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基于S7-300 PLC的多功能测控车
[正文]:1 引言近年来，随着计算机技术的迅速发展，对科研实验效果的要求也越来越高。
在冶金行业中金属塑性热加工过程的研究中，要求能够精确的测量实验数据，同时又能对即将使用在生产线上的各种传感器、执行器进行测控，以便对其性能进行评估，为最终安装在生产线上能可靠运行提供保障。
但被测量的信号或被控制对象所处的位置是不同的，如测量一个钢块在被加热过程中，不同位置的点的温度变化时，要在加热炉附近进行。
而测控一个伺服阀的性能要在液压站附近进行，为此我们开发了一套可以对多种信号进行测量，也可以对某些对象进行闭环控制的测控车。
具体地说，此测量车可以测量压力、扭矩、流量、速度、位移、电压、电流以及钢板温度等信号。
可以对伺服阀、液压马达、加热炉、水幕(或集管)冷却水的流量等进行闭环控制。
2 系统的硬件构成整个测控车控制系统包括两部分，即测量控制部分和数据处理及分析部分。
测量和控制部分采用西门子公司s7-300系列plc，选择cpu-315-2dp作为控制器，与et200组成profibus-dp网，以便于对分散的对象进行控制时减少接线。
选用6es7 331-7kf02多功能模拟量输入模块做信号采集，因为此模块可以采集热电偶信号，电压信号和电流信号。
模拟量输出模块选择12位精度的6es7 322-5hd01。
数据处理及分析部分采用为工业控制计算机，通过美国ni公司提供的pc-1500pfb profibus通讯卡，实现上位机与控制器之间的数据交换。
软件采用该公司的图形化软件labview7.0。
硬件配置见图1所示。
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图1 控制系统硬件配置3 系统的功能原理该测量车机械结构紧凑、移动灵活、接线方便。
另外et200m部分为一个单独的控制箱，它与cpu之间只有一条数据线，因此可以放在与测量车有一段距离、靠近被控制点附近。
该测量车可以对被测量进行短时或长时间的测量，并将数据通过profibus总线保存在上位机中，之后对数据进行绘制各种曲线、拟合、回归等处理，还可以打印报表等。
可以快速地记录闭环控制过程中的setpoint值、process variable值、偏差值和pid输出值，以便对被控对象的性能，控制效果等进行分析和评估。
该控制系统的硬件控制器为s7-300系列的cpu315-2dp，具有速度快、可构成dp网的特点。
模拟量输入模块采用331-7kf02，该模块通过改变其侧面的4个小方块的安装方向，来改变所测量信号的种类，即电压、电流、热电偶信号。
每一个小方块控制两通道，共8个通道。
另外在step7的hardware config中，在331-7kf02的属性里也要选定与小方块指示相同的信号类型。
在硬件接线方面，要将331-7kf02模块的前连接器的第10、11脚短接，并连接到每个通道的负端。
这样才能正确地测量到信号。
模拟量输出信号选用322-5hd01，其输出可以选择电压或电流量方式。
计数器选用fm350-2，具有8个通道。
开关量输入模块为321-1bl00-0aa0，即32点，24vdc。
开关量输出模块为两种:一种是322-1bl00-0aa0，32点，24vdc;另一种是322-1hf01-0aa0，为8点继电器输出，可以直接控制电流较大的负载。
4 系统软件测量和控制部分的软件为西门子公司的step7 5.2，该软件编程直观快捷，函数功能齐全，调试方便。
软件结构是根据不同的任务分为若干个子程序，通过上位机传送的不同参数，或控制面板上的转换开关来启动相应的程序，如图2所示。
如在温度测量的程序中，分为测量热电偶的温度mv信号和测量来自红外线测温仪的4～20ma电流信号，不同类型的信号，其标度变换将调用不同标定子程序。
在控制部分中流量控制和位移控制也是不同的子程序。
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图2 系统软件任务分配上位机的软件为labview7.0，通过pc-1500pfb profibus通讯卡于plc交换数据。
该软件具有运行速度快，数据分析和数据处理的函数齐全，编程速度快，界面友好等特点。
在人机界面中，对各种类型的测量和控制的试验进行编码，当操作者选择了相应的实验后，通过通讯将该实验编码及相关的参数一起发送到plc中的特定db块中，plc程序得到实验编码后进行初始化，然后等待操作者按下启动按钮，程序才能真正地运行。
在测量和控制中采集到的数据以数组的形式存放在不同的数据块中。
上位机在传送完实验参数后，将运行数据接收子程序，将plc中db块内的实验过程数据获得并存储在上位机中，同时在上位机可以实时显示这些数据。
该测控系统中包含了许多子程序，现将其中的2个为例说明编程思想。
4.1 增加、停止、减少子程序增加、停止、减少子程序如下:an #minus_signaljc decl #referencel #step+i l #max>i jc out1tak out1: t #referencebeu dec: an #plus_signalbec l #referencel #step-i l #min<i jc out2tak out2: t #referencebeu 该子程序是利用开关量，以脉冲计数的方式产生数据。
具体方法是利用2位自返回开关(左为减少，右为增加)，在每个调用周期中增加或减少一个数的方法产生数据，可以作为一个控制量的设定值。
在调用该子程序时，将产生的数据限制在一个范围内，就能方便的使用了，这样使用开关量就能完成模拟量的设定。
4.2 数据采集标定公共子程序在此程序中，只需要输入测量值、该信号的工程量最大值和最小值，即可将数据转换为相应的工程量值。
编程的公式为:y_real=(y2-y1)/(x2-x1)×(x_real-x1)+y1 (1)其中，y1、y2分别为工程量的最小值和最大值。
数据采集标定子程序如下:l #x_reall #x1<=r jc minl #x_reall #x2>=r jc maxl #x2l #x1-r t #t_real01l #y2l #y1-r l #t_real01/r t #t_real02 //计算的斜率值l #x_reall #x1-r l #t_real02*r l #y1+r t #y_realset save beu min: l #y1t #y_realsave beu max: l #y2t #y_realset save be 4.3 软件的调试在软件的调试过程中，要对有关组织块的功能进行详细的阅读，以便合理地运用到自己的程序中，增强程序的容错能力。
如当系统中模块或 i/o出现故障，cpu将会调用 ob85，并不会使整个程序停止。
当出现dp网错误时，cpu将调用ob82。
在这些组织块中并不需要编程序，只要将其放在程序中。
另外siemens公司提供的step7模拟器对于离线调试程序具有很大的帮助。
5 结束语该实验车采用了稳定可靠、抗干扰性强的plc系统和数据采集及数据处理具有绝对优势的软件labview，充分利用了二者的优点。
该测量车的移动灵活，测控精确，人机界面友好直观，数据处理方便迅速，可以应用到各个测控领域，具有良好的推广价值。
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