西门子6ES7221-1BH22-0XA8库存充足

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 在可编程控制器的实际应用中，有两种通用的编程方法，即使用启、保、停电路的编程方法和已转换为中心的编程方法，本章介绍的两种通用的编程方法很容易掌握，用它们可以迅速地、得心应手地设计出任意复杂的数字量控制系统的梯形图，它们的适用范围广，可以用于所有生产厂家的各种型号的PLC。这两种方法都是根据顺序功能图来设计顺序控制梯形图的编程方法。

    1．程序的基本结构

    绝大多数自动控制系统除了自动工作模式外，还需要设置手动工作模式。在下列两种情况下需要工作在手动模式：

    (1)启动自动控制程序之前，系统必须处于要求的初始状态。如果系统的状态步满足启动自动程序的要求，需进人手动工作模式，用手动操作使系统进入规定的初始状态，然后再回到自动工作模式。一般在调试阶段使用手动工作模式。

    (2)顺序自动控制对硬件的要求很高，如果有硬件故障，例如某个限位开关有故障，不可能正确地完成整个自动控制过程。在这种情况下，为了使设备不至于停机，可以进入手动工作模式，对设备进行手动控制。

    有自动、手动工作方式的控制系统的两种典型的程序结构如图5 20所示，公用程序用于处理自动模式和手动模式都需要执行的任务，以及处理两种模式的相互转换。

图5-20 自动、手动程序

    2．执行自动程序的初始状态

    开始执行自动程序之前，要求系统处于规定的初始状态，如果开机时系统没有处于初始状态，则要进入手动工作方式，用手动操作使系统进入规定的初始状后，再切换到自动工作方式。

    系统满足规定的初始状态后，应将顺序功能图的初始步对应的存储器位置1，使初始步变为活动步，为启动自动运行做好准备。同时还应将其余步对应的存储器位置0。在S7-200PLC中，常用特殊寄存器位SMO.1将初始步对应的存储器位置1，也常用SM0.1将其余存储器位的状态置0。

    3．双线圈问题

    在图5-20所示的自动程序和手动程序中，都需要控制PLC的输出Q，因此同一个输出位的线圈可能会出现两次或多次，称为双线圈现象。

    在跳步条件相反的两个程序段（如图5-20中的自动程序和手动程序）中，允许出现双线圈，即同一元件的线圈可以在自动程序和手动程序中分别出现一次。实际上CPU在每一次循环中，只执行自动程序或只执行手动程序，不可能同时执行这两个程序。对于分别位于这两个程序中的两个相同的线圈，每次循环只处理其中一个，因此在本质上并没有违反不允许出现双线圈的规定。

    4．设计顺序控制的基本方法

    根据顺序功能图设计梯形图时，可以用存储器位M来代表步。为了便于将顺序功能图转换为梯形图，用代表各步的存储器位的地址作为步的代号，并用编程元件地址的逻辑代数表达式来标注转换条件，用编程元件的地址来标注各步的动作。

    由图5-19可知，顺序控制程序分为控制电路和输出电路两部分。输出电路的输入量是代表步的编程元件M，输出量是PLC的输出位Q。它们之间的逻辑关系是极为简单的相等或相“或”的逻辑关系，输出电路是很容易设计的。

    控制电路用PLC的输入量来控制代表步的编程元件，5.3.5节中介绍的转换实现的基本规则是设计控制电路的基础。

    某一步为活动步时，对应的存储器位M为1状态，某一转换实现时，该转换的后续步应变为活动步，前级步应变为不活动步。可以用一个串联电路来表示转换实现的这两个条件，该电路接通时，应将该转换所有的后续步对应的存储器位M置为1状态，将所有前级步对应的M复位为0状态。由5.4.2的分析可知，转换实现的两个条件对应的串联电路接通的时间只有一个扫描周期，因此应使用有记忆功能的电路或指令来控制代表步的存储器位。启、保、停电路和置位、复位电路都有记忆功能，本节和下一节将分别介绍使用启、保、停电路和置位复位电路的编程方法。

1、基本概念
 我们生活在一个物质的世界中。世间所有的物质都包含了化学和物理特性，我们是通过对物质的表观性质来了解和表述物质的自有特性和运动特性。这些表观性质就是我们常说的质量、温度、速度、压力、电压、电流等用数学语言表述的物理量，在自控领域称为工程量。这种表述的优点是直观、容易理解。在电动传感技术出现之前，传统的检测仪器可以直接显示被测量的物理量，其中也包括机械式的电动仪表。
 2、标准信号
 在电动传感器时代，中央控制成为可能，这就需要检测信号的远距离传送。但是纷繁复杂的物理量信号直接传送会大大降低仪表的适用性。而且大多传感器属于弱信号型，远距离传送很容易出现衰减、干扰的问题。因此才出现了二次变送器和标准的电传送信号。二次变送器的作用就是将传感器的信号放大成为符合工业传输标准的电信号，如0－5V、0－10V或4－20mA（其中用得较多的是4－20mA）。而变送器通过对放大器电路的零点迁移以及增益调整，可以将标准信号准确的对应于物理量的被检测范围，如0－100℃或-10－100℃等等。这是用硬件电路对物理量进行数学变换。中央控制室的仪表将这些电信号驱动机械式的电压表、电流表就能显示被测的物理量。对于不同的量程范围，只要更换指针后面的刻度盘就可以了。更换刻度盘不会影响仪表的根本性质，这就给仪表的标准化、通用性和规模化生产带来的无可**的好处。
 3、数字化仪表
 到了数字化时代，指针式显示表变成了更直观、更精确的数字显示方式。在数字化仪表中，这种显示方式实际上是用纯数学的方式对标准信号进行逆变换，成为大家习惯的物理量表达方式。这种变换就是依靠软件做数学运算。这些运算可能是线性方程，也可能是非线性方程，现在的电脑对这些运算是易如反掌。
 4、信号变换中的数学问题
 信号的变换需要经过以下过程：物理量－传感器信号－标准电信号－A/D转换－数值显示。
 声明：为简单起见，我们在此讨论的是线性的信号变换。同时略过传感器的信号变换过程。
 定物理量为A，范围即为A0－Am，实时物理量为X；标准电信号是B0－Bm，实时电信号为Y；A/D转换数值为C0-Cm，实时数值为Z。
 如此，B0对应于A0，Bm对应于Am，Y对应于X，及Y=f(X)。由于是线性关系，得出为Y=(Bm-B0)*(X-A0)/(Am-A0)+B0。又由于是线性关系，经过A/D转换后的数学方程Z=f(X)可以表示为Z=(Cm-C0)*(X-A0)/(Am-A0)+C0。那么就很容易得出逆变换的数学方程为X=(Am-A0)*(Z-C0)/(Cm-C0)+A0。方程中计算出来的X就可以在显示器上直接表达为被检测的物理量。
 5、PLC中逆变换的计算方法
 以S7-200和4－20mA为例，经A/D转换后，我们得到的数值是6400－32000，及C0=6400，Cm=32000。于是，X=(Am-A0)*(Z-6400)/(32000-6400)+A0。
 例如某温度传感器和变送器检测的是-10－60℃，用上述的方程表达为X=70*(Z-6400)/25600-10。经过PLC的数学运算指令计算后，HMI可以从结果寄存器中读取并直接显示为工程量。
 用同样的原理，我们可以在HMI上输入工程量，然后由软件转换成控制系统使用的标准化数值。
 在S7-200中，(Z-6400)/25600的计算结果是非常重要的数值。这是一个0－1.0（100％）的实数，可以直接送到PID指令（不是指令向导）的检测值输入端。PID指令输出的也是0－1.0的实数，通过的计算式的反计算，可以转换成6400－32000，送到D/A端口变成4－20mA输出。

 以上讲述的是PLC中工程量转换的基本方法，程序的编写则因人、因事而异。但是万变不离其衷。如果大家感兴趣，我可以给出自己编写的程序供大家参考，同时也希望各位网友不吝赐教、互相交流。

PLC图解法编程是靠画图进行PLC程序设计。常见的主要有梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺控法。 
1、 梯形图法
梯形图法是用梯形图语言去编制PLC程序。这是一种模继电器控制系统的编程方法。其图形甚至元件名称都与继电器控制电路十分相近。这种方法很容易地就可以把原继电器控制电路移植成 PLC的梯形图语言。这对于熟悉继电器控制的人来说，是较方便的一种编程方法。 
2、 逻辑流程图法
逻辑流程图法是用逻辑框图表示PLC程序的执行过程，反应输入与输出的关系。逻辑流程图法是把系统的工艺流程，用逻辑框图表示出来形成系统的逻辑流程图。这种方法编制的PLC控制程序逻辑思路清晰、输入与输出的因果关系及联锁条件明确。逻辑流程图会使整个程序脉络清楚，便于分析控制程序，便于查找故障点，便于调试程序和维修程序。有时对一个复杂的程序，直接用语句表和用梯形图编程可能觉得难以下手，则可以先画出逻辑流程图，再为逻辑流程图的各个部分用语句表和梯形图编制PLC应用程序。 
3、时序流程图法
时序流程图法使首先画出控制系统的时序图（即到某一个时间应该进行哪项控制的控制时序图），再根据时序关系画出对应的控制任务的程序框图，较后把程序框图写成PLC程序。时序流程图法很适合于以时间为基准的控制系统的编程方法。 
4、步进顺控法
步进顺控法是在顺控指令的配合下设计复杂的控制程序。一般比较复杂的程序，都可以分成若干个功能比较简单的程序段，一个程序段可以看成整个控制过程中的一步。从整个角度去看，一个复杂系统的控制过程是由这样若干个步组成的。系统控制的任务实际上可以认为在不同时刻或者在不同进程中去完成对各个步的控制。为此，不少PLC生产厂家在自己的PLC中增加了步进顺控指令。在画完各个步进的状态流程图之后，可以利用步进顺控指令方便地编写控制程序。

1 引言

西门子S5系列PLC在我国工业生产中运用广泛，然而随着时间的推移和生产规模的不断扩大，目前这些运行中的S5 PLC有些已经逐渐无法适应新的生产需要，而且西门子公司已经不再生产S5系列PLC，一旦这些PLC某些部件发生故障将很难找到可替换的零配件。因此一些企业急需将原有的S5系列PLC升级为S7系列或者其它品牌的PLC。然而在某些生产环境中为了保证生产的连续性，不可能将所有的S5 PLC一次性全部替换，只能通过逐步、分级替换的方式来完成。在替换过程中新老PLC之间的通讯问题是能否完成新老PLC系统之间无缝连接以及系统升级能否顺利完成的关键。

本文主要论述了一种用于在特殊情况下解决S5 PLC与S7 PLC之间实现点对点通讯的解决方案。

2 项目概述

某公司立体仓库用于负责该公司产品的中转和储运工作，是保证整个生产能够顺利进行的关键环节。该自动化仓库采用先进的计算机网络监控方案，将整个生产过程分为o，1，2共3级进行管理。

其中，2级为计算机管理级别，负责生产任务的设定、管理，生产数据的维护、数据库的管理和维护、监控状态显示等功能，是整个中间库监控系统的大脑。

1级系统为西门子S5—155H PLC，负责将2级计算机产生的控制任务转化为0级系统能够识别的具体的代码，并将该代码发送给0级系统，调度0级进行相应的工作。同时，实时接收0级系统发送来的当前状态和任务执行情况，并将其传送给2级的计算机管理系统。1级PLC与2级计算机之间的通讯是通过以太网方式进行的，和。级之间的通讯过程是通过点对点通讯进行的。1级系统相当于自动化仓库中的神经系统。

o级系统为多个西门子S5系列PLC，具体控制各个不同的动作执行机构完成各项出入库任务。0级系统接收从1级PLC发送来的经过转换的代码，根据已经编制好的程序执行具体的动作过程，并将自己的工作状态通过1级PLC反馈给2级系统。当一项任务完成后，0级PLC将进入等待状态，等着2级安排新的任务。0级系统相当于整个系统的手和脚。

由于长时间大负荷运行以及设备老化等原因需要将1级管理系统的S5 PLC全部升级为功能更为强大的s7—400 PLC。在改造过程中要尽量避免对0级和2级系统程序的改动，而且新的S7—400 PLC要首先能够和O级的S5 PLC协调工作保证生产的正常进行。并且还要保证将0级PLC更换为S7—400 PLC后，O级和1级PLC协调稳定的运行。

3 项目实施中关键问题

系统升级的关键是解决新1级系统S7—400PLC和O级系统以及2级系统的通讯问题。由于原系统中O级系统S5 PLC的CPU配置为155U;点对点通讯为CP544(3964R通讯协议，RK512报文)，和1级系统之间使用的是点对点连接方式，1级系统和2级系统之间采用的是以太网连接方式。因此1级系统的S7—400 PLC CPU选用416—3;点对点通讯模块选用CP441—2加两个20mA电流环接口(3964R通讯协议，RK512报文);以太网模块为CP443—1。CP441—2模块通过RK 512协议与。级PLC通讯，CP443—1模块通过以太网与2级系统进行通讯。

但是在进行小规模试验的时候发现S7—400和S5进行点对点通讯的时候，短时间内运行没有问题，但是如果连续数天长时间运行的时候偶尔会出现丢失数据包的现象，这在24 h不间断的进出库操作过程中是不允许出现的，在去除了试验环境内所有可能的干扰源后，问题依旧存在。

4 解决方案

我们所采用的RK512协议包含物理层，数据链路层和传输层。每一个命令报文都有一个响应报文，保证数据的无差错传送，而且该通讯协议采用类似客户机服务器的通讯模式，通信的主动端通过“FETCH”读出被动端的数据，通过“SEND”修改被动端的数据。而且该协议目前主要用于与S5 PLC的串口进行通讯。

因此从通讯协议的选择上来说是正确的，不是协议本身的问题造成通讯过程中的丢包问题。于是我们从硬件方面的问题去查找，但是通过替换法检查，无论是S5还是S7—400 PLC通讯模块本身都没有问题。因此初步认为是由于西门子S5与S7—400之间点对点通讯模块存在某些不兼容的环节。我们决定通过第3方产品来实现S5与S7—400之间的间接通讯来解决这个问题。

通过查找发现WoodHead公司的产品可以进行各种常见通讯协议的转换，实现不同设备之间的通讯过程。基于这一点考虑，相同通讯协议之间进行通讯应该也可以实现。制定了一套测试方案并得到了一个GT4010网关进行S5和S7之间的点对点通讯测试。

GT4010 4串口网关(型号：APP—GTW—S4R)，每个通道内配置20 mA电流环通讯接口。GT4010通讯网关的通讯原理是通过不同的接口电路如20 mA电流环或者Modbus，连接支持不同的通讯协议的通讯节点，将需要进行通讯的数据采集到自己的数据库中，经过协议转换后再发送到目的节点上

http://zhangqueena.b2b168.com