在常规自动控制系统中,传感器与执行器是独立接线的,多个传感器和执行器构成的系统需要大量导线。通信总线应用到测控系统中,不仅能节省大量的导线,而且可提高系统的可靠性。已被广泛采用的工业总线一般有两类。一类为主从结构方式,如RS-485通讯,该通讯总线在工业控制中已得到广泛应用,其通讯方式为命令—响应方式。主机定时向各子控制器发出查询信号,再由各子控制器汇报各自状态。这种通讯方式开发难度较小,但通讯实际耗费了主控制器相当一部分资源。所以此种方式并未能完全地发挥出主控制器强大的运算功能。另一类为各节点自主通讯方式,如欧姆龙公司、三菱公司的CAN总线,NEWLIFT公司的LONWORKS总线等。这类总线的可靠性和通讯速率与前一种有着本质的提高,但成本相对较贵。
2 西门子执行器-传感器接口总线AS-Interface
针对现在流行的两类串行总线控制方式的优缺点,西门子吸取了两种控制方式的优点,推出了AS-Interface(远程I/O)总线技术。AS-Interface是执行器-传感器接口总线系统,就是将分散的I/O信号通过从站收集起来,仅用两根信号线传送到AS-I主站。AS-I主站按顺序呼叫,长循环时间为5ms,AS-I从站节点在错误的情况下,具有自动关闭总线的功能,切断它与总线上的联系,使其它从站不受影响,其故障问题可及时在AS-I主站上反映出来。AS-I的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施,保证了AS-I总线的高可靠性,AS-I总线直接通讯距离远可达100m,通过中继站延伸的大距离300m,AS-I总线多可安装248个传感器与执行器。西门子PLC主机与执行器-传感器-接口从站之间的联系通过AS-I主站,无须额外编辑通讯程序,对于工程人员来说远程I/O对应于映像区的对应位,符合他们的编程习惯,十分方便。由于两线通讯的应用,系统连接线采用卡线刺穿式结构,布线量大为减少,且独特的AS-I梯形电缆,杜绝了接线错误的可能性,与以前的PLC控制系统相比可节省大量的电缆,安装工作量亦大为减少。
3 电梯控制系统
电梯控制系统从继电器控制发展到PLC加调速器控制方式,经历了一个相当大的技术飞跃,现有的产品也成型,且性能相当稳定,现有的电梯控制系统基本结构如图1所示。控制中心在楼顶机房,井道和轿厢中的所有信号都以点对点的形式通过大量的电缆传送到控制中心。
传统电梯控制系统由于接线过多,安装复杂,不易更改和扩展,导致难以维护和效率低的缺点。电梯用户对电梯的要求已不仅仅停留在对系统的安全性、可靠性等基本功能的追求上,对电梯的舒适感、效率、自我故障诊断、远程监控等智能化以及电梯调试,维护的简便性提出了更高的要求。所以急需一种高效率,高可靠性的现场总线技术来满足用户的要求,AS-Interface总线技术就是其佳选择。AS-I总线的物理实现为两线通讯,接线采用卡线刺穿式结构,AS-I从站可以十分方便的接入到总线上,且独特的AS-I梯形电缆,杜绝了接线错误的可能性。下面对西门子S7-200CN PLC的AS-Interface总线系统实现电梯控制做一些探讨。
4 AS-Interface总线在电梯控制系统中应用
西门子S7-200plc以太网通信设置
要实现以太网通信,首先要在编程软件Micro/WIN的Ethernet Wizards中完成CP243-1模板的配置:
图1. 为CP243-1模块定义IP地址及子网掩码地址
按“Next”按钮:
图2. 继续CP243-1模块配置
图中:
a.设置CP243-1所占用的输出字节地址
此地址根据计算CP243-1前面的I/O所占用的Q地址字节来决定。如CP243-1安装在紧挨CPU224的0号槽,其前面输出就占用了QB0和QB1两个字节,CP243-1的地址按顺序排,即设为QB2。CP243-1模块占用一个QB输出字节。
b.选择连接数
如果只跟PC Access软件通信,设置连接数为1。
再按“Next”按钮,设置CP243-1的工作模式和TSAP地址。
图3. 设置CP243-1的工作模式和TSAP地址
图中:
a.必须将CP243-1以太网模块配置成服务器端
b.接受所有客户端的连接请求
c.设置TSAP地址:
TSAP(Transport Service Access Point)地址是通信连接地址,它包括两部分:
部分:通信连接号,如 10
第二部分:CP243-1模块安装在S7-200的机架/槽号,如 “00” 代表CP243-1安装在0号机架0号槽(即CPU之后的个模块)
L. 本地(CP243-1)TSAP地址,自动生成,无法修改。
R. 远程TSAP地址,即连接的远程Pc Access 所设置的地址。
TSAP地址很重要。在PC Access中设置以太网连接时也需要规定TSAP地址,而且需要与此对应。
完成以太网向导配置后需要在程序中调用以太网向导所生成的ETHx_CTRL块(如图4.),并将项目程序下装到PLC后,将PLC断电后重新上电使配置生效。
4.1 硬件实现
具有AS-Interface总线功能的西门子S7-200CN PLC性能较好,功能强大,支持三角函数、开方、对数运算等功能;可在线编辑和监视;通过调制解调器支持远程监控;可以故障诊断,执行单次扫描,强制输出;可以编辑变量状态表,使用多个可同时打开的窗口可同时显示信号状态和状态表。所以基于S7-200CN PLC的电梯控制系统是一个网络化、智能化、性价比极高的控制系统。
在系统的硬件实现上,经过仔细调查和论证发现:电梯控制系统的传感器和执行器基本上集中在井道和轿厢,机房仅只有一个执行器即调速器,而无传感器。所以将机房作为控制中心不尽合理,为了使系统的硬件布置达到优,项目对传统的电梯控制系统做了如下调整:电梯的控制系统和拖动系统从物理上分开,改变了传统电梯系统控制、拖动不分家的状态。这样做的好处是真正实现了强弱电分开,大大提高了系统的抗干扰性,进一步保证了电梯系统的安全和可靠;由于电梯的大部分信号在轿厢和井道,如果将控制中心置于机房,即使应用AS-Interface总线技术,那么它所需要的AS-I从站是十分可观的(以10层10站的电梯为例,轿厢和井道的信号大约有100个,一个AS-I从站的的I/O数多为8,也就是说需13个从站才能满足要求),这种即使有了先进性而无经济性的系统难以被工程所接受。项目的做法就是将控制中心转移到轿厢顶,这种转移在不降低其先进性的同时大大降低了控制系统的成本(同样以10层10站的电梯为例,井道和机房的信号大约有48个,所需要的从站仅为6个)。
图2为根据以上思想采用AS-I总线技术的电梯控制系统,控制中心位于轿顶,由CPU226CN(PLC)、EM223(PLC扩展)、AS-I主站三部分组成,轿厢上的信号均直接接到PLC的I/O上,井道和机房的信号通过AS-I从站传输到AS-I主站上,现场安装十分简单。