PLC项目教学教案

湖北三峡职业技术学院机电系项目五PLC通讯及网络技术《PLC可编程控制技术》第1页共11页PLC项目教学教案项目五PLC与计算机通讯的实现【教学目的】结合企业实际，学习和掌握PLC与计算机之间的通讯，以及PLC网络。【过程与方法】本项目帮助学生学习和实践PLC通讯技术和网络组态。让学生在实际问题情景中，发挥主观能动性，体验解决实际问题的过程，学会运用组态软件实现PLC与计算机之间的通讯。倡导学生主动参与学习，发现问题，探索问题，学习与老师同学交流，学会用语言表述问题过程和调试结果，提高综合素质。涉及到的新知识通过课程网络平台提供，提前通知学生下载学习，功能指令相对复杂和不容易掌握，在实施项目之前，给学生以基本的概念和必要的知识讲解训练。【教学重点】了解PLC与计算机通信。掌握组态软件的基本用法。【教学难点】PLC网络。【教学时间】4课时要求通过计算机控制电动机启停，并通过计算机监视电动机运行状态。二、项目分析本项目运用基本指令实现电动机启停控制，并通过组态软件实现PLC与计算机之间的通讯。三、教学准备1、PLC综合试验台2、组态软件安装3、微机及通讯线四、项目实施1、在项目实施前，考虑到新知识的学习实际，，安排有一个示范引导子项目。由教师和学生采用互动合作的方式共同完成示范子项目的设计和调试，然后由学生独立完成各个实训子项目的设计和调试任务。2、项目讲解明确PLC与计算机之间的通讯，讲解组态软件的使用，以及怎样与计算机建湖北三峡职业技术学院机电系项目五PLC通讯及网络技术《PLC可编程控制技术》第2页共11页立通讯联系。示范项目：实现计算机控制指示灯1.项目要求：要求通过计算机控制指示灯L0的亮和灭。2.项目分析：首先建立起PLC与指示灯之间的控制联系，再通过组态软件建立PLC与计算机之间的通讯。3.示范项目设计【动动手1】设计I/O接线图X0COMY0COM1DC电源FX2NL0RS232C【知识准备】一、PLC与计算机通讯为了适应PLC网络化要求，扩大联网功能，几乎所有的PLC为了适应可编程控制器网络化的要求，扩大联网功能，几乎所有的可编程控制器厂家，都为可编程控制器开发了与上位机通讯的接口或专用通讯模块。一般在小型可编程控制器上都设有RS422通讯接口或RS232C通讯接口；在中大型可编程控制器上都设有专用的通讯模块。如：三菱F、F1、F2系列都设有标准的RS422接口，FX系列设有FX-232AW接口、RS232C用通讯适配器FX-232ADP等。可编程控制器与计算机之间的通讯正是通过可编程控制器上的RS422或RS232C接口和计算机上的RS232C接口进行的。可编程控制器与计算机之间的信息交换方式，一般采用字符串、双工或半、异步、串行通信方式。因此可以这样说，凡具有RS232C口并能输入输出字符串的计算机都可以用于和可编程控制器的通讯。运用RS232C和RS422通道，可容易配置一个与外部计算机进行通讯的系统。该系统中可编程控制器接受控制系统中的各种控制信息，分析处理后转化为可编程控制器中软元件的状态和数据；可编程控制器又将所有软元件的数据和状态送入计算机，由计算机采集这些数据，进行分析及运行状态监测，用计算机可湖北三峡职业技术学院机电系项目五PLC通讯及网络技术《PLC可编程控制技术》第3页共11页改变可编程控制器的初始值和设定值，从而实现计算机对可编程控制器的直接控制。(一)通讯方式面对众多生产厂家的各种类型PLC，它们各有优缺点，能够满足用户的各种需求，但在形态、组成、功能、编程等方面各不相同，没有一个统一的标准，各厂家制订的通信协议也千差万别。目前，人们主要采用以下三种方式实现PLC与PC的互联通信：(1)通过使用PLC开发商提供的系统协议和网络适配器，来实现PLC与PC机的互联通信。但是由于其通信协议是不公开的，因此互联通信必须使用PLC开发商提供的上位机组态软件，并采用支持相应协议的外设。可以说这种方式是PLC开发商为自己的产品量身定作的，因此难以满足不同用户的需求。(2)使用目前通用的上位机组态软件，如组态王、InTouch、WinCC、力控等，来实现PLC与PC机的互连通信。组态软件以其功能强大、界面友好、开发简洁等优点目前在PC监控领域已经得到了广泛的应用，但是一般价格比较昂贵。组态软件本身并不具备直接访问PLC寄存器或其它智能仪表的能力,必须借助I/O驱动程序来实现。也就是说，I/O驱动程序是组态软件与PLC或其它智能仪表等设备交互信息的桥梁，负责从设备采集实时数据并将操作命令下达给设备，它的可靠性将直接影响组态软件的性能。但是在大多数情况下，I/O驱动程序是与设备相关的，即针对某种PLC的驱动程序不能驱动其它种类的PLC，因此组态软件的灵活性也受到了一定的限制。(3)利用PLC厂商所提供的标准通信端口和由用户自定义的自由口通信方式来实现PLC与PC机的互连通信。这种方式由用户定义通信协议，不需要增加投资，灵活性好，特别适合于小规模的控制系统。通过上述分析不难得出，掌握如何利用PLC厂商提供的标准通信端口和自由口通信方式以及大家所熟悉的编程语言来实现PC与PLC之间的实时通信是非常必要的。(二)采用RS232实现三菱FX系列PLC与PC之间的通讯三菱FX系列PLC提供了4种通讯方式：N网络通讯、无协议串口通讯、平行网络通讯、程序口通讯。如果传输的数据量少，大多数PLC与计算机之间通信均可采用串行通信，通信接口均为PLC与工业控制计算机上的RS232接口。由于RS232采用非平衡方式传输数据，传输距离近，对于大功率、长距离，且单机监测信息量多，控制要求复杂的PLC通讯，直接采用RS232方式不能满足传输距离要求。因此，可采用RS485方式。因为RS485采用平衡差动式进行数据传输，适合于远距离传输，并具有较强抗干扰能力。图1是采用RS232/RS485通信转换器实现运距离通讯的示意图。湖北三峡职业技术学院机电系项目五PLC通讯及网络技术《PLC可编程控制技术》第4页共11页(三)PLC与PC通讯应用实例1.通讯系统的连接图中是采用FX-232ADP接口单元，将一台通用计算机与一台FX2系列plc连接进行通讯的示意图。2.通讯操作FX2系列plc与通讯设备间的数据交换，由特殊寄存器D8120的内容指定，交换数据的点数、地址用RS指令设置，并通过plc的数据寄存器和文件寄存器实现数据交换。下面对其使用做一简要介绍。（1）通讯参数的设置在两个串行通讯设备进行任意通讯之前，必须设置相互可辨认的参数，只有设置一致，才能进行可靠通讯。这些参数包括波特率、停止位和奇偶校验等，它们通过位组合方式来选择，这些位存放在数据寄存器D8120中，具体规定如下表16-1所示表16-1串行通讯数据格式D8120的位说明位状态0（OFF）1(ON)bo数据长度7位8位b1b2校验（b2b1）（00）：无校验（01）：奇校验（11）：偶校验b3停止位1位2位b4波特率（b7b6b5b4）（0011）：300bps图16-1RS232转RS485通讯结构图湖北三峡职业技术学院机电系项目五PLC通讯及网络技术《PLC可编程控制技术》第5页共11页b5b6b7（0100）：600bps（0101）：1200bps（0110）：2400bps（0111）：4800bps（1000）：9600bps（1001）：19200bpsb8起始字符无D8124b9结束字符无D8125b10握手信号类型1无H/W1b11模式（控制线）常规单控b12握手信号类型2无H/W2b13~b15可取代b8~b12用于FX-485网络使用说明如下：1）如D8120＝0F9EH则选择下列参数。E＝7位数据位、偶校验、2位停止位9＝波特率为19200bpsF＝起始字符、结束字符、硬件1型（H/W1）握手信号、单线模式控制0＝硬件2型（H/W2）握手信号为OFF2）起始字符和结束字符可以根据用户的需要自行修改。3)起始字符和结束字符在发送时自动加到发送的信息上。在接收信息过程中，除非接收到起始字符，不然数据将被忽略；数据将被连续不断地读进直到接到结束字符或接收缓冲区全部占满为为止。因此，必须将接收缓冲区的长度与所要接收的最长信息的长度设定的一样。(2)串行通讯指令该指令的助记符、指令代码、操作数、程序步如下表所示。RS指令用于对FX系列PLC的通讯适配器FX-232ADP进行通讯控制，实现PLC与外围设备间的数据传送和接收。RS指令在梯形图中使用的情况如下图所示。湖北三峡职业技术学院机电系项目五PLC通讯及网络技术《PLC可编程控制技术》第6页共11页[S]指定传送缓冲区的首地址[m]指定传送信息长度[D]指定接收缓冲区的首地址[n]指定接收数据长度，即接收信息的最大长度1）RS指令使用说明（a）发送和接收缓冲区的大小决定了每传送一次信息所允许的最大数据量，缓冲区的大小在下列情况下可加以修改。发送缓冲区――在发送之前，即M8122置ON之前。接收缓冲区――信息接收完后，且M8123复位前。（b）在信息接收过程不能发送数据，发送将被延迟（M8121为ON）。（c）在程序中可以有多条RS指令，但在任一时刻只能有一条被执行。二、PLC网络技术在工业控制中，对于控制任务的复杂控制系统，不可能单靠增大PLC的输入、输出点数或改进机型来实现复杂的控制功能，于是便想到将多台PLC相互连接形成网络。要想使多台PLC能联网工作，其硬件和软件都要符合一定的要求。硬件上，一般要增加通信模块、通讯接口、终端适配器、网卡、集线器、调制解调器、缆线等设备或器件；软件上，要按特定的协议，开发具有一定功能的通讯程序和网络系统程序，对PLC的软件、硬件资源进行统一管理和调度。（一）PLC网络系统根据PLC网络的连接方式，可将其网络机构分为总线结构、环形结构和星形结构三种基本形式，如图2所示，每种结构都有各自得优点和缺点，可根据具体情况选择。总线结构，以其结构简单、可靠性高、易于扩展，被广泛应用。主站从站从站主站从站从站从站从站总线湖北三峡职业技术学院机电系项目五PLC通讯及网络技术《PLC可编程控制技术》第7页共11页总线主站从站从站从站从站从站主站从站从站从站从站（二）三菱PLC网络三菱公司PLC网络继承了传统使用的MELSEC网络，并使其在性能、功能、使用简便等方面更胜一筹。Q系列PLC提供层次清晰的三层网络，针对各种用途提供最合适的网络产品，如图5所示。图16-2PLC总线结构图3环形结构结构图4星形结构结构湖北三峡职业技术学院机电系项目五PLC通讯及网络技术《PLC可编程控制技术》第8页共11页图16-3三菱公司的PLC网络1、信息层/Ethernet（以太网）信息层为网络系统中最高层，主要是在PLC、设备控制器以及生产管理用PC之间传输生产管理信息、质量管理信息及设备的运转情况等数据，信息层使用最普遍的Ethernet。它不仅能够连接windows系统的PC、UNIX系统的工作站等，而且还能连接各种FA设备。Q系列PLC系列的Ethernet模块具有了日益普及的因特网电子邮件收发功能，使用户无论在世界的任何地方都可以方便地收发生产信息邮件，构筑远程监视管理系统。同时，利用因特网的FTP服务器功能及MELSEC专用协议可以很容易的实现程序的上传/下载和信息的传输。2、控制层/MELSECNET/10（H）是整个网络系统的中间层，在是PLC、CNC等控制设备之间方便且高速地进行处理数据互传的控制网络。作为MELSEC控制网络的MELSECNET/10，以它良好的实时性、简单的网络设定、无程序的网络数据共享概念，以及冗余回路等特点获得了很高的市场评价，被采用的设备台数在日本达到最高，在世界上也是屈指可数的。而MELSECNET/H不仅继承了MELSECNET/10优秀的特点，还使网络的实时性更好，数据容量更大，进一步适应市场的需要。但目前MELSECNET/H只有Q系列PLC才可使用。3、设备层/现场总线CC-Link设备层是把PLC等控制设备和传感器以及驱动设备连接起来的