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西門子SMART 700 IE V3，7寸觸摸屏
西門子產品訂貨號：6AV6648-0CC11-3AX0

西門子產品價格：98  RMB

西門子產品凈重：0.370 Kg

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產品亮點

概述

可編程控制器,SMART LINE觸摸屏和SINAMICS V20變頻器*整合,為OEM客戶帶來高性價比的小型自動化解決方案,滿足客戶對于人機交互、控制、驅動等功能的*需求。

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西門子S7-200 PLC的嵌入式車輛尾氣自動檢測系統(tǒng)設計

　　一、系統(tǒng)綜述

　　整個系統(tǒng)由*控制單元、底盤測功機、尾氣取樣單元、分析儀器單元以及相關輔助設備組成。首先底盤測功機模擬汽車的工況，然后尾氣取樣系統(tǒng)對樣氣進行精確的定量采集，zui后由分析儀器單元對樣氣中的污染物濃度加以定量檢測，*控制單元實現對整個系統(tǒng)的自動控制。其中*控制單元采用嵌入式系統(tǒng)作為核心控制單元，系統(tǒng)操作站為運行WIndows CE嵌入式操作系統(tǒng)和組態(tài)王6.0嵌入版組態(tài)軟件的工控機，負責發(fā)布命令給作為現場控制及命令執(zhí)行元件的PLC。同時工控機與遠程上位PC之間采用TCP/IP協議進行通訊。

　　精簡的Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)使運行于該操作系統(tǒng)上的嵌入版組態(tài)王6.0組態(tài)軟件的執(zhí)行效率很高，*可以滿足設備現場運行的需要。

　　(一)工作原理

　　圖1 汽車尾氣檢測系統(tǒng)示意圖

　　系統(tǒng)總體示意圖如圖1所示。打開引擎的汽車在底盤測功機上模擬各種行駛工況，其尾氣排放的污染物在鼓風機作用下經環(huán)境空氣濾清器后進入尾氣取樣系統(tǒng)采樣器，進行定容稀釋取樣(CVS)。分析儀器分別從背景氣袋中、稀釋排氣氣袋取樣氣進行分析，測量得出污染物的體積濃度。汽車尾氣中污染物的排放值由以下公式進行計算：

　　mi="1/S"*V*di*ci/106 (i for HC、NOx、CO)

　　式中：mi一排出的污染物的質量;S一行使距離;V一溫度為273K，大氣壓力為101.33KPa的基準條件下稀釋排氣總容積，單位：m3;di—各種污染物在溫度273K，大氣壓力101.33 KPa時的密度;dco=1.25kg/m3;dHC=0.619kg/m3;dNO2=2.05kg/m3(排氣中NOx的濃度用NO2當量表示);ci —稀釋排氣中污染物的容積濃度，10-6。

　　(二)控制系統(tǒng)的工作過程

　　工控機通過CVS系統(tǒng)和分析單元的傳感器獲取測量數據，通過數據采集模塊轉換為符合RS-485規(guī)范的數字信號，傳送給觸摸屏，觸摸屏將測量數據通過TCP/IP協議傳送給PC機(上位機)，完成數據處理工作。同時，觸摸屏根據采集信號的數值判斷目前的工作狀態(tài)，將控制指令發(fā)送給分析單元和CVS系統(tǒng)的PLC。分析單元的PLC主要完成對分析儀器進行一系列氣路切換、量程轉換的操作，CVS系統(tǒng)PLC主要對CVS進行流程控制，實現自動清洗、采樣等一系列功能。控制指令經PLC處理后，轉換為直接的繼電器開閉信號，實現打開和關閉CVS系統(tǒng)電磁閥、取樣泵的任務。另外，配電箱還為風機提供了380V動力電的開關，可手動控制風機的啟動與停止?？刂葡到y(tǒng)結構框圖如圖2所示。

　　二、系統(tǒng)硬件組成

　　為了確保系統(tǒng)的準確性和可靠性，本文選用了工控領域中穩(wěn)定可靠的Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)作為工控機的控制核心。數據采集模塊、PLC、繼電器等元件性能穩(wěn)定，采集和控制精度高，響應速度快。

　　(一)工控機

　　作為操作站的工控機基于嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE和嵌入式組態(tài)軟件組態(tài)王6.0(128點)開發(fā)的客戶端應用程序。Windows CE嵌入式系統(tǒng)的*性在于其設備管理簡單高效，支持不同類別的設備，支持即插即用的管理模式和設備節(jié)能控制;處理系統(tǒng)的輸入輸出具有實時響應能力。

　　組態(tài)王嵌入版6.0提供了基于嵌入式操作系統(tǒng)的開發(fā)平臺，由于組態(tài)王嵌入版6.0的穩(wěn)定性較高，占用系統(tǒng)資源較小，組態(tài)軟件本身提供大量通用設備的驅動程序，開發(fā)周期短，故選用組態(tài)王嵌入版6.0作為開發(fā)工具。

　　硬件選用的是ADVANTECH-研華TPC064觸摸屏(嵌入式一體化工控機)，其主要系統(tǒng)參數如下：

　　液晶顯示器尺寸：5.7"TFT;CPU主頻：ARM9266MHz;內存：64M;CF卡：64M。

　　觸摸屏對外數據傳輸接口主要有四個RS232接口、兩個RS485接口、一個USB接口，1個10/100M網絡接口。

　　采用工控機的方式，可多串口輸入，處理速度快、效率高，而且觸摸屏有良好的人機對話界面，操作簡便、直觀，滿足了檢測設備實時操作和實時顯示的功能。

　　(二)PLC

　　本文選用SIMATIC S7-200系列PLC，主模塊與工控機通過RS-232串口通訊，用step7-Microwin實現軟件編程。PLC作為一種專門用于工業(yè)生產過程控制的現場設備，具有可靠性高、適應性強、通訊和編程方便、結構模塊化的特點。

　　PLC執(zhí)行操作站發(fā)出的指令并進行報警處理等簡單的運算。整個系統(tǒng)中PLC控制的硬件開關量共有24個，其中分析儀器單元有5個三通電磁閥和一個取樣泵，CVS單元有7個兩通電磁閥、8個三通電磁閥和三個泵。

　　(三)傳感器與數據采集模塊

　　系統(tǒng)中分析儀器單元測量濃度值經后面板的輸出端子以模擬量輸出，CVS單元的流量計量單元測量數據由傳感器以模擬量輸出，具體的傳感器包括：

　　標準長徑噴嘴流量計：BYW-S-80，4 m3/min～8 m3/min，噴管直徑80mm，用于主流道恒定流量測量;

　　數字壓力變送器：BYD-8，標準長徑噴嘴流量計前端壓力測量，輸出信號4 mA～20mA DC，24V;

　　電容式壓差變送器：1151DP3E22M183，標準長徑噴嘴流量計前端、后端壓力差測量，輸出信號4-20mA DC，24V;

　　防爆型數字溫度變送器：BWD-8，標準長徑噴嘴流量計后端溫度測量，輸出信號4 mA ～20mA DC，24V，量程0～50℃;

　　壓力變送器：CS20FUCIIIERC3Lm(3)A，用于控制樣氣取樣袋壓力并保護之，輸出信號4 mA ～20mA DC，供電范圍15 V ～28VDC。

　　數據采集模塊：研華16通道A/D PCL-818數據采集卡。

　　(四)通訊模塊

　　系統(tǒng)通訊方式分為兩種：串口通訊和TCP/IP協議通訊。PLC和數據采集模塊與工控機之間為串口通訊;工控機與PC機之間采用TCP/IP協議進行通訊。硬件參數如下：工控機網卡：1個10/100M網絡接口;PC機網卡-TP-LINK，100M。

　　三、系統(tǒng)軟件設計

　　本嵌入式控制系統(tǒng)的編程分為兩部分，一是PLC軟件編程，實現對工作單元的現場控制;二是操作站觸摸屏的編程，觸摸屏根據傳感器獲取的測量數據判斷目前的工作狀態(tài)，然后將控制指令發(fā)送給各單元的PLC，同時生成交互式的人機對話界面。

　　(一)PLC編程

　　1.控制流程描述

　　分析儀器單元的PLC負責氣路和量程切換的操作，CVS單元的PLC主要對CVS系統(tǒng)進行流程控制，實現自動清洗、自動采樣等一系列功能控制。以CVS系統(tǒng)為例，PLC首先控制CVS單元排氣過程，將氣囊中的廢氣排空;然后控制清洗過程，進行管路清洗;zui后控制自動采樣，將背景氣體和稀釋氣體分別抽到兩個氣囊，為分析儀器的氣體分析做好準備。上述過程主要包含對泵、閥開關和定時延時的控制?？刂七^程如圖3所示。

　　圖3 CVS系統(tǒng)PLC控制流程圖

　　2.控制程序

　　整個控制程序我們采用程序代碼編程，它較之梯形圖、功能模塊靈活、方便，結構緊湊。主程序模塊為：

　　LD SM0.1 //初始化，調用子程序0

　　CALL SBR_0

　　S M2.0，4 //設置程序執(zhí)行標志位

　　LD M0.1 //啟用等待程序

　　A M2.0 //M2.0設為1

　　LPS

　　LD M8.1 //有復位請求

　　ALD

　　CALL SBR_I//調用子程序1

　　//SBR_0：

　　LD SM0.0

　　….. //初始化泵閥狀態(tài)

　　CRET

　　，，SBR_I：

　　LD SM0.0

　　LD M3.0

　　….. //控制CVS工作流程

　　CRET

　　(二)觸摸屏控制程序設計

　　系統(tǒng)中操作站我們采用觸摸屏實現交互式人機對話。包括5個主要界面：系統(tǒng)主界面、CVS界面、分析儀器界面、報表和歷史數據查詢打印界面、手動界面。設計以按鈕形式簡便、直觀地來控制PLC運行，有顯示操作狀態(tài)和數據、故障報警以及報表查詢等功能。