jù)傳送等多種通信方式。（四）SIEMENS公司的PLC網(wǎng)絡西門子PLC的網(wǎng)絡是適合不同的控制需要制定的，也為各個網(wǎng)絡層次之間提供了互連模塊或裝置，利用它們可以設計出滿足各種應用需求的控制管理網(wǎng)絡。西門子S7系列PLC網(wǎng)絡如圖7-25所示，它采用3級總線復合型結(jié)構(gòu)，最底一級為遠程I/O鏈路，負責及現(xiàn)場設備通信，在遠程I/O鏈路中配置周期I/O通信機制。中間一級為Profibus現(xiàn)場總線或主從式多點鏈路。前者是一種新型現(xiàn)場總線，可承擔現(xiàn)場、控制、監(jiān)控三級的通信，采用令牌方

20、式及主從輪詢相結(jié)合的存取控制方式；后者為一種主從式總線，采月主從輪詢式通信。最高一層為工業(yè)以太網(wǎng)，它負責傳送生產(chǎn)管理信息。在工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議的下層中配置以802.3為核心的以太網(wǎng)協(xié)議，在上層向用戶提供TF接口，實現(xiàn)AP協(xié)議及MMS協(xié)議。 圖16-5 SIEMENS公司的PLC網(wǎng)絡（五）OMRON公司的PLC網(wǎng)絡OMRON PLC網(wǎng)絡類型較多，功能齊全，可以適用各種層次工業(yè)自動化網(wǎng)絡的不同需要。如圖7-27所示為OMRON公司的PLC網(wǎng)絡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系示意圖。OMRON的PLC網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)體系大體分為三個層次：信息層、控制層和器件層。信息層是最高層，負責系統(tǒng)的管理及決策，除了Ethemet網(wǎng)外，H

21、OST Link網(wǎng)也可算在其中，因為HOST Link網(wǎng)主要用于計算機對PLC的管理和監(jiān)控?？刂茖邮侵虚g層，負責生產(chǎn)過程的監(jiān)控、協(xié)調(diào)和優(yōu)化，該層的網(wǎng)絡有SYSMAC NET、SYSMAC Link、Controller Link和PLC Link網(wǎng)。器件層是最低層，為現(xiàn)場總線網(wǎng)，直接面對現(xiàn)場器件和設備，負責現(xiàn)場信號的采集及執(zhí)行元件的驅(qū)動，有CompoBus/D、CompoBus/S和Remote I/O網(wǎng)。Ethernet屬于大型網(wǎng)，它的信息處理功能很強，支持FINS通信、TCP/IP和UDP/IP的Socket（接駁）服務、FTP服務。HOST Link網(wǎng)是OMRON推出較早、使用較廣的一種

22、網(wǎng)。上位計算機使用HOST通信協(xié)議及PLC通信，可以對網(wǎng)中的各臺PLC進行管理及監(jiān)控。SYSMAC NET網(wǎng)屬于大型網(wǎng)，是光纖環(huán)網(wǎng)，主要是實現(xiàn)有大容量數(shù)據(jù)鏈接和節(jié)點間信息通信。它適用于地理范圍廣、控制區(qū)域大的場合，是一種大型集散控制的網(wǎng)絡。SYSMAC Link網(wǎng)屬于中型網(wǎng)，采用總線結(jié)構(gòu)，適用于中規(guī)模集散控制的網(wǎng)絡。Controller Link網(wǎng)（控制器網(wǎng)）是 SYSMAC Link網(wǎng)的簡化，相比而言，規(guī)模要小一些，但實現(xiàn)簡單。PLC Link網(wǎng)的主要功能是各臺PLC建立數(shù)據(jù)鏈接（容量較?。瑢崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享，它適用于控制范圍較大，需要多臺PLC參及控制且控制環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)的場合。 CompoBus/D是一種開放、多主控的器件網(wǎng)，開放性是其特色。它采用了美國AB公司制定的DeviceNet通信規(guī)約，只要符合DeviceNet標準，就可以接入其中。其主要功能有遠程開關(guān)量和遠程模擬量的I/O控制及信息通信。這是一種較為理想的控制功能齊全、配置靈活、實現(xiàn)方便的控制網(wǎng)絡。CompoBus/S也為器件網(wǎng)，是一種高速ON/OFF現(xiàn)場控制總線，使用CompoBus/S專用通信協(xié)議。CompoBus/S的功能雖不及CompoBus/D，但它實現(xiàn)簡單，通信速度更快，主要功能有遠程開關(guān)量的I/O控制。Remote I/O網(wǎng)實際上是P