基于S-200的紡織設(shè)備數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)設(shè)計(jì)-畢業(yè)論文

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

目錄摘要 基于S7-200的紡織設(shè)備數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要近年來，我國紡織機(jī)械行業(yè)的信息化水平有了明顯的提高，在新型紡織機(jī)械上普遍采用了自動控制技術(shù)。隨著這些技術(shù)的推廣應(yīng)用很大程度提高了紡織行業(yè)的工作效率和管理效能。但是對于一些工廠的部分舊設(shè)備，要想實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成就需要另外配置數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)進(jìn)行紡機(jī)設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)的獲取。本文采用的現(xiàn)場總線對于紡織行業(yè)信息化的主要作用是通過高速、穩(wěn)定、高集成性的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，不斷的進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，做到設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)車間工序的數(shù)據(jù)集成。為了實(shí)現(xiàn)這種作用本文采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線技術(shù)，通過每臺S7-200增加一個(gè)PROFIBUS-DP擴(kuò)展模塊EM277作為從站連接到DP網(wǎng)絡(luò)中。底層舊設(shè)備通過傳感器將運(yùn)動信號傳遞給S7-200PLC，通過S7-200進(jìn)行設(shè)備機(jī)臺的生產(chǎn)工藝參數(shù)運(yùn)算，最后通過EM277進(jìn)行數(shù)據(jù)集成。S7-300作為DP主站通過以太網(wǎng)模塊（CP343-1）連接到以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對紡織所需數(shù)據(jù)的傳輸，實(shí)現(xiàn)分布式、現(xiàn)場化和抗干擾性能的提高，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化、智能化，完成紡織機(jī)械與現(xiàn)代先進(jìn)控制技術(shù)的結(jié)合，為紡織企業(yè)的信息化從設(shè)備層打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞數(shù)據(jù)采集紡織系統(tǒng)總線技術(shù)EM277S7-200PLC自動化TEXTILEEQUIPMENTBASEDONS7-200DATAACQUISITIONSUBSYSYTEMDESIGNABSTRACTInrecentyears,theinformationleveloftextilemachineryindustryinChinahasbeensignificantlyimproved,theautomaticcontroltechnologyiswidelyusedintextilemachinery.Withthepopularizationandapplicationofthesetechnologiesgreatlyimprovetheefficiencyoftheworkefficiencyandthemanagementofthetextileindustry.Butforsomeoldequipmentofsomefactory,integratedtorealizethedatawillneedtogetproductiondataoftextilemachineryadditionalconfigurationdataacquisitionsubsystem.ThemainfunctionofFieldbususedinthispaperforthetextileindustryinformationisthroughthedatacommunicationnetworkofhigh-speed,stable,highintegration,continuetocarryoutthedataexchange,sothatequipmentproductiondataacquisition,implementationofworkshopprocessdataintegration.InordertoachievethiseffectusingPROFIBUS-DPfieldbustechnology,througheachS7-200addsaPROFIBUS-DPextensionmoduleEM277asthestationisconnectedtotheDPnetwork.TheoldequipmentthroughthesensormotionsignalstotheS7-200PLC,productionprocessparameteroperationequipmentthroughS7-200,finallythroughtheEM277fordataintegration.S7-300asDPmasterstationthroughtheEthernetmodule(CP343-1)connectedtotheEthernet,andrealizedatatransmissionrequiredfortextile,distributed,on-siteandanti-jammingperformance,automation,intelligentproductionprocess,completewithtextilemachineryandadvancedcontroltechnology,forthetextileenterpriseinformationfromthedevicelayerasolidfoundation.KEYWORDSDataacquisitionBustechnologyoftextilesystemEM277S7-200PLCAutomation1緒論1.1課題的研究背景1.1.1國內(nèi)外紡織工藝的現(xiàn)狀20世紀(jì)70年代,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電子信息技術(shù)開始在紡織生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用,紡織技術(shù)不斷向優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)自動化連續(xù)化方向發(fā)展,走出了一條大幅度減少用人,大幅度提高勞動生產(chǎn)率的道路。80年代后期,歐洲首先出現(xiàn)了全自動化紡紗工廠,傳統(tǒng)紡織技術(shù)進(jìn)入了現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展階段?，F(xiàn)代紡織技術(shù)的主要特征是智能化生產(chǎn)現(xiàn)代紡織技術(shù)依靠高度自動化的生產(chǎn)設(shè)備,保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量,提高生產(chǎn)效率,減少用人,提高勞動生產(chǎn)率,降低產(chǎn)品成本,增強(qiáng)產(chǎn)品競爭。我國棉紡織企業(yè)技術(shù)改造已經(jīng)有了很大進(jìn)步，裝備水平有了很大提高。2005年全國7500萬棉紡紗錠中，90年代先進(jìn)水平的設(shè)備已占50%。國產(chǎn)成套棉紡新設(shè)備基本上達(dá)到90年代國際先近水平，但與當(dāng)前國際先進(jìn)水平還有較大差距。

我國棉紡織設(shè)備和國際先進(jìn)水平的差距主要反映在自動化程度、生產(chǎn)效率、設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性等方面，要著力關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)創(chuàng)新，趕上國際紡織技術(shù)發(fā)展步伐。

棉紡織企業(yè)更新改造急需的高檔無梭織機(jī)和自動絡(luò)筒機(jī)依靠大量進(jìn)口。我國轉(zhuǎn)杯紗的比重還比較小，國產(chǎn)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)速度低，自動化程度低，產(chǎn)品質(zhì)量也不高，展出的幾種新機(jī)型還需要改進(jìn)提高。細(xì)絡(luò)聯(lián)技術(shù)國際上80年代中期就已進(jìn)入實(shí)用階段，我國應(yīng)盡快提上議事日程，細(xì)絡(luò)聯(lián)對大幅度提高細(xì)紗生產(chǎn)效率，減少細(xì)紗和絡(luò)筒工序用人，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率有重要作用。緊密紡紗技術(shù)我國引進(jìn)不少，國產(chǎn)機(jī)型也還需要改進(jìn)提高，不斷總結(jié)管理使用經(jīng)驗(yàn)[1]。

國產(chǎn)精梳機(jī)工藝性能、速度水平已有很大提高，可以滿足一般產(chǎn)品質(zhì)量要求，但和國際知名品牌還有一定差距。器材、專件是影響裝備整體水平，影響紗、布質(zhì)量，影響新工藝，新技術(shù)推廣應(yīng)用的重要因素。國產(chǎn)金屬針布、鋼領(lǐng)、鋼絲圈、膠輥膠圈、金屬槽筒、捻接器等與國際知名品牌還有較大差距。1.1.2信息采集在紡織行業(yè)的應(yīng)用紡織業(yè)是傳統(tǒng)的勞動密集型行業(yè)。隨著科技的發(fā)展，勞動力成本相對逐漸提高，在紡織成本結(jié)構(gòu)中，資本勞動力比相對較高。紡織生產(chǎn)過程自動化，是降低紡織企業(yè)的生產(chǎn)成本的途徑之一。紡織生產(chǎn)過程自動化不僅可直接降低勞動力成本，還可通過提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量降低其生產(chǎn)成本。所以實(shí)現(xiàn)紡織生產(chǎn)過程自動化已成為西方發(fā)達(dá)國家紡織企業(yè)的基本競爭手段。紡織行業(yè)屬于典型的制造業(yè)之一，面對變幻莫測，動態(tài)多變的全球市場競爭，企業(yè)如何以最快的時(shí)間（T）、最低的生產(chǎn)成本（C）、最優(yōu)的產(chǎn)品（Q）、最佳的生產(chǎn)環(huán)境（E）以及最好的服務(wù)（S）來贏得市場，是企業(yè)成功的關(guān)鍵，是現(xiàn)代企業(yè)的立足之本[2]。在這種大的背景下，新的制造理念層出不窮，如虛擬制造、敏捷制造、精益生產(chǎn)等，無論這些側(cè)重點(diǎn)在哪里，都在于盡可能的提高制造系統(tǒng)響應(yīng)市場和客戶的快速性，以謀得敏捷[3]。“敏捷”主要是表現(xiàn)在跟蹤變化和響應(yīng)時(shí)間的快速方面，生產(chǎn)指揮人員、企業(yè)決策者不僅關(guān)心在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)任務(wù)的具體安排，同時(shí)還要關(guān)心設(shè)備負(fù)荷、紡織制品狀態(tài)、實(shí)時(shí)任務(wù)以及物料狀態(tài)等，所以“以時(shí)間為關(guān)鍵的制造”越來越為企業(yè)所重視。其核心是利用各種實(shí)時(shí)信息對計(jì)劃進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整和調(diào)度，由于制造車間不僅是大量制造實(shí)時(shí)信息的集散地，即生產(chǎn)計(jì)劃的具體執(zhí)行者，更是制造信息的反饋者，所以制造車間對整個(gè)制造系統(tǒng)的敏捷性會產(chǎn)生很大程度上的影響。新一代車間管理系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)有效的企業(yè)集成，就必須具有良好的集散性、自治性和開放性以及敏捷性等特點(diǎn)[4-5]。1.1.3總線技術(shù)在數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用生產(chǎn)過程中現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)為制造執(zhí)行系統(tǒng)和企業(yè)資源管理系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)源，是企業(yè)信息化的基礎(chǔ)。目前數(shù)據(jù)采集的方法是多種多樣的，現(xiàn)場總線技術(shù)作為一種新的串行、多點(diǎn)的數(shù)字式數(shù)據(jù)采集方案，能夠使系統(tǒng)具有高度開放性、互操作性，而且現(xiàn)場總線技術(shù)本身具有結(jié)構(gòu)的高度分散性以及對現(xiàn)場環(huán)境的高度適應(yīng)性和良好的經(jīng)濟(jì)性，近年來受到越來越廣泛的關(guān)注[6]。通過對國內(nèi)紡織行業(yè)信息化現(xiàn)狀的調(diào)研，以及對傳統(tǒng)和現(xiàn)代的數(shù)據(jù)采集方法的分析比較，提出了以現(xiàn)場總線控制技術(shù)為基礎(chǔ)的紡織生產(chǎn)質(zhì)量控制參數(shù)的數(shù)據(jù)采集方案。根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用對象以及現(xiàn)場總線的特點(diǎn)，選用了PROFIBUSDP總線控制技術(shù)作為數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)基本技術(shù)，提出了本項(xiàng)目的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。包括軟硬件的設(shè)計(jì)、用戶程序的設(shè)計(jì)。1.2課題研究的目的和意義網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)極大地提高了勞動生產(chǎn)率和工作效率，作為全球正面臨著的一場新技術(shù)革命，普遍應(yīng)用于紡織產(chǎn)品研發(fā)過程、生產(chǎn)過程、管理過程和營銷過程中，為紡織工業(yè)在新世紀(jì)全面進(jìn)入數(shù)字化階段提供了重要條件。采用最新的現(xiàn)場總線技術(shù)，促進(jìn)紡織企業(yè)的發(fā)展已成為當(dāng)今世界的潮流。由于制造業(yè)設(shè)備的更新周期比較長，短時(shí)間內(nèi)將陳舊的生產(chǎn)設(shè)備全部更換成全新設(shè)備是企業(yè)所不愿采用的。但是通過組建紡織生產(chǎn)過程中的信息采集與處理系統(tǒng)，也能夠全面提高工廠的生產(chǎn)效率。與傳統(tǒng)的紡織工藝過程相比，在系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面，都具有無法比擬的優(yōu)勢。具體表現(xiàn)在：在沒有聯(lián)網(wǎng)的紡織生產(chǎn)過程中，現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行情況只能靠工人24小時(shí)值班看守，勞動強(qiáng)度大，并且如果出現(xiàn)故障，由于現(xiàn)場工人的使用經(jīng)驗(yàn)差異，做出的判斷也會有較大的差異。運(yùn)用了總線技術(shù)對信息進(jìn)行采集，在控制室就可以監(jiān)控到每臺設(shè)備的運(yùn)行情況，并由專業(yè)人員做出相對準(zhǔn)確的判斷；縮短了操作時(shí)間，并增強(qiáng)了控制的直觀性、科學(xué)性和準(zhǔn)確性；減輕了設(shè)備因不合理運(yùn)行帶來的過度機(jī)械磨損，延長了設(shè)備的使用壽命；并且系統(tǒng)具有較為完善的故障判斷、報(bào)警功能，從而也降低了系統(tǒng)維護(hù)的設(shè)備成本與人工成本。它的大力推廣將取得良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。追求高度智能化、系通化、標(biāo)準(zhǔn)化，是未來紡織生產(chǎn)工藝要求的必然趨勢。信息集成系統(tǒng)綜合了信息采集、信息處理和控制為一體的管理信息系統(tǒng)，代表了現(xiàn)代工業(yè)自動化控制技術(shù)的高新水平及發(fā)展方向。1.3課題研究的主要內(nèi)容紡織車間對倍捻工序需要設(shè)定許多參數(shù)，通過PROFIBUS-DP組態(tài)聯(lián)網(wǎng)后，可在計(jì)算機(jī)中通過Wincc進(jìn)行設(shè)定，使參數(shù)設(shè)定更加直觀、簡便。本設(shè)計(jì)基于PROFIBUSDP總線技術(shù)對生產(chǎn)線上設(shè)備參數(shù)的采集，解決生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性的問題，使工序安全穩(wěn)定運(yùn)行。運(yùn)用現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備與控制中心的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊，從而實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場輔助管理和工藝參數(shù)優(yōu)化，使整個(gè)公司的信息化管理形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，確保公司資源管理系統(tǒng)的成功實(shí)施。

2.系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1進(jìn)口設(shè)備倍捻工序在紡織工程領(lǐng)域，紡紗與織布是兩個(gè)完全不同的工藝過程。紡紗是織布的前期工藝。加捻屬于紡紗的后期工藝。對于短纖紗，加捻使纖維之間抱合得更加緊密，使紗具有一定物理機(jī)械性質(zhì)；對于長絲，加捻的工藝目的是改善織布工藝的加工性，提高紡織品抗起毛起球、抗勾絲性，強(qiáng)捻使織物風(fēng)格獨(dú)特。加捻是使紗條的兩個(gè)截面產(chǎn)生相對回轉(zhuǎn)，這時(shí)紗條中原來平行于紗軸的纖維傾斜成螺旋線。紗線加捻的多少以及紗線在織物中的捻向與捻度的配合，對產(chǎn)品的外觀和性能都有較大的影響。加捻性質(zhì)的指標(biāo)有：表示加捻程度的捻度、捻系數(shù)及表示加捻方向的捻向。紗線的捻向?qū)椢锏耐庥^和手感影響很大，利用經(jīng)緯紗的捻向與織物組織相配合，可織出外觀、手感等風(fēng)格各異的織物。顧名思義，倍捻機(jī)作為一種加捻設(shè)備，實(shí)現(xiàn)一轉(zhuǎn)兩捻，效率比傳統(tǒng)捻線機(jī)成倍提高，卷裝容量增大，加捻質(zhì)量大幅度提高。倍捻機(jī)主要具有以下特點(diǎn)：高品質(zhì)錠子在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下的持久穩(wěn)定性；二級傳動機(jī)構(gòu)，使受力更合理，加捻范圍更廣；油浴式齒輪箱，特殊的導(dǎo)紗曲線，使卷繞成形良好；卷繞張力可以在超喂羅拉上任意調(diào)節(jié)，因此也適用于染色用松馳柔軟的卷繞。2.2基于S7-200對紡織設(shè)備的數(shù)據(jù)采集方案2.2.1總體方案設(shè)計(jì)本課題所用的倍捻機(jī)采用的是西門子公司的S7-200CPU224的PLC進(jìn)行控制的。每3臺倍捻機(jī)連接有一臺S7-200的PLC，倍捻機(jī)的所有數(shù)據(jù)都存儲在S7-200的存儲區(qū)中，所以要想實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，只要將總站S7-300的PLC與倍捻機(jī)上S7-200間建立連接。S7-200與S7-300之間可以進(jìn)行MPI通信、PROFIBUS通信以及以太網(wǎng)通信三種方式。本課題選用PROFIBUS通信，PROFIBUSDP一般用于車間設(shè)備級的高速數(shù)據(jù)通信，主站通過標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUSDP專用電纜與分散的現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行通信，對整個(gè)DP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和控制。在PROFIBUSDP中多數(shù)據(jù)交換是周期性的，第一類主站循環(huán)地讀取各從站的輸入信息，并向它們發(fā)出有關(guān)的輸出信息。另外非循環(huán)通信還提供了強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)及參數(shù)配置故障診斷和報(bào)警處理等功能。由于S7-200PLC上沒有PROFIBUSDP通信口，所以S7-200PLC需要通過EM277PROFIBUSDP擴(kuò)展模塊和標(biāo)準(zhǔn)DP電纜連接到DP網(wǎng)絡(luò)。該倍捻工序有12臺倍捻機(jī)，3臺倍捻機(jī)共用一個(gè)S7-200PLC，每臺倍捻機(jī)配置有兩個(gè)霍爾傳感器，PLC上的6個(gè)高速計(jì)數(shù)器分別用來計(jì)算這6個(gè)傳感器的脈沖數(shù)量，用來測定機(jī)車線速和錠子速度。圖2-1是傳感器的示意圖。++—AXS+—ADS+—BXS+—BDS+—CXS+—CDSXS：線速DS：錠速A、B、C表示每組的3個(gè)機(jī)車圖2-1每組機(jī)車6個(gè)傳感器示意圖24VDC24VDC24VDC24VDC24VDC24VDC上面圖中24VDC都是借用S7-200PLC的電源。每組的三臺倍捻機(jī)A、B、C之間隔有一段距離，PLC安裝在倍捻機(jī)B上，A、C與B之間通過6芯線連接，其中2芯連接PLC的電源線給傳感器供電，其它的用來連接高速計(jì)數(shù)器的輸入點(diǎn)，向PLC傳遞傳感器信號。S7-200PLC安裝在倍捻機(jī)B上，因此B機(jī)上的傳感器信號線可以直接接到PLC的高速計(jì)數(shù)器輸入點(diǎn)。圖2-2高速計(jì)數(shù)器的輸入點(diǎn)分配圖2-3三個(gè)倍捻機(jī)接線圖。另外，為了保證單臺設(shè)備停機(jī)對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不產(chǎn)生影響，對于DP網(wǎng)絡(luò)中的終端電阻均采用活動終端電阻。又因?yàn)樵O(shè)備分布范圍較廣，因此在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中采用了中繼器，保證了信號傳遞的可靠性和穩(wěn)定性。并且網(wǎng)絡(luò)中的中繼器和終端電阻均由就近的動力電柜單獨(dú)提供供電回路，采用開關(guān)電源單獨(dú)供電。2.2.2網(wǎng)絡(luò)配置的具體方案倍捻工序中一共有12臺設(shè)備，3臺設(shè)備為一組共用一個(gè)S7-200PLC，每臺設(shè)備配備高速計(jì)數(shù)器和霍爾傳感器，高速計(jì)數(shù)器采集霍爾傳感器的脈沖信號傳送到S7-200中，然后通過EM277模塊傳送到主站中。網(wǎng)絡(luò)配置的具體方案為：霍爾傳感器、S7-200PLC對每臺S7-200PLC增加一個(gè)EM277PROFIBUSDP模塊，作為從站連接到DP網(wǎng)絡(luò)中。主站采用西門子的CPU317-2DP。電纜和連接器均采用西門子標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。主站和部分從站上的連接器采用帶編程口的產(chǎn)品，以方便檢查網(wǎng)絡(luò)和調(diào)試。網(wǎng)絡(luò)末端掛接活動終端電阻，以避免網(wǎng)絡(luò)末端設(shè)備的維護(hù)和故障而對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)造成影響。網(wǎng)段中使用中繼器保證信號傳遞的可靠性和穩(wěn)定性。整個(gè)DP網(wǎng)絡(luò)由主站通過CP343-1連接到工業(yè)以太網(wǎng)上。2.2.3網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)這條工序12臺設(shè)備共用一個(gè)主站，主站分出2個(gè)網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)傳遞電能消耗等數(shù)據(jù)，另一個(gè)傳遞4個(gè)S7-200從站的數(shù)據(jù)，一個(gè)從站控制3臺設(shè)備。圖2-3為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖當(dāng)信號在電纜上傳輸時(shí)，任何附加的電阻、電容，以及線路終端等都會引起信號反射，反射會在線路上引起許多信號的疊加，產(chǎn)生嚴(yán)重的信號干擾，特別是在高速率傳輸時(shí)，這種情況更甚。減少或消除反射的方法是在電路的終端加上一個(gè)適當(dāng)?shù)慕K端電阻網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)可以吸收信號能量，顯著地減弱信號反射。EM277EM277EM277EM277EM277PROFIBUSDP1工業(yè)以太網(wǎng)CPU317-2PN/DPCP343-1倍捻機(jī)4-6倍捻機(jī)7-9倍捻機(jī)10-12活動終端倍捻機(jī)1-3PROFIBUSDP2電能消耗等圖2-3系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

3.系統(tǒng)的主要硬件3.1S7-200PLC3.1.1S7-200PLC的簡介S7-200CPU將一個(gè)微處理器、一個(gè)集成電源和數(shù)字量I/O點(diǎn)集成在一個(gè)緊湊的封裝中，從而形成了一個(gè)功能強(qiáng)大的微型PLC，在下載了程序之后，S7-200將保留所需的邏輯，用于監(jiān)控應(yīng)用程序中的輸入輸出設(shè)備。S7-200外觀圖和結(jié)構(gòu)圖如圖3-1和3-2所示[7]。圖3-1S7-200外觀圖圖3-2S7-200結(jié)構(gòu)圖SIMATICS7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性價(jià)比。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：極高的可靠性；極豐富的指令集；易于掌握；便捷的操作；豐富的內(nèi)置集成功能；實(shí)時(shí)特性；強(qiáng)勁的通訊能力；豐富的擴(kuò)展模塊。S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。3.1.2S7-200PLC的使用

S7-200在掃描循環(huán)中完成一系列任務(wù)。任務(wù)循環(huán)執(zhí)行一次稱為一個(gè)掃描周期。在一個(gè)掃描周期中，S7-200主要執(zhí)行下列五個(gè)部分的操作：

（1）讀輸入：S7-200從輸入單元讀取輸入狀態(tài)，并存入輸入映像寄存器中。

（2）執(zhí)行程序：CPU根據(jù)這些輸入信號控制相應(yīng)邏輯，當(dāng)程序執(zhí)行時(shí)刷新相關(guān)數(shù)據(jù)。程序執(zhí)行后，S7-200將程序邏輯結(jié)果寫到輸出映像寄存器中。

（3）處理通訊請求：S7-200執(zhí)行通訊處理。

（4）執(zhí)行CPU自診斷：S7-200檢查固件、程序存儲器和擴(kuò)展模塊是否工作正常

（5）寫輸出：在程序結(jié)束時(shí)，S7-200將數(shù)據(jù)從輸出映像寄存器中寫入把輸出鎖存器，最后復(fù)制到物理輸出點(diǎn)，驅(qū)動外部負(fù)載。S7-200的編程軟件為STEP7-Micro/WIN，該編程軟件為用戶開發(fā)、編輯和監(jiān)控自己的應(yīng)用程序提供了良好的編程環(huán)境，基本功能：（1）STEP7-Micro/WIN是在Windows平臺上運(yùn)行的SIMATICS7-200PLC編程軟件，簡單、易學(xué)，能夠解決復(fù)雜的自動化任務(wù)。（2）適用于所有SIMATICS7-200PLC機(jī)型軟件編程。（3）支持IL、LAD、FBD三種編程語言，可以在三者之間隨時(shí)切換。（4）具有密碼保護(hù)功能。（5）STEP7-Micro/WIN提供軟件工具幫助您調(diào)試和測試您的程序。這些特征包括：監(jiān)視S7-200正在執(zhí)行的用戶程序狀態(tài)，為S7-200指定運(yùn)行程序的掃描次數(shù)，強(qiáng)制變量值等。（6）指令向?qū)Чδ埽篜ID自整定界面；PLC內(nèi)置脈沖串輸出(PTO)和脈寬調(diào)制(PWM)指令向?qū)?；?shù)據(jù)記錄向?qū)В慌浞较驅(qū)?。?）支持TD200和TD200C文本顯示界面(TD200向?qū)?。3.1.3S7-200PLC的數(shù)據(jù)采集申行端口的本質(zhì)功能是作為CPU和串行設(shè)備間的編碼轉(zhuǎn)換器。當(dāng)數(shù)據(jù)從CPU經(jīng)過串行端口發(fā)送出去時(shí)，字節(jié)數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為串行的位。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，串行的位將被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。PLC的數(shù)據(jù)采集分為以下兩種：（1）開關(guān)量的采集，通過PLC輸入模塊實(shí)現(xiàn)，一般都是直流24V輸入，PLC提供一個(gè)公共點(diǎn)，或正或負(fù)，再將這個(gè)公共點(diǎn)接入限位開關(guān)等設(shè)備中，當(dāng)限位閉合時(shí)，形成通路，將信號引入PLC輸入點(diǎn)，此時(shí)PLC里面這個(gè)輸入點(diǎn)就通了，可以在編程時(shí)使用。

（2）模擬理的采集，通過模擬量模塊，A/D（模擬量/數(shù)字量）模塊，可以將外面的重量信號，溫度信號、壓力信號等引入，A/D模塊能接受的信號是0-10V，0-5V，-5-5V電壓信號及0-20MA，4-20MA電流信號，如果終端采集模塊得到的信號不是這些標(biāo)準(zhǔn)信號，還要通過變送器轉(zhuǎn)換一下，標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)入A/D模塊后，就會由A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字，這些轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，可由程序使用，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，處理，最后得到所需要的數(shù)據(jù)顯示出來。在工業(yè)生產(chǎn)中．?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，各類傳感器、變送器與其配合使用，可同時(shí)對溫度、壓力、液位、流量、重量、濕度等工程參數(shù)進(jìn)行測量、顯示、報(bào)警、控制、變送輸出等。因此利用該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與霍爾傳感器通過運(yùn)算放大電路相連組成一個(gè)產(chǎn)量計(jì)算系統(tǒng)，可以使繁瑣的產(chǎn)量計(jì)算以及相關(guān)復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)自動化解決了一大難題。隨著PLC單片機(jī)的不斷發(fā)展和微機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在測控領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用．由PC機(jī)和多臺單片機(jī)構(gòu)成的測控系統(tǒng)已成為單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向。它結(jié)合了單片機(jī)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和微機(jī)對圖型處理、顯示的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)WINDOWS環(huán)境下后臺微機(jī)在數(shù)據(jù)庫管理上具有明顯的優(yōu)勢。二者結(jié)合，使得單片機(jī)的應(yīng)用已不僅僅局限于傳統(tǒng)意義上的二者結(jié)合，使得單片機(jī)的應(yīng)用已不僅僅局限于傳統(tǒng)意義上的自動監(jiān)測或控制，而形成了以網(wǎng)絡(luò)為核心的分布式多點(diǎn)系統(tǒng)可發(fā)展的趨勢。3.2高速計(jì)數(shù)器3.2.1高速計(jì)數(shù)器的簡介不同型號的PLC主機(jī)，高速計(jì)數(shù)器的數(shù)量也不同，CPU222有4個(gè)，它們是HC0、HC3、HC4和HC5；CPU224、CPU224XP和CPU226有6個(gè)，它們是HC0-HC5。這些計(jì)數(shù)器中，HC3和HC5只能作為單向計(jì)數(shù)器，其他計(jì)數(shù)器既可作為單向計(jì)數(shù)器，也可以作為雙向計(jì)數(shù)器使用。在此選用的高速計(jì)數(shù)器是高數(shù)計(jì)數(shù)器0到高速計(jì)數(shù)器3[8]。另外高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)和動作可采用中斷方式進(jìn)行控制，與CPU的掃描周期關(guān)系不大，各種型號的PLC可用的高速計(jì)數(shù)器的中斷事件大致分為3類：當(dāng)前等于預(yù)設(shè)值中斷；輸入方向改變中斷和外部復(fù)位中斷。在我的這個(gè)系統(tǒng)中就是利用高速計(jì)數(shù)器的初始值等于預(yù)設(shè)值便產(chǎn)生中斷。所用高速計(jì)數(shù)器都支持當(dāng)前值等于預(yù)設(shè)值中斷。每個(gè)高速計(jì)數(shù)器的3種中斷的優(yōu)先級由高到低，不同高速計(jì)數(shù)器之間的優(yōu)先級又按編號順序由高到低。3.2.2高速計(jì)數(shù)器的使用(1)工作模式及輸入點(diǎn)：高速計(jì)數(shù)器的使用共有四種基本類型：帶有內(nèi)部方向控制的單向計(jì)數(shù)器，帶有外部方向控制的單向計(jì)數(shù)器，帶有兩個(gè)時(shí)鐘輸入的雙向計(jì)數(shù)器和A/B相正交計(jì)數(shù)器。它的輸入信號類型有：無復(fù)位或啟動輸入，有復(fù)位無啟動輸入或者既有啟動又有復(fù)位輸入。每種高速計(jì)數(shù)器有多種工作模式，以完成不同的功能。高速計(jì)數(shù)器的工作模式與中斷事件有密切關(guān)系。在使用一個(gè)高速計(jì)數(shù)器時(shí)，首先要使用HDEF指令給計(jì)數(shù)器設(shè)定一種工作模式，每一種HSCn的工作模式的數(shù)量也不同，HSC1和HSC2最多可達(dá)12種，而HSC5只有一種工作模式。選用某個(gè)高速計(jì)數(shù)器在某種工作模式下工作后，高速計(jì)數(shù)器所使用的輸入端不是任意選擇的，必須按系統(tǒng)指定的輸入點(diǎn)輸入信號。例如，如果HSC0在模式4下工作，就必須用I0.0為時(shí)鐘輸入端，I0.1為增減方向輸入端，I0.2為外部復(fù)位輸入端。高速計(jì)數(shù)器輸入點(diǎn)、輸入/輸出中斷輸入點(diǎn)都包括在一般數(shù)字量輸入點(diǎn)編號范圍內(nèi)。同一個(gè)輸入點(diǎn)只能用做一種功能，如果程序使用了高速計(jì)數(shù)器，則高速計(jì)數(shù)器的這種工作模式下指定的輸入點(diǎn)只能被高速計(jì)數(shù)器使用。只有高速計(jì)數(shù)器不用的輸入點(diǎn)才可以作為輸入/輸出中斷或一般數(shù)字量輸入使用。例如HSC0在模式0下工作，只用I0.0作時(shí)鐘輸入，不使用I0.1和I0.2，則這兩個(gè)輸入端可作為他用。在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，使用的是HSC0到HSC3，并且都是使其工作在模式0，這樣從表2-2中可以看到選用的四個(gè)輸入點(diǎn)分別是I0.0、I0.6、I1.2、I0.1[8]。高速計(jì)數(shù)器的輸入點(diǎn)和工作模式如表3-1所示，在該表中可以清楚的看出當(dāng)選擇高速計(jì)數(shù)器的工作模式時(shí)其控制輸入點(diǎn)為哪個(gè)。表3-1高速計(jì)數(shù)器的輸入點(diǎn)和工作模式模式描述輸入點(diǎn)HSC0HSC1HSC2HSC3I0.0I0.6I1.2I0.1I0.1I0.7I1.3I0.2I1.0I1.4I1.1I1.5(2)高速計(jì)數(shù)器的使用方法：每個(gè)高速計(jì)數(shù)器都有一個(gè)狀態(tài)字節(jié)，程序運(yùn)行時(shí)根據(jù)運(yùn)行狀況自動使某些位置位，可以通過程序來讀取相關(guān)位的狀態(tài)，用做判斷條件實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作。每個(gè)高速計(jì)數(shù)器都對應(yīng)一個(gè)控制字節(jié)。用戶可以根據(jù)要求來設(shè)置控制字節(jié)中各控制位的狀態(tài)，如復(fù)位與啟動輸入信號的有效狀態(tài)、計(jì)數(shù)速率、計(jì)數(shù)方向、允許更新雙字值和允許執(zhí)行HSC指令等，實(shí)現(xiàn)對高速計(jì)數(shù)器的控制。在我的程序中設(shè)置高速計(jì)數(shù)器為增計(jì)數(shù)，即給其傳送的值為16#F8，這便是按照控制字節(jié)來的。使用高速計(jì)數(shù)器即選擇工作模式有以下規(guī)定：選擇高速計(jì)數(shù)器及工作模式包括兩方面工作：根據(jù)使用的主機(jī)型號和控制要求，一是選用高速計(jì)數(shù)器；二是選擇該高速計(jì)數(shù)器的工作模式。第一，選擇高速計(jì)數(shù)器；第二，設(shè)置控制字節(jié)，在選擇用HSC0的工作模3之后，對應(yīng)的控制字節(jié)為SMB37。如果想SMB37寫入2#11111000，即16#F8，則對HSC0的功能設(shè)置為：復(fù)位與啟動輸入信號都是高電位有效，4倍計(jì)數(shù)頻率，計(jì)數(shù)方向?yàn)樵鲇?jì)數(shù)，允許更新雙字值和允許執(zhí)行HSC指令。第三，執(zhí)行HDEF指令；第四，設(shè)定初始值和預(yù)設(shè)值，每個(gè)高速計(jì)數(shù)器都對應(yīng)一個(gè)雙字長的初始值和一個(gè)雙字長的預(yù)設(shè)值。兩者都是有符號整數(shù)。當(dāng)前值隨計(jì)數(shù)脈沖的輸入而不斷變化，當(dāng)前值可以由程序直接讀取HCn得到；第五，設(shè)置中斷事件并全局開中斷，高速計(jì)數(shù)器利用中斷方式對高速事件進(jìn)行精確控制；第六，執(zhí)行HSC指令，以上設(shè)置完成并用指令實(shí)現(xiàn)之后，即可用HSC指令對高速計(jì)數(shù)器編程進(jìn)行計(jì)數(shù)。倍捻工序中倍捻機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度很快，計(jì)數(shù)很不方便，因此在上面安裝有霍爾傳感器，倍捻機(jī)每轉(zhuǎn)一圈霍爾傳感器傳遞出一個(gè)脈沖信號，高速計(jì)數(shù)器就用來計(jì)算脈沖信號的數(shù)量，即倍捻機(jī)轉(zhuǎn)的圈數(shù)，再結(jié)合傳送一定信號所用的時(shí)間來計(jì)算倍捻機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而計(jì)算出倍捻機(jī)的產(chǎn)量。倍捻工序中高速計(jì)數(shù)器輸入點(diǎn)分配，如表3-2所示。表3-2高速計(jì)數(shù)器的輸入點(diǎn)分配A車B車C車線速錠子速度I0.0I0.1I0.3I0.4I0.6I1.23.3霍爾傳感器霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器。霍爾傳感器分為線型霍爾傳感器和開關(guān)型霍爾傳感器兩種：（1）線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。（2）開關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，它輸出數(shù)字量?；魻杺鞲衅饕部煞譃殚_環(huán)原理和閉環(huán)原理。開環(huán)也就是開關(guān)型，閉環(huán)就是線性型的.霍爾傳感器是根據(jù)霍爾原理制成的。它有兩種工作方式，即磁平衡式和直式?；魻杺鞲衅饕话阌稍呺娐?、聚磁環(huán)、霍爾器件、（次級線圈）和放大電路等組成。（1）直放式（開環(huán)式）眾所周知，當(dāng)電流通過一根長導(dǎo)線時(shí)，在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生一磁場，這一磁場的大小與流過導(dǎo)線的電流成正比，它可以通過磁芯聚集感應(yīng)到霍爾器件上并使其有一信號輸出。這一信號經(jīng)信號放大器放大后直接輸出，一般的額定輸出標(biāo)定為4V。（2）磁平衡式（閉環(huán)式）磁平衡式電流傳感器也叫霍爾閉環(huán)電流傳感器，也稱補(bǔ)償式傳感器，即主回路被測電流I在聚磁環(huán)處所產(chǎn)生的磁場通過一個(gè)次級線圈，電流所產(chǎn)生的磁場進(jìn)行補(bǔ)償，從而使霍爾器件處于檢測零磁通的工作狀態(tài)。磁平衡式電流傳感器的具體工作過程為：當(dāng)主回路有一電流通過時(shí)，在導(dǎo)線上產(chǎn)生的磁場被聚磁環(huán)聚集并感應(yīng)到霍爾器件上，所產(chǎn)生的信號輸出用于驅(qū)動相應(yīng)的功率管并使其導(dǎo)通，從而獲得一個(gè)補(bǔ)償電流Is。這一電流再通過多匝繞組產(chǎn)生磁場，該磁場與被測電流產(chǎn)生的磁場正好相反，因而補(bǔ)償了原來的磁場，使霍爾器件的輸出逐漸減小。當(dāng)與I與匝數(shù)相乘所產(chǎn)生的磁場相等時(shí)，Is不再增加，這時(shí)的霍爾器件起指示零磁通的作用，此時(shí)可以通過Is來平衡。被測電流的任何變化都會破壞這一平衡。一旦磁場失去平衡，霍爾器件就有信號輸出。經(jīng)功率放大后，立即就有相應(yīng)的電流流過次級繞組以對失衡的磁場進(jìn)行補(bǔ)償。從磁場失衡到再次平衡，所需的時(shí)間理論上不到1μs，這是一個(gè)動態(tài)平衡的過程[10]。倍捻機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，很多數(shù)據(jù)都不方便記錄?；魻杺鞲衅骺梢钥焖賯鬟f出脈沖信號，因此在倍捻機(jī)上安裝霍爾傳感器以后就可以很方便的利用脈沖信號來記錄一些數(shù)據(jù)，從而可以通過這來計(jì)算出需要的數(shù)據(jù)并且可以隨時(shí)了解到機(jī)器的運(yùn)行狀況。3.4EM277模塊3.4.1EM277模塊數(shù)據(jù)交換本質(zhì)通過EM277PROFIBUSDP擴(kuò)展從站模塊，將S7-200PLC連接到PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)上。EM277經(jīng)過串行I/O總線連接到S7-200PLC。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過其DP通信端口，連接到EM277PROFIBUSDP模塊，如圖3-3中S7-200PLC通過EM277連接到總線上[11]。PROFIBUSDPPROFIBUSDPEM277S7-200PLCS7-300PLC串行I/O總線圖3-3S7-200PLC通過EM277連接到總線作為DP從站，EM277模塊接受從主站來的多種不同的I/O組態(tài)，向主站發(fā)送和接收不同數(shù)量的數(shù)據(jù)。這種特性使用戶能修改所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。與許多DP從站不同的是，EM277模塊不僅僅是傳輸I/O數(shù)據(jù)。EM277能讀寫S7-200PLC中定義的變量數(shù)據(jù)塊。這樣，使用戶能與主站交換任何類型的數(shù)據(jù)。輸入、計(jì)數(shù)器值、定時(shí)器值或其它計(jì)算得到的值可以首先移動S7-200PLC的變量存儲區(qū)，然后傳送到主站。首先將數(shù)據(jù)移到S7-200PLC中的變量存儲器，就可將輸入、計(jì)數(shù)值、定時(shí)器值或其它計(jì)算值傳送到主站。輸入和輸出緩存區(qū)的地址可以配置在S7-200PLCV存儲器中的任何位置。輸入和輸出緩沖器的缺省值地址為VB0。輸入和輸出緩沖地址是主站寫入S7-200PLC賦值參數(shù)信息的一部分，用戶必須組態(tài)主站以識別所有的從站以及將需要的參數(shù)和I/O組態(tài)寫入每一個(gè)從站。為了將EM277作為一個(gè)DP從站使用，用戶必須設(shè)定與主站組態(tài)中的地址相匹配的DP端口地址。從站地址是使用EM277模塊上的旋轉(zhuǎn)開關(guān)設(shè)定的。在為新的從站地址按照順序進(jìn)行了開關(guān)改變以后，若要使改變生效，就必須對PLC重新上電[11]。一旦EM277PROFIBUSDP模塊已用一個(gè)DP主站成功地進(jìn)行了組態(tài)，EM277和DP主站就進(jìn)入數(shù)據(jù)交換模式。在數(shù)據(jù)交換模式中，主站將輸出數(shù)據(jù)寫入到EM277PROFIBUSDP模塊，然后，EM277模塊響應(yīng)最新的S7-200PLC輸入數(shù)據(jù)。EM277模塊不斷地更新其從S7-200PLC來的輸入，以便向DP主站提供最新的輸入數(shù)據(jù)。然后，該模塊將輸出數(shù)據(jù)傳送給S7-200PLC。從主站來的輸出數(shù)據(jù)放在V存儲器中由某地址開始的區(qū)域內(nèi)，而該地址是在初始化期間，由DP主站所提供的。到主站的輸入數(shù)據(jù)在輸出數(shù)據(jù)之后立刻從V存儲區(qū)中提取出來。在建立S7-200PLC用戶程序時(shí)，必須知道V存儲器中的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的開始地址和緩沖區(qū)大小。EM277PROFIBUSDP模塊在前面的面板上有四個(gè)狀態(tài)LED，用來指示DP端口的運(yùn)行狀態(tài)：（1）S7-200PLC上電后，DXMODE燈一直熄滅直到DP通訊開始。（2）當(dāng)DP的通訊成功地初始化后（EM277PROFIBUSDP模塊進(jìn)入和主站交換數(shù)據(jù)的狀態(tài)時(shí)），DXMODE燈變綠直到數(shù)據(jù)交換狀態(tài)結(jié)束。（3）如果DP通訊中斷，強(qiáng)迫EM277模塊退出數(shù)據(jù)交換模式，此時(shí)，DXMODE燈熄滅而DPERROR燈變紅。此狀態(tài)一直保持到S7-200PLC斷電或數(shù)據(jù)交換重新開始。（4）如果主站寫入EM277模塊的I/O組態(tài)或參數(shù)信息錯(cuò)誤，則DPERROR的紅燈將閃爍。（5）如果沒有24VDC供電，POWER（電源）燈將熄滅[12]。3.4.2EM277在數(shù)據(jù)采集中的作用EM277經(jīng)過串行I/O總線連接到S7-200PLC。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過其DP通信端口，連接到EM277PROFIBUSDP模塊?？梢詫?shí)現(xiàn)S7-200PLC與PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)上主站的物理連接。當(dāng)給EM277PROFIBUSDP模塊設(shè)定了與主站組態(tài)中的地址相匹配的DP端口地址，并且已用PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)上DP主站成功地進(jìn)行了組態(tài)，EM277和DP主站就進(jìn)入數(shù)據(jù)交換模式。在數(shù)據(jù)交換模式中，主站將輸出數(shù)據(jù)寫入到EM277PROFIBUSDP模塊，然后，EM277模塊響應(yīng)最新的S7-200PLC輸入數(shù)據(jù)。EM277模塊不斷地更新其從S7-200PLC來的輸入，以便向DP主站提供最新的輸入數(shù)據(jù)。然后，該模塊將輸出數(shù)據(jù)傳送給S7-200PLC。從主站來的輸出數(shù)據(jù)放在V存儲器中由某地址開始的區(qū)域內(nèi)，而該地址是在初始化期間，由DP主站所提供的。到主站的輸入數(shù)據(jù)在輸出數(shù)據(jù)之后立刻從V存儲區(qū)中提取出來[13]。S7-200PLC通過EM277PROFIBUSDP擴(kuò)展從站模塊連接到PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)上?？梢詫?shí)現(xiàn)其與網(wǎng)絡(luò)上的主站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，S7-200PLC控制器對設(shè)備上的信息進(jìn)行采集，并將其放到V存儲器內(nèi)，當(dāng)要把采集來的數(shù)據(jù)上傳給主站時(shí)，數(shù)據(jù)就會從S7-200PLC的V存儲器復(fù)制到EM277中，以便同時(shí)傳送到主站，進(jìn)而通過主站上的通信模塊將采集來的數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)系統(tǒng)。EM277是實(shí)現(xiàn)S7-200PLC與主站數(shù)據(jù)交換的中轉(zhuǎn)站[14]。3.5數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)通過EM277PROFIBUS-DP擴(kuò)展從站模塊，可將S7-200CPU連接到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。EM277經(jīng)過串行I/O總線連接到S7-200CPU。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過其DP通信端口，連接到EM277PROFIBUS-DP模塊這個(gè)端口可運(yùn)行于9600bit/s和12Mbit/s波特之間的任何PROFIBUS波特率，為了保證數(shù)據(jù)傳輸在準(zhǔn)確性一般設(shè)定其傳輸速率為1.5Mbit/s。作為DP從站，EM277模塊接收從主站來的多種不同I/O配置，向主站發(fā)送和接收不同數(shù)量的數(shù)據(jù)。這種特性使用戶能修改所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。與許多DP從站不同的是，EM277模塊不僅僅是傳輸I/O數(shù)據(jù)。EM277能讀寫S7-200CPU中定義的變量存儲器，就可將輸入、計(jì)數(shù)值、定時(shí)器值或其它計(jì)算值傳送到主站[15]。

4.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1運(yùn)用STEP7對整個(gè)系統(tǒng)硬件進(jìn)行組態(tài)STEP7中一個(gè)DP主站組態(tài)應(yīng)包含地址，從站類型以及從站所需要的任何參數(shù)賦值信息。還應(yīng)告訴主站由從站（輸入）讀入的數(shù)據(jù)應(yīng)放置何處，以及從何處獲得寫入從站（輸出）的數(shù)據(jù)。DP主站建立網(wǎng)絡(luò)，然后初始化其DP從站。主站將參數(shù)賦值信息和I/O組態(tài)寫入到從站。然后，主站從從站那里讀出診斷信息，并驗(yàn)證DP從站已接受參數(shù)和I/O組態(tài)。然后，主站開始與從站交換I/O數(shù)據(jù)。每次對從站的數(shù)據(jù)交換為寫輸出和讀輸入。這種數(shù)據(jù)交換方式無限期地繼續(xù)下去。如果有意外情況發(fā)生，從站器件可以通知主站，而主站就會讀取來自從站的診斷信息[16]。一旦DP主站已將參數(shù)和I/O組態(tài)寫入到DP從站，而且從站已從主站那里接收到參數(shù)和組態(tài)，則主站就擁有那個(gè)從站。從站只能接收其主站的寫請求。網(wǎng)絡(luò)上的其它主站可以讀取該從站的輸入和輸出，但是它們不能向該從站寫入任何信息。組態(tài)EM277及其地址分配主站通過將EM277輸出區(qū)的信息發(fā)送給從站的輸入緩沖區(qū)，與其每個(gè)從站交換數(shù)據(jù)。從站將其輸出緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)返回給主站的輸入?yún)^(qū)，以響應(yīng)從主站來的信息。EM277可用DP主站組態(tài)，以接收從主站來的輸出數(shù)據(jù)，并將輸入數(shù)據(jù)返回給主站。輸出和輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)駐留在S7-200PLC的變量存儲器（V存儲器）內(nèi)。當(dāng)用戶組態(tài)DP主站時(shí)，應(yīng)定義V存儲器內(nèi)的字節(jié)位置。從這個(gè)位置開始為輸出數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，它應(yīng)作為EM277的參數(shù)賦值信息的一個(gè)部分。用戶也要定義I/O組態(tài)，它是寫入到S7-200PLC的輸出數(shù)據(jù)總量和從S7-200PLC返回的輸入數(shù)據(jù)總量。EM277從I/O組態(tài)確定輸入和輸出緩沖區(qū)的大小。DP主站將參數(shù)賦值和I/O組態(tài)信息寫入到EM277PROFIBUSDP模塊，然后，EM277將V存儲器地址和輸入及輸出數(shù)據(jù)長度傳送給S7-200PLC[17]。圖4-1表示CPU224中的V存儲器的一個(gè)存儲器模型，以及一個(gè)DP主站CPU的I/O地址區(qū)。在這個(gè)例子中，DP主站已定義了4個(gè)字輸出和16個(gè)字輸入的一種I/O組態(tài)，以及V存儲器偏移為3000。CPU224中的輸出緩沖區(qū)和輸入緩沖區(qū)長度（由I/O組態(tài)確定）分別是16個(gè)字和4個(gè)字。輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)從VB2400開始；輸出緩沖區(qū)緊緊跟隨輸出緩沖區(qū)，并在VB2408處開始。CPU224CPU317-2DPV存儲區(qū)I/O地址區(qū)DP模塊EM277DP模塊EM277偏移量:2400字節(jié)輸入緩沖區(qū)：4個(gè)字輸出緩沖區(qū)：16個(gè)字VB變量存儲字節(jié) PIB303PIB303PQB272I/O輸入?yún)^(qū)：PQB27216個(gè)字I/O輸出區(qū)：4個(gè)字PI外部輸入PQ外部出VB0PIB272VB2399PIB272VB2400VBVB2407VBVB24088PQB279PQB279VBVB2439圖4-1V存儲器和I/O地址區(qū)具體組態(tài)如下：首先從STEP7中HWConfig左邊的窗口找到EM277的GSD文件，將此文件拖放到總線網(wǎng)絡(luò)上，右擊EM277的位圖，選擇屬性，設(shè)置與S7-300PLC交換數(shù)據(jù)的區(qū)域的偏移量，并且此從站地址設(shè)為11。如圖4-2所示。圖4-2S7-200的數(shù)據(jù)交換區(qū)的偏移量設(shè)置S7-300PLC與S7-200PLC的數(shù)據(jù)交換是通過S7-200PLC的V存儲區(qū)作為中介來進(jìn)行的[15]，即S7-300PLC的輸入輸出區(qū)對應(yīng)S7-200PLC的存儲區(qū)，在如圖4-3所示的組態(tài)信息設(shè)置，二者交換數(shù)據(jù)的區(qū)域?yàn)椋涸赟7-300PLC中，PIB272-PIB303區(qū)域的數(shù)據(jù)來自S7-200PLC的VB2408-VB2439，PQB272-PQB279區(qū)域的數(shù)據(jù)輸出到S7-200PLC的VB2400-VB2407。即只要S7-200PLC通過區(qū)域VB2408-VB2439把數(shù)據(jù)發(fā)到S7-300PLC中，而S7-300PLC通過區(qū)域VB2400-VB2407把數(shù)據(jù)發(fā)送到S7-200PLC中。圖4-3EM277在S7-300中數(shù)據(jù)交換區(qū)的設(shè)置4.2數(shù)據(jù)采集及處理(1)程序中各輸出地址對應(yīng)的數(shù)據(jù)如表4-1所示。表4-1輸出地址及對應(yīng)數(shù)據(jù)輸出地址對應(yīng)數(shù)據(jù)VW3000VW3002VD3004VW3008VW3010VD3012 VW3016VW3018VD3020VB3024A車錠速（r/min）A車條筒轉(zhuǎn)速（r/min）（線速）A車產(chǎn)量（m）B車錠速（r/min）B車條筒轉(zhuǎn)速（r/min）（線速）B車產(chǎn)量（m）C車錠速（r/min）C車條筒轉(zhuǎn)速（r/min）（線速）C車產(chǎn)量（m）A、B、C車運(yùn)行標(biāo)志(2)主程序用來程序的初始化，并且初始高速計(jì)數(shù)器的工作模式。高速計(jì)數(shù)器初始化程序用來初始化高速計(jì)數(shù)器，選擇高速計(jì)數(shù)器HSC3，并選擇工作模式0。（2）錠速、線速計(jì)算錠速計(jì)算對計(jì)數(shù)器HC3設(shè)定一個(gè)預(yù)設(shè)值，然后運(yùn)行程序，當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)執(zhí)行中斷程序，時(shí)間繼電器T33記錄了達(dá)到預(yù)設(shè)值的時(shí)間，預(yù)設(shè)值相當(dāng)于轉(zhuǎn)軸所轉(zhuǎn)的圈數(shù)，從而計(jì)算出倍捻機(jī)的錠速。線速計(jì)算VW3008、VW3010分別表示B車的錠子速度和線速，V3024.0可以顯示倍捻機(jī)的運(yùn)行狀況。V3024.0有數(shù)據(jù)輸出則表示機(jī)車處于開啟狀態(tài)；反之則處于停止?fàn)顟B(tài)。設(shè)定計(jì)算50個(gè)脈沖，當(dāng)脈沖數(shù)到達(dá)51時(shí)記錄時(shí)間，即產(chǎn)生50個(gè)脈沖的時(shí)間，把此時(shí)的速度轉(zhuǎn)換為每分鐘的轉(zhuǎn)速就是倍捻機(jī)的線速。當(dāng)計(jì)算完成后T98復(fù)位，繼續(xù)下一次計(jì)算，就可以時(shí)刻監(jiān)控倍捻機(jī)的線速。（3）產(chǎn)量計(jì)算定時(shí)中斷設(shè)定為250ms，進(jìn)入中斷后兩次累加即500ms的中斷操作，500ms時(shí)記錄一次產(chǎn)量。然后再次經(jīng)過500ms時(shí)再記錄一次產(chǎn)量，用這次產(chǎn)量減去前一次產(chǎn)量獲得產(chǎn)量差，就這樣每500ms累計(jì)一次產(chǎn)量差，達(dá)到一定數(shù)量后乘以比例0.0006360856就達(dá)到了實(shí)際產(chǎn)量。當(dāng)產(chǎn)量達(dá)到上限值后，就需要運(yùn)行下面的程序把數(shù)據(jù)清零，然后繼續(xù)執(zhí)行產(chǎn)量計(jì)算程序。在這個(gè)系統(tǒng)的編程設(shè)計(jì)中，最關(guān)鍵之處就是通過EM277模塊，主站能夠讀取從站發(fā)送的數(shù)據(jù)，并一直保持接受狀態(tài)，完成數(shù)據(jù)的采集。需要說明的是在論文中只是附了部分程序用來說明系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并且應(yīng)用硬件基本相同，程序編寫中只需根據(jù)需要改變相應(yīng)的地址和存儲單元等就可以完成整個(gè)系統(tǒng)[18]。

5.總結(jié)及展望5.1全文總結(jié)本文是通過現(xiàn)場總線技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對倍捻工序多種信息的采集和上傳，從而方便工作人員利用各種參數(shù)來監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀況及實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的計(jì)算。倍捻機(jī)設(shè)備都使用S7-200CPU224的PLC控制器通過EM277模塊將其連接到DP總線網(wǎng)絡(luò)上，并通過主站上的通信模塊將其連接到工業(yè)以太網(wǎng)上。實(shí)現(xiàn)基于PROFIBUS-DP總線技術(shù)對倍捻機(jī)設(shè)備的主要參數(shù)采集，解決生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性和高速性的問題。并且運(yùn)用現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備與控制中心的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊，從而實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場輔助管理和工藝參數(shù)優(yōu)化，使整個(gè)公司的信息化管理形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，確保公司資源管理系統(tǒng)的成功實(shí)施。本系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際工程中還需要做大量工作，根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備具體情況進(jìn)行布線和安裝，設(shè)備的在線調(diào)試，考慮現(xiàn)場的干擾等問題，功能不足之處還需修改。5.2紡織行業(yè)信息采集系統(tǒng)未來的展望為應(yīng)對全球范圍的金融危機(jī)對中國紡織行業(yè)的影響，紡織行業(yè)迫切需要加快技術(shù)進(jìn)步，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級，而信息化建設(shè)是產(chǎn)業(yè)進(jìn)步和升級過程中不可缺少的重要內(nèi)容。國家將紡織行業(yè)作為全國企業(yè)信息化的工作試點(diǎn)，這對推進(jìn)紡織行業(yè)信息化建設(shè)將是一個(gè)非常有利的條件。在紡織生產(chǎn)領(lǐng)域，用現(xiàn)代信息技術(shù)改造傳統(tǒng)紡織行業(yè)是紡織工業(yè)發(fā)展的唯一出路。

計(jì)算機(jī)作為信息技術(shù)的載體，在紡織行業(yè)中應(yīng)用的程度實(shí)際上就是企業(yè)信息化的程度。紡織行業(yè)作為傳統(tǒng)制造業(yè)，其信息化就是將信息技術(shù)、自動化技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)和制造技術(shù)相結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造和企業(yè)管理信息化，生產(chǎn)過程控制的自動化，制造裝備的數(shù)字化，咨詢服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化。紡織企業(yè)信息化發(fā)展的領(lǐng)域主要分為產(chǎn)品設(shè)計(jì)、企業(yè)管理、生產(chǎn)過程控制、生產(chǎn)裝備和企業(yè)間協(xié)作五方面，涉及技術(shù)包括信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)與制造技術(shù)等。采用PROFIBUS總線技術(shù)對紡織生產(chǎn)信息，完成海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和上傳，促進(jìn)紡織企業(yè)的發(fā)展已成為當(dāng)今世界的潮流。紡織信息采集系統(tǒng)必將廣泛地使用總線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，節(jié)省大量的人力物力，提高生產(chǎn)效率。積極融入國際紡織產(chǎn)業(yè)格局調(diào)整進(jìn)程，在充分研究、了解相關(guān)環(huán)境、政策的基礎(chǔ)上，積極穩(wěn)妥地“走出去”，通過新設(shè)、并購、參股等多種形式在海外建立研發(fā)中心、營銷網(wǎng)絡(luò)以及生產(chǎn)加工基地、紡織原料基地等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)要素在全球范圍內(nèi)的優(yōu)化配置[20]。

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附錄附錄1A、B、C三車的運(yùn)轉(zhuǎn)情況及錠速A車B車C車附錄二A、B、C線速儲存

附錄三A、B、C脈沖達(dá)到上限并清零

附錄四高速計(jì)數(shù)器基于C8051F單片機(jī)直流電動機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機(jī)的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動檢測儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號檢測儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測量儀的研制基于單片機(jī)的紅外測油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究