西门子6ES7221-1BH22-0XA8使用方法

西门子6ES7221-1BH22-0XA8使用方法

1、概述
   随着数字技术的发展和计算机日益广泛的应用，现在一个系统往往由多台计算机组成，需要解决多站、远距离通信的问题。在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485收发器。RS-485收发器采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力，加上具有高的灵敏度，能检测低达200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。使用RS-485总线，一对双绞线就能实现多站联网，构成分布式系统，设备简单、价格低廉、能进行长距离通信的优点使其得到了广泛的应用
2、RS-485总线的理论
     在自动化领域，随着分布式控制系统的发展，迫切需要一种总线能适合远距离的数字通信。在RS-422标准的基础上，EIA研究出了一种支持多节点、远距离和接收高灵敏度的RS-485总线标准。 
RS-485标准采有用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动总线，具体规格要求：
· 的输入电阻RIN≥12kΩ
· 驱动器能输出±7V的共模电压 

· 输入端的电容≤50pF
· 在节点数为32个，配置了120Ω的终端电阻的情况下，驱动器至少还能输出电压1.5V（终端电阻的大小与所用双绞线的参数有关）  字串7
· 的输入灵敏度为200mV（即（V+）-（V-）≥0.2V，表示信号"0"；（V+）-（V-）≤-0.2V，表示信号"1"） 

因为RS-485的远距离、多节点（32个）以及传输线的特性，使得EIA RS-485成为工业应用中的可以选择标准。基于此，RS-485的自动化领域的应用非常广泛，但是在实际工程中RS-485总线运用仍然存在着很多问题，影响了工程的质量，为工程施工带来了很多的不方便。
1、 阻抗不连续
  信号在传输过程中如果遇到阻抗突变，信号在这个地方就会引起反射，这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。这种反射的方法，就是尽量保持传输线阻抗连续，实际工程中在电缆线的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻的原理就是为了减小信号反射。

从理论析，在传输电缆的末端只要跨接了与电缆特性阻抗相匹配的终端电阻，就能有效的减少信号反射。但是，在实现应用中，由于传输电缆的特性阻抗与通讯波特率等应用环境有关，特性阻抗不可能与终端电阻完全相等，因此或多或少的信号反射还会存在。信号反射对的影响，归根结底是因为反射信号触发了输入端的比较器，使收到了错误的信号，导致CRC校验错误或整个数据帧错误。这种情况是无法改变的，只有尽量去避免它。

2、RS-485接地问题
     仅仅用一对双绞线将各个接口的A、B端连接起来，而不对RS-485通信链路的信号接地，在某些情况下也可以工作，但给系统埋下了隐患。RS-485接口采用差分方式传输信号并不需要对于某个参照点来检测信号系统，只需检测两线之间的电位差就可以了。但应该注意的是收发器只有在共模电压不**出一定范围(-7V至+12V)的条件下才能正常工作。当共模电压**出此范围，就会影响通信的可靠直至损坏接口。如图1所示，当发送器A向B发送数据时，发送器A的输出共模电压为VOS，由于两个系统具有各自独立的接地系统存在着地电位差VGPD，那么输入端的共模电压就会达到VCM=VOS+VGPD。RS-485标准规定VOS≤3V，但VGPD可能会有很大幅度(十几伏甚至数十伏)，并可能伴有强干扰信号致使共模输入VCM**出正常围，在信号线上产生干扰电流轻则影响正常通信，重则损坏设备。

3、RS-485的总线结构及传输距离
       RS-485支持半双工或全双工模式。网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构不支持环形或星形网络，较好采用一条总线将各个节点串接起来。从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响较低。在使用RS485接口时，对于特定的传输线经，从发生器到负载其数据信号传输所允许的较大电缆长度是数据信号速率的函数，这个长度数据主要是受信号失真及噪声等影响所限制。当数据信号速率降低到90Kbit/S以下时，定较大允许的信号损失为6d时，则电缆长度被限制在1200M。实际上，在实用时是完全可以取得比它大的电缆长度。当使用不同线径的电缆。则取得的较大电缆长度是不相同的。

3方案设计
   以下以一个例子来说明RS-485的应用：
一个大学食堂有三层，有12台，每层楼有4台，他们是RS-485的接口，控制的电脑接RS-232接口,传统的解决方案是：

 采用这种老式布线结构存在以下几种缺陷。
 1>、RS-485总线受差分信号传输特点的限制总线长度一般在1200米左右，采用这种老式布线结构，可布线覆盖面积十分有限（一般为几百平方米）。有时为了拓宽传输距离不得不采用中继器。同时亦加大了布线过程中出现问题的可能性。 
 2>、一般大型考勤门禁系统都装有为数众多的门禁控制器，采用这种老式布线结构，所有门禁控制器共享同一根RS-485总线。当任一控制器RS-485端口短路，都会影响整个门禁系统的正常工作。在众多的门禁控制器中查找故障所在，不仅加大了工作量，也增加了维护成本。
 3>、由于RS-485总线布线比较复杂，在考勤门禁系统中绝大部分工程费用和时间都浪费在布线环节。而RS-485总线布线的复杂程度与总线的长短和设备的挂接数目有很大关系。特别在大型系统中显得由为**。采用这种老式布线结构无疑加大了布线的难度。 

 4>、由于地理环境的原因，在相距一定距离的设备之间总是存在地电位不平衡的问题。有时即使距离很近问题依然存在。这种环境造成的因素，在老式布线结构中很难综合解决。甚至造成整个系统无法启动。虽然通过处理地电位可暂时解决部分问题，但时隔不久同样问题又会再次出现。
针对上面出现的一些缺陷，兆越公司开发出一款新产品，它采用*特的等位分差隔离技术和的总线分割集中技术能有效解决工程布线中常见的地电位差异、阻抗匹配及雷击问题。用户可以轻易改善RS-485/RS-422总线结构，分割网段，提高通信可靠性。当雷击或者设备故障产生时，出现问题的网段将被隔离，以确保其他网段的正常工作。重新的解决方案如下：
应用此方案可以有效的解决采用*一种方案存在的缺陷，它有如下几点好处：
 1>、采用星型结构连接RS-485总线，在有效利用接口的情况下布线覆盖面积大大提高（一般为几平方千米）。
 2>、有八个下位机端口，且每个端口都具有短路保护功能，并能工作在关断模式。对大型考勤门禁系统，通过分摊门禁控制器到八个端口不仅可以减少单个RS-485总线的负荷，同时有效的提高了整个系统的可靠性。当任一控制器RS-485端口短路，只会影响其所在RS-485总线系统，不会影响其他接口连接的RS-485系统的正常工作。 
 3>、可以使得RS-485系统布线过程变的简单和快洁，从而有效的减少了工程的费用和时间。
 4>、各端口间存在3000V隔离。对于由环境问题带来的布线问题，只需把问题显著的区域用单独端口进行连接集中处理，将会有效的解决地电位带来的布线问题。
4、注意事项
  4．1 很多人往往都误认为RS-422串行接口是RS-485串行接口的全双工版本，实际上，它们在电器特性上存在着不少差异，共模电压范围和输入电阻不同使得该两个标准适用于不同的应用领域。RS-485串行接口的驱动器可用于RS-422串行接口的应用中，因为RS-485串行接口满足所有的RS-422串行接口性能参数，反之则不能成立。对于RS-485串行接口的驱动器，共模电压的输出范围是-7V和+12V之间；对于RS-422串行接口的驱动器，该项性能指标仅有±7V。RS-422串行接口的较小输入电阻是4KΩ；而RS-485串行接口的较小输入电阻则是12KΩ。

4．2 RS-485总线在实际工程中总是出现一些接线的问题，注意，在接传输线时一定要用同样的双绞线或者同样的电缆，有些人一段使用双绞线，由于双绞线长度不够或者在中间接上一段电话线或者是其他的线，这样阻抗就不连续，产生很大的反射信号，通信的是不能正常进行的。

    RS-232-C是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。
      RS-232-C标准规定的速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。
      RS-232-C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，较大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。
2、RS-485
     RS-485总线,在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485 串行总线
     RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。
     RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。
     RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485可以联网构成分布式系统，其允许较多并联32台驱动器和32台。
3、RS-422
     RS422总线,RS485和RS422电路原理基本相同，都是以差动方式发送和接受，不需要数字地线。
     差动工作是同速率条件下传输距离远的根本原因，这正是二者与RS232的根本区别，因为RS232是单端输入输出，双工工作时至少需要数字地线 。发送线和接受线三条线（异步传输），还可以加其它控制线完成同步等功能。
      RS422通过两对双绞线可以全双工工作收发互不影响，而RS485只能半双工工作，发收不能同时进行，但它只需要一对双绞线。
      RS422和RS485在19kpbs下能传输1200米。用新型收发器线路上可连接台设备

1 GSD文件简介
    PRO FlBUS设备具有不同的性能特点，为达到PROFIBUS简单的即插即用配置．PROFIBUS设备的特性均在电子设备数据库文件(GSD)中具体说明。标准化的GSD数据将通信扩大到操作员控制级。使用基于GSD的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在同一总线系统中．既简单又是对用户友好的。
2 GSD文件的组成
    GSD文件可以分为三个部分：
    ◆一般规范 这部分包括生产厂商和设备的名称，硬件和软件的版本状况，支持的波特率一可能的监视时间问隔以及总线插头的信号分配；
    ◆与DP主站有关的规范这部分包括只运用于DP主站的各项参数(如连接从站的较多台数或上装和下装能力)。这一部分对从站没有规定；
    ◆与DP从站有关的规范 这部分包括与从站有关的一切规范(如输入／输出通道的数量和类型、中断测试的规范以及输入／输出数据一致性的信息)。
3 GSD文件格式
    GSD文件是ASCII文件．可以用任何一种ASCII编辑嚣编辑 如计事本、UltraEdit等，也可使用PROFIBus用户组织提供的编辑程序GSDEdit。GSD文件是由若干行组成，每行都用一个关键字开头，包括关键字及参数(无符号数或字符串)两部分。GSD文件中的关键字可以是标准关键字(在PROFIBUS标准中定义)或自定义关键字。标准关键字可以被PROFIBUS的任何组态工具所识别，而自定义 关键字只能被特定的组态工具识别。
     一个GSD文件的例子如下。
#Pr0fibus DP                       ；DP设备的GSD文件均以此关键存在
GSD Revision；GSD文件版本
VendorName；设备制造商 字串4
Model Name；产品名称，产品版本
Revision；产品版本号(可选)
RevisionNtmber；产品识别号=01                 
IdemNumber；协议类型（表示DP）
ProtocoI Ident；站类型(0表示从站)
StationType；不支持FMS．纯DP从站=0                     
FMS Supp；硬件版本
Hardware Realease；软件版本
Soltware Realease；支持9.6kbps波特率
9.6 supp；支持19.2kbps波特率
19.2 supp；9.6kbps时较大延迟时间
MaxTsdr 9.6；19.2kbps时较大延迟时间
MaxTsdrl9.2；不提供RTS信号
RepeaterCtrl sig；不提供24V电压
24VPins；采用的解决方案
Implementation Type；不支持锁定模式
FreezeMode Supp；不支持同步模式
SyncMode Supp；支持自动波特率
AutoBaud Supp；不支持改变从站地址
Set SlaveAdd Supp；故障安全模式类型 字串2
Fail Safe；较大用户参数数据长度(0-237)
MaxUser PrmDataLen；用户参数长度=0              
Usel prmDataLen；较小从站响应循环间隔
Min Slave Imervall；是否为模块站
Modular Station；从站较大模块数
MaxModule；较大输入数据长度
Maxbbbbb Len；较大输出数据长度
MaxOutput Len；较大数据的长度(输入输出之和)
MaxData Len；较大诊断数据长度(6～=16                     244)Slave
MaxDiagData Len；从站类型=6                 
Family；模块1，输入输出各4字节
Module，0x13；     ；模块2．输入输出各8字节
EndModule，0x17；

在工业控制中,ＰＬＣ控制系统由于其可靠性高、控制功能强得到了越来越广泛的应用,而串行通讯是计算机和外设进行通讯、采集外部信号的重要手段。在实际应用中往往会遇到不同的控制系统需要检测同一物理信号的情况,本文以西门子ＣＰ340串行通讯模块在碱回收蒸发工段和燃烧工段的应用为例,介绍了如何利用ＰＬＣ串行通讯实现不同的ＰＬＣ控制系统间的信息共享,从而避免了物理量的重复检测,达到了减少硬件成本的目的。
关键词:ＣＰ340;串行通讯;ＰＬＣ;蒸发工段;燃烧工段
0　引言
随着工厂自动化水平的不断提高,传统的“继电器”加“经验工人”的控制方式正逐步被各种自动控制系统所代替,其中ＰＬＣ控制系统是在工厂中应用较为广泛的一种计算机控制系统。在实际的工业控制系统中,一个生产过程的不同工段往往要由不同的ＰＬＣ控制系统进行控制。由于某些工段间存在密切的联系,要对其中的某一工段进行控制时,往往会涉及到使用其它工段的物理量。当两个ＰＬＣ系统都需要检测某一物理量时,传统的解决方法是分别对该物理量进行检测,这样当数据量大、传输距离较远时,不仅需要增加信号采集模块,而且增加了控制系统的硬件成本,同时会造成布线的困难。在造纸生产的碱回收过程中,经常使用两个ＰＬＣ控制系统来分别控制蒸发工段和燃烧工段的某一对象,例如在对蒸发工段进行控制时需要用到燃烧工段的流量信号,而在燃烧工段中则需要用到蒸发工段的某一效的液位信号,因此就涉及到了信号的重复检测问题。本文采用串行通讯使两个工段的ＰＬＣ控制系统互相交换检测信号,实现了两个系统间的信息共享,为工厂节约了大量的人力物力。
1　改进方案
我们利用串行通讯功能实现两个不同的ＰＬＣ控制系统间的信息共享。在蒸发工段使用的是西门子ＤＣＳ控制系统,在燃烧工段则使用ＡＢＢ的ＤＣＳ控制系统。西门子ＤＣＳ的ＣＰ340通讯模块的通讯协议是3964(Ｒ)协议,而ＡＢＢ的ＤＣＳ控制系统使用的ＭＯＤＵＢＵＳ也支持3964(Ｒ)通讯协议。这样,使得双方数据的收发成为可能。ＲＳ232Ｃ接口的传输距离仅有15ｍ,而两工段的距离却有一、二百米,所以在两个工段间分别加两个ＲＳ232/485转换器ＡＤＡＭ4520()来增加传输距离。我们知道ＲＳ485接口的传输为半双工差动接收和发送方式,传输数据有较高的通信速率(波特率可达10Ｍ以上)和较强的抗干扰能力,且输出阻抗低且传输距离远(可达1.2ｋｍ),其结构如图1所示。
2　硬件选择
采用西门子ＣＰ340通讯模块,它有一个ＲＳ 232串行通信接口,它使Ｓ7 400ＰＬＣ能与通信伙伴以点到点通信方式进行数据交换,任何有ＲＳ 232Ｃ接口的设备都可以成为其通信伙伴,ＣＰ340是ＰＬＣ与ＰＬＣ或计算机进行数据交换的桥梁和纽带。一方面,ＣＰ340通过背板总线与ＰＬＣ的ＣＰＵ相连;另一方面,ＣＰ340的ＲＳ 232Ｃ接口与另一台设备(支持同一协议)的ＲＳ 232Ｃ接口相连。为了减少通信时ＣＰＵ模块的负担,ＣＰ340被设计成智能型的,ＣＰ340模块上的处理器既受控制又有自主性,它根据ＣＰＵ模块的命令自主管理串行口的收发工作。ＣＰ340模块上有接收缓冲存储器和发送缓冲存储器,依靠接收和发送缓冲器(缓冲区)建立起了ＣＰ340和ＣＰＵ的联系。发送时,ＣＰＵ模块只需要把发送的数据写入发送缓冲区,然后,由ＣＰ340把缓冲区中的数据逐个发送给通信伙伴,ＣＰ340还负责从通信伙伴接收数据,并把接收到的数据写入接收缓冲区,ＣＰＵ模块以查询方式读接收缓冲区,如果缓冲区不空,ＣＰＵ便得到接收数据。读写ＣＰ340上的缓冲区需要在用户程序中调用专用的功能块,写缓冲区的功能块称为发送功能快,读缓冲区的称为接收功能块,ＣＰＵ要发送的数据必须存储在数据块中,调用发送功能块可把数据块中的数据写入发送缓冲区,调用接收功能块可把接收缓冲区的数据读到数据块中。总之,它具有较好的性能价格比,在其上固化有3964(Ｒ)协议,用ＳＴＥＰ7中的专用组态工具可直接设置传输的波特率、数据位等、相当方便和可靠.

3　通信协议
在时,3964(Ｒ)在发送数据前后加一些控制字符形成发送信息帧,控制字符既是表示信息帧开始或结束的标志,也是发送方与接收方的握手信号,还可用来保证传输数据的完整,控制字符有:正文开始字符ＳＴＸ(ＡＳＣＩＩ码为02Ｈ),数据链路转换字符ＤＬＥ(10Ｈ),正文结束字符ＥＴＸ(03Ｈ),块校验字符ＢＣＣ和否定应答字符ＮＡＫ(15Ｈ)。图2给出了3964(Ｒ)发送信息帧的格式,由于使用了ＤＬＥ和ＥＴＸ作为正文结束的标志,所以不要求正文有固定长度,但正文长度不能**过1024Ｂｙｔｅ,该图为传输一个信息帧的3个阶段,首先使用通信链路传输正文,然后在传输完成时用控制字符释放通信链路。

4　软件编制只需要注意双方在通讯的时候发送、接收不要同时进行,如在蒸发发送的时候,燃烧处于接收状态,反之亦然。
ＣＡＬＬ”Ｐ＿ＳＥＮＤ”,”ＤＢ＿Ｐ＿ＳＥＮＤ”
ＲＥＱ　　:=Ｍ30.0
Ｒ:=Ｍ30.1
ＬＡＤＤＲ:=256
ＤＢ＿ＮＯ:=70
ＤＢＢ＿ＮＯ:=0
ＬＥＮ:=ＭＷ40
ＤＯＮＥ:=Ｍ50.0
ＥＲＲＯＲ:=Ｍ50.1
ＳＴＡＴＵＳ:=ＭＷ60ＡＭ50.0
ＳＭ30.1ＲＭ100.1ＳＭ90.0ＣＡＬＬ”Ｐ＿ＲＣＶ”,”ＤＢ＿Ｐ＿ＲＣＶ”
ＥＮ＿Ｒ:=Ｍ90.0
Ｒ:=Ｍ100.1
ＬＡＤＤＲ:=256
ＤＢ＿ＮＯ:=60
ＤＢＢ＿ＮＯ:=0
ＮＤＲ:=Ｍ200.0
ＥＲＲＯＲ:=Ｍ200.1
ＬＥＮ:=ＭＷ252
ＳＴＡＴＵＳ:=ＭＷ254ＡＭ200.0ＳＭ100.1ＲＭ30.1ＲＭ90.0
5　结论改进后提高了信号测量和传输精度,且传输距离更远,减少了功能单元的大量布线,节省了硬件资源,从而为系统的扩展留下了更充足的空间