西门子6ES7221-1BH22-0XA8详细使用
本文介绍了通过OPC技术实现上位机IFIX组态软件和下位机西门子S7-200系列PLC的通信原理及过程。
1 引言
随着工业生产的不断发展,工业控制软件取得了长足的进步。由于生产规模的扩大和过程复杂程度的提高,工业控制软件设计面临着巨大的挑战,那就是要集成数量和种类不断增多的现场信息。传统的方式是通过开发设备专有驱动程序来实现对数据的访问。这就带来诸多问题,如耗费大量重复性的劳动,不同设备供应商的驱动程序之间的不一致,硬件性能不能得到广泛支持,驱动程序不能适应升级后的硬件以及发生存取冲突等。解决上述问题的关键在于一个统一的接口标准。正是基于这种需要产生了OPC标准。
iFIX是基于bbbbbbsNT/2000平台和多种工业标准之上的功能强大的组态软件,有极大的易用性和可扩展性,方便系统集成,广泛应用于工业现场。iFIX集成了COM/DCOM、OPC等先进的现代软件技术。
S7-200系列小型可编程序控制器PLC适用于各行各业中小机器设备的控制,适合各种场合中的检测、监测及控制的自动化,具有极高的性能价格比,用途广泛。PCACCESS是西门子推出的专用于S7-200 PLC的OPCServer(服务器)软件,它向OPC客户端提供数据信息,可以与任何标准的OPC Client(客户端)通讯。
2 OPC技术概述
2.1 OPC定义
OPC(OLE for Process Control)是一套以微软COM, DOOM(DistributedCOM)技术为基础,基于bbbbbbs操作平台,为工业应用程序之间提供高效的信息集成和交互功能的组件对象模型接口标准。OPC实际上是提供了一种规范,通过这种规范,系统能够以服务器/客户端标准方式从服务器获取数据并将其传递给任何客户应用程序。这样,只要生产商开发一套遵循OPC规范的服务器与数据进行通信,其他任何客户应用程序便能通过服务器访问设备。
2.2 OPC基本结构
OPC技术的实现由两部分组成,OPC服务器部分 及OPC客户应用部分。其应用模式如图1所示。OPC服务器是一个典型的现场数据源程序,它收集现场设备数据信息,通过标准的OPC接口传送给OPC客户端应用。OPC客户应用是一个典型的数据接收程序,如人机界面软件(HMI)、数据采集与处理软件(SCADA)等。OPC客户应用通过OPC标准接口与OPC服务器通信,获取OPC服务器的各种信息。符合OPC标准的客户应用可以访问来自任何生产厂商的OPC服务器程序。
图1 OPC技术的应用模式
2.3 OPC对象
OPC数据存取规范规定的基本对象有三类:服务器(server)、组(group)和数据项(item)。服务器对象包含服务器的所有信息,也是组对象的容器,一个服务器对应于一个OPCserver,即一种设备的驱动程序。组对象除了包含它自身信息外,还负责管理数据项。每一个数据项代表到数据源的一个连接,但它没有提供外部接口,客户端程序无法对数据项直接进行操作,应用程序必须依靠数据项的容器组对象来对它进行操作。
3 IFIX与S7-200PLC的通信原理
实现IFIX与PLC的通信的过程即OPC服务器收集现场设备PLC的数据信息,并通过标准的OPC接口传送给OPC客户端IFIX应用。IFIX作为OPC客户应用是一个典型的数据接收程序,OPC客户应用通过OPC标准接口(OPCI/O驱动)与OPC服务器通信,获取OPC服务器的各种信息。
软件需求为S7-200 PC ACCESS V1.0 SP2、组态软件IFIX、OPC I/O驱动、编程软件STEP 7MicroWIN V4.0 SP4(或者软件的更高版本)。IFIX的OPC客户端工具OPCPowerTool需要在IFIX安装完成后另行安装。
具体过程为PC ACCESS作为OPC服务器根据设计要求采集S7-200PLC内的数据信息;IFIX的OPC客户端工具OPCPowerTool根据设计要求采集PC ACCESS内的数据,IFIX数据库PDB读取OPC OPCPowerTool采集上来的数据,IFIX完成了与S7-200PLC的通讯。系统结构见图2。
图2 系统结构
4 IFIX与S7-200PLC的通信实现
具体通讯实现分两步:
图3 PC ACCESS设置
4.1 OPC服务器PC ACCESS和S7-200通信的实现
在PC ACCESS中引入所需要的PLC地址并进行命名。可以通过文件->输入符号导入整个STEP 7 MicroWINV4.0中设计的符号表,也可以通过添加新PLC、添加新项目逐条添加。在单独添加新项目时符号名可以单独定义,但为方便使用尽量与PLC中定义符号
一致。可以设置数据的可读写性。设置地址及相匹配的数据类型。图3。所需要的数据添加完毕后可以通过在客户机中增加项目来检测数据通讯是否正常,若正常测试客户机中数据会根据PLC中程序运行进行自动刷新。
4.2 IFIX与OPC服务器的数据交换实现
4.2.1 OPC PowerTool
启动客户端OPCPowerTool,添加服务器(server)、组(group)和数据项(item)。为方便使用,服务器、组和数据项名称尽量简单。添加服务器时选择S7200.OPCServer类型服务器。添加数据项时,选择BrowseServer按钮,即出现在PC ACCESS中所设计的各符号,选择需要的逐条添加为各数据项,实现IFIX的OPC客户端工具OPCPowerTool对PC ACCESS的数据通讯。如图4。
服务器、组、项目的Enable必须选择,否则不起作用,数据不采集。
图4 IFIX客户端设置
4.2.2 IFIX数据库PDB
通过OPCPowerTool完成数据采集后,IFIX即可应用所采集的数据。在IFIX数据库管理器中设置各数据,选择合适的数据类型,O/I配置使用OPCClientv7.30。I/O地址配置格式为:服务器名(PowerTool命名):组名:项目符号,以图5为例:Ser:Gp:MicroWin.RedGrenlamp.USER1.ew_green
图5 PDB数据库设置
在一些系统中，需要进行PID控制，如一些板卡采集系统，甚至在一些DCS和PLC的系统中有时要扩充系统的PID控制回路，而由于系统硬件和回路的限制需要在计算机上增加PID控制回路。在紫金桥系统中，实时数据库提供了PID控制点可以满足PID控制的需要。
进入到实时数据库组态，新建点时选择PID控制点。紫金桥提供的PID控制可以提供理想微分、微分先行、实际微分等多种控制方式。
进行PID控制时，可以把PID的PV连接在实际的测量值上，OP连接在PID实际的输出值上。这样，在实时数据库运行时，就可以自动对其进行PID控制。
PID参数的调整：
在PID参数进行整定时如果能够有理论的方法确定PID参数当然是理想的方法，在实际的应用中，更多的是通过凑试法来确定PID的参数。
增大比例系数P一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差，过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。
增大积分时间I有利于减小超调，减小振荡，使系统的稳定性增加，系统静差消除时间变长。
增大微分时间D有利于加快系统的响应速度，使系统超调量减小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱。
在凑试时，可参考以上参数对系统控制过程的影响趋势，对参数调整实行先比例、后积分，再微分的整定步骤。
整定比例部分。将比例参数由小变大，并观察相应的系统响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。如果系统没有静差或静差已经小到允许范围内，并且对响应曲线已经满意，则只需要比例调节器即可。
如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求，则必须加入积分环节。在整定时先将积分时间设定到一个比较大的值，将已经调节好的比例系数略为缩小(一般缩小为原值的0.8)，减小积分时间，使得系统在保持良好动态性能的情况下，静差得到消除。在此过程中，可根据系统的响应曲线的好坏反复改变比例系数和积分时间，以期得到满意的控制过程和整定参数。
如果在上述调整过程中对系统的动态过程反复调整还不能得到满意的结果，则可以加入微分环节。把微分时间D设置为0，在上述基础上逐渐增加微分时间，相应的改变比例系数和积分时间，逐步凑试，直至得到满意的调节效果。
PID控制回路的运行：
在PID控制回路投入运行时，可以把它设置在手动状态下，这时设定值会自动跟踪测量值，当系统达到一个相对稳定的状态后，再把它切换到自动状态下，这样可以避免系统频繁动作而导致系统不稳定。
复杂回路的控制：
前馈控制系统：
通常的反馈控制系统中，对干扰造成一定后果，才能反馈过来产生抑制干扰的控制作用，产生滞后控制的不良后果。为了克服这种滞后的不良控制，用计算机接受干扰信号后，在还没有产生后果之前插入一个前馈控制作用，使其刚好在干扰点上完全抵消干扰对控制变量的影响,又得名为扰动补偿控制。
在紫金桥的控制系统中，可以把前馈控制计算的结果作为PID控制的输出补偿量OCV，并采用加补偿，这样就形成了一个前馈控制系统了。
纯延迟补偿控制：
在实际的控制过程中，由于执行机构和测量装置的延迟，系统有可能是一个纯滞后过程，如对于温度的控制其延迟时间可能多达10多分钟。这种滞后性质常引起被控对象产生超调或振荡，造成系统不容易达到稳定过程。可以在控制过程中并联一个补偿环节，用来补偿被控制对象中的滞后部分，这样可以使系统快速达到稳定过程。
纯滞后控制系统是把滞后补偿的结果作为PID控制器的输入补偿量ICV，并作为输入补偿的减补偿。这样就构成了一个纯滞后的SMITH预测控制回路。