西门子模块6ES7211-0AA23-0XB0技术介绍

西门子模块6ES7211-0AA23-0XB0技术介绍

PLC温度数据采集程序的编制

     DVP04PT温度测量模块可接受外部4点铂金属温度传感器(PT1003线100Ω)，将其转换成14位的数字信号。通过DVP-PLC主机程序以指令 FROM/TO来读写模块内的数据，模块内具有49个CR(ControlledRegister)寄存器，每个寄存器有16Bits。电源单元与模块分离，体积小，安装容易。可选择摄氏温度(℃)或华氏(℉)温度，摄氏温度输入分辨率为0.1℃，华氏温度输入分辨率为0.18℉。 

     两块温度测量模块扩展于PLC主机的右侧，6支三线制PT100温度传感器按规定接入2块DVP04PT温度测量模块中，**块接入4支，接入4个通道，第二块接入2支，使用1、2两个通道，不用的通道，短接避免干扰。依据台达PLC特殊扩展模块的规则：主机DVP32EH右侧**个特殊扩展模块所在的位置编号为K0,右侧第二个特殊扩展模块所在的位置编号为K1,依此类推，较多扩展八块……

编写温度采集的数据程序如下：

程序说明：

**块测温模块

（1）利用FROM指令读取模块DVP04PT-H2内＃0寄存器（CR）内的机种编码=H6402，以便检测判断模块是否存在，种类是否正确。

（2）利用TO指令，在PLC由STOP→RUN的**个扫描周期内，设定CH1~C4输入信号的取样平均次数为4次。

（3）判断DVP04PT-H2是否正确，正确事时导通，从CR#6~CR#9中读取CH1~CH4测量摄氏温度(°C)信号平均值共4笔放在 D100~D103中。从CR#18~CR#21中读取CH1~CH4测量摄氏温度(°C)信号现在值共4笔放在D110~D113中。

 

3.3、温度数据显示、记录组态程序的编制 

     组态软件采用北京亚控公司的组态王6.53版本，由于本项目是试验性的、记录数据，故采用64点演示版，开发与运行，间断地运行两个小时足以。

3.3.1组态王与台达PLC通讯的建立 

     台达的DVP系列PLC和上位机的组态王通讯采用串行通讯，使用组态王本身驱动，支持RS232和RS485两种通讯方式。


本例采用RS485通讯，硬件配置设置值如下：
计算机通过RS232串口接转换模块，变成RS485信号后，接到PLC的485口上

波特率9600

数据位7位

停止位1位

校验位偶校验

切记：将PLC中决定通讯格式的特殊数据寄存器D1120设置为：0X8E

3.3.2组态数据显示画面、温度记录曲线 

     用组态王软件可以实现精确、细腻的互动显示操作，大量的图库精灵，多种通讯驱动程序，强大的在线、离线模拟功能，支持配方功能和多种控件，能完成各种物理量如温度、压力等的实时曲线、历史曲线的数据存储，具有打印功能，可满足各种工艺要求。温度显示画面、历史曲线显示画面如下：

温度显示画面

温度记录历史曲线画面

 

四、结束语 

     组织有关技术人员，对测量的历史数据曲线进行分析，很快得出结论，提出整改方案，整改后效果明显，产品合格率大幅度提高。本温度数据采集系统为整改方案制订提供了关键性的依据

一、通过STEP7软件建立一个新项目OPC,在项目中添加SIMATIC 300站和一个PC 站，其中PLC站中第四个槽安装的CP343模块。PC站的**个槽 为OPC SERVER ,第三个槽为 IE GENERAL，然后在NETPRO下配置PLC和PC站的网络连接：（注意：是在PC站上新建的网络连接，连接类型选的S7连接）

二、通过station configurator软件 配置本机的PC站（要和STEP7中配置的相同），然后把PLC和PC站都下载下去（注意：下载PC站的时候要把S7ONLINE （STEP7）－－->；PC internal(local)）。

三、打开OPC Scout,（Start>；SIMATIC>；SIMATICNet>；OPC Scout）， 双击&ldquo；OPC

SimaticNet&rdquo；在随之弹出的&ldquo；ADD Group&rdquo；对话框中输入组名，本例命名为&ldquo；OPC&rdquo；。

点击OK 确认 ；

；双击已添加的连接组（OPC），即弹出&ldquo；OPC Navigator&rdquo；对话框，此窗口中显示

所有的连接协议。双击&ldquo；S7&rdquo；，在PC Station 组态NetPro 中所建的连接名会被显示（S7

connection_1）。双击此连接，即可出现有可能被访问的对象树（bbbbbbs tree），在PLC

CPU 中已存在的DB 块也会出现

以上完成的OPC SERVER部分的配置。

四、用VB编写OPC客户端应用程序。主要程序代码如下:

(1) 连接OPC服务器

Dim WithEvents MyOPCServer As OPCServer ‘定义服务器对象变量MyOPCServer

Dim WithEvents MyOPCGroup As OPCGroup ‘定义OPC组对象变量MyOPCGroup

Set MyOPCServer = New OPCServer

MyOPCServer.Connect " OPC.SimaticNET" ‘连接SIMATICNET 的OPC服务器

(2) 添加OPC组对象

Set MyOPCGroup="MyOPCServer".OPCGroups.Add("Group1")

‘添加OPC组对象

MyOPCGroup.IsSubscribed= True

‘设置该组数据为后台刷新

MyOPCGroup.IsActive = True

‘设置该组为状态

MyOPCGroup.UpdateRate=1000

‘设置数据刷新时间为1000

(3) 添加数据项

Dim abItemIDs() As bbbbbb

‘项标识符

Dim abClientHandles() As Long

‘客户端句柄

Dim abServerHandles() As Long

引言
随着计算机网络及现场总线技术的发展，PLC和触摸屏在楼宇自动化和工业控制中的应用非常广泛。现场总线技术及其总线接口模块、智能仪表、控制设备等组成的综合监控系统已成为当前自动化技术发展的一个重要方向。在工控领域，西门子ＰＬＣ与富士触摸屏结合运用的技术已越来越为工程人员所了解与熟悉 ,由于触摸屏具有操作简便、界面美观直接、编程容易掌握、与ＰＬＣ通讯良好、抗干扰能力强等特点 ,它正迅速地渗入各个行业 ,发挥自动化控制的较大优势。
PROFIBUS提供了两种通信协议：DP、FMS，富士UG系列的触摸屏支持其中的DP协议。富士触摸屏具有很强的兼容性，可以与几十个厂家的PLC通讯，兼容性极强，而且还可以和计算机通讯（开放式通讯协议）。
通过接口单元、UG031-P通讯卡及总线的连接，UG触摸屏可以作为从站和作为主站的西门子的S7-300或S7-400系列的PLC通信（网络结构示意见图1）。 


系统结构
本文的背景为某食品加工厂某控制系统包括原料混料线、薯饼生产线、包装线等构成的主线系统，以及蒸汽锅炉系统、水系统、压缩空气系统、照明系统、通风系统和消防系统等构成的辅助系统。各系统位置比较分散，控制点较多，其中包括150多台电机，40台变频器，26个温湿度控制点。
由于系统比较复杂，控制采取分层控制策略，由两台上位机完成工厂级的监控及数据管理功能，触摸屏和PLC完成现场级的控制，采用Profibus现场总线的方式进行通讯。上位机留有接口，可连接局域网和广域网，以利于进一步的开发。其中数字输入点有900多点，数字输出有400多点，模拟量输入20个。
下面以这个食品加工厂为例，组成一个集中控制系统，系统结构如图2所示。
其中PLC(1)用于主系统，PLC(2)用于辅助系统。辅助系统的组成与主系统相似，因此图中省略了其构成。PLC选用西门子PLC,S7-300系列的CPU315-2DP和S7-200系列的CPU226，PID模块为FM355C，通讯模块为CP342-5，扩展模块为IM153-1，I/O模块则使用到：数字输入模块选SM321、数字输出为SM322、模拟量输入为SM331。上位机选用西门子的工控机，它内置了PCI接口的CP5611卡用于与PLC通讯。
选用西门子PLC,S7-300系列的CPU315-2DP是为了能进行扩展I/O模块以满足控制点数的要求，而用于扩展的IM模块的选型则是依据IM模块与中央控制器CPU315-2DP的距离。
由于所有的I/O模块均放在同一组控制柜里，因此选用了通讯距离在5米范围内的IM153-1[1]。当IM模块与中央控制器的距离较远时可以选择通讯范围为100米的型号的IM模块。
触摸屏选用富士UG420H-SC1，10.4英寸、128色STN显示，基于bbbbbbs95/98/NT操作平台下的**组态软件，界面友好直观，易学易用，大大节省产品开发周期。编程软件中备有大量的图形库（开关、灯、棒图等）供选择，还可以根据用户需求编辑所需要的工艺图形，能够转换BMP文件和AUTO中的DXF文件


触摸屏的通讯设置及界面设计
在硬件连接完成后，需要在组态软件中*系统的硬件配置以及设置一些通信参数等等。首先制定所使用的触摸屏的类型，这里选择默认的UG420（640*480 10.4inches）；下一步*和触摸屏通讯的PLC类型及型号，这里选SIEMENS S7-PROFIBUS；较后一步*系统参数，首先是读区和写区，读区是指作为从PLC读入数据的缓冲，如果系统中需要显示趋势图的话那么读区应当设大一些，一般设1000个字就可以了，写区用于显示存储屏幕的状态、页码、画面层叠以及报警状态等等。另外在对话框No.of Word Setting for I/O中需要指出触摸屏的MPI地址，以及传输的帧长度，MPI地址在PLC的硬件组态里已经定义好了，两者必须一致，否则会出现通信错误。另外帧长度为32字节；奇偶校验为奇校验；数据长度8位；停止位1位；通讯方式RS-485。
UG00S-CW具有非常完善而强大的组态功能，在开发组态的时候，开发者可以不去考虑通信协议的问题，因为富士公司已经将这一切的技术细节都屏蔽掉了，它具有智能的寻址功能。在建立一个按钮时，这个按钮在PLC中的预先有定义（在西门子PLC中，无论是数字量还是模拟量的定义都是在DB块中）。设这个按钮的地址是DB2.DBX2.0（它的含义是第2个DB块中第2个字节的第0位），触摸屏中按钮的地址应表示为DB2：2-0。我们可以看到，除了地址的书写方式有所不同以外，你几乎*作其他的工作，你*去定义变量、更*去理会通信的帧结构等等。
对于模拟量同样如此，只不过在模拟量中你需要指出模拟量所占的字节个数，其他的同数字量一样简单。
可以说，UG00S-CW在处理基本的模拟数字量的时候非常简单、方便，但是在处理一些较为复杂的情况时却遇到了问题。其中就涉及到富士触摸屏和西门子PLC中的通信格式的兼容问题。
系统中有些PID控制的模拟量需要用趋势图来显示，UG00S-CW中显示趋势图并不复杂，首先点一下趋势图的图标，在弹出的对话框中选择趋势图的类型，然后选择每条曲线对应的地址即可。但是在联机调试时却总是出现comunication error（通信错误）信息，经过排查发现问题出在趋势图上，如果将趋势图从程序中去掉，则一切正常，后来我就尝试先将西门子PLC中的对应的模拟量数据读入触摸屏的缓冲（即内部存储区），然后将趋势图每条曲线的地址改为对应的内部地址。经过联机调试，发现不再出现comunication error信息，但是趋势图的曲线的显示却极不正常。经过观察，发现除了当模拟量的值为零时曲线显示正常，而为非零时曲线则指向无穷大。这个问题曾让笔者百思不得其解，后来终于想到有可能是西门子PLC和富士触摸屏在存储格式上可能会不兼容。原来富士触摸屏中趋势图中的模拟量一般都是双字（4字节），它从西门子PLC读取的顺序是将**字读为高字，第二个字读为低字，而西门子PLC中模拟量的存储为先存低字再存高字，这样富士触摸屏从西门子PLC中读入的数据刚好都是高低字颠倒的。因为一般模拟量的值都比较小，所以高字都为零，这样相当于将原来的值乘了一个2的16次方的数，远远超过了模拟量的上限，所以才出现了以上情况。
为了解决上面的问题，需要将PLC中的数据读入，然后依次高低字颠倒，然后再将趋势图的曲线地址指向存储修正数据的内部地址即可。为了完成这个功能，需要用到UG00S-CW的宏指令，富士UG00S-CW平台提供了丰富的宏命令集，主要有以下几类：

按钮类，当按下一个按钮时可执行的 ON macro和当松开一个按钮时可执行的 OFF macro。
屏幕类，当打开一个界面时可执行的OPEN macro，当关闭一个界面时可执行的 CLOSE macro，当打开一个界面后不断循环执行直到这个界面关闭为止时停止的 CYCLE macro。
宏模式，即宏指令程序段受某一个比特位的控制，当这一位为1时执行，为0时停止，这个比特位可以是PLC中的地址，也可以是触摸屏的内部地址。
富士UG00S-CW的宏命令集和汇编语言非常相似，不过此外还增加了许多系统命令功能和辅助功能，使得开发程序更加方便快捷。触摸屏中的存储格式是字，地址用$u来表示，例如$u1000就表示第1000个字，$u1000-14就表示第1000个字的第14位，触摸屏中没有用来表示字节的地址表示方式。在这个食品生产线上有多个PID控制回路，每个回路对应一个趋势图，以**个回路为例，它占用Buffer1（较多有12个Buffer可供使用）趋势图有三条曲线PV、SP、OP，它们所对应的PLC地址分别为DB10：DBD0，DB10：DBD4， DB10：DBD8，然后将调整后的地址存入定为$u500~$u505，程序段如下：

/*首先将模拟量读入触摸屏内部，使用块赋值BMOV指令，即将DB10：DBD0~ DB10： DBD8赋值到$u500~$u505*/
$u500=DB0010：0000 C：12（BMOV）
//下面将各个量的高字和低字颠倒
$u600=$u500 （W）
$u500=$u501 （W）
$u501=$u600 （W）
$u602=$u502 （W）
$u502=$u503 （W）
$u503=$u602 （W）
$u604=$u504 （W）
$u500=$u505 （W）
$u505=$u604 （W）

然后将此程序段拷贝到每一屏幕的CYCLE macro中，然后将buffer地址初始地址指向$500，抽样模式定为：Constant Sample，曲线条数（即No. of Word）定为3条，存储长度为500，其他的设置为默认值，趋势图中对应三条曲线的地址改为$u500,$u502,$u504，这样才能保证触摸屏中的数据和PLC中的数据同步更新。将程序下载到触摸屏，经过联机测试，一切正常。

3.3 主控plc需求

      在南京轨道交通二号线环控系统中，在车站两端环控电控室内分别设冗余plc控制器及带控制器的i/o，集中监控车站被控机电系统各设备(包括区间射流风机、区间隧道风机、排热风机、回/排风机、空调新风机、组合式空调机组及相关风阀等)的运行状态和故障信号，接收车站的操作命令，并上传数据。两端的冗余处理器分别放置在车站两端的环控电控室内的plc机柜中。处理器带i/o模块，与环控电控室内被监控设备的硬线接口，在每端的plc柜中设置modbus通讯端口，完成与环控电控室内的被监控设备的通讯接口。每端的主控制器上设置两块块以太网卡，向上接入车站级100m以太网，实现数据的可靠上传与下发。主控冗余plc之间通过光纤进行通信，以实现主控冗余plc之间的冗余切换功能。

3.4 ibp盘的plc需求

      在南京轨道交通二号线环控系统中，在车站控制室各设置一个ibp紧急后备盘，对于应急、备份和直接的操作要求，设置在ibp盘上，由相关人员根据具体情况及相应的操作规程进行处置。当车站各专业系统的设备发生故障时或紧急情况下，可通过ibp实现车站的关键控制功能。ibp在每个车站控制室为以下控制操作提供紧急操作功能。ibp为操作值班员提供常用设备的备用操作手段，**设备的正常运转。

      ibp作为排水泵、隧道通风系统、车站大系统、小系统在火灾模式或列车阻塞模式等的运行控制的紧急后备操作盘。当车控室工作站(由主控系统配置)出现故障时，可以通过综合后备盘ibp，手动紧急控制通风排烟设备按灾害模式运行。此外,ibp还根据ats、pa、pscada、afc、psd、fas等专业的要求提供的报警音响器件、控制按钮以及指示灯等元器件。

      ibp盘的plc要求必需完成上述所提到的功能，并可以实现与车站的冗余网络进行互联。

3.5 就地级i/o的需求

      在南京轨道交通二号线环控系统中，就地级设备控制由就地级控制箱、ri/o模块等设备组成，通过现场总线与车站的plc连接，实现对现场信号的采集、信号的转换和控制信号的输出。通过plc**通讯模件，与具有智能通信接口的各个现场设备通过现场总线，实现数据的通讯。通讯协议为modbus或profibus现场总线。通过plc**通讯模件，实现不同通信要求的转换，保通信数据的实时采集和安全传输。

      实现单台机电设备的就地控制，满足设备的现场调试和现场控制的要求。可对现场设备的状态进行数据采集、并将信号转换输送到上位控制系统，同时，执行控制器的控制命令，完成现场设备与控制系统的连接。

      具有智能通信接口的各个现场设备通过现场总线和控制器相连接，实现数据的通讯与数据交换。采用各个通信接口模块，用以实现不同通信信号的数据交换要求，保现场数据的实时采集和安全传输。实现对远离主控制系统的末端设备的信息和监督控制。

4 modicon plc的具体解决方案

4.1 施耐德plc简介

      施耐德电气公司不仅是公认得可编程逻辑控制器plc的**，同时也是plc热备系统技术发明的拥有者。quantum通用自动化系统是专门面向过程控制而设计的通用的自动化系统平台,适用于轨道交通，电力，化工，建材等各行各业的工业控制和自动化领域中。quantum继承和发展了施耐德自动化modicon产品一贯的特点和优点，并且融入了当今较新的it技术和网络技术，具有结构灵活、功能强劲、使用简便、性价比高、集成度高、兼容性好,广泛的开放性等众多特点。

      quantum系统已在国内外诸多行业中得到了非常广泛和成熟的应用，并在工业现场经过了长期、稳定运行，受到了广大用户的信任和称赞。quantum系统具有配置简单、接线方便、易于维护、隔离性好，结构坚固，抗腐蚀强，适应极其恶劣的工业环境。并且quantum所有部件均可带电热插拔，并且平均无故障时间均大于200000小时。

      quantum 自动化平台提供多种形式的解决方案。单机架控制系统较大448个i/o点，多站点控制系统可配置网络服务功能，较大64000个i/o点。在通讯选件的支持下具有至工厂级和现场总线网络ethernet、modbus plus，profibus-dp，interbus等的连接性能。

      使用unity pro软件的双机热备系统能够实现主备机之间平稳、无缝的切换。切换对于过程而言是透明的，系统对过程的监控不会中断，并且不会因为发生硬件故障而受到不利影响。quantum 模块的i/o站点在unity pro 软件编程环境中进行配置，使用unity pro 的双机热备系统因此能够减少停机时间，从而提高生产效率。

4.2 plc模件选型

      我们根据根据在南京轨道交通二号线环控系统的要求，通过调研，根据南京轨道交通二号线的实际设计方案，选用了施耐德公司推出的modicon quantum 系列plc作为南京轨道交通二号线环控bas系统的plc组网方案