基于ProDave的PLC快速采样系统.pdf

第 1期 总第 1 6 4期 2 0 1 1年 2月 机 械工 程 与自 动 化 ME CHANI CAL ENGI NEERI NG AUTOMAT1 0N N O． 1 Fe b． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 1 0 1 0 2 0 0 0 2 基于 P r o Da v e的 P L C快速采样 系统 贡 太原重工 技 术中心 ， 力 山西太 原0 3 0 0 2 4 摘要 详细介绍 了在 V C 中调 用 P r o D a v e函数库 的方法及步骤 。 基 于 P r o D a v e编写 了快速采样软件， 采样频 率最快达到3 7次／ 高于传统上位机软件4次／ s的采样频率。 关键词 P r o D a v e ；P L C通讯 ；快速 采样 中图分类号 TP 2 7 3 文献标识码 B 0 引言 在西 门子工控 系统 中 ，通常 可 以采用 西 门子生产 的组态软 件 Wi n C C、 P r o t o o l 或 国产 的力控 、 组态 王等 实 现 P I C与上 位机之 问的通讯 ， 订 制 出满 足要求 的人 机交 互界 面 。 但若 我们对两 者的通 讯有特殊 个性 要求 ， 且超 出了这 些成熟 软件 的功能 ，就 需要直 接使用 西 门 子 为通讯所 提供 的软件包 P r o D a v e 。 1 P r o D a v e的硬件配置 在计 算机 中插 入 一块 P G／ P C通 讯模 板 C P 5 6 1 1 ， 通过 P I C的 P MI 编程 接 口，就可 以实现计算 机 与 S 7 系列 P I C的通 讯 。 图 1为 P C 的接 口参 数对话 框 ，选 中接 口参数 配 置 列 表 框 中 的 “ P C A d a p t e r P MI ” ， 在 上 面 的 “ A C C E S S P o i n t o f t h e Ap p l i c a t i o n 应 用 程 序 访 问 点 ” 列 表 框 内 选 择 “ S 7 ONI I N E S TE P 7 ” ， 点 击 “ T r a n s mi s s i o n Ra t e ” 波特率 设 置为 1 8 7 ． 5 k b ／ s ，其 他 参数可 以采用默认 的设 置 。 在 “ I o c a l C o n n e c t i o n ” 选 项 卡的 “ C OM P o r t ”选择 框 中设置实 际使用 的 P C串 口的编号 ，波特率 可以设 置 为l 9 ． 2 k b ／ s 。 2调用 P r o D a v e 前 的软件 设置 P r o D a v e 软件 包包括两 个文件 夹 ，分别 是 i n c l u d e 文件 夹与 l m 文件 夹 。i n c l u d e 文 件夹 包括 Ko mf o r t ． h 与 W9 5 一 S 7 ． h两个头文件，它们是该软件包对外提供 的接口，所有函数都在这两个头文件中给出了声明。 l i b文 件 夹 包 括 了 这 两 个 头 文 件 对 应 的 库 文 件 k o mf o r t ． 1 i b与 w9 5 ～ s 7 ． 1 i b ， 它们是静 态链接 库 ， 通过 它 们 中 的信 息 可 以在 程 序运 行 时访 问 到 P r o Da v e的 动 态链 接库 k o mf o r t ． d l l 与 w9 5 一 s 7 ． d l l ，其 内是 头文 件中声明函数的具体实现。 在 VC一编写 的软 件 中调 用 P r o D a v e提供 的这 些 函数的步骤如下 1 打开 VC 的 T o o l 菜单选 项 ，选 Di r e c t o r i e s 选 项 卡，在 S h o w d i r e c t r i e s f o r的 下 拉 菜 单 中选 I n c l u d e f i l e s ，然后 在路 径 中选 i n c l u d e文 件夹所 在路 径 。再在下拉 菜单 中选 I i b f i l e s ，然后在 路径 中选 l i b 文件 夹所在路 径 。这样 就设置 了应用 软件 P r o D a v e的 访 问路 径 。 2 打开 V C 的 P r o j e c t 菜单选 项 ，在下 拉菜单 中选 S e t t i n g s ，再在 弹出的界 面 中选 I i n k选项 卡 ，在 Ob j e c t ／l i b r a r y mo d u l e s 下 输 人w9 5 一 S 7 ． 1 i b 和 k o mf o r t ． 1 i b 。这实际上是将上面路径中的两个库函数 与应用程 序链接 在一起 。 图 1 P C 接 口参数 设 置 3 要想在 h i g h s a mp l e Vi e w． c p p中调用 P r o D a v e 中的函数 ，先要调用 两个 头文件 ，即在程 序开始 时加 入语 句 t t in c l u d e“ w9 5 -s 7． h ” i n c l u d e” k o mf o r t ． h 做 到 以上 3步 ，我 们 就 可 以 在 程序 中随 意 调用 收稿 日期 2 0 1 0 0 8 0 2 ；修 回日期 2 0 1 0 1 0 - 2 7 作者简介 贡力 1 9 8 3 一 ． 男 ． 山西晋中人 ． 助工 。 工学硕士 ． 研究方向 测控技术 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年 第 1 期 贡 力基 于 P r o D a v e的 P L C快速采样 系统 2 0 1 P r o D a v e中 的函数 。 3 P r o D a v e的具 体 实现 3 ． 1 建立连接 先 调 用P r o Da v e库 中 的 函 数 l o a d ～t o o l 1 ， ” S 7 0NI I NE”， p l c a d r t a b l e 建 立连 接 。 该函数有 3个参数 第 1个参数代表两者 的连接 数 ， 设 置 为 1 ， 意 思是 在两 者之 间只建 立一 个连 接 ； 第 2个参数代表 P I c的 MP I口的设备名 ，P I C中这个 口的名字取为什么 ，这里就设为什么；第 3 个参数代 表 P I C的地址 表信 息 。 如果连接成功 ， 该函数返回值 为 0 ， 则弹出“ l o a d t o o l O K ”对话框 ， 表示 成功 。如果 连接失 败 ， 该 函数 根据 错误 原 因返 回 0外 的值 ，则 弹出其 他对话 框 ，其 上显 示该 返 回值 对应 的错 误原 因 。 3 ． 2 开始采 样 本文的采样对象为挖掘机 wk 5 5 ， 其提升主、 提升 从 、推压 、回转 主 、回转从 1 、回转从 2这 6台电机 的 状 态参 数分别 存放 在 D B 1 、 D B 2 、 D B 3 、 D B 4 、 D B 5 、 D B 6 中 ，而提 升从使 用 了力矩 环 ，保 证 了与 提升主力 矩 相 等， 故只获取提升主的参数 。 同理两台回转从也一样 ， 只获取 回转 主的参 数 就可 以了 。最后 确 定访 问 DB 1 、 D B 3 、 DB 4三个 D B块。这几 台电机 的电压、电流、速 度、转矩这 4个状态参数都是放在各 自D B块的 2 6 、 2 8 、3 2 、3 4 地址中，共 占 8个内存空间 字节 。 明 确访 问地址 后 ，利用 P r o D a v e提供 的 d b r e a d i n t ， i n t ， i n t *， v o i d * 函数 进行 访 问 。该 函数 的第 1 个参 数代 表 D B块 序列 号 ， 第 2个参 数代 表选定 D B块 中欲访问空间的起始地址 ， 第 3个参数代表访问长度 ， 第 4个 参 数代 表 P C 中访 问 结 果 存 储 空 间 的 起 始 地 址 。 该函数每次只能进行连续地址区间的访问，故决 定访 问从 地址 2 6 开 始 的 1 O个字 节 ， 尽管 地址 3 O中存 储的参数并不需要 。因为若先访问 2 6开始的 4个字 节 ， 再 访 问 3 2开 始 的 4个 字 节 ，就 需 要 两 次 调 用 d b r e a d 函数 ， 即需 P C与 P I C进行两 次通 讯 ， 浪费 时间 。 如要 访 问 提 升 主 电机 的 4个 参 数 ，就 调 用 d b r e a d 1 ， 1 3 ， 5 ， p l c R i s e 。 其中第 1个参数 1代表访问提 升主所在的 DB 1 ；第 2 个参数设为 1 3 ，代表起始地址 为 2 6 ，这 是 由于 P I C寻址 方式 与 P r o D a v e寻址 方 式 不同 ，详见 图 2 ； 第 3 个 参数 设为 5 ， 代 表访 问从地 址 2 6开始 的 5 个 字 1 0 个 字节 ； 第 4 个 参 数代表 访 问结 果存入 名为 p l c Ri s e的数 组 中。 b i t 7 ⋯0 b i t 7 ⋯0 P L C中寻址方式P r o D a v e寻址方式 DB2 6 DB2 7 DB2 8 DB2 9 DB3 O DB3 l DB3 2 DB3 3 DB3 4 DB3 5 DBW 2 6 DB W 2 8 DBW 3 0 DBW 3 2 DBW 3 4 DBW l 3 DBW 1 4 DBW l 5 DBW l 6 DBW l 7 图 2 两 种 寻 址 方 式 同理 ，分别调 用 d b r e a d 3 ， 1 3 ， 5 ， p l e P u s h 、 d b r e a d 1 ， 1 3 ， 5 ， p l c Ro t a t e 两个 函数访 问推压 电机 、 回转 主 电 机 的 4个 参 数 ，结 果 分 别 存 入 名 为 p l c P u s h 、 p l c R o t a t e的数组 中 。 这些 数组 中的结 果并不 能直 接使 用 ，这是因为 P I C存储数据的格式与 P C不同，对于 一 个长度为 1 6 位 的字来说 ，其存储方式为高 8位在 后 、 低 8位 在前 ， 而 P C却 是 高 8位在 前 、 低 8位在后 。 故 需要将 放 人几个 数组 中的数据 交换 高 、低 8位才 能 得到正确 的结果 。这就需要使用 P r o Da v e 提供的 k f i n t e g e r u n s i g n e d s h o r t 函数 ， 该函数的作用就是交换 输人参数 的高、低 8位 ，返 回值为交换结果。 提升、 推压编码器输出值并没有存储在 DB中， 而 是 在 M 寄存 器 位 寄 存 器 中， 分 别 是 MD1 0 0与 MD1 0 4 。要访 问 M 寄存器 ， 需要使用 m f i e l d r e a d 1 0 0 ， 6 4 ， p l c P o s i t i o n 函数 。该 函数第 1个参 数代表要 访问寄存器的起始地址 ，第 2个参数代表要访问的位 长度 ，第 3个参数表示访问结果存储地址 。 同访 问 D B面临的问题一样 ，数组中的数据需经 过格式转换才能使用。但是 由于数组中的数据是 i n t 型 的 ，所 以不 能 直接用 k f 啊 i n t e g e r u n s i g n e d s h o r t 交 换 高、 低 字节 它只 能处理 1 6 位 的数 ， 而需要 先将 i n t 型数据的高 1 6位与低 1 6位提取出来。处理方法为将 该数 除 以6 5 5 3 6 后 分别取 整 和取余 。由于 P I C中高位 在后 、 低位 在前 ， 所 以取 整 得到 的是低 1 6位 ， 设 为 a ， 取余 得到 的是 高 1 6位 ， 设 为 b 。 再 将得 到的两 个 1 6 位 数分别用 k f i n t e g e r u n s i g n e d s h o r t 函数做处理 ，得 到 ，B。最后 结果 为B*6 5 5 3 6 A。 格 式转 换后 的数 还不 是最后 要求 的 电流 、电压值 或位置值 ，而是与这些值成线性关系的一些值 ，还需 要 经过 标定 。 以 提 升 电压 为 例 介 绍 标 定 方 法 。其 额 定 电压 为 6 9 0 V， 对应 输 出 比例 为 1 0 0 。 而 1 6位有符 号数 的表 示 范 围 为一3 2 7 6 8 ～ 3 2 7 6 7 ，分 别 对 应 的 输 出 比 例 为 一2 0 0 ～2 O ， 且成线 性关 系 ， 故 1 0 0 对应 的数 值 为 3 2 7 6 8 ／ 2 1 6 3 8 4 。 所 以 6 9 0对 应 的 数 值 为 1 6 3 8 4 。 由此 可 以推 出当输 出数值 为 z时 ， 对 应 的电压 为 U一6 9 0 x／ 1 6 3 8 4 V。 同理可 推 出电流 ， 、速 度 、转 矩 丁 的标 定公式 。 3 ． 3 断 开 连 接 关 闭连接 也是 至关重 要 的 。P C与 P I C 的连接 在 On S t a r t 中通 过 l o a d t o o l 函数 被建 立起 来 。实际 测 试表明若程序关闭前不断开该连接，只能关闭该程 序 的窗 口 ，并不 能 结束该 程序 的进 程 ，还 需通过 任 务 管 理 器 才 能 强 制 关 闭 ，具 体 执 行 语 句 为 u n l o a d t o ol 。 4采样速 度测试 在 一 次 采 样 周 期 中， 即 在 On Ti me r UI NT n l DE v e n t 函数 中分别调用 1次、 2次、 3次、 4次 d b r e a d 函数 ，4 种情况下的采样速度见表 1 ，注意将定 时器时间参数设为最小值1 mS ，则采样速度完全由执 行 d b r e a d函数 的速度 决定 ，此 时测 出的速 度才 为各 种 情况 下真 正的最 快通 讯速 度 。 表 1 各种情况下的采样速度 ／ s 3 7 1 8 9 } 采样速度 次 f l l l 2 f J 下转第 2 0 4页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 4 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 1 1年 第 1期 架等辅具来保证。由式 9 可知， 作用于刀具上 的力沿 轴方向的投影有可能平衡 ，即有 z轴方向刀具稳定 状 态存在 的可能 。 3 车 刀安装偏 低时 ， 由式 1 1 和式 1 2 可知 ， 作 用 于 刀具上 的力 沿 z轴方 向的投 影是 不 可能 平 衡 的 ， 故 方 向进 给的稳定 状态 主要 靠夹具 、中心 架 、跟刀 架等辅具来保证。由式 1 3 可知 ，作用于刀具上的力 沿 Y轴方向的投影是有可能平衡的，即有 j ， 轴方向刀 具稳 定状态 存在 的可能 。 4 但 实际上 ，由于 0 值 是安装 刀具所 产 生的误 差 ， 非 常小 ， 趋 近 于零 。 所 以式 9 和式 1 3 可 以理解 为不 存在 ，即垂直 于进 给方 向的合 力不 可能为 零 ，稳 定状态不存在，故刀具进给的稳定状态还是主要靠夹 具 、 中心架 、跟刀 架等辅 具来保 证 。 5结论 从 以上 的分析结 果可 以看 出 ，外 圆切削加 工进给 时 ，作用 于刀具上 的合 力沿切 削进给线 的垂直 方向和 平行方向都是存在力的， 即不存在刀具的稳定状态， 不 存在稳定进给线 。因此 ，保证切削过程的平稳 ，要靠 夹 具 、中心架 、跟刀架 等辅具来 实现 ；要通过 提高工 艺 系统 的刚度 、零 件 的强 度 如 刀具 来 实现 。 由于主 切 削力 F f 占总切 削 力 的8 0 ～ 9 O ，所 以，它对切削过程稳定的影响是关键 。提高刀具强度 和 耐磨性 、提高刀架 刚度尤 为重要 。加工强 度低 、刚 性差 的工件 时 ， 增加 特殊辅具 是减 小变形 的主要方法 。 参考文献 [ 1 ] 李华． 机械制造技术 I- M] ． 北京 高等教育 出版社 ， 2 0 0 5 ． E 2 ] 郭 卫凡 ， 李 其钒． 金属工艺学[ M] ． 徐州 中国矿业大学 出 版 社 ， 2 0 0 5 ． [ 3 ] 卢秉恒． 机械制造技术基础[ M] ． 北京 机械 工业 出版 社 ， 19 9 9． E 4 ] 李其 钒． 横 向进 给切 削加工 时切 削力 的分 析[ J ] ． 云南能 源 职 、 I 学 院学 报 ， 2 0 0 5 3 1 1 - 1 3 ． Re s e a r c h o n S t e a d y S t a t e i n Cy l i nd r i c a l Tu r ni ng L I Qi f a n ，P AN Y a n ，GUO Ch a n g n i n g 1 Y u n n a n V o c a t i o n a l I n s t i t u t e o f E n e r g y Te c h n o l o g y ，Qu j i n g 6 5 5 0 0 1 ，C h i n a ；2 S h a n g h a i J i a o To n g Un i v e r s it y ，S h a n g h a i 2 0 0 0 3 0 ，C h i n a Ab s t r a c t This pa p e r e s t abl i s he s t he s t e a d y s t a t e e q ua t i on of t h e c ut t e r i n c y l i nd r i c a l t u r ni n g by a n al yz i n g t h e c on c r e t e l o a d on i t ． Ba s e d o n t he e q ua t i on， i t p r ov i d e s t he a c t ua l me a s ur e s t o ma ke t h e c ut t e r s t a b l e i n c ut t i ng p r o c e s s ． Thi s wor k ha s l a i d t he t he o r e t i c a l ba s i s f o r t h e s t a bl i t y de s i g n a n d t e c hn i c a l i mpr ov e me n t of c u t t i n g p r o c e s s． Ke y wor d sc yl i ndr i c a l t ur ni n g； s t e a d y s t a t e；s t e a dy s t a t e e q ua t i on ，，，， l，．，， ’m，，m，，， ’m， ll lm，l-l ，，， ll，mm- --， ，’，I m， ，， ’，，m，，’’ ’，，，．． -，， ’’，， --- ，，，’’ ’，， ，，’ I- 接第 1 9 9页 Pr e c i s e S t o wa g e M o de l o f M a i nt e na nc e App a r a t u s S u p pl y Ve h i c l e s DONG Zhe n h ua， LI Ho ng - we i ，BAI Li n - y u a n， ZHANG Da o ku n PLA Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y，Na n j i n g 2 1 0 0 0 7。Chi n a Ab s t r a c t To r e s ol ve t he pr obl e ms s uc h a s l o w e f f i c i e nc y i n t h e s u pp l y o f ma i n t e n a nc e a pp a r a t us， we e s t a bl i s h t h e f l ow mo d e l of t h e v e hi c l e s t owa g e，ma ke t he d e ma nd f or e c a s t mor e a c c ur a t e， a v oi d t h e wa s t e of r e s o ur c e s， a n d a c hiev e t he pr e c i s i on s t owa ge ． Ke y wor dsma i n t e na nc e a pp a r a t us；pr e c i s e s u pp or t；s t owa ge mo d e l 上接 第 2 O 1页 5 结论 自 编 的 基 于 P r o D a v e 的 采 样 软 件 最 快 能 以 3 7 次 ／ s 的速率进 行采 样 ，即使 4次调用 d b r e a d 函 数 ， 采样速 率也达 到9次／ s ， 高 于一般上位 机软 件4次／ s的采样速率 ，适合于对采样速度有较高要求 的工程 应 用 。 参考文献 [ 1 ] 孙宏杰 ， 刘文文． S 7系列 P L C与 上位机通信的实现 [ J ] ． 仪器仪表 用户 ， 2 0 0 6 ， 1 3 6 8 2 8 4 ． [ 2 ] 孙鑫． VC 深入详解[ M] ． 北京 电子工业出版社 ， 2 0 0 4 ． Fa s t S a m p l i n g S y s t e m Ba s e d o n Pr o Da v e f o r PLC GONG Li Te c h n i c a l Ce n t e r o f Ta i y u a n He a v y I n d u s t r y Co ． ． I t d ．， Ta i y u a n 03 0 0 2 4，Chi n a Ab s t r a c t Thi s p a pe r ma i nl y i nt r o du c e s ho w t o us e Pr o Dav e f un c t i on l i b r a r y i n VC十十， a nd de v el o ps a f a s t s a mp l i ng s y s t e m by Pr o Da ve， whos e s a mpl i ng r a t e c a n r e a c h 37 s a mpl e s pe r s e c o nd a t t he mos t， i s mor e t ha n t he c o mmon mo ni t or i n g s of t wa r e ’ S s a mp l i n g r a t e wh i c h i s 4 s a mp l e s p e r s e c o n d ． Ke y wor dsPr oDa v e；PLC c ommun i c a t i on；f a s t s a mp l i ng 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m