西门子6ES7321-1FH00-0AA0型号规格

西门子6ES7321-1FH00-0AA0型号规格

虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的可靠性，但如果输入给PLC的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽回的经济损失。

    影响现场输入给PLC信号出错的主要原因有：


    1)造成传输信号线短路或断路（由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害），当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错；


    2)机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制；


    3)现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。


    影响执行机构出错的主要原因有：


    1)控制负载的接触不能可靠动作，PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作；


    2)控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作；


    3)各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统可靠性。要提高整个控制系统的可靠性，必须提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性，否则PLC应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽除故障，让系统安全、可靠、正确地工作

国内外的各制造行业厂商历来重视制造过程中的安全与保护。随着产能的不断提升，厂商对设备自动化的要求越来越高，机器和设备也越来越复杂、速度也越来越快。因此，厂商对这些机器的安全要求也越来越高。我们既要能够保安全、可靠性，又要保灵活、易维护性。这就对安全元器件的正确和合理的设计和选择提出了一定的要求。
安全功能在工业设备上的使用在发达国家已十分普及，例如，在欧洲有强制的安全标准，达不到相应安全等级的设备不能投产；在美国则依靠高额的事故赔偿来强制设备的安全性。通常，我们可以参照以下欧洲标准进行设备的设计：
EN 1050-1996 机械安全 风险评价
EN 292－1：1991 机器安全 基本概念与设计通则
EN 954-1 机械安全 控制系统有关安全部件 *1部分 设计通则
EN/IEC 60204 机械安全 机械电气设备
EN/ISO 13894 机械的安全 控制系统有关的安全部件
EN/IEC 61508 主要涵盖了电气/电子/可编程电子系统的功能安全
EN 418 紧急制动设备
EN 1088 与保护装置有关的连锁装置 设计和选择原则
EN 12415 机床 安全 小型数控车床和车削中心
EN 12417 机床 安全 加工中心
EN 12478 机床 安全 大型数控车床和车削中心
EN 692：1996 机械压力机安全
EN 693：2000 机床安全 液压机
EN 1550：1997 机床安全 工件夹紧用卡盘设计和制造的安全要求
在这方面我国还处于起步阶段，很多有一定危险性的设备没有任何安全保护措施，这也是工厂事故频发的一个重要原因。随着国家对此重视程度的提高和以人为本理念的逐渐深入人心，设备的安全性正得到越来越多的重视。
设备的安全性能由机械安全防护和电气安全控制两方面组成。机械安全防护在本文不做过多介绍，下面详细介绍电气安全控制的原理及应用。
安全控制系统必须提供一种高度可靠的安全保护手段，较大限度地避免机器的不安全状态、保护生产装置和人身安全，防止恶性事故的发生、减少损失。该系统在开车、停车、出现工艺扰动以及正常维护操作期间对机器设备提供安全保护。一旦当机器设备本身出现危险，或由于人为原因而导致危险时，系统立即做出反应并输出正确信号，使机器安全停车，以阻止危险的发生或事故的扩散。
一套安全控制系统，由安全输入信号（即安全功能，如紧急停止信号、安全门信号等）、安全控制模块（如安全继电器、安全PLC）、和被控输出元件（如主接触器、阀等）三部分组成。
要使设备达到相应的安全等级就离不开必要的安全元件和安全线路，常见的安全元件有急停按钮、双手按钮、安全门开关、安全光栅等。这些元件通过线路（一般是双回路）连接到安全控制的核心，此核心不是普通的PLC，因为它不具备安全功能。
具有安全要求的机器中，普通的继电器或者PLC被广泛地作为控制模块，对安全功能进行监控。从表面看来，这样的机器在一定条件下也能够**安全性。但是，当普通的继电器和PLC由于自身缺陷或外界原因导致功能失效时（如触点熔焊、电气短路、处理器紊乱等故障），就会丢失安全保护功能，引发事故。
而对于安全控制模块，由于其采用冗余、多样的结构，加之以自我和监控、可靠电气元件、反馈回路等安全措施，**在本身缺陷或外部故障的情况下，依然能够**安全功能，并且可以及时的将故障出来。从而在较大程度上**了整个安全控制系统的正常运行，保护了人和机器的安全。

电气安全控制的方式大致分为以下几种：
1.用普通继电器搭建有自锁和互锁功能的双回路线路。这种是较原始的安全控制方式，能达到较低的安全等级。其优点是廉，缺点是维护和改造十分复杂，无法监控。
2.使用安全继电器搭建安全回路。上个世纪随着安全继电器的出现，它已经越来越多的应用于各种工业设备中。可以用于控制单一安全功能，适用于小型的安全控制系统。其安全输出通常有继电器触点输出或晶体管输出。无论采用何种形式的输出结构，安全继电器都能够**至少2个通道进行输出的控制。在一个输出通道出现故障的情况下，另外一个冗余的通道依然能够**安全继电器的安全功能，并且及时出故障通道。常见的安全继电器品牌有皮尔兹、施迈赛等，现在西门子、欧姆龙等系统集成商也都相继推出了自己的安全继电器产品。此控制方式成本适中，能达到较高的安全等级，但如果安全元件多线路依然比较复杂，不适于大型生产线。
3.使用安全PLC进行安全控制。安全可编程控制器的CPU采用冗余的多处理器结构。各个处理器之间相互监控，一旦出现不一致，立刻使控制器处于安全状态，并且发出报警信息；同时，安全可编程控制器对内部的RAM，EPROM，输入输出寄存器等元件进行实时监控，并且采用特殊的测试脉冲对输入信号和输出被控元件进行，一旦出现任何不安全隐患，控制器立刻切换至安全保护状态。安全总线系统适用于大型、离散式的安全控制系统。其原理是在现有工业现场总线的基础上，采用了一系列的时间检测、地址检测、连接检测和CRC冗余校验等措施，达到高的安全等级。安全PLC是上世纪末出现的产品，他的优点是可编程性能强大，使用安全总线能实现很高要求的安全控制，但成本较高。
4.使用可编程安全继电器进行安全控制。可编程安全继电器是近年推出的安全产品，它介于安全PLC和安全继电器之间，即具有一定的可编程性，价格却不是很高。安全继电器是一个多功能、可自由配置的模块化安全系统。与其他普通安全继电器不同，可编程安全继电器的安全电路可在个人电脑上使用图形配置工具生成。通过基础模块上的RS232接口可以直接向可编程安全继电器写入程序。

以上简单介绍了安全控制的几种方式，那么与安全等级密切相关的安全元件是如何达到安全控制的目的的呢？下面进行分类介绍：
1.防短路功能。安全线路一般使用双回路控制，即使有一条线路发生短路，依然能防止设备在不满足要求的状态下运行，另外安全继电器和安全PLC都有短路诊断功能。
2.放粘连功能。安全继电器与普通继电器不同，普通继电器在长时间电弧的作用下有可能发生触点的粘连，而安全继电器由于其特殊的结构，能**在回路不满足条件的情况下触点强制断开。
3.安全区域功能。通过安全门锁和安全光栅行程*的安全区域，一旦进入安全门或穿越光栅，在安全控制的作用下设备能够强制停机，**生产人员的安全。
4.冗余功能。安全PLC和安全总线都具有冗余功能，确保在外界干扰下的安全性能不受影响。
对于安全功能4个以下的单台设备或流水线，我们可以使用紧凑型安全继电器。例如，在动力车间中的单台数控机床，其安全功能通常包括数个紧急停止按钮、一扇至二扇安全门，并且安全等级在3级以上。对于这样一个应用，我们可以采用一个紧凑型安全继电器控制所有的紧急停止按钮；再使用1/2个紧凑型安全继电器控制1/2扇安全门。任何一个安全继电器被触发，安全输出必须切断相关负载（如控制轴运动的变频器或伺服）。
对于安全功能在4至14个的设备或流水线，我们推荐使用模块化的可编程安全继电器来得到更高的灵活性和更低的成本。我们以一条油漆自动化线为例，在此生产区域中，通常包括在安装在喷涂区域进出口的2对安全光栅、4/8个安全门、若干个紧急停止按钮、2套屏蔽传感器，并且安全等级在3级以上。我们当然可以选用紧凑型的安全继电器来实现以上安全功能。但是这种解决方案的成本较高、接线繁琐、故障诊断困难。而可编程安全继电器的应用，不但能够可靠、的完成安全功能，并且能够从设计、购买、维护中降。
对于安全功能在数十个以上、或者大部分的安全功能都离散分布的现场，可编程安全PLC系统和安全总线系统可以使复杂的安全控制变得简便、清晰。在大型冲压流水线中，安全PLC都有成功的应用案例。通常，一条冲压流水线高10m，长50m，分为涂油、冲压、剪切 等几个工作区域。每个区域都有2扇冲程门和若干的紧急停止按钮；外围还需要有安全光栅保护换模区域；此外冲压机械中还有大量的安全信号（比如上死点、阀信号等）需要接入安全控制系统，并且以复杂的逻辑关系贯穿于整个安全控制回路。在这种情况下，可编程安全继电器和安全总线系统是较为合适的解决方案。安全PLC可以简便的实现复杂的逻辑关系。通过安全总线可以将分散在现场的安全输入信号通过一根电缆集中至主站进行控制。
在我国的生产制造行业，各种安全控制系统已经得到广泛应用。以汽车行业为例，合资企业使用欧美的进口设备，一般都具有较高的安全等级，例如一汽大众、上海大众、上海通用的生产车间就是如此。而多数民族汽车品牌大都使用国产设备，如奇瑞汽车，长城汽车等，在其冲压焊装和总装线上大范围使用了国产设备，也大都配备了安全继电器和安全PLC等安全控制系统，提高了生产的安全性。随着以人为本理念的深入贯彻，相信安全控制在未来的工业生产中将得到更加广泛的应用。

S7－200 PLC与iFIX组态软件通讯

iFIX3.0是Inbbtion Dynamics自动化软件产品家族中的HMI/SA较重要的组件，它是基于bbbbbbsNT/2000平台上的功能强大的自动化监视与控制的软件解决方案。该系列软件以SA(Supervisory Control And Data Acquisition)为核心，实现包括监视、控制、报警、保存和归档数据、生成和打印报告、绘图和视点创建数据的显示形式等多种功能。它们包括数据采集、数据管理和集成3个基本功能。

 

1  西门子S7-200 PLC及其网络通信功能

 

        SIMATIC S7-200系列PLC具有结构小巧、运行速度高、价格低廉、多功能、多用途等特点，具有较高的性能价格比；适合控制点分散控制系统和中小型控制系统。

 

        S7-200的网络通信功能：S7-200系列PLC通信接口是9针RS-485标准串行接口，可通过PC/PPI电缆与计算机联接，也可通过通信扩展模块与其它PLC及设备连成网络。

 

        (1)  SIMATIC S7-200网络（PPI协议）

    采用PPI（Point to point interface）协议，S7-200 PLC能以19.2Kbit/s的率与PC机（通过PC/PPI电缆）及SIMATIC的编程设备、TD200文本显示器、HMI（操作员控制和监视）设备以及其它的S7-200 PLC相连。

 

        (2)  自由口模式（用户可编程接口协议）

    采用可编程自由口通信模式（free port mode），在用户程序中进行编程与配置，可以使S7-200 PLC与任何需要的设备如变频器、调制解调器、打印机、条码阅读器、电机驱动器、终端或其它S7-200 PLC进行灵活地通信。

 

       (3)  PROFIBUS-DP网络

    利用EM277通信扩展模块，S7-200 PLC只能作从机使用。它提供了与过程现场总线系统PROFIBUS-DP之间良好的接口能力，能与所有的SIMATIC系统组件直接通信，进入到快速（12Mbit/s波特率）的现场总线领域。

 

2  西门子S7-200 PLC与iFIX3.0通讯

 

    西门子S7－200 PLC可以通过PC/PPI电缆直接与上位PC机连接，建立通讯，但是由于PPI协议是西门子公司未公开的协议，iFIX3.0的公共驱动程序不包括针对PPI协议的S7－200 PLC的驱动，因此西门子S7－200 PLC与iFIX3.0通讯必须开发特定的驱动程序，增加了开发周期和开发费用。利用可编程自由口通信模式（free port mode）在PLC上通过编程转换为公开类似Modbus的协议，通过固定对应方法建立S7－200 PLC与iFIX3.0的通讯。

 

3  西门子S7-200 PLC自由口通讯程序

 

    本程序包括一组子程序和中断程序，通过S7-200自由端口功能来产生从Modbus RTU，使PLC作为从站，上位PC机作为主站。子程序和中断程序用来初始化和处理Modbus的请求。有两个程序必须加到用户主程序中，一个程序用来在*一次扫描时初始化Modbus，另一个程序检查一个M位，和处理已有的Modbus请求。*二个程序放在靠近用户主程序结束的地方（就在MEND之前），以便数据只在扫描结束时发生改变。

 

    ***程序结构***

    主程序：

    NETWORK 1

    LD     ***0.1

    CALL   COMM_INIT

    NETWORK 2

    LD     M31.7

    CALL   RW_CALL

    R      M31.7, 1

    子程序和中断程序是：

             SBR100     初始化 Modbus RTU 驱动器.

             SBR101     处理 Modbus 请求和传送响应

             SBR102     处理 Modbus 功能1和2

             SBR103     处理 Modbus 功能3和4

             SBR104     处理 Modbus 功能5

             SBR105     处理 Modbus 功能 6

             SBR106     处理 Modbus 功能 15

             SBR107     处理 Modbus 功能 16

             SBR101     产生错误响应2

             SBR102     初始化 CRC 表

             SBR103     计算 CRC

             INT150      静止线定时器到时处理

             INT151      在等待静止线定时器到时期间收到字符的处理

             INT152      接收请求的首字符.

             INT153      接收请求的其余字符

             INT154      静止线定时器到时后结束请求

             INT155      发送完后复位静止线寻找

    本程序允许一个或多个S7-200连接到主Modbus。它利用S7-200的自由通信口功能来执行Modbus RTU协议。Modbus RTU协议是一个二进制协议。Modbus RTU协议传送8位二进制字符，每个字符也包括一个起始位，一个或两个停止位(S7-200提供一个停止位)，一个可选择的奇偶校验位。Modbus RTU协议是一个主从协议。这就意味着一个网络配置包括一个主设备（一台主机）和一个或多个从设备。每个从设备有不同的地址。主机给一个从机发送请求，然后等待从机的响应。从机将回答此请求已收到或出现错误。如果请求没有正确接收到，则有象奇偶错或CRC(校验和)错这一类的传送错误。此时从机将不响应，主机必须在等待一个适当的时间后重新发送请求。以下讲述的程序设定S7-200为9600波特，偶校验它可以通过在SBR 50里修改通信口设置而改变Modbus RTU协议使用CRC(循环冗余检验)来进行出错校验。

 

    在此程序中S7－200 PLC存储器区域对应Modbus：（程序无Q区域，控制输出用M区）

    I0.0->10001,I0.1->10002,……I0.7->10008,I1.0->10009……

    VW0->40001,VW2->40002,VW4->40003,VW6->40004……

    M0.0->00001,M0.1->00002,……M0.7->00008,M1.0->00009……

 

4  在上位PC机设置iFIX3.0与西门子S7-200PLC通讯

 

    在上位机安装iFIX的I/O驱动库中的MB1驱动（针对Modbus协议），进入iFIX3.0系统配置（SCU）环境，启动MB1驱动，建立iFIX3.0与西门子S7－200 PLC连接。

 

    首先，添加通道（Channel0，Channel1……）在此项中设置通讯方式、通讯接口、通讯速率、通讯数据格式等；在此方案中选波特率9600，8位数据，1位停止位，偶校验（9600 8E1）。

 

    然后，在通道下添加设备（Device0，Device 1……），在此项中与设备连接，设置设备地址，数据重发次数，延迟时间等；注意设备地址必须与通讯程序中地址一致。

 

    最后，再在设备中添加数据块（DataBlock0，DataBlock1……），通过与上述通讯程序设定的对应关系：

    I0.0->10001,I0.1->10002,……I0.7->10008,I1.0->10009……

    VW0->40001,VW2->40002,VW4->40003,VW6->40004……

    M0.0->00001,M0.1->00002,……M0.7->00008,M1.0->00009……

    添加各数据块。

    注意，以上各步骤中把Enable框选上，iFIX3.0与西门子S7-200 PLC通讯完成。

 

5  结语

 

    iFIX3.0与西门子S7－200 PLC通讯问题主要是协议方面的问题，而S7－200 PLC提供的可编程自由口通信模式（free port mode）给用户提供了解决问题的途径。同时S7－200 PLC自由口通信协议可解决很多通讯方面的问题。