S7_300PLC和梅特勒托利多稱重儀表的Profibus通信程序設(shè)計(jì)

1、PLC 和梅特勒托利多稱重儀表的Profibus 通信程序設(shè)計(jì)S7-300孫明革( 吉林化工學(xué)院信息與控制工程學(xué)院，吉林 吉林 132022)摘 要 基于對梅特勒托利多 IND331 稱重儀表的 Profibus 通信協(xié)議的分析和 S7-300 PLC 的 Profibus 通信程序設(shè)計(jì)方法的研究，建立了 S7-300 PLC 和 IND331 的 Profibus 通信網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了 Profibus 通信程序。 實(shí)際應(yīng)用結(jié)果證明該通信程序具有設(shè)計(jì)方法簡單、實(shí)用可靠及易于推廣等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞 通信 稱重儀表S7-300 PLC Profibus 協(xié)議TH862 + 71000-3932( 201

2、4) 04-0450-04中圖分類號文獻(xiàn)標(biāo)識碼B文章編號梅特勒托利多稱重儀表以種類多、功能齊全、精度高及可靠性好等優(yōu)點(diǎn)在稱重領(lǐng)域中被廣泛應(yīng) 用，該儀表多處于單機(jī)工作模式下，雖然可以滿足 大多數(shù)用戶的基本需求，但是對于一些需要實(shí)現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)通信功能和復(fù)雜控制要求的稱重系統(tǒng)，由于 其實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜加之相關(guān)資料較少，所以應(yīng)用較 少。然而，隨著網(wǎng)絡(luò)化管理生產(chǎn)的需求日益增多， 網(wǎng)絡(luò)化的稱重系統(tǒng)應(yīng)用已經(jīng)成為必然。Profibus 通信是目前應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)場總線協(xié)議，多數(shù) 智能儀表和 PLC 都支持該通信協(xié)議。梅特勒托 利多稱重儀表中的 IND331 具有通信功能，通過 選擇不同的選件，可以支持串口 通信、De

3、viceNet3 給出了某稱重系統(tǒng)進(jìn)行 Profibus 所需要的具體命令號( 只列出了實(shí)際使用的幾個命令號) ，而沒有列出所有命令。表 4 給出 了輸 入 到IND331PLC 數(shù)據(jù)的字 0 的第 8 12 位的具體含義，編寫通信程序時根據(jù)具體需要選擇不同的代碼值以保 證通信正確5。表 1PLC 浮點(diǎn)數(shù)輸入字PLC 輸入字節(jié)PLC 輸入字含義保留命令響應(yīng) 浮點(diǎn)數(shù)據(jù) 浮點(diǎn)數(shù)據(jù) 浮點(diǎn)數(shù)據(jù) 浮點(diǎn)數(shù)據(jù)00121協(xié)議通信、Profibus DP 協(xié)議通信和 AllenBradley與梅特345672 3IO 協(xié)議通 信1 4。筆 者以 S7-300PLC勒托利多稱重儀表 IND331 的 Profib

4、us 通信為例介紹二者進(jìn)行 Profibus 通信的程序設(shè)計(jì)方法。稱重儀表狀態(tài)梅特勒托利多稱重儀表通信協(xié)議*S7-300 PLC 與 IND331 進(jìn)行 Profibus 通信，數(shù) 據(jù)交換需要 8 個字節(jié)，其中稱重儀表 IND331 輸入 到 S7-300 PLC 的數(shù)據(jù)通信格式見表 1，8 個字節(jié) 分為 4 個字，字 1 和字 2 為重量數(shù)據(jù)，具體根據(jù) S7-300 PLC 輸出到 IND331 的命令而定。這里的 重量數(shù)據(jù)字節(jié)排列順序與浮點(diǎn)數(shù)的類型有關(guān)，用 戶根據(jù)相應(yīng)的類型需要編寫程序進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以 得到真實(shí)的數(shù)據(jù)。PLC 輸出到 IND331 的數(shù)據(jù)通 信格式見表 2，其中字 1 是 P

5、LC 發(fā)送給 IND331 的1稱重儀表狀態(tài)表 2PLC 浮點(diǎn)數(shù)輸出字PLC 輸出字含義保留命令 浮點(diǎn)數(shù)據(jù) 浮點(diǎn)數(shù)據(jù)0123命令，字和 字是 可 選 的，某 些 需 要 更 新23IND331 內(nèi)部數(shù)據(jù)的命令必須給出字 1 和字 2。表收稿日期: 2013-08-05*第 4 期孫明革 S7-300 PLC 和梅特勒托利多稱重儀表的 Profibus 通信程序設(shè)計(jì)451速度設(shè)置為 1 5Mb / s，主站地址號為 27。表 3PLC 輸出命令I(lǐng)ND331 稱重儀表設(shè)置2 3命令號功 能2 3 1PLC 設(shè)置只有安裝 PLC 選件板時才會顯示 PLC 菜單。 菜單選項(xiàng)取決于安裝的 PLC 接口選

6、件板的類型， 這里選用 Profibus 接口選件板，因此在 IND331 儀 表 PLC 子菜單選項(xiàng)中選擇為第二項(xiàng) Profibus。連 接的 PLC 類型為 Profibus 時，PLC 菜單包括兩個 子菜單: Profibus 接口選項(xiàng)和數(shù)據(jù)格式。注意，網(wǎng) 絡(luò)波特率由儀表自動取值。每個連接到網(wǎng)絡(luò)中的 IND331 儀表代表一個物理節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員根 據(jù)需要在此菜單中輸入節(jié)點(diǎn)地址( 1 125) 5。10212226讀取毛重讀取目標(biāo)值讀取正允差讀取提前量表 4PLC 輸入浮點(diǎn)數(shù)字 0 第 8 12 位含義代碼功 能代碼功 能01234毛重凈重56131419精細(xì)皮重速率皮重目標(biāo)值2 3

7、2IND331 通信數(shù)據(jù)格式設(shè)置精細(xì)毛重正允差數(shù)據(jù)格式可選 Division0( 分度數(shù)) 、FloatingPoint1( 浮點(diǎn)數(shù)) 和 Integer2 ( 整型，默認(rèn)值) 。 這里選用浮點(diǎn)數(shù)。字節(jié)順序指 PLC 數(shù)據(jù)格式中 呈現(xiàn)字節(jié)和字的次序，可選 Byte Swap0 ( 默認(rèn)精細(xì)凈重提前量2系統(tǒng)構(gòu)成及配置2 1系統(tǒng)構(gòu)成該通信系統(tǒng)是針對一個實(shí)際稱重系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)值) ，Standard1 ，Word Swap2和 DoubleWordSwap3 。 Byte Swap的 浮 點(diǎn) 數(shù) 形 式 與S7-300計(jì)的，其 S7-300的 CPU 選型為 CPU313C-2PLCPLC Profib

8、us 兼容; Standard 的浮點(diǎn)數(shù)形式與 PLC5 兼容; Word Swap 取 IEE 754 的單精度浮點(diǎn)數(shù)形DP，利用它的 DP 接口與 IND331 稱重儀表構(gòu)成Profibus 通信網(wǎng)絡(luò)，S7-300 PLC 作為主站，IND331 作為從站，可以連接多個 IND331 作為從站6，這 里只列出一臺 IND331 的連接方式，具體如圖 1 所 示。式，并 交換 32 位雙字中的兩個字; DoubleWordSwap 取 IEE 754 的單精度浮點(diǎn)數(shù)形式，并交換 32位雙字中的兩個字與字節(jié)5。通信子程序S7-300 PLC3與 IND331 稱重儀表的Profibus通信 子

9、 程 序 如 圖所 示。 其 中，命 令 號 送 到2PQW258 后，實(shí)際上是在延遲幾十毫秒之后讀取數(shù)據(jù) 的，這 里進(jìn)行字節(jié)交換是因?yàn)?PIW258圖 12 2S7-300PLC 與 IND331 的通信連接示意圖IND331 儀表選擇的浮點(diǎn)數(shù)字節(jié)順序?yàn)椤癝tandard1”，與 S7-300 PLC 的通信格式不相符。為了免 去 字 節(jié) 交 換 ，可 以 設(shè) 定 字 節(jié) 順 序 為“Byte SwapPLC 設(shè)置S7-300IND331 為了能夠與 S7-300 PLC 通信，需 要在 STEP7 的硬件配置中手動添加 I3310C0C GSD 文件( IND331 儀表光盤里包含這個文件

10、) 。添加 該文件后，STEP7 的硬件配置目錄 Profibus DP 設(shè) 備中“Additional Field Devices”的常規(guī)設(shè)備里就包 含了“IND131，331 ”設(shè) 備。在添加完 CPU313C-2 DP 且建立好 Profibus DP 網(wǎng)絡(luò)后，可以直接拖動 “IND131，331”設(shè)備到 Profibus 網(wǎng)絡(luò)總線上，該設(shè)備包含三項(xiàng)，即“universalmodule”、“I / O 2 Wrd”和“I / O 4 Wrd”，這里選用第三項(xiàng)。輸入寄存器為PIW263，輸 出 寄 存 器 為PIW256 PQW256 圖 2通信子程序流程PQW263，從站地址號為 3。P

11、rofibus DP 網(wǎng)絡(luò)傳輸452化 工 自 動化 及 儀 表第 41 卷0”。另外，通信時間到的比較框中的“狀態(tài)字”實(shí)際上就是表 4 中實(shí)際用到的代碼，本系統(tǒng)中用 到了“0、13、14 和 19”這 4 個代碼，即讀毛重、目標(biāo) 值、正允差和提前量8。通信子程序具體調(diào)用實(shí)例如圖 3 所示。4應(yīng)用實(shí)例將筆者設(shè)計(jì)的通信子程序應(yīng)用于杭州某錦綸生產(chǎn)企業(yè)的 PTA 和 SEED 靜態(tài)稱重配料控制系統(tǒng)中，如圖 4 所示( 并未標(biāo)出輸入開關(guān)量的連接) 。 其中，S7-300 PLC 通過 Profibus DP 總線與 IND331 稱重儀表進(jìn)行通信，讀取稱重目標(biāo)值、提前量、正 允差和毛重。根據(jù)這些參數(shù)的

12、不同取值范圍，S7-表 5通信子程序輸出參數(shù)輸出參數(shù)功 能cmd_unitdata_unit發(fā)送命令字的輸出字單元存放讀取數(shù)據(jù)的單元表 6通信子程序輸入?yún)?shù)輸入?yún)?shù)含 義圖 3通信子程序調(diào)用實(shí)例commandin_value1 in_value2 in_value3 Enable codePLC 需要發(fā)送的命令字PLC 接收數(shù)據(jù)的第一個字 PLC 接收數(shù)據(jù)的第二個字 PLC 接收數(shù)據(jù)的第三個字 使能端功能代碼字通信子程序的輸出 / 輸入?yún)?shù)見表 5、6。通信時間采用 200ms 定時器進(jìn)行定時，只有 定時時間到，才發(fā)送主站命令并讀取數(shù)據(jù)，以保證 通信正常。這里的定時時間可以根據(jù)參數(shù)的多少 取值

13、，一般在 50 200ms。通信時間的長短很重 要，過長或過短都不能正常通信9。300 PLC 通過輸出開關(guān)量的不同組合輸出控制變頻器 MM440 對螺旋給料器進(jìn)行變頻調(diào)速，從而實(shí)圖 4某靜態(tài)稱重配料控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖現(xiàn)快速喂料、慢速喂料和精細(xì)喂料。S7-3002辛文舉 基于 VB 的標(biāo)簽打印機(jī)軟件和托利多電子秤之間的串口通信J 自動化技術(shù)與應(yīng)用，2012，31( 7) : 96 102潘峰，錢剛文 現(xiàn)場總線技術(shù)在油脂行業(yè)稱重系統(tǒng) 中的應(yīng)用J 中國油脂，2001，25( 2) : 59 61 郭秋香，張兄華 S7-300 PLC 和 Profibus-DP 總線技 術(shù)在水泥灌裝系統(tǒng)中的應(yīng)用J 電

14、氣應(yīng)用，2011， 30( 16) : 87 90Meteller Toledo IND131 / IND331 Terminals PLC In- terface ManualDB / OL http: / / www mt com，2009 胡健 S7-300 PLC /400 PLC 工程應(yīng)用M 北京: 北 京航空航天大學(xué)出版社，2008( 下轉(zhuǎn)第 461 頁)PLC的其他輸出開關(guān)量可以實(shí)現(xiàn)其他電器設(shè)備的聯(lián)鎖控制，而 S7-300 PLC 的輸入開關(guān)量用于監(jiān)視整個 系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。5結(jié)束語該通信程序在使用過程中，通信可靠、通信速 率快，通過適當(dāng)?shù)母膭?，就可以?shí)現(xiàn)其他 PLC 與 梅特勒托

15、利多稱重儀表 IND331 的 Profibus 通信， 因此該通信程序具有一定應(yīng)用和推廣價值。參考文獻(xiàn)34561卜志祥，胥軍 Profibus 現(xiàn)場總線通信協(xié)議研究J可編程控制器與工廠自動化，2005，( 8) : 62 66第 4 期陳 艷 油田單井計(jì)量方案461( 續(xù)表 3)項(xiàng)目不分離計(jì)量方案分離計(jì)量方案( 推薦)目前無主流的標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)支持，僅制造廠自身宣稱具有標(biāo)定的能力，派員現(xiàn)場標(biāo)定每年收取 3 4 萬美元 費(fèi)用氣液計(jì)量儀表符合國際主流標(biāo)準(zhǔn)，可以由權(quán)威部門頒發(fā)計(jì)量許可。一般檢定機(jī)構(gòu)具有標(biāo)定能力，很容易實(shí) 現(xiàn)標(biāo)定，且費(fèi)用較低標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定4結(jié)束語分離計(jì)量方案有操作與維護(hù)安全方便、投資參考文獻(xiàn)較

16、低、有權(quán)威部門認(rèn)證及精確度較高等特點(diǎn)，是經(jīng)典、成熟、公認(rèn)的單井測試計(jì)量方案; 多相不分離 計(jì)量方案的投資較高、維護(hù)費(fèi)用高、無權(quán)威部門認(rèn) 證、準(zhǔn)確度存在疑慮，操作人員存在危 險畏懼心 理，尚處在研制開發(fā)到規(guī)?；唐窇?yīng)用的初步階 段，產(chǎn)品耐用性、安全性、可操作性、使用效果和宣 傳效果的一致程度尚待長期檢驗(yàn)。1方代煊，朱云祖 國外多相流量計(jì)開發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀J 石油機(jī)械，1999，27( 7) : 44 47檀朝東，史明義，易南華，等 油井遠(yuǎn)程在線計(jì)量優(yōu) 化分析系統(tǒng)技術(shù)在大港油田的應(yīng)用J 中國石油 和化工，2007，( 20) : 43 48王曉東，董守平 石油多相流計(jì)量研究的現(xiàn)狀和發(fā) 展趨勢J 油氣田

17、地面工程，1999，18( 2) : 4 723( 上接第 409 頁)左右。因此，主輸出負(fù)載調(diào)整率是( 15 06 14 97)/和抗干擾能力。14 97 = 1 8% ，電壓調(diào)整率為( 15 07 15 05)= 0 2% ，證明電源有很好的穩(wěn)壓特性。/15 05參考文獻(xiàn)結(jié)束語采用 TOPSwitch-HX 系列芯片能夠有效地減 小電源的體積及相對復(fù)雜的外圍輔助電路。通過 對變壓器和外圍器件參數(shù)的理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 的驗(yàn)證，有效證明了設(shè)計(jì)理論的可行性。通過長 時間的測試運(yùn)行，證實(shí)本設(shè)計(jì)具有很高的穩(wěn)定性1喬恩明，張雙運(yùn) 開關(guān)電源工程設(shè)計(jì)快速入門M北京: 中國電力出版社，2010馬 洪 濤，沙

18、 占 友，周 芬 萍 開關(guān)電源制作 與 調(diào) 試M 北京: 中國電力出版社，2010Marty Brown( 英) 開關(guān)電源設(shè)計(jì)指南M 北京: 機(jī) 械工業(yè)出版社，2004423Application of TOPSwitch-HX Switching PowerSupply in adar Level Meter PrototypeLENG Jian-wei，JIA Xu( Department of Automation，Tianjin University of Technology，TianJin 300384，China)Abstract According to the design

19、specifications for radar level meter prototype，a single-ended flyback power supply with TOPSwitch-HX control chip was designed; and both features and advantages of TOPSwitch-HX single-chip switching power supply were described，including the design scheme for isolated switching power supply and trans