基于PLC的综合远程控制系统的实现

图 4 是小丝杆的停止模块， 其余各轴类似。 从图中可以看
出，当按下轴停止后，
M1 继 电 器 置 1，同 时
马上将小丝杆的运行
速度设为慢速， 然后
经 过 5s 的 延 时 后 ，
M1 继 电 器 产 生 下 降
沿触发轴停止。
点动模块是这类
控制系统必不可少的
一个控制方式， 即用
户按住运行按钮，轴
就开始运动， 一旦松
（kVA）应 同 时 满 足 下 列 三 式 ：
Pcn≥k*Pm ／ (μ*cosφ)
（1）
Pcn≥k*1．732*Um*Im*10－3
（2）
Icn≥k*Im(A)
（3）
式 中 ：Pm－负 载 所 要 求 的 电 动 机 的 输 出 功 率 ；μ－电 动 机 的
效率（通常在 0．85 以上）；
cosφ－电动机的功率因数（通常在 0．8 以上）；
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基于 PLC 的综合远程控制系统的实现
基于 PLC 的综合远程控制系统的实现
Implementation of Integrated Remote Control System Based on PLC
江伟杰 林 峰 （浙江大学电气工程学院，浙江 杭州 310027）
摘要 由于工程需要，为实现基于可编程逻辑控制器（PLC）的自动化系统的综合控制 ，项 目 采 用 变 频 器 、触 摸 屏 、工 业 控 制 计 算机、高速数据通信卡等设备，实现了现场和远程控制的功能。 在详细叙述湖上平台回转升降平移装置结构，尤其是其控制 系统的基础上，说明了触摸屏、工控机与 PLC 之间通信的实现。 其实时效果良好，现场和远程控制快速有效。 关键词：可编程逻辑控制器，触摸屏，工业控制计算机，监控
《工业控制计算机》2010 年第 23 卷第 8 期
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控制系统，系统操作界面如图 2。
图 2 触摸屏主操作界面
3 下位机 PLC 的设计
3．1 PLC 的选择及参数设置
在 本 系 统 中 采 用 三 菱 FX2N－32M PLC 为 系 统 主 控 制 器 ，
自带 16 个数字输入点和 16 个数字输出点，同时具 有 12V 输 出
程工控机和触摸 屏 以 及 LED 显 示 屏 实 现 了 对 现 场 PLC 的 控 制
和显示，进而实现了整个装置系统的控制。
2 变频器和触摸屏的选型
要对系统所用的变频器进行选型， 首先得确定变频器的容
量， 方法是依据所配电动机的额定功率和额定电流来确定变频
器容量。 在一台变频器驱动一台电机连续运转时， 变频器容量
止模块、暂停模块、重新启动
模块、校零模块、伺服控制模
块和报警指示模块。 下面重
点阐述一下轴停止模块、点
动模块、校零模块。
轴停止模块的设计主要
是由于本系统中的负载动辄
好几吨，惯性极大，在运动过
程中直接按下停止后很容易
图 3 系统程序流程图
出现轴卡住状态。 轴停止模块
主要包括两部分， 一个是轴启动后到达目标位后的自动停止，一
掉按钮， 轴则马上停
止运动。 点动模块主
要包括两部分， 一部
分是点动速度的选
择， 共有快中慢三种
选择， 另外一部分是
轴点动选择。 对于轴
点动， 主要对各轴之
间做了联wk.baidu.com冗余控
制， 以保证不会出现 多轴同时点动的情况发
图 4 轴停止模块程序框图
生。 图 5－a 和 5－b 是轴 1 即旋转轴的点动模块程序框图。
Abstract According to the requirement of the engineering project,which is to realize the integrated control of automation system based on Programmable Logic Controller (PLC),this paper adopt frequency converter and touch screen,industrial computer, high－speed data communication card and other equipment to achieve the excellent function of control on－site and in the distance．The rise and rotate platform structure,especially its control system,is described in details．The realization of the communications between touch screen,IPC and PLC is showed in this paper． Keywords:PLC,touch screen,industrial control computer,monitoring
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图 6 校零模块 4 通信 4．1 触摸屏通信
本 系 统 中 触 摸 屏 与 PLC 的 通 信 方 式 为 RS232 串 行 通 信 ， 其中利用触摸屏上数据连接线与 PLC 上的编程口直接相连。 其 连接方式可见图 7。
基于 PLC 的综合远程控制系统的实现
上位机通信即为工控机和 PLC 之间的通信。 其实现方法有 多 种 ： 调 用 API 串 行 通 信 函 数 、 利 用 MSComm 控 件 和 SPComm 控件。 在本控制系统中采用 VC＋＋调用 DbCom 类（力控 组 态 软 件 所 提 供 的 一 个 标 准 OLE 控 件 ）， 实 现 力 控 数 据 库 和 VC＋＋之间的数据交换，从而实现其与操作现场之间的通信。 为 了更直观地从工控机上控制 PLC 的各个运行状况、控制 对 象 的 状态，同时考虑到控制系统的实际操作需要，采用工控机安装力 控三维组态软件构造监控系统， 对整个系统进行控制。 力控与 PLC 之间通信采用的是 PPI 通讯协议。 力控与 PLC 的通信实现 主 要 包 括 两 部 分 ， 首 先 利 用 力 控 组 态 的 I ／ O Server， 使 其 与 PLC 建 立 通 信 ，交 换 数 据 ；其 次 利 用 力 控 组 态 的 实 时 数 据 库 ，使 力控取得 PLC 内部相关软元件的当前数据，并在必要时 刻 能 够 对 PLC 进行操作，即改变软元件的值。 实时数据库 RTDB 是力 控监控软件的数据服务器，RTDB 作为单独的进 程 ，且 是 整 个 监 控 系 统 的 核 心 ，不 但 负 责 处 理 IO 服 务 器 采 集 的 实 时 数 据 ，同 时 也作为网络数据服务的核心，充当历史数据服务器、报警数据服 务 器 、时 钟 服 务 器 等 ，来 提 供 网 络 其 它 的 HMI、数 据 库 等 客 户 端 来访问。
通用矢量型变频器。
本系统采用的触摸屏型号为台湾威纶公司生产的
MT506L，320×240 分辨率四色灰度触摸屏。 它通过 RS232 接口
与 PLC 控制单元相 连 ，可 由 在 线 ／ 下 载 执 行 两 种 模 式 对 PLC 单
元实现实时控制。
本系统使用 EasyBuilder500 组态软件，设计 和 实 现 了 整 个
湖上平台回转升降平移装置是为水声测量单位所设计的控 制系统， 主要功能是对挂在其机械部分上的被测装置进行水平 移动、垂直升降以及旋转操作，如图 1 所示。 湖上平台回转升降 平移装置控制系统的总体方案设计，包括系统硬件设计，控制模 块 设 计 和 监 控 模 块 的 设 计 。 硬 件 设 计 包 括 PLC 及 其 各 扩 展 模 块，PLC 输入 ／ 输出(I ／ O)分配，变频器，触 摸 屏 和 各 控 制 电 路 等 ， 控 制 模 块 包 括 PLC 软 件 、触 摸 屏 控 制 界 面 软 件 ，监 控 模 块 包 括 工控机监控界面软件和 LED 显示屏。
本文介绍了根据实际工程的具体要求，设计了一套由 PLC、 变频器、增量型编码器、接近开关、工控机、触摸屏等主要设备构 成的湖上平台回转升降平移装置控制系统，具有联动自动运行、 点动工频运行、远程手动控制和现场手动控制等功能。
本系统以 PLC 作为水听器运动控制系统的控制核 心 ，模 拟 量输出控制各轴变频器。 为了实现较高的控制精度，采用 PLC、 变频器、电机、增量型编码器构成全闭环控制系统。 系统有效地 解决了传统扫描装置中存在的问题， 同时通过最底层的现场信 号的采集，中层的信号转换、数据的处理与通信，以及上层的监 控与管理结合起来，从而实现其有效控制。 1 系统组成
通信参数设置完成后，
对 工 控 机 与 PLC 之 间 通 信
的数据进行编程设计。 利用
PLC 基 本 单 元 上 RS232 通
信 接 口 可 以 配 置 一 个 PLC
与外部计算机进行通讯的系
统。 具体流程图如图 3 所示。
程序总体分为初始化设
置 模 块 、4 轴 连 动 控 制 模 块 、
4 轴点动控制模块、 紧急停
图 1 系统组成 根 据 项 目 具 体 控 制 点 数 的 要 求 ， 选 择 了 三 菱 FX2N 系 列 PLC 的 FX2N－32MR 基本单元。 从图 1 中我们可以看到远程工
控机与 PLC 间进行 RS485 通信， 触摸屏在现场与 PLC 间进行
RS232 通信，LED 显示屏与工控机间进行 RS485 通信。至此，远
图 5－a 轴点动选择程序
图 5－b 点动速度设置程序 校零模块主要有软件手动校零和机械自动校零两种方式。 其中软件手动校零就是在程序里设置校零用的软件继电器，同 时在触摸屏等界面操作上设置专门的校零按钮， 这样校零时只 要凭眼睛看准实际的零位后按下校零按钮即可， 而机械校零则 是在各轴的极限位置上安装接近开关来读取信号， 即当各轴运 动到极限位置后会触发接近开关输出一个信号， 我们再在程序 里利用这个信号进行校零。 校零模块程序框图如图 6。
Developer 软件进行编程时， 通讯格式设置参数可在 PLC 参数
中进行设置。 协议采用专用协议，数据长度为 7 位，偶（even）校
验，停止位为 1 位，波特率为 9600bps，H ／ W 类型为 RS485，同时
还需总数检查，采用格式 4 传送控制顺序和站号设置。
3．2 下位机 PLC 的软件设计
Um－电 动 机 电 压(V)；Im－电 动 机 工 频 电 源 时 的 电 流(A)；k－
电流波形的修正系数，对 PWM 方 式 ，取 1．0～1．05；Pcn－变 频 器
的 额 定 容 量 (kvA)；Icn－变 频 器 的 额 定 电 流 (A)。
选择变频器容量时，应同时满足三个算式的关系，尤其变频
力控通过串行口访问 PLC 相关的寄存器地址，以获得 PLC 所控制对象的状态，并修改相关寄存器的状态值。 在实际编程过 程中不需要编写读写 PLC 寄存器的程序。 力控在 IO 设备组态 选择设备设置时，地址设置和 PLC 参数的站号设置相同。 同时， 为了使力控与 PLC 内部各个软元件对应，需在实时数据 库 管 理 器设置对应的点组态。
个则是运动过程中的停止，对于自动停止，事先在程序中已有设
置，即速度的五段式切换，当快到达目标位时整个轴的速度已经
非常慢了，这时的停止没有问题。 而对于中途停止考虑到上述原
因，当按下停止按钮后还不能马上断掉 D ／ A 的输出，而是先延时
一定时间，在这个时间中先把轴运动的速度降下来，再来停止。 轴
停止模块程序框图如图 4 所示。
器电流是一个较关键的量。 根据控制功能不同，通用变频器可分
为三种类型：普通功能型 U ／ f 控制变频器、具有转矩控制功能的
高功能型 U／f 控制变频器以及矢量控制高功能型变频器。 供水
系统属泵类负载，低速运行时的转矩小，可选用价格相对便宜的
U ／ f 控制变频器。 综合以上因素，系统选用了富凌 DZB300 系列
电源，具有丰富的扩展模块。 软件上支持浮点数运算，便于进行
实时位置等数据转换操作。 本系统使用三菱专用通信协议
MELSEC，通信可以直接使用外部设备进行 PLC 程序、PLC 的编
程元件状态的读出，写入，编辑，特殊功能模块的缓冲存储器读写
等，还可以通过远程指令控制 PLC 的运行与停止等。 在采用 GX－