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1、第1章 前 言1.1 课题的背景和意义锅炉微机把握，是近年来开发的一项技术，它是微型计算机软件、硬件、自动把握、锅炉节能等几项技术严密结合的产物，我国现有中、小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的1/3，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、铺张大、环境污染严峻的生产状态。提高热效率，降低耗煤量，降低耗电量，用微机进展把握是一件具有深远意义的。工业把握自动化技术是一种运用把握理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、把握、优化、调度、治理和决策，到达增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要解决生产效率与全都性问题。虽然自动化系统本身并不直接制造效益，
2、但它对企业生产过程有明显的提升作用。目前，工业把握自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向进展。1.2 锅炉把握系统的总体流程依据设计要求将整个锅炉运行把握的全过程分成多个阶段：运行参数的初始化过程，在这个过程中调用系统启动的函数；燃烧室中燃烧器的把握过程；废液输送泵、酸碱液喷嘴、风机等执行机构的把握；通信过程；故障的处理过程；模拟量信号的采集过程。锅炉燃烧自动把握系统流程图如图1-1所示。PLC把握锅炉的工艺流程1. 启动：按肯定的时间间隔起燃。起燃挨次是：燃油预热-间隔1分钟送风，子火燃烧， 母火燃烧-间隔5秒钟子火，母火同时关闭。2. 停顿：停顿燃烧时，要求：燃油预热关闭，喷油关闭，送
3、风将废气，杂质吹去-间隔20秒送风停顿清炉停顿)。3. 特别状况自动关火：燃油燃烧过程中，当消灭特别状况时即蒸汽压力超过允许值或水位超过上限，或水位低于下限，能自动关火进展清炉；特别状况消逝后，又能自动按起燃程序重点火起燃。即：特别状况 燃油预热关闭，喷油关闭，送风-间隔20秒-清炉停顿-特别状况消逝起燃。4.锅炉24水位把握：锅炉工作启动后，当水位低于下限时，进水阀翻开，排水阀关闭。当水位高于上限时，排水阀翻开，进水阀关闭。启动主程序运行参数 初始化1# 3# 燃烧器把握废液输送泵等执行机构把握通信处理故障处理模拟量信号采集主程序完毕图 1-1 锅炉燃烧自动把握系统流程图1.3 设计的主要工
4、作通过PLC与上位机之间的通信对锅炉燃烧进展监控，把锅炉仪表上的信息准时进展采集，然后经过PLC进展数据和图象处理，再通过通信协议和串口通信端口把信息传送到上位机中，上位机把反映出来的数据和图象再与参数进展调适，并发送到PLC，PLC再对锅炉进展调整，到达准时监控的目的。主要工作是对通信模块、通信协议、通信格式、通信端口、通信硬软件以及通信程序进展设计。第 2 章 通信模块设计2.1 通信模式通信模块作为上位机和 PLC 交换数据的平台，具有格外重要的作用。通信模块的设计主要包括几个方面：1、串口初始化。串口初始化包括设置通信协议、输入输出缓冲区大小等内容。2、数据的接收和发送以及校验。上位机
5、首先发出命令给 PLC，PLC 从串口输出缓冲区内接收数据，然后 PLC 自动发送一个响应帧，上位机检测到输入缓冲区的数据开头接收数据。命令帧的格式为站号、读/写操作类型、发送数据、校验码、完毕字符。响应帧的格式为站号、接收数据、校验码、完毕字符。为了保证通信数据的正确性，上位机对接收到的数据需要进展校验，校验是通过一个BCC 校验函数来进展。BCC 校验码就是将要传送的字符串的 ASCII 码以字节为单位作异或运算，并将异或运算结果作为指令的一局部传送出去。3、数据转换。由于PLC 在发送数据时，有些模拟量数据，如管网压力和电机转速，承受的是二进制的形式，在计算机承受到数据之后必需进展转换，
6、方能正确显示。4、错误处理和报警。对于传输过程中可能消灭的各种错误，需要实行相应的处理措施，不行恢复的严峻错误必需报警5、BCC 校验程序Verify将接收到的数据进展异或和校验通过对上位机和 PLC 之间的串行通信的方式以及接口标准的争辩，确定了本把握系统中的通信子系统所使用的通信标准和接口。通信协议是保证串行通信的稳定性和牢靠性的重要环节。通信模块能够准确、快速的完成通信任务，到达了预期的目标.2.2 通信协议FX 系列 PLC 与计算机的通信模式有两种: PLC 与计算机承受专有协议(dedicated protocol)通信，这种方式无须编写梯形图，计算机直接读写 PLC;PLC 与计
7、算机无协议通信，这种方式需要编写梯形图，并使用串行数据传送指令 RS图 2-1无协议通信梯形图该指令为使用RS-232C 及RS-485 功能扩展板及特别适配器进展发送接收串行数据的指令。2.3 通信格式通信格式设置 D8120 除了适用于 RS 指令外，还适用于计算机链接通信。图 2-2通信格式链接RS 指令收发信息的程序RS 指令指定 PLC 发送数据的起始地址与元件数以及接收数据存储用起始地址与可以接收的最大数据字数。图 2-3 RS 指令收发信息程序发送恳求 M8122：RS 指令的驱动输入 X010 变为 ON 状态时，PLC 就进入接收等待状态。在接收等待状态或接收完成状态时，用脉
8、冲指令置位 M8122，就开头发送从 D200 开头的 DO 长度的数据，发送完毕时 M8122 自动复位。接收完成 M8123：接收完成标志 M8123 ON 后，请先把接收数据传送到其他储存地址后，再对M8123 进展复位。M8123 复位后，则再次进入接收等待状态。M8123 的复位如前面所述，请由程序执行。RS 指令的驱动输入 X010 进入 ON 状态后，可编程把握器变为接收等待状态。用DI=0 执行 RS 指令时，则 M8123执行完成标志将不动作，也不进入接收等待状态。从这个状态想成为接收等待状态，请使DI1 之后，再对M8123 进展 ONOFF 操作。该指令为使用 RS-23
9、2C 及 RS-485 功能模块及特别适配器进展发送接收串行数据的指令。数据的传送格式可以通过特别数据存放器设定。RS 指令驱动时，即使转变设定，实际上也不承受。FX1S 和 FX2NPLC 是承受半双工方式进展通信。RX2N、FX2NC 和 FX2NPLC，都是承受全双工方式进展通信。2.4 通信硬件描述PLC 与 PC 机之间实现通道，可使二者互补功能上的缺乏，PLC 用于把握方面，而 PC 机在图形显示、数据处理、打印报表以及中文显示等方面有很强的功能。因此，各 PLC 制造厂家纷纷开发了适用于本公司的各种型号 PLC 与 PC 机通信的接口模块。三菱公司开发的 FX-232AW 接口模
10、块用于 FX2 系列 PLC 与计算机通信。还有与以太网连接的接口模块 AJ71E71、与 MAP 网连接的接口模块 AJ71M51-S1、与 FAIS MAP 网连接的接口模块 AJ71M51M1 等。不同的通信方式，有着不同的本钱价格和不同的适用范围。在此介绍一种通过 PC 机的 RS-232 口与 PLC 进展通信的实现方法。FX2 系列 PLC 的编程接口承受 RS-422 标准，而计算机的串行口承受 RS-232 标准。因此，作为实现 PLC 计算机通信的接口电路，必需将 RS-422 标准转换成RS-232 标准。RS-232 与 RS-422 标准在信号的传送、规律电平均不一样。
11、RS-232 承受单端接收器和单端发送器，只用一根信号线来传送信息，并且依据该信号线上电平相对于公共的信号地电平的大小来打算规律的“1”-3-15V和“0”+3+15V；RS-422 标准是一种以平衡方式传输的标准，即双端发送和双端接收，依据两条传输线之间的电位差值来打算规律状态。RS-422 电路由发送器、平衡连接电缆、电缆终端负载和接收器组成。它通过平衡发送器和差动接收器将规律电平和电位差之间进展转换+2V 表示“0”，-2V 表示“1”选用 MAXIM 公司的 MAX202 实现 RS-232 与 TTL 之间的电平转换。MAX202 内部有电压倍增电路和转换电路，仅需 +5V 电源就可
12、工作，使用格外便利；选用MAX490 实现 RS-485 与 TTL 之间的转换。每片MAX490 有一对发送器/接收器，由于通信承受全双工方式，故需两片 MAX490，另外只需外接 4 只电容即可。将 RS-232 的 RS、CS 短接，这样对计算机发送数据来说，PLC 总是处于就绪状态。也就是说，计算机在任何时候都可以将数据送到 PLC 内。又由于 DR、ER 穿插连接，因此，对计算机接收数据来说，必需等待至 PLC 处于预备就绪状态。2.5 通信软件描述FX2 系列 PLC 与计算机之间的通信承受 RS-232 标准，其传输速率固定为9600bps，数据以帧为单位发送和接收。一个多字符帧
13、由力所示的五局部组成， 其中和校验值是将命令码 ETX 之间的的呢字符的 ASCII 码十六进制数相加， 取得所得和的最低二位数。STX 和ETX 分别表示该字符帧的起始标起和完毕标志。FX2 系列与计算机之间的通信是以主机发出的初始命令，PLC 对其作出响应的方式进展通信的。共有 0、1、7、8 四种命令，上位机实现对 PLC 的读写和强行置位。通过 ENQ、ACK 和 NAK，上位机协调与 PLC 的通信应答。图 2-4 通信帧程序如传送的命令有错误，PLC 返回 NAK 信号，本次操作失败，重进展。为了保证主机与 PLC 的通信准确无误，上位机也必需按通信协议进展和校。如接收的信息有误，
14、则重读取。如重复 3 次仍不行，则显示错误信息主机还可向 PLC 写数据，进展单点的强近置位和复位。2.6 PLC 与计算机的通信端口连接FX 系列 PLC 的编程接口承受 RS-422 标准，而计算机的串行口承受 RS-232C 标准，因此承受接口模块 FX-232AW 将 RS-422 标准转换为 RS-232C 标准。如下图，计算机、PLC 与 FX-232AW 之间承受反响与穿插相结合的连接图引脚 2、3:将引脚 2、3 穿插互连，使 PLC 与上位机之间能发送和接收数据。引脚 4、5:将引脚 4、5 反响短接，对计算机发送数据来说，PLC 总是处于数据预备就绪状态，计算机在任何时候都
15、可以将数据送到 PLC 中。引脚 6、20:将引脚 6、20 穿插互连，对计算机来说就必需检测 PLC 是否处于预备就绪状态，即检测引脚 6 是否为高电平。当引脚 6 为高电寻常，表示 PLC 预备就绪，可以接收数据， 这时计算机就可以向 PLC 发送数据了;反之，当引脚 6 为低电寻常，PLC 与计算机则不能通信。在现场PC-PLC 之间通信线路的设计中，对于 PC 与PLC 之间距离较短的系统， 常直接承受简洁易用的 RS-232 来进展点到点的连接，而对于 PC 与 PLC 之间有着较长距离的通信，一般均承受 RS-485 链路协议进展总线多站形式的连接。为了让所设计的协议能够透亮地在这
16、两种连接方式下使用，以使通信程序在应用上具有较高的机敏性，在所设计的协议中实现了简洁的传输层功能，做到了将硬件接口方式与软件规律接口相独立。在设计 PC-PLC 通信协议时，所要到达的根本目标是：具有尽可能高的实时性；具有高牢靠性和稳定性；具有传输层功能；简洁易用并具有可扩展性。为了让通信程序在工业生产环境下具有很高的牢靠性和稳定性，不仅需要在进展协议设计时充分考虑纠错问题，还需要通信程序自身具有很强的出错处理力量，能够具有肯定智能地处理通信过程中所遇到的各种出错状况。2.7 通信程序的构造如上所述，在现场PC-PLC 之间通信线路的设计中，有用RS-232 来进展点到点的连接，也有承受 RS
17、-485 链路协议进展多站之间访问的总线形式的连接。在通信程序的设计中，为了让同一个通信程序适用于这两种状况，在设计中实现了让通信程序能够自动识别这两种连接方式的功能。在 PLC 加电后首先对通信端口及通信状态进展初始化操作，然后检测端口状态，当端口预备就绪后启动通信处理。在通信处理时，对应于协议的上两层构造，相应地将其分为两层进展处理：网络层处理层；数据处理应用图 2-6通信网络程序通过网络层的处理，对数据的进展拆包或打包，得到源站发送的数据信息或在发送的数据上参加网络信息。同时也可以得到网络的通信方式，到达自动识别不同连接方式的功能。在应用层的处理中，通信程序与把握程序的数据交换承受了数据
18、表的形式， 使通信程序能脱离具体的把握程序。编制出一个较为通用的通信程序。2.7.1 接收程序构造通过对通信端口的检测，当接收到一组数据时首先进展头尾检测，当检测到一组具有开头符和完毕符的完整的数据时，首先进展站号推断，确定是否是发给本站的数据，并确定发送数据的源站号，以便对数据进展相应地处理及发送相应的应答信息。同时也进展通信号的推断，以防重复接收。在站号检测完毕后，再进展通信数据校验，并进展相应处理。把握字的推断与处理主要进展以下的推断：通信方式；是否需要应答；是否是恳求重发；通信把握命令。数据处理应用层的目的是取出数据并以肯定的格式存入通信数据表中传递给把握程序。2.7.2 发送程序构造
19、当有数据需要传送给上位机或其她设备时，将启动发送程序。首先进展端口检测及发送权的推断，是否允许发送。然后从通信数据表中取出数据，同时依据要求设置把握字、通信序号、目的站号和源站本站号，再计算通信校验码CRC。并依据协议要求将它们合并成一组数据。最终在这组数据上参加开头符和完毕符，形成完整的发送数据，传入发送缓冲区，由 PLC 厂家所供给的底层通信协议将数据发出第 3 章 通信程序本局部程序由图 1-图 13 组成。网络 2 实现通信的初始化过程，网络 2 的梯形图如图 3-1 所示网络 1 和网络 2 的代码如下：BEGIN网络 1SBR0网络 2LDB=VB100，1读指令AM0.3BCC
20、正确ATHVB120，VB110，10FILL16#3030，VW152，8将发送缓冲区清零MOVW21,VB149置发送字节数网络 3 负责计算效验和，网络 3 的梯形图如图 3-2 所示。网络 3 的实现代码如下： 网络 3计算效验和LDB=VB100，1AMO.3MOVDVB152，AC1指向发送缓冲区头MOVB0，VB106初始化发送 BCC 网络 4 的梯形图如图 3-3 所示。网络 4 的实现代码如下： 网络 4LDB=VB100，1 AMO.3RORAC0，+0，+15开头计算 BCC网络 5 的梯形图如图 3-4 所示。网络 5 的实现代码如下： 网络 5LDSM0.0XORB
21、AC1，VB106网络 6 的梯形图如图 3-5 所示。网络 6 的实现代码如下： 网络 6LDSM0.0INCDAC1网络 7、8 实现数据的发送过程。网络 7、8 的梯形图如图 3-6 所示。网络 7、8 的实现代码如下： 网络 7NEXTLDM0.3AB=VB100.1HTAVB106，VB168，2将 BCC HTAXMTVB149，0开头发送RMO.3，1网络 9 实现数据的接收过程。网络 9 的梯形图如图 3-7 所示。以下是网络 9 的实现代码：网络 9LDB=VB100，2计算机写数据AM0.3BCC 正确ATHVB120，VB110，10分别出 PLC 区地址信息及字节数AT
22、HVB130，VD110，VB114将数据直接转换到直接地址XMTVB195，0返回给计算机 3，6，5RM0.3，1网络 10 实现的是通信错误的反响过程。网络 10 的梯形图如图 3-8 所示。网络 10 的实现代码如下： 网络 10LDM0.4计算机来的数据 BCC 错误返回给计算机 3，7，5 XMTVB191，0TMO.4，1网络 11RET ENDSUBROUTINEBLOCK参考文献1 钟肇,彭 侃. 可编程把握器原理及应用 . 广州:华南理工大学出版社,202217；2 陈振学 PLC 与智能从站之间的数据通讯 仪器与测控 20229 ，3234；3 史国生.电气把握与可编程把
23、握器技术.化学工业出版社，2022.44 钟肇 范建东.可编程把握器原理及应用 .华南理工大学出版社， 2022.55 丁伟. 可编程把握器在工业把握中的应用. 化学工业出版社，2022.76 廖常初编著可编程序把握器应用技术M重庆：重庆大学出版社，2022，7 李树雄， 李全利.可编程序把握器原理及应用教程.北京航空航天大学出版社， 2022.9完毕语通过一个多月的时间完成了锅炉燃烧自动把握系统的通信设计。在设计中我学到了很多学问，对锅炉燃烧自动把握系统中的通信有了更深一步的生疏，同时也对 PLC 与上位机之间的通信是怎样实现也更加的生疏。对通信系统的组成，原理、PLC 与 PC 机之间实现
24、通道、通信协议、端口连接，通信过程以及编程有了初步的了解。在设计过程对 Word 的运用更加的娴熟。致谢在马上毕业之际，毕业设计已接近尾声，我想借此时机对关心和支持我的全部人表示感谢！三年来，我认真地学习了专业课程根底学问，具有肯定的设计理论根底和独立设计力量，由于毕业设计的课题是一种整体性的，系统性的设计，我真的是很努力地在做，但还是感到力不从心，因而这次设计在深度和广度上都有肯定的局限性，不过，我认为还是提高了生疏，学到了东西。所以我要感谢全部的任课教师，是你们们的教育和培育，才使我学有所获。特别要感谢我的指导教师陆秀令教师，在他的悉心指导下，一次又一次的订正错误，我才得以完成毕业设计。另外，在整个设计的过程中，还得到了同组其他同学的真诚帮助，在此一并表示感谢！