一種節省組態軟件I/O點數的方法及實現

三、I/O點數分析與統計
文中發酵車間的主要控制目標為24只發酵罐，每個發酵罐的輸入、輸出點數與性質如下：
1、上、中、下3個冷媒開關電磁閥(3 DO)；
2、上、中、下3個溫度(3 AI)；
3、發酵罐料位信號(1 AI)；
4、發酵罐壓力信號(1 AI)；
5、一個罐頂壓力釋放電磁閥(1 DO)；
6、每個發酵罐共計9路：4路DO，5路AI；
24只發酵罐“硬”I/O點數為：24×9＝216點，理論上選購256點的組態軟件即可滿足要求。GFW 3.0軟件的I/O點數定義為上、下位機通訊參數點數之和，因此要購買的上位機組態軟件GFW3.0的I/O點數為：下位機PLC“硬”I/O點數(216)＋上、下位機其它通訊參數點數，在本例中上、下位機其它通訊參數點數主要為模擬信號的定標與校正參數，簡要分析如下：
發酵罐中溫度傳感器使用Pt100鉑測溫電阻，變送器測溫范圍－50℃～130℃，實際使用中發現存在如下問題：
（1）理論上Pt100鉑測溫電阻在0℃時電阻值為100Ω，但實際上存在一定的阻值偏差，例為99.5Ω，從而給溫度測量帶來誤差，稱為鉑電阻0℃偏差，不同廠家、同一廠家不同批次的鉑電阻，偏差大小不盡相同，有必要在下位機中校正，按傳統做法，相當于增加了一個上、下位機的通訊參數，應計入上位機組態軟件的I/O點數；
（2）溫度變送器偏差。在冰水混合物中測量出Pt100測溫電阻的阻值，記下鉑電阻0℃偏差(轉換成溫度數值)，然后通過溫度變送器測量出此時溫度，兩個溫度間的差值即為溫度變送器0℃偏差。同理在下位機中校正這一偏差，相當于增加了一個上、下位機的通訊參數，應計入上位機組態軟件的I/O點數；
（3）非線性校正參數。在－50℃～130℃溫度范圍內，如果對溫度測量精度要求不高，可近似認為鉑測溫電阻特性為線性，但發酵罐為大慣性緩變系統，在降溫期溫度變化速率為0.1～0.2℃/h，對溫測精度要求非常高，因此引入3個校正系數，校正非線性的影響，相當于增加了3個上、下位機的通訊參數，應計入上位機組態軟件的I/O點數。
從上面可以看出，即使不計入非線性校正的3個系數，每個發酵罐的I/O通訊參數為：9(硬I/O)＋3×(1＋1)(軟I/O)＝15，上位機組態軟件的I/O點數為15×24＝360點，大大超 出256點。
通過進一步的分析，可以發現“硬”I/O與“軟”I/O之間存在的差異。
• “硬”I/O點數為下位機PLC實際輸入輸出I/O點數。例本例中溫度、壓力、料位、開關閥等，這類I/O點數的數值與狀態要經常發生變化，有必要放入上位機實時數據庫中，實時地與下位機交換數據；
• “軟”I/O點數為各類控制策略、校正、定標等輔助上、下位機通訊參數。這類I/O點數的數值與狀態平時很少發生變化，有的只是在硬件更換情況下才有必要調整，例文中更換Pt100測溫電阻。
從控制角度看沒有必要將這類I/O點放入上位機實時數據庫，但這類數據也存在變化的可能，需要提供修改手段。一般可通過如下方法修改：
1、購買較多I/O點數的上位機軟件。將“軟”I/O點放入上位機實時數據庫，由于這類數據較重要，有必要建立一定的安全保護措施；缺點為成本較高；
2、停機啟動另一數據庫。要修改這類參數時，退出正常運行程序，通過另一數據庫啟動組態軟件，修改參數；缺點為要停機(上位機)處理，有時實際情況不允許；
3、直接修改下位機程序。這是最全面的解決手段，缺點為對操作人員有較高素質要求，存在一定的風險，不滿足程序保密需要，同時需要停機(上、下位機)處理；
4、自編程序處理。
正是基于上面的分析，筆者針對文中控制系統網絡的構成與特點，開發了上、下位機的通訊程序，不僅降低了上位機軟件的I/O通訊點數，節省了工程費用，同時還可作為上位機組態軟件故障時應急處理程序。
四、網絡尋址
控制系統上位機網絡為Modbus Plus，通過BM85網橋與下位機用Modbus協議交換數據，各裝置在網絡中地址分配見圖2-1。

Modbus Plus網絡尋址路由路徑由5個字節構成，通過BP85網橋可以聯接多個Modubs Plus網，構成復雜的網絡尋址方式，從其它車間可得到發酵車間下位機數據。本例中從上位機2尋址下位機1數據的尋址字節見圖4—1，表示為91100，同理，91200為上位機1或2尋址下位機2中數據的尋址字節表示。
每個下位機PLC作為一個Modbus Slave裝置，有一個Slave號，在每一個下位機中，還相應定義了通訊速率、奇偶位、停止位、超時時間等參數。本文下位機中有3種類型的Modbus表：①Register類型，為16 bit的模擬量；②Digital類型，為1 bit的開關量；③Diagnostic類型，用來診斷下位機Database在運行過程中的狀況，為16 bit的模擬量。下位機最多支持16個Modbus表，表中的地址用戶可定義。在同一個Modbus表中不能混用這3種類型。

知道了怎樣在網絡中尋址及下位機Modbus表，就可以編寫通訊程序。
五、結束語
上位機組態軟件的I/O點數可分為“硬”I/O點數與“軟”I/O點數兩大類，上、下位機通訊總I/O點數為兩者之和，在工程中可通過多種方法降低上位機組態軟件的I/O點數，既可節省工程費用，又可方便用戶使用。用文中介紹的方法和方案開發的程序經過較長時間運行，證明其穩定、可靠，達到了預期目的。