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基于PLC的火车运行控制系统软件设计Software Design of Train Operation Control System Based on PLC基于PLC的火车运行控制系统软件设计 摘 要 本课题以火车运行实验平台为被控对象，构建基于PLC的DeviceNet远程实时监控系统。首先，根据火车运行策略的具体要求，设计基于CQM1型PLC的火车运行控制系统，通过电路设计及软件编程、调试，实现了对两辆火车模型停车避让、进出站选择等运行状态的实时监控；其次，通过研究DeviceNet现场总线，建立以CS1型PLC为主站的网络监控系统，并利用组态软件开发上位机监控系统。经调试运行，实现了上位机通过CS1主站对CQM1从站火车运行控制系统的远程实时监控。关键词 可编程序控制器；实时监控；组态Software Design of Train Operation Control System Based on PLCAutomation Major YAN LiangAbstract: This topic, which takes the experimental platform of train running as controlled object, constructs the DeviceNet Remote real-time supervisory system based on PLC. According to the requirements of trains operation strategy, the design forms a train operation control system based on CQM1 PLC. By circuit designing, programming and debugging, this system achieved real-time monitoring for the running state of two trains preventing collision and route choice, etc; and then, through studying the DeviceNet, network monitoring system of host station based on CS1 PLC is established, and the supervision system is developed by the configuration software. After debugging, the design fulfills the Remote real-time supervisory system CS1 host station to the CQM1 slave station.Key words: programmable logic controller; real-time monitor; configuration 目 录1 引言11.1 概述11.2 可编程控制器简要概述11.3 PLC在工业控制领域中的应用21.4 本课题主要研究内容21.5 本课题的意义32 火车运行控制系统整体设计32.1 火车模型平台概述32.2 控制系统整体方案设计42.3 控制系统主要元器件选型53 基于CQM1型PLC火车运行控制系统设计63.1 系统硬件设计63.2 系统软件设计73.3 基于CQM1型PLC的上位机监控系统设计134 DEVICENET网络设计184.1 现场总线技术概述184.2 网络结构概述184.3 网络配置194.4 远程I/O通信204.5 网络测试214.6 基于DEVICENET网络的远程监控系统设计22结束语25参考文献26致谢361 引言1.1 概述随着计算机科学的发展，自动化控制技术己渗透到各个领域，同时，由于计算机科学领域中应用软件的飞速发展，对被控系统的实时监控，已由最初的仪器仪表显示状况，发展到现代在PC机中配以生动的界面来进行实时监视，有的监控界面，甚至能够模拟被控对象的具体过程来进行实时监控。操作界面不仅方便、美观，而且生动、及时、准确。控制技术的发展提高了生产自动化的程度，设备和系统的控制，需要较大的空间分布，控制系统的这种发展要求可编程控制器(PLC)具有分散控制的功能，因此远程连接和通信功能成为PLC的基本性能之一。PLC及其网络被公认为现代工业自动化三大支柱(PLC、机器人、CAD/CAM)之一，对PLC及其网络进行理论上的研究和实践中的应用是科技发展的迫切需要。 1.2 可编程控制器简要概述PLC(Programmable Logic Controller)，是可编程逻辑控制器的缩写。它是一种以微处理器为核心，综合了计算机技术、电器控制技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置，具有如下特点：(1) 高可靠性：如欧姆龙、西门子、三菱的PLC产品，平均无故障时间大大超出IEC规定的10万小时，并可采用多机冗余系统，进一步提高可靠性。(2) 编程方便、易于使用：梯形图语言、SFC、功能块等多种编程语言和方式，直观易懂，易于上手。(3) 控制功能极强：除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，还可实现点位控制、PID控制、过程控制、数字控制等功能，还可进行远程控制。(4) 扩展与外部连接极为方便：各个受控设备可通过PLC网络模块连接在一起，实现有效信息资源的共享于交换。在自动化控制系统中，可编程逻辑控制器起着核心作用。可编程逻辑控制器于1969年在美国面世，经过30多年的发展，已成为现在最重要、最可靠、应用场合最广泛的工业控制微型计算机。PLC的CPU是以分时操作的方式处理各项任务的。由于运算速度高，从PLC的外部输人、输出关系来看，处理过程几乎是瞬时完成的。PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。用户程序采取扫描工作方式运行，在没有跳转指令的情况下，CPU从第一条指令开始，顺序逐条执行用户程序，直到用户程序结束，然后，程序返回第一条指令开始新的一轮扫描。PLC就是这样周而复始重复上诉的扫描循环，达到实时控制的目的。1.3 PLC在工业控制领域中的应用PLC发展至今，已有30余年的历史，随着半导体技术、计算机技术和通信技术的发展，工业控制领域已有翻天覆地的变化，PLC亦在不断的发展变化之中，以其结构紧凑、可靠性高、功能强、速度快、价格低等优点获得广泛应用，已经成为工业控制系统的主流。在全球工业计算机控制领域，围绕开放与再开放过程控制系统、开放式过程控制软件、开放性数据通信协议，已经发生巨大变革，几乎到处都有PLC，但随着软PLC（SoftPLC）控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展，安装有SoftPLC组态软件和基于工业PC控制系统的市场份额正在逐步得到增长，PLC市场也面临着较大的冲击。面对这些事实， PLC技术也是在不断的更新和完善自己，使其在开放式通信网络技术和开放式的编程组态工具软件方面得到了突破，将其融入更加开放的工业控制行业。同时也应该清楚的认识到，我国的工业发展及自动化应用水平与工业发达国家相比有几十年的滞后，工业企业的自动化程度普遍较低，PLC产品仍有很大的应用空间，如机械行业80%以上的设备仍采用传统的继电器和接触器进行控制，随着我国经济的快速增长，中国的PLC市场仍然将保持高速的增长势头。因此，PLC在我国的应用潜力远没有得到充分发挥。1.4 本课题主要研究内容PLC作为工业控制领域中的核心器件，其不断地采用新技术以及增强系统的开放性，除传统的硬PLC外，还融入控制组态软件之中，使其在工业自动化领域的应用范围不断扩大。分析国内外该领域的发展现状，同时结合我校实验室现有条件，设计了基于CQM1型PLC的火车运行控制系统，该系统由CS1G-CPU42型PLC作为网络主站核心控制器，CQM1-CPU21型PLC以及两块远程终端I/O模块作为从站，火车运行系统可以通过DeviceNet网络实时监控车辆运行情况。采用两台PC机作为开发平台，利用ForceControl组态软件开发上位机监控界面，分别对火车运行控制系统进行实时监控。具体设计安排如下：(1) 简单介绍当前PLC领域的发展状况和我国目前面临问题，以及该领域未来的发展前景，同时提出本次研究设计的内容和意义。(2) 简要介绍火车模型运行控制系统整体设计方案和系统硬件选型。(3) 详细介绍基于CQM1型PLC的火车运行控制系统的设计流程，包括系统硬件介绍、软件设计和基于CQM1型PLC的上位机组态过程。(4) 组建DeviceNet网络，并开发基于CS1G型PLC的上位机监控界面，实现对火车运行控制系统进行远程实时监控。(5) 分析整体系统设计中存在的问题及其需要进一步深入研究设计的内容。1.5 本课题的意义研究了DeviceNet的组网原理和方法及其应用特点，并将其应用于火车模型运行控制系统中，存在以下几点意义：(1) 构建DeviceNet网络，并且利用上位机和PLC共同对被控对象实时监控，增强了系统运行的安全稳定性。(2) 本次系统设计结构，可以应用于我国目前的自动化工程等改造项目中去，可行性和可移植性强。(3) 对现有火车模型控制系统的研究和设计，可以为广大从事该类系统开发的广大工程技术人员提供的一定借鉴。2 火车运行控制系统整体设计2.1 火车模型平台概述“车辆运行控制策略”实验模型，建立在一个2.5米长，1.26米宽的实验台上，该实验台上，它主要由6个手/电动岔道；2台机车， 2个站台，2个红、绿、黄信号灯以及三段分段供电的轨道和沿途共设置的22个红外信号传感器所组成的一个轨道车辆运行系统，如图1所示。图 1 车辆运行控制策略实验平台列车在轨道上的运行速度和运行方向，可通过调节轨道电压的大小和方向进行控制，其运行路线通过改变电动/手动道岔的位置来改变，整个模型可结合相应的信号转换电路和控制电路构建一个模拟的工业现场被控对象，利用PLC和上位机对其进行实时监控。2.2 控制系统整体方案设计根据设计要求，本次需要完成两项任务，第一，设计基于PLC的火车运行控制系统，达到对模拟工业现场控制的目的；第二，构建CompoBus/D（DeviceNet）网络，实现对工业现场多被控对象的远程实时监控，为下一步构建更高级的控制网络打下基础。整体系统结构，如图2所示。图 2 整体系统结构2.2.1 基于PLC的火车运行控制系统方案设计利用PLC可以构成多种控制系统:单机控制系统，集中控制系统，分散型控制系统和远程I/O控制系统。由于设计所选被控对象较多，有位置检测、轨道电压控制、轨道电压方向控制、岔道控制、蜂鸣器控制等，被控对象比较集中，且相互之间的动作有一定的联系，因此选用集中控制方案对现场进行控制。集中控制系统结构如图3所示。图 3 集中控制系统结构在此控制系统中，部分信号要经过转换电路才能与可编程控制器指定I/O相连接，因此，对不同对象的检测和控制，需要根据实际情况，设置专门的信号转换电路。PLC作为一种控制设备，用它单独构成一个控制系统是有局限性的，主要是无法进行复杂运算，无法显示各种实时图形和保存大量历史数据，也不能显示汉字和良好的人机交互界面。在此，选用上位机完成监测数据的存贮、处理与输出，以图形形式对现场进行动态模拟显示、分析限值及其报警信息，实现对被控系统的实施监控。基于PLC的火车运行控制系统结构，如图4所示。图 4 基于PLC的火车运行控制系统2.2.2 CompoBus/D(DeviceNet)网络构建方案CompoBus/D是一种多供应商网络，含有多位控制和信息系统,符合开放式现场DeviceNet规范。将CompoBus/D主单元与网络连接时，就可以实现PLC与网络上的从站之间的远程I/O通信。这种远程I/O通信能够使用大容量的I/O和用户的地址分配。它将控制和数据融合在一起，并且遵循DeviceNet开放标准，解决了传统网络所存在的问题。 本次设计首先构建了基于火车运行控制系统的DeviceNet实时监控网络，其结构如图5所示。图 5 基于火车运行控制系统的DeviceNet实时监控网络结构该网络结构中，上位机用来进行系统参数的修改与设定、自动控制、在线监视、传送信息等工作。上位机-B机通过串行口与CQM1型PLC相连，进行相互通信，共同对模拟的工业现场进行实施监控；上位机-A通过串口与CS1型PLC相连，由于CS1型PLC与CQM1型PLC以及远程I/O模块之间通过主从站的通讯单元可以进行大量的数据传送，上位机-A可以通过对CS1型PLC的读写操作达到远程实时监控的目的。2.3 控制系统主要元器件选型根据火车运行控制系统整体方案设计，系统主要由两台PC、两台PLC、数字量I/O模块、模拟量输出模块和构建DeviceNet网络所需的通讯模块等组成。（1）上位机：本次设计，均选择个人计算机作为工控机来应用，配置可满足设计要求，在实际的工业控制中，可根据合理设计的原则选择相应的工控机。（2）通过对控制对象和控制任务进行统计和分析，结合实验室现有的设备，确定系统的规模、机型及配值情况如下：主站:主单元选用CS1G-CPU42型PLC，主站通信单元选用C200HW-DRM21-V1模块。从站：CQM1单元选用DRT21从站模块；远程I/O终端单元DRT1-OD16和DRT1-ID16。I/O单元模块：ID211模块，8路开关量输入；OC221模块,8路开关量输出；OC222模块，16路开关量输出；DA021模块，模拟量输出单元，提供输出电流信号范围0到20mA，电压范围-10V到10V。3 基于CQM1型PLC火车运行控制系统设计通过第2节的介绍，已经对该系统有了一定得认识，本节将简要介绍一下火车模型控制系统的硬件设计和I/O分配情况，主要介绍系统的软件设计和上位机组态的过程。3.1 系统硬件设计基于CQM1型PLC的火车运行控制系统，硬件部分主要由电源、控制电路，信号转换电路和火车模型运行实验平台四部分组成。3.1.1系统整体结构系统整体结构如图6所示，各部分电源分别供电，防止相互之间的干扰，PLC单元包括开关量输入输出单元和模拟量输出单元，中间电路部分包括信号电路和控制电路，系统通过检测现场的传感器信号，实时监控火车模型运行情况。图 6 系统整体结构图3.1.2 系统部分电路介绍 火车运行控制系统采用的光电传感器信号为模拟量输入，作为位置检测即为数字量输入，必须通过模拟电路转换，将其转化为开关量输入信号。光电传感器输入信号转换电路如图7所示。图 7 光电传感器输入信号转换电路在本次设计过程中发现，该电路比较器输出端一直存在方波信号，导致PLC输入端在没有信号输入的情况下，指示灯仍常亮或闪烁，但上位机监控识其正常工作状态。后经不断测试发现，该现象是由于光电传感器受外界杂散光干扰，使其输入信号存在交流分量所致，经修改电路，在比较器反向输入端加滤波电容，电路正常工作。火车运行控制系统中，由于直接从模拟量单元输出的信号驱动能力有限，不能直接驱动轨道上多辆火车运行，所以在此，还设计了轨道电压驱动电路，如图8所示。图 8 轨道电压驱动电路3.2 系统软件设计通过对火车模型控制系统进行硬件选型及其系统分析后，对其进行软件设计。首先，对已选资源进行合理的I/O分配；其次，根据确定的分配方案和设计要求，编写PLC程序，并调试运行。3.2.1系统输入输出设计分析该系统，共需22路开关量输入信号，23路开关量输出信号和三路模拟量输出信号。由于实验室条件有限，本次设计所选的DA021单元只有两路模拟量输出信号，所以只能将其中两路共用，再用继电器开关将其分为两路信号，分别对其控制，达到两路输出的效果。 结合实际选型情况和控制要求，在此将信号分为开关量输入区、开关量输出区和模拟量输出区三部分。由于所选硬件资源有限，这里还采用软件开关的方式对整体系统的运行进行控制，如启动、运行、停止等按钮。硬件详细分配情况如表1、表2、表3所示。表 1 系统硬件资源分配情况开关量输入分配PLC单元 CQM1-CPU21-EID211模块（8路数字量输入）名称地址分配描述名称地址分配描述光电传感器位置0000.00开关量输入光电传感器位置16001.00开关量输入光电传感器位置1000.01开关量输入光电传感器位置17001.01开关量输入光电传感器位置2000.02开关量输入光电传感器位置18001.02开关量输入光电传感器位置3000.03开关量输入光电传感器位置19001.03开关量输入光电传感器位置4000.04开关量输入光电传感器位置20001.04开关量输入光电传感器位置5000.05开关量输入光电传感器位置21001.05开关量输入光电传感器位置6000.06开关量输入光电传感器位置7000.07开关量输入光电传感器位置8000.08开关量输入光电传感器位置9000.09开关量输入光电传感器位置10000.10开关量输入光电传感器位置11000.11开关量输入光电传感器位置12000.12开关量输入光电传感器位置13000.13开关量输入光电传感器位置14000.14开关量输入光电传感器位置15000.15开关量输入表 2 开关量输出分配OC211单元模块OC222单元模块名称地址分配地址分配名称地址分配描述外围轨道电压反向100.00开关量输出2#岔道外围101.00开关量输出外围轨道电压正向100.01开关量输出2#岔道站内101.01开关量输出2#站轨道电压反向100.02开关量输出3#岔道直行101.02开关量输出2#站轨道电压正向100.03开关量输出3#岔道进轨101.03开关量输出1#站轨道电压反向100.04开关量输出4#岔道外围101.04开关量输出1#站轨道电压正向100.05开关量输出4#岔道站内101.05开关量输出1#岔道外围100.06开关量输出5#岔道外围101.06开关量输出1#岔道站内100.07开关量输出5#岔道直行101.07开关量输出6#岔道进轨101.08开关量输出6#岔道直行101.09开关量输出蜂鸣器101.10开关量输出1#站红灯101.11开关量输出1#站绿灯101.12开关量输出2#站红灯101.13开关量输出2#站绿灯101.14开关量输出表 3 模拟量输出分配 DA021单元模块名称地址分配描述1#站轨道电压102模拟量输出2#站轨道电压102模拟量输出外围轨道电压103模拟量输出设计完系统输入输出，对输入输出点以及系统编程中用到的变量进行地址分配是系统软件编程的首要工作，本系统编程中所设计的主要变量地址分配如表4所示。表 4 系统变量地址分配表数据类型地址分配注释数据类型地址分配注释BOOL100.00外围轨道正向电压BOOL205.116#岔道直行-手动BOOL100.01外围轨道反向电压BOOL205.12蜂鸣器控制-手动BOOL100.022#站轨道正向电压BOOL210.00启动指示BOOL100.032#站轨道反向电压BOOL220.00手动运行指示BOOL100.041#站轨道正向电压BOOL220.01自动运行指示BOOL100.051#站轨道反向电压BOOL221.00手动正向运行按钮BOOL100.061#岔道BOOL221.01手动反向运行按钮BOOL100.071#岔道BOOL221.14手动运行正向指示BOOL101.002#岔道BOOL221.15手动运行反向指示BOOL101.012#岔道BOOL222.00自动正向运行按钮BOOL101.023#岔道BOOL222.01自动反向运行按钮BOOL101.033#岔道BOOL222.14自动运行正向指示BOOL101.044#岔道BOOL222.15自动运行反向指示BOOL101.054#岔道BOOL225.06客车2#站前标记BOOL101.065#岔道BOOL225.15客车1#站前标记BOOL101.075#岔道BOOL227.00货车起始位BOOL101.086#岔道BOOL227.06货车1#站前标志BOOL101.096#岔道BOOL227.15货车2#站前标记BOOL101.10蜂鸣器BOOL228.00 BOOL200.00启动BOOL228.151#站外围轨道BOOL200.01停止BOOL229.004#岔道直行允许动作BOOL201.00手动按钮BOOL229.012#岔道允许动作BOOL201.01自动按钮BOOL229.021#岔道允许动作BOOL205.001#岔道站内-手动BOOL229.035#岔道允许动作BOOL205.011#岔道外围-手动BOOL229.043#岔道外围BOOL205.022#岔道站内-手动BOOL229.056#岔道进轨允许动作BOOL205.032#岔道外围-手动BOOL229.062#岔道允许动作BOOL205.043#岔道进轨-手动BOOL229.074#岔道外围允许BOOL205.053#岔道直行-手动BOOL230.001#站内是否有车标志BOOL205.064#岔道站内-手动BOOL230.012#站内是否有车标志BOOL205.074#岔道外围-手动BOOL230.021#站内车辆出站前判断BOOL205.085#岔道站内-手动BOOL230.032#站内车辆出站前判断BOOL205.095#岔道外围-手动BOOL230.12BOOL205.106#岔道进轨-手动3.2.2 系统程序流程图设计 系统软件设计所需变量地址分配完毕后，对控制系统所要完成的功能进行详细分析，根据系统设计要求并列出设计要点，绘制程序设计流程图如图9所示。图 9 火车运行策略程序结构流程图系统设计要求如下： (1) 系统要求有启动、运行、停止、手动/自动选择、运行反向等基本控制按钮；(2) 手动运行状态下，能够随时控制各车辆（启动、停止、加减速、鸣笛、岔道动作等控制），以便调节车辆的运行情况；(3) 自动运行状态下，系统能够实时监测列车的运行情况，并根据自己的运行条件做出行驶轨迹选择，达到最佳路径形式（货车：遇到车站，若站内无车，则鸣笛从站内通过，有车，则岔道动作，从站外绕行；客车：遇到车站，若站内有车，则需站前等待，若站内无车，则鸣笛进站、到位停车，延时等待，定时时间到，准备启动，但防止站外短距离内有车，需判断站前短距离内是否有车，有车则需继续等待，直至达到安全距离时，车辆鸣笛、出站）。设计要点：(1) 由于实验平台的输入只有位置检测信号，而没有车辆识别装置，如何编程实现在只知道初始位置和系统控制规则的情况下，实时监测车辆的运行状态，并做出准确的动作；(2) 系统平台位置检测元件之间距离较大，而车辆运行速度和本身的机械结构等决定了，车辆在运行过程中不能相距太近，以防止发生追尾事故；3.2.3 系统部分程序设计在完成系统详细I/O地址分配和程序流程图后，首先利用CX-Programmer 6.1(后边简写CX-P)进行编程设计，在此，给出部分程序梯形图，并进行简要说明，详细程序请参考附录程序。图 10 新建工程网络设置编写程序前，需在CX-P下建立新工程，选择设备类型为系统设计中所对应的PLC型号，接着需要选择并设定网络类型，在此只是对应编程，选择SYSMAC WAY网络。打开“设定”按钮，弹出“网络设置”对话框，如图10所示，这里需要根据所选PC的硬件情况进行设置。查看硬件设置情况，我的电脑属性硬件设备管理器端口-通讯端口属性-端口设置-高级，设置连接属性和数值格式，设置不对，将不能与PLC进行通讯连接。设置完设备类型和网络类型后，即可在程序段下编写系统控制程序，同时为了方便程序分析和移植，采用多程序段独立编程结构，在此给出了部分子程序的程序设计流程图和程序梯形图，系统自动/手动选择控制子程序，如图11所示。图 11 自动/手动选择控制程序 由于系统硬件条件有限，系统运行只知道车辆运行的初始位置及运行规则，为使车辆能完成预定任务，须对车辆进行站前识别，因此，对车号位置进行实时跟踪，是本次设计的关键。客运和货车车辆实时跟踪程序设计结构图流程如图12所示。图 12 车辆实时跟踪结构流程图及时准确的完成对不同情况下岔道动作的控制，是车辆进出站、停车避让等控制的前提，系统部分岔道控制程序如图13所示。图 13 部分岔道控制程序3.3 基于CQM1型PLC的上位机监控系统设计典型的计算机控制系统通常可以分为设备层、控制层、监控层、管理层四个层次结构，构成了一个分布式的工业网络控制系统，其中设备层负责将物理信号转换成数字或标准的模拟信号，控制层完成对现场工艺过程的实时监测与控制，监控层通过对多个控制设备的集中管理，来完成监控生产运行过程的目的，管理层实现对生产数据进行管理、统计和查询。监控组态软件一般是位于监控层的专用软件，负责对下集中管理控制层，向上连接管理层，是企业生产信息化的重要组成部分。3.3.1 组态软件概述 力控监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，比如在分布式网络应用中，所有应用（例如趋势曲线、报警等）对远程数据的引用方法与引用本地数据完全相同，通过“组态”的方式可以大大缩短了自动化系统集成时间，提高了集成效率。力控监控组态软件的基本程序及组件包括：工程管理器、人机界面VIEW、实时数据库DB、I/O 驱动程序、控制策略生成器以及各种数据服务及扩展组件，其中实时数据库是系统的核心，组态软件结构图如图14所示。图 14 组态软件结构图3.3.2 上位机监控系统组态力控组态软件的开发一般由下列部分组成：设计图形界面、I/O设备组态、创建数据库、数据连接、建立动画连接、运行及调试等步骤。采集数据在力控各软件模块中的数据流向如图15所示。图 15 组态软件中数据流向1) 设计图形界面用户可用抽象的图形画面来模拟实际的火车模型控制系统现场和相应的辅助设备。利用力控软件内部图库和工具箱，绘制控制系统的监控界面。打开力控组态软件，工程管理/新建工程/确定，建立工程，选择工程管理/选择系统已建工程/开发，进入工程画面开发界面，新建基于CQM1型PLC的火车运行监控系统开发界面，运用工程项目导航栏，管理当前工程项目相关信息，运用系统工具箱，开发系统手动监控界面如图16所示。图 16 火车运行监控系统手动运行画面由于系统工具箱绘图能力有限，火车模型运行系统的平台用AUTOCAD2008绘制，在力控工具箱下，采用CAD控件的方式，加载DXF文件的CAD对象，建立火车模型控制系统手动运行监控界面。 2) I/O设备组态I/O设备的通讯一般包括：DDE、OPC、PLC、UPS、变频器、智能仪表、智能模块、板卡等，这些设备一般通过串口和以太网等方式与上位机交换数据，只有在定义了I/O设备后，力控软件才能通过数据库变量和这些I/O设备进行数据交换。在Draw 导航器中双击“I/O设备驱动”项出现对话框，在展开项目中选择“PLC”项并双击使其展开，然后继续选择“OMRON”并双击使其展开后，选择项目“HOST LINK”，双击 “PLC”出现 “I/O设备定义”对话框，在“设备名称”输入框内键入一个人为定义的名称，下一步，设定串口，完成操作。I/O 设备设置，如图17所示。图 17 I/O 设备设置3) 创建数据库数据库 DB 是整个应用系统的核心，构建分布式应用系统的基础。它负责整个力控软件应用系统的实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警信息处理、数据服务请求处理。在Draw 导航器中双击“实时数据库”项使其展开，在展开项目中双击“数据库组态”启动组态程序DBManager主窗口。单击菜单条的“点”选项选择新建或双击单元格，出现“请指定区域、点类型”向导对话框，创建数据库，如图18所示。图 18 数据库创建4) 数据连接如何将已经创建的数据库点与PLC中的数据项联系起来，以使这些点的PV参数值能与I/O设备PLC进行实时数据交换，这个过程就是建立数据连接的过程。由于数据库可以与多个I/O设备进行数据交换，所以必须指定哪些点与哪个I/O的哪个数据项设备建立数据连接。双击数据库中点LEVEL的单元格，选择“数据连接”选项或双击LEVEL所对的“IOLINKI/O连接”单元格，都会出现如图19所示的对话框。图 19 数据连接单击增加按钮，出现数据连接对话框，“寄存器地址”选择“0”，“寄存器类型”指定为“增量寄存器”，然后单击“确定”按钮返回，完成该点数据连接的定义，在点LEVEL的I/O连接单元格中列出了点LEVEL的数据连接项，当完成数据连接的所有组态后，单击保存按钮并退出DBManager窗口。5) 创建动画连接前面已经完成了很多工作，包括：制作显示画面、创建数据库点，与I/O设备“PLC中的过程数据一一连接。现在回到开发环境Draw 中，通过制作动画连接使图形在画面上随仿真数据的变化而活动起来。下面以所建的工程为例说明建立动画连接的部分步骤：双击“系统启动”对象，出现动画连接对话框如图20所示。图 20 动画连接按钮动作单击“左键动作”按钮，出现脚本编辑器对话框，编写函数构建动画连接；右键“LED指示灯”对象，出现动画连接对话框，点击，选择已经创建的变量，建立数据连接，如图21所示。图 21 动画连接变量选择6) 系统运行力控组态下新建工程初步完成，进入运行阶段，首先保存所有组态内容，关闭DBManager(如果没关闭)。在力控的开发系统（DRAW）中选择“文件进入运行”菜单命令，进入力控的运行系统。在运行系统中选择“文件打开”命令，从“选择窗口”选择“基于CQM1的火车运行监控系统”。在运行的主界面下，点击“系统启动”按钮，开始运行PLC 的程序，系统运行指示灯亮，点击“手动运行”按钮，手动运行指示灯亮，系统可以在手动运行和自动运行之间切换工作状态，并可以在任何时候点击“停止”按钮来中止这个过程，结合PLC中的程序，可对火车运行控制系统进行实时监控，通过测试，系统运行实现设计要求，实时监控运行主界面如图22所示。图 22 火车运行实时监控系统4 DeviceNet网络设计CompoBus/D是OMRON公司的一种开放式的网络，它遵循DeviceNet开放现场网络标准，非MORNO公司生产的设备，如主从单元，都可以连接到该网络上。CompoBus/D是MORNO公司主推的网络之一，它的内容丰富，功能很强。随着各种新器件或单元的不断推出，CompoBus/D的功能越来越强。本次采用该网络类型，设计了基于火车模型控制系统的DeviceNet远程控制系统，实现了对火车运行策略的实时监控。4.1 现场总线技术概述现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字的系统，也被称为开放式、数字化、多点通讯的底层网络，它在各个自动化系统中具有广泛的应用。现场总线采用公开规范的通信协议，它把单个分散的测量控制设备变成网络系统节点，以现场总线为纽带，把挂接在总线上、作为网络节点的智能设备连接为网络系统并进一步构成自动化系统，实现控管一体化的综合自动化功能。现场总线是新型自动化系统，又是低带宽的底层控制网络（Infranet）。它可与因特网（Internet）、企业内部网（Intranet）相连，且位于生产控制和网络结构的底层，因而称之为底层网络。4.2 网络结构概述4.2.1 DeviceNet网络结构图 23 DeviceNet典型网络结构凡是支持DeviceNet开放现场网络标准的主单元和从单元，都可以按照该网络类型接入。DeviceNet网络典型结构如图23所示。4.2.2 DeviceNet通信的主要技术指标表 6 DeviceNet通信的主要技术指标项目规格通信协议DeviceNet支持的连接主一从:远程I/O和Explicit信息点对点:FINS信息以上两种都遵守DeviceNet规格连接形式M多分支和T型分支组合连接(干线和支线)通信波特率500Kbps，250Kbps，或125