西门子模块6ES7277-0AA22-0XA0选型手册

西门子模块6ES7277-0AA22-0XA0选型手册

1、引言 

自来水厂的制水过程是从水源地取水经输水管网至水厂，处理达标后通过配水管网送至用户。惠州市江北水厂是以东江河水为水源的水厂，从取水泵站至水厂约3KM，一期工程设计供水能力为20万吨/日，1999年9月22日正式供水。该厂采用集散测控管理系统，控制方式采用PLC+PC的监控方式，设制一个中心控制主站和四个现场分站，各PLC站之间通过三菱MELSECNET/10网通讯，中心控制室与各计算机之间用三菱通讯模块A1SJ71UC24-R2通讯，现场设备的控制方式分为手动与自动两种控制方式：手动时PLC监测设备的运行状态;自动时PLC监控设备的运行。江北水厂所有的PLC均采用三菱AnS系列，完成了逻辑控制、过程控制、PID等多种控制任务。江北水厂所涉及的变频控制采用三菱变频器，它们与PLC配合达到了较优控制。上位机采用美国Inbbtion公司的FIX组态软件及国产组态王软件。 

2、江北水厂对控制系统的要求 

1）、分散性 

根据江北水厂工艺的特点，分为取水泵站、投矾车间、投氯车间、反应池、平流滤、滤池、清水池、供水泵站等。由于主体设备过于分散因此需要控制系统设计成几个不同功能的分站，通过网络使各个站之间既独立又关联，互不影响地进行各自的控制任务。 

2）、集中监控 

为了确保供水水制，操作人员需要在中控室对整个水厂的生产情况了解，并进行集中监控。 

3）、可靠性、安全性 

水厂的安全、稳定运行直接关系到千家万户，所以从控制系统的结构设计、软硬件产品质量到控制程序编制等各个环节都必须是高可靠性的。 

4）、可维护性 

系统在系统软件、应用软件和硬件方面具有强大的报警和故障自诊断功能，方便工程师对系统故障进行分析和维护。 

5）、可扩展性 

系统应采用具有一定标准及应用较为广泛的软硬件产品，并考虑一定的余量，为将来水厂的扩建及系统的变更打下基础。 

6）、开放性 

开放性是用户对控制系统的普遍需求。随着计算机和网络技术的发展和应用的普及，人们越来越需要过程控制系统与管理信息系统交互信息，从而实现管理与控制一体化。较终达到向管理要效率，向管理要效益。尽管各控制系统生产厂家在现场控制器模块级还不可能完全开放或通用，但必须要求上位机监控系统具有开放性，例如：监控系统应基于微软公司的bbbbbbsNT、2000或9X平台，支持各种规范的协议如OPC、ODBC、ActiveX、DDE等。

1 引言

在现代工业中，PLC 之间或PLC 与计算机之间的通信联网应用日益广泛。PLC 的联网功能越来越强。以欧姆龙CP1、CJ1 和CS1 系列PLC 为例，配合使用各种模块，可以支持工业以太网、Controller bbbb 等现场总线通信联网功能。但是，应用广泛的CPM1A、CPM2A等中小型PLC 的通信联网一般只能采用工业总线的物理层形式(如RS232 或RS485)，通信的稳定性与抗干扰能力并不是很强。

本文选用欧姆龙的CPM2A 机型，配合使用RS232-CAN 适配器，实现了计算机与PLC 的通信联网，方法简单， 实用性强。

2 CAN 总线简介

CAN 总线由德国BOSCH 公司首先提出来的，CAN总线是目前工业界广泛应用的总线。

CAN 控制器工作于多主站方式，网络中的各节点都可根据总线访问**权采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据。CAN 协议废除了传统的站地址编码， 可使网络内的节点个数在理论上不受限制， 通信实时性强， 提高系统的可靠性和系统的灵活性。

报文采用短帧格式，传输时间短，受干扰概率低， 保了数据出错率极低。CAN 的每帧信息都有CRC 校验及其他检错措施，具有极好的检错效果。CAN 的通讯介质可以为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。CAN 节点在错误帧的情况下具有自动关闭输出功能，而总线上其它节点的操作不受影响。CAN 总线通过两个输出端CANH 和CANL 与物理总线相连，不会出现损坏某些节点的现象。CAN 节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能， 以使总线上其他节点的操作不受影响， 不会出现象“死锁”状态。

3 通信结构

上位计算机运行软件与OMRON **的PLC 编程及配置软件，并将计算机串口连接到RS232-CAN 适配器，配置为CAN 总线。下位PLC 采用多台OMRON 的CPM2A 型PLC，将CPM2A的串口连接RS232-CAN 适配器，实现CAN 总线通信。

通过适配器，计算机与PLC 成为CAN 总线的节点。

节点之间通过双绞屏蔽线进行总线式连接，首尾节点需要接120R 的匹配电阻。上位计算机可以通过CAN 总线实时监控PLC 系统的运行。

此方案是现场总线技术与集中控制技术的**结合，联网后的PLC 网络可以构成一个DCS 系统。用户在计算机上可以远程监控、配置任何一台PLC 的程序或状态。并能够在投入较低硬件成本的基础上，实现良好的系统运行性能。这个方案充分发挥了CAN 总线的通信特点: 实时、可靠、高速、远距离、易维护等。

使用RS232-CAN 适配器后，通信距离扩大到5 公里(9600bps 时)，组网的PLC 可增至110 台(实际上受PLC内部系统软件的限制，较多只能支持32 台PLC 联网)。

RS232-CAN 适配器采用光电隔离，大大提高了系统的抗干扰能力和安全性能。

另外，使用RS232-CAN 适配器，并不需改变PLC 系统原有的PLC 通讯协议和上位机软件，开发无须更改现在使用的串口通信程序，较大限度的节省成本。

4 HOST-bbbb 通信协议

采用RS232-CAN 适配器，计算机与PLC 的串口都被配置成CAN 总线。通信方式与上位机软件的编程方式与串行通信完全相同。通信协议一般采用OMRON 公司的HOST-bbbb 通信协议。

OMRON 公司的HOST-bbbb 通信系统是由上位计算机( IBM PC 或兼容机) 通过安装在各台PLC 上的HOST-bbbb 单元或串行通信接口连接多台PLC 构成的网络。上位机对系统中的PLC 进行集中管理与监控，通过与HOST-bbbb 单元的通信，可以编辑或修改各台PLC 的程序，实时监控其运行过程，实现自动化系统的集散控制。对于小型PLC( 如CPM2A) ， 可以通过其RS232 通信端口进行链接。

系统使用HOST-bbbb 通信协议进行通信，上位机具有传送**权， 总是首先发出命令并启动通信，HOST-bbbb 单元收到命令交由PLC 执行，然后将执行结果返回上位机， 二者以通信帧为单位， 轮流交换数据。

通信时， 一组传送的数据称为“块”， 它是命令或响应的单位，从上位机发送到HOST-bbbb 单元的数据块称为命令块，反过来， 从HOST-bbbb 单元发送到上位机的数据块称为响应块。多点通信时，可作为单帧发送的较大数据块为131 个字符，因此当一个数据块含有132 个或更多字符时， 要分成两帧或多帧发送。

每个数据块都以设备号及标题开始，以校验码(FCS)及结束符结束。响应块中还包括反应执行的响应码。

5 通信实现

用户可以采用通用的组态软件(如组态王)实现计算机与PLC 的通信，也可以编写计算机程序。

要编写计算机通信程序，可以采用VB、VC 等高级语言进行编程，编程可以有多种方式[4]。使用MSComm控件通过串行端口传送和接收数据，实现计算机与PLC之间的数据通信， 编程较简单。

MSComm 控件提供了一种有效的处理串*互作用的方法:事件驱动法。该方法利用OnComm 事件捕获并处理通信及其错误，当CommEvent 属性发生变化时，就产生事件并等待相应处理。每个MSComm 控件都有一个串口相对应。

Visual Basic 6.0(以下简称VB) 是一种功能强大、简单易学的程序设计语言，利用ActiveX 控件MSComm能十分方便地开发出使用计算机串口的计算机通信程序。本文在VB中使用MSComm控件实现上位机与PLC的串行通信。

以上给出了计算机与PLC 通信的主要程序段。需要注意的是，如果传送的数据大于132 个字符，可以将数据分成起始帧、若干中间帧、结束帧进行传送。起始帧必须包含设备号， 命令码等， 否则通信的过程中将会有错误发生。上位机每发送完一帧时，在收到PLC 返回的分界符(即“↙”)后再发送下一帧，只有当结束帧数据发送完毕时才返回响应代码。

6 结束语

本文基于VB 利用MSComm 控件实现了上位机与欧姆龙PLC 的串行通信，充分发挥了CAN 总线实时、可靠、高速、远距离、易维护的特点。计算机能够深入地配合PLC 厂商提供的各种软件，从而实现更多强大的功能， 比如系统配置、人机界面、组态开发等。

通常，计算机与PLC 通过串口连接，实现各种通信功能。但串口的通信距离、节点数量都受到了串口本身的性能限制。比如，RS-232 标准只可以实现1:1 通信，RS-422/485 标准能够实现32 个节点以内的通信，通信距离、抗干扰能力都比较弱，并不能够满足实际工业现场多台PLC 联网应用的需求。即使借助RS232/RS485-CAN 适配器也很难突破串行通信本身的功能限制[5]。

针对这一情况，可以采用计算机内置PC-CAN 接口卡，可以建立起1 条或者多条CAN 总线网络，并通过连接在CAN 总线网络中的RS232/RS485-CAN 适配器，借助于CAN 总线网络配套的虚拟串口软件，建立多达2047 个标准的串行通信端口，从而连接多达2047 条串行网络[6]。也就是说，可以在同1 条普通双绞线上连接多达2047 台PLC 设备，工控PC 访问连接在这条CAN总线网络上的PLC 设备，也与操作标准串口完全一致。

这种方式可以充分发挥工控PC 的作用，通信效率比较高，应用灵活，是一般PLC 网络建设的主流方向

S7-300编程软件与PLC可以通讯，但Wincc上无法显示300 PLC上数据。
查电脑资源管理器发现5611与显卡驱动、USB通用控制器有冲突。如何解决。
答：解决这个问题需要相关的操作系统的知识与需要一定的计算机硬件知识。
解决设备资源冲突：
如果某个设备显示了一个带有黄色圆圈的惊叹号，则表明此设备有资源冲突。我们可以用手工的方式来重新分配该设备的资源，以解决资源冲突。
1.下面我们先对计算机资源的分配情况作一简略的介绍
每次启动计算机时，bbbbbbs XP都会自动配制每个设备的资源，即将一的一组系统资源分配给它。这组资源可能是下面的一个或多个资源：
中断请求(1RQ)编号；
直接内存访问(DMA)通道；
输入输出(I／0)端口地址；
内存地址范围。
分配给设备的每个资源都必须是惟一的，否则设备将无法正常工作。对于即插即用型设备，bbbbbbs XP可以自动保证该设备的正确配置。而对于某些非即插即用型设备可能需要某些特定的资源，这些资源有可能与bbbbbbs XP自动分配的资源冲突。此时，用户就需要手工配置该设备的系统资源，以保证它正常运行。
2.若要手工配置设备的系统资源，应遵循下列操作步骤：
单击“设备管理器”中需要手工配置系统资源的设备所属硬件类型左边的“+”以展开它。
用鼠标右键单击带有黄色圆圈的惊叹号的设备，从弹出的快捷菜单中选择“属性”命令。
在弹出的快捷菜单中切换到“资源”选项卡，检查“冲突设备列表”。如果列表中显示有设备冲突，查看是“输入/输出范围”冲突还是“中断请求”冲突或两者都是
单击使用自动设置复选框，使√变成口，单击“√”按钮，打开“设置基于”下拉列表，选择另外一个配置。不断寻找配置，直到“冲突设备列表”显示“没有冲突”为止。若所有配置均有冲突，可单击“更改设置”按钮来进一步配置(这种可能性很小)。
单击“确定”按钮，再单击弹出的“系统设置改变”对话框中的“是”按钮，将重启计算机以使配置生效。
给设备手工分源需要一定的计算机硬件知识，建议初级用户要谨慎行事。因为不正确的更改资源设置不但会使硬件无法正常工作，而且还有可能使计算机出现故障或无法正常启动。如果因设备资源配置不当而造成严重的系统冲突至使不能进入bbbbbbs XP，此时，用户也不于惊慌。重新启动计算机

绪论

近几年来，电力通信的发展一直是绿色能源的关注重点之一，随着电力电子技术进步，电力线的技术也愈加成熟，所以现在已经有大量厂商对这个技术所带来的新应用感到兴趣，例如智能电网、自动读表系统甚至智能家庭都被视为未来电力线发展的重要标的。因此，智能电网的出现，使得传统电力网络可以侦测电力供应及一般家庭电力的使用状况，藉此来调整电力的耗电量，达到节约能源，增强电网可靠性的目的。本文将针对智能电网的基本概念、技术发展及通信标准，提供一个概略性的介绍与整理。

电力线通信将无所不在

为了掌握各区域用电的实时情报，电力线通信的涵盖范围非常广，从较底层的家庭用电到跨越电表至变电站的信息集中器(Concentrator)，或是更高的中压层通信都必需完整掌控，因此，更要确保不同电压段的通信质量，以提升系统的稳定性。

因为技术日渐成熟，电力线的通信质量有着飞跃性的增长。随着应用不同，可以分成可远距离传送的窄频PLC(NarrowBandPowerlinecommunication)及短距离但高速度的宽带PLC(BroadBandpowerlinecommunication)，目前宽带PLC的物理层(PHYrate)传输速度己可达到200M(bps)。因此，智能家庭的应用又再次搬上台面，不仅从室外即可远程操控家中的电器，电费也不再只能依靠每两个月一次的账单，家中所有电器的用电信息可以随时掌控，再者，只要使用家中的插座即可直接上网，透过有线传输让家里通信不再有死角。

可靠的长程通信工具

窄频电力线，是电力线通信发展初期即存在的技术，适合用在较长距离的电力线通信技术。因通信使用500k(Hz)以下频带，较不易受到电力线先天环境的衰减，所以可以传送较长的距离，但也因此传输速率较慢，大多使用在电力监控，图1即为先进读表系统(AMI)的架构图。意大利ENEL电力公司采用一个基于FSK和BPSK调制的窄带PLC系统，建构一个3500万用户的自动电表管理系统即为经典的成功案例。

图为自动读表系统的通信环境示意图，中国台湾的电力系统大多是由变电站提供220v电源至各住户，所以数据集中器适合设置于变电站，再由光纤将各家的用电信息传至管理服务器，所以数字电表的电力信息必需透过图中红色电缆传到变电站的集中器，但此部分电缆建构时大多埋在地底下，难以评估其长度，以及是否连接其他电力设备，因此较适合使用窄频PLC作为解决方案。

如上述，窄频电力线通信虽然并非新一代的技术，但随着通信技术增长，不论是通信速度或是对抗噪声的调变技术都有大幅增长。当下已有许多国家有制定自己的窄频通信规范，例如北美的美国联邦通信**FCC(9k~490kHz)，在欧洲，则由成立于比利时的CENELEC制定其规范(3kHz~148.5kHz)，以及日本电波产业会ARIB(10kHz~450kHz)等等。

近来，许多之前使用在数字通信的调变技术都被拿到电力线通信上使用例如FSK、PSK、展频等等，其中较热门的莫过于使用多载波的OFDM调变技术，主要原因在于其抗信道衰减及噪声干扰的优异表现，也因此，欧洲的G3及PRIME两个窄频电力线解决方案都是采用这个技术。

无所不在的高速通信

因为芯片制程技术进步及新调变技术表现优异，PLC通信的速度成功突破瓶颈，2006年，新的HomePlugAV规范使速度达到189M(bps)。自此，PLC通信技术不再被局限只能用于自动控制，而是真正进入高速信息通信的**。

目前，HomePlug联盟正积极制定下一代新的通信标准HomePlugAV2，预期传输速率可达1G(bps)，且支持多重串流的1080p高画质影音、3D影音等等主流应用，预期在今年第3季问世。此外，在智能家庭方面，该组织日前拟定的HomePlugGreenPHY(GP)窄频标准已获选为美国家电制造商协会(AHAM)智能电网产品的主要通信协议，使得未来家庭电网的兼容性又大大提升。

目前PLC业界有3个比较大的标准组织，分别是HomePlug、UPA及CEPCA。HomePlug是由HomePlugPowerAlliance业界标准组织制定，主要成员是由美国PLC制造业者组成。UPA，全名UniversalPowerlineAssociation，是另一个宽带电力线通信标准，由西班牙DS2公司为中心所成立的业界标准组织。CEPCA消费电子电力线通信联盟，Panasonic为主的业界联盟组织，使用WaveletOFDM调变技术是与前两者较大的不同之处。上述三个宽带电力线规范以市场分布及联盟成员来区别大致可以分成HomePlug(美规)、UPA(欧规)、CEPCA(日规)。

由于当下并没有一个**通用的业界标准，国际电信联盟（ITU-T）、IEEE便着手于此，希望不久将来宽带PLC可以像Ethernet或WiFi一样有一个通用的标准流通于市面上。

新一代整合界面标准-G.hn

G.hn是由ITU-T制定，并由HomeGrid论坛推动的新标准，目的在于统一PLC及其他所有家用的高速通信规格。G.hn能在短时间内迅速窜起除了可以同时兼容电力线、同轴电缆与电话线之外，在使用同轴电缆作为传输媒介时传输速率更可达到700M(bps)，其通信速度可用在更广泛且热门的应用之中也是业界看好其发展性的重点之一。

电力线通信先天的阻碍

因为电力线本是为了供应用电而不是设计用于通信，所以要在这个环境下通信必须克服许多先天的不良因素。例如在变压器(11.4kv～220kv)到家用电表端间的通信，如同图2所示，即AMI系统的数据传送信道，在此环境中即可能遇到电力线通道在地下，无法预估长度或是分接予其他用户的情形，这些都可能导致通信上的困难。

窄频电力线方面如同先前所述因为较不易受到环境衰减，所以大多使用在中压或是AMI的远距离传输，但也因为使用的传输频带较低(约在1M(Hz)以下)，所以容易受到电器噪声的影响。相较之下，窄频电力线受到的干扰，宽带电力线则是高频通道衰减较为严重。图4所示即为真实电力线的噪声量测，可以看出噪声多集中在低频带。图5显示是同场域量测的通道响应，从接收功率的分布情形得知部分可能受到的严重衰减而并非噪声干扰。当然，在室内使用之电力线通信也可能因为家中电器使用或是大负载电器而造成信号衰减，这些都是先天即存在且必须克服的不利因素。

结语

电力线通信不论是宽、窄频近年来都已成为绿色能源的要角。如同前述，小自家庭电力网络，大到都市电力系统，已订定的通信规范虽然很多，但因为各国的电力系统设计不同，使用的效果也不尽相同，不论是AMI系统或是智能电网都必须选定较合适的规范或是传输协议，甚至是制定出属于电力系统的**规范。然而，这些都是必须经过大量实地测试之后才可以得出定论，在这过程中也需要政策的大力支持，因为智能电网涉及到的范围不仅仅是技术面，先期的推动还必须仰赖政策面，及补助政策以及制造商和企业的配合。因此，较终的议题还是回归到”人”身上，需要全民的支持，大家都有共识，才能达到较终结能减碳的良好目标。期许在不久将来，智能电网、智能家庭就可以成为大家耳熟能详且较生活化的技术