6ES7321-1FH00-0AA0接线图形

6ES7321-1FH00-0AA0接线图形

PLC及其网络发展到现在，已经能够实现NBS或ISO模型要求的大部分功能，至少可以实现4级以下NBS模型或ISO模型功能。
     PLC要提供金字塔功能或者说要实现NBS或ISO模型要求的功能，采用单层子网显然是不行的。因为不同层所实现的功能不同，所承担的任务的性质不同，导致它们对通信的要求也就不一样。在上层所传送的主要是些生产管理信息，通信报文长，每次传输的信息量大，要求通信的范围也比较广，但对通信实时性的要求却不高。而在底层传送的主要是些过程数据及控制命令，报文不长，每次通信量不大，通信距离也比较近，但对实时性及性的要求却比较高。中间层对通信的要求正好居于两者之间。
     由于各层对通信的要求相差甚远，如果采用单级子网，只配置一种通信协议，势必顾此失彼，无法满足所有各层对通信的要求。只有采用多级通信子网，构成复合型拓扑结构，在不同级别的子网中配置不同的通信协议，才能满足各层对通信的不同要求。
    PLC网络的分级与生产金字塔的分层不是—一对应的关系，相邻几层的功能，若对通信要求相近，则可合并，由一级子网去实现。采用多级复合结构不仅使通信具有适应性，而且具有良好的可扩展性，用户可以根据投资情况及生产的发展，从单台PLC到网络、从底层向高层逐步扩展。下面列举几个有代表性公司的PLC网络结构。
      三菱公司的PLC网络
      三菱公司PLC网络继承了传统使用的MELSEC网络，并使其在性能、功能、使用简便等方面胜一筹。Q系列PLC提供层次清晰的三层网络，针对各种用途提供合适的网络产品.  
 （1）信息层/Ethernet（以太网） 信息层为网络系统中层，主要是在PLC、设备控制器以及生产管理用PC之间传输生产管理信息、质量管理信息及设备的运转情况等数据，信息层使用普遍的Ethernet。它不仅能够连接bbbbbbs系统的PC、UNIX系统的工作站等，而且还能连接各种FA设备。Q系列PLC系列的Ethernet模块具有了日益普及的因特网电子邮件收发功能，使用户无论在世界的任何地方都可以方便地收发生产信息邮件，构筑远程监视管理系统。同时，利用因特网的FTP服务器功能及MELSEC协议可以很的实现程序的上传/下载和信息的传输。
（2）控制层/MELSECNET/10（H） 是整个网络系统的中间层，在是PLC、CNC等控制设备之间方便且高速地进行处理数据互传的控制网络。作为MELSEC控制网络的MELSECNET/10，以它良好的实时性、简单的网络设定、无程序的网络数据共享概念，以及冗余回路等特点获得了很高的市场评价，被采用的设备台数在日本达到，在世界上也是的。而MELSECNET/H不仅继承了MELSECNET/10的特点，还使网络的实时性好，数据容量大，进一步适应市场的需要。但目前MELSECNET/H只有Q系列 PLC才可使用。
（3）设备层/现场总线CC-bbbb  设备层是把PLC等控制设备和传感器以及驱动设备连接起来的现场网络，为整个网络系统层的网络。采用CC-bbbb现场总线连接，布线数量大大减少，提高了系统可维护性。而且，不只是ON/OFF等开关量的数据，还可连接ID系统、条形码阅读器、变频器、人机界面等智能化设备，从完成各种数据的通信，到终端生产信息的管理均可实现，加上对机器动作状态的集中管理，使维修保养的工作效率也大有提高。在Q系列PLC中使用，CC-bbbb的功能好，而且使用简便。
     在三菱的PLC网络中进行通信时，不会感觉到有网络种类的差别和间断，可进行跨网络间的数据通信和程序的远程监控、修改、调试等工作，而考虑网络的层次和类型。 MELSECNET/H和CC-bbbb使用循环通信的方式，周期性自动地收发信息，不需要专门的数据通信程序，只需简单的参数设定即可。MELSECNET/H和CC-bbbb是使用广播方式进行循环通信发送和接收的，这样就可做到网络上的数据共享。对于Q系列PLC使用的Ethernet、MELSECNET/H、CC-bbbb网络，可以在GX Developer软件画面上设定网络参数以及各种功能，简单方便。
     另外，Q系列PLC除了拥有上面所提到的网络之外，还可支持 Profibus、Modbus、Devicenet、ASi等其它厂商的网络，还可进行 RS-232/RS-422/RS－485等串行通信，通过数据专线、电话线进行数据传送等多种通信方式。1.选用串口调试程序。建议使用多串口调试程序（MultiCOMWatch）
2、对于三菱FX系列的PLC，它的密码校验过程是通过明码方式的，所以可以通过监视通的办法来获得密码。它的通讯应答过程是这样的，编程软件与PLC连机时，PLC便将密码发送到编程器（电脑）中，等待输入正确的密码进行校验。
方法: 启动多串口调试程序（MultiCOMWatch）打开Com1（根据与PLC连接的端口决定）。
     确定三菱PLC型号。根据PLC型号选择在多串口调试程序的 文本 中输入对应字符串。( 说明  STX＝02　　ETX＝03 )
  PLC型号      文本对应字符串              HEX格式对应字符串               
FX2 　　　  　 \STX0700808\ETX6A　　　 　  02 30 37 30 30 38 30 38 03 36 41 32
FX2N　　　　  \STX0300808\ETX66　　　　　  02 30 33 30 30 38 30 38 03 36 36 32
FX2_EPROM 　  \STX0800808\ETX6B　　　　　  02 30 38 30 30 38 30 38 03 36 42
FXON/FXOX 　  \STX0800808\ETX6B　　　　　  02 30 38 30 30 38 30 38 03 36 42
FX1N/FX1X 　  \STX0800808\ETX6B　　　　　  02 30 38 30 30 38 30 38 03 36 42〈正确〉

A系列：
发送：A2 07 00 FF 02 05 AE 00 08 C3
接收：0B 00 FF 02 00 AA 77 55 BB EF CD AB A4 00密码：ABCDEF

发送：A2 07 00 FF 02 05 AE 00 08 C3
接收：0B 00 FF 02 00 AA 77 55 BB C1 B1 A1 A4密码：A1B1C1

分析：密码为返回字符中BB至A4之间的字符，以每2字符为单位，从右往左读出。

了解了上述字串后，可以自己用VB或其他的编程语言专门写一个读写密码的程序。如果你还想深入了解PLC与电脑之间的通讯，可以用硬件的监视通讯方法来整个过程。
3、发送后在接收框中将显示一串字符串,就是返回的密码,如果看不出来的话，将这些字符串拷贝到 HEX格式中,发送一次看看。（发送前记得先断开PLC）。

3 项目评估

3.1 硬件评估

PLC采用SIEMENS SIMATIC S7-200系列PLC。S7-200适用于的过程与逻辑检测、监测及控制的自动化。它的强大功能使其无论在立的运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。并且，S7-200具有高的性能价格比。

（1） SIMATIC S7-200系列PLC具有如下特点:

●SIMATIC S7-200的结构牢固紧凑;易于安装和接线。
●SIMATIC S7-200在电气上符合VDE、UL、CSA、CE、FM标准和船籍社船用电器认证，其体系已获得ISO9001认证。
●SIMATIC S7-200的CPU配有EEPROM，可性地存储用户程序和其它重要的系统参数。
●SIMATIC S7-200的CPU内设有硬件实现的实时时钟，以便用户作故障报警时间记录工作以及其它基于时间控制的工作。
●SIMATIC S7-200可对外供给传感器/负载直流24V电源，输出电流可达180mA～400mA。此外，还有电源模块可供选用。
●SIMATIC S7-200备有的扩展模块，可以很方便地对系统的输入输出点作扩展。
●SIMATIC S7-200具有高的性;丰富的指令集、集成功能和强劲的通讯能力;易于掌握和操作。
●SIMATIC S7-200 PLC具有高的抗干扰能力，特别适用于电磁干扰大的场合。
●S7-200 PLC编程灵活、调试方便，便于工程技术人员现场根据实际情况随时修改调整参数，节省调试周期。
●S7-200 PLC通过液晶中文文本显示器，方便用户管理人员现场察看设备运行使用情况及报警信息，同时可以操作现场液晶中文文本显示器调整参数。
●S7-200 PLC通过EM277模块接口，就能够联网到现场总线PROFIBUS-DP上进行高速，波特率为12Mbps。

（2） Pro-face Simple Touch可编程触摸屏特点

HMI则采用Pro-face公司新推出的小型可编程触摸屏Simple Touch系列。Pro-face（即Digital）公司是一家一直致力于Human Machine Interface（HMI）的领域，从1989年开发出世界台可编程触摸屏以来，一直以的产品满足客户的使用要求。Simple Touch系列小型可编程触摸屏作为Pro-face新推出的产品，具有以下特点:

●3.8英寸亮丽外观、体积小仅104mm×130mm,安装方便节约空间。
●强大的编程功能，6个功能键可自由定义。
●可连接国内外多种PLC，适应各种恶劣运行环境。
●琥珀色背光灯，支持2级亮度8级灰度。且可换背光灯，维护简易。
●ST402型具有RS285（MPI）口，专门用于和SIEMENS　PLC通信，速度可高达187.5kbps。
●和GP系列触摸屏共用一套编程软件GP-PROPBIII，该软件具有强大的网络通信功能，使用简单、组态方便。使用时，只需要设置PLC的类型和通信参数，并在监控画面的部件属性中设置正确的PLC位地址或字址，触摸屏工作时就能根据不同PLC的通信协议建立起与PLC内部地址的连接和通信。

3.2 软件评估

（1） 软件—WINCC6.0

“WINCC”即“bbbbbbS CONTROL CENTER”（窗口控制），它是应用于标准PC机和bbbbbbS标准环境中的,拥有各种便利功能，确保地对生产和工艺过程进行控制的人机界面（HMI）。WINCC是结合SIEMENS在过程自动化领域中的技术和Microsoft的强大功能的产物。其的技术地表现再以下几个方面:

●开放—WINCC采用开放性标准，集成简便。Microsoft SQL Server 2000—的实时数据库，在任何场合下，可在压缩的基础上每秒大存储10,000个测量值或100条消息，然后通过WINCC内置工具进行分析。通过各种开放性接口（SQL，ODBC，OLE-DB和OPC），可以随时应用外部工具进行数据归档处理。

●组态简便、—WINCC提供方便组态的用户界面、工具提示以及范围广泛的在线帮助和应用实例。级控制面板、组态向导、图形库、交叉引用表、多语言应用、离线检查、在线组态等一系列功能可使原本烦琐单调的组态工作变得简便和有趣。

●生动的用户界面—WINCC提供大量的图形库、开放的结构能导入各种制图软件所生成的图形，并能通过C++或VB对图形的各种属性进行变量连接或控制，从而使用户界面生动漂亮。

●性高—WINCC是SIEMENS公司与Microsoft公司共同开发的人机界面产品，结合SIEMENS公司在自动化控制领域的技术与Microsoft公司在IT的优势，WINCC在运行和控制上都非常稳定。

●强大的延展能力—WINCC提供大量的扩展功能，用户如有需要，只需花少量的价格,便能选购WINCC的其余功能软件，实现诸如多用户系统、服务器/客户机系统、Web Navigator、ProAgent、冗余、过程可视化和数据分析等功能。

（2） 远程数据软件—WI4.0

由于本工程有210台单机控制设备,而WINCC只能提供126个PROFIBUS从站的连接。故本系统采用WI 4.0作为从站设备数据采集。

西门子公司提供全范围的基于PC的自动化产品。作为工业领域中成熟的市场人，它已发展成为全集成自动化的中流砥柱，并把PC科技的开放性引入到了所有的自动化任务中。其优点在于:

● 4.0与上位软件WINCC通过bbbbbbS内部连接,将可视化功能和数据采集运算功能结合在同一台工控机,为用户节省投资成本。

●将IT科技与远程数据采集结合在同一平台上，SIM- ATIC NET通过PROFIBUS现场总线使基于PC的自动化与管理系统以及现场领域的I/O之间得以通讯。

上传的采集数据由CP5613卡通过PCI总线与工控机CPU数据交换,PCI总线具有133MB/S的率及很强的带负载能力,故与传统的RS-232串口115.2K/S的率相比提高了上千倍的速率,突破了大型建筑楼宇自控监控系统的速率的瓶颈,为本系统成功实现提供了有力的。

工控机内插三个CP5613卡通过三条PROFIBUS-DP总线与208台单机控制设备相连，PROFIBUS是目前上通用的现场总线标准之一，它主要特点如下:

●12M的通信速率和的通信质量（海明距离=4）
●适用多种通信介质（电、光、红外、导轨以及混合方式）
●灵活的拓扑结构,支持线型、树型、环型结构以及冗余的通信模型
●强大的通信功能,支持基于总线的驱动技术和符合IEC61508的总线通信技术
●的网络规模（多支持126个总线站,网络规格可达90公里）

4 触摸屏（HMI）典型画面设计

共分为三个画面:控制画面、数据显示画面及报警信息画面

喷油器是柴油内燃机的一个关键部件，是油泵油嘴行业中的主导产品之一。随着我国汽车工业的发展，对喷油器的需求无论在数量上还是质量上都有了新的要求，针对这一情况，我们设计制造了用来加工喷油器的组合机床。

该机床的机械结构复杂，动力头均由法国制造。要求加工精度高，电气挖掘系统功能强，工件加工动作紧，生产效。

为了实现该机床钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及复合钻孔等功能，我们选用了SIEMENS公司的SIMATIC S7-300可编程控制器和OP15字符操作员面板来达到电气控制的目的，使机床完成在自动方式、半自动方式和手动调零方式下的运行，并且可进行参数的设置及运行状态显示。当机床出现故障时，及时地发出报警信息，准确地排除故障，这种直观的显示方式，提供了良好的人机交互界面。

S7-300可编程控制器的结构为导轨式模块组合，易于换，可任意选择所需要的模块。而与之相配套的STEP BASIC软件则功能加强大，具有多样化的编程方式，可在线调试程序或监视标志位、定时器、计数器的实际运行状态，实现PLC的故障诊断、信息查询等功能。

OP15字符显示操作员面板可直接显示状态信息、错误住处和过程变量，这为使用者了角机床运行状态和故障住处带来了很大的方便。
OP15的编程软件PROTOOL/LITE，用于定义OP15的功能和接口，可实现各种显示的画面。
OP15通过MPI接口与S7-300可编程控制器连接，并由S7程序通过用户数据区建立和OP15的通讯。

有了上述的硬件和软件的支持，则非常有益于系统的软件设计。
机床的程序设计采用的是分布式编程，程序分成立的指令块，每个块包含给定的作业组的逻辑。

使用的编程方法是梯形图、语句表，根据实现的名作业功能编写出显示块、参数设置块、工作台运行块、自动循还块、动力注调整块等。这块程序块由组织块OB1调用，实现整体和程序的协调运行。

该机床经过几年的运行表明，整个系统设计合理，控制精度高，运行，提高了喷油器生产的自动化水平，减小了操作人员的劳动强度，提高了生产效率。

一、系统设计指导思想 

炼铁生产过程是在高炉内进行的一系列复杂的还原反应的过程，炉料（矿石、燃料和熔剂）从炉装入，从鼓风机来的冷风经热风炉加热后，形成高温热风从高炉风口鼓入，随着焦炭燃烧产生的热煤气流自下而往上运动，而炉料则由上而往下运动互相接触进行热交换，逐步还原，后在炉子的下部还原成生铁，同时形成炉渣。积聚在炉缸的铁水和炉渣，分别由出铁口和出渣口放出。 

高炉自动化过程主要包含高炉本体控制、给料和配料控制、热风炉控制，以及除尘系统控制等。高炉自动化的目的，主要是保证高炉操作的四个主要问题：正确配料并以一定的顺序及时装入炉内；控制炉料均匀下降；调节炉料分布及保持其与热煤气流的良好接触；保持高炉整体有合适的热状态。高炉自动化系统主要包括仪表及控制系统、电气控制系统和过程及管理用计算机。仪表控制系统和电气控制系统通常由DCS或PLC完成。 

高炉生产要求计算机控制系统能够很好地保证生产过程的连续性和实时监控性，而且要求数据量多，所有设备的自动化程度要高。计算机系统要求数据采集，刷新速率快，特别对通讯网络而言，速率、网络稳定性和正确性尤为重要。 

对检测仪表而言，也即对温度、压力、差压、流量、料位、重量的检测，要求数据的采集度≤0.2%，采集速率≤0.8S。 

高炉的自动化控制方案，应着眼于系统的性、实用性和性，并在此基础上提高系统的性价比。 

1．性 

高炉在钢铁厂生产中处于十分重要的位置，它不仅要及时稳定的给炼钢工序提供合格的铁水，还同时为轧钢加热炉提供煤气。高炉生产的短时间中断都会给整个生产流程带来不可估量的损失。 

因此，把系统的性也即性放在高炉控制系统设计的位。在设备控制方面，要满足炼铁设备及工艺的特定要求，完善必要的软硬件连锁，实现的开停车顺序控制，以及的处理突发性事件的应急处理方案，确保整个高炉生产系统的性。 

为保证这些设备运行，除了系统硬件之外，还在软件编程上增加多种保护功能，以进一步提高系统的性和性。 

2．实用性 

为适应中型规模钢铁厂在生产管理的技术基本点面上要求循序渐进、逐步提高的多数情况，对高炉生产的过程控制，设有手动和自动两种操作状态，两种操作状态之间，可实现无扰动切换。 

由工业微型计算机和PLC系统、计算机网络、控制软件组成在线计算机应用系统，下位机通过各检测仪表，采集高炉上料、配料运行数据、炉体温度、风温、风压，除尘系统等工艺参数。 

在手动操作模式下，上述工艺参数经过上位机计算机处理，使之成为清晰而的“软件仪表”，将过去人工来不及分析的、各种缺乏相关性的信息都能充分地利用起来，揭示出它们之间的内在联系，从而对判断高炉生产过程和指导操作起到了多的作用。 

在自动操作模式下，我们在常规PID调节的基础之上，增加了非线性变参数调节，自适应调节和智能控制等环节。 

经过计算机综合分析和建立数学模型，作为人工操作或自动调节的依据，并充分利用计算机储存信息量大的优点，为高炉的操作提供准确、合理的控制策略。 

3．性 

采用智能控制技术，以改变控制策略去适应对象的复杂性和不确定性。具有好的适应性、容错性、鲁棒性、自组织功能，具有自学习能力、强的实时性和人机协同功能。不仅依靠单纯的数学模型，而是能够根据知识和经验的积累，进行在线推理，做出非线性和多因素的判断，从而优选出能随动实时变化的控制策略。 

通过记录、分析高炉的历史生产数据，采用“优选图法”，指导操作人员，使之确定的每一步动作加和科学。在这种状况较之传统人工操作模式下，高炉各操作参数的离散程度将明显缩小，向着区间，甚至点靠拢的趋势将非常明显。 

在系统进一步优化后，可实现多种“趋势分析”，计算机能够做出趋势预报，及时为操作者提供多的手段，相当于真正做到了类似于传统操作模式下，工艺管理上经常会提出“早调、勤调、少调”的要求。高炉生产过程在应用本系统后将加趋向稳定。 

二、控制系统实施方案 

1．系统硬件 

本系统PLC硬件全部选用施耐德公司的Modicon TSX Quantum 140系列产品，网络连接使用Modbus TCP/IP Ethernet，速达100MBPS，采用信息行业事实标准TCP/IP，应用层使用Modbus协议，几乎不会发生冲突，交换式以太网技术的使用避免了冲突发生的可能。网络配置包括PLC端和PC机端两个部分。 

系统中的每套PLC系统通过插在主底板上的140NOE77100 TCP/IP Ethernet模块连接在100M快速以太网上，位置比较集中的可以采用双绞线连接。上位监控机采用双绞线连接快速以太网。每台上位监控机内各插入1块3C905C 100M以太网卡。 

通过Quantum 140NOE77100模块可以定义I/O数据表，使用Internet Explorer查看以太网状态信息和现场I/O数据，也可通过其它的内嵌功能，基于Web的BOOTP服务器配置，SNMP协议支持等，使网络建立、调试、管理都变得简单。 

3．组态软件 

软件系统设计包括PLC组态及参数配置、系统监控程序设计、网络通信配置、操作员站及工程师站人机界面设计四个部分。 

PLC组态及参数配置、下位机监控系统的编程均在Concept XL V2.6环境下完成，它易于使用，功能丰富，具有5种符合IEC1131-3标准的编程模式。特别是软件测试功能受用户欢迎，大大缩短了在线调试时间。高炉及热风炉根据控制流程不同，可以采用LD、FBD两种编程方式。程序功能包括系统初始化、参数量程变换、参数监视及异常处理、各种连锁及控制。 

本系统涉及工艺参数较多，有压力、温度、差压、流量、质量、料位、阀位、液位等等。高炉本体及热风炉控制工艺复杂，设计和配备必要的调节回路。灵活的Concept编程软件为实现各种控制工艺提供了丰富的功能，可以根据生产实际编写出各种需求的功能。 

上位监控工作站由8台Advantech工业控制计算机完成整个系统的过程数据采集、运行状态监视、系统设备控制，生产报表的生成和打印、数据备份等工作。上位机软件中人机界面的设计采用GE Fanuc iFIX 4.0软件，可实现实时、历史趋势，数据报表，数据，报警记录，动态显示等丰富功能。工业现场数据采集实时性好，可以完成监控画面设计、过程数据库建立以及软件各功能块的编制等项的功能。其着是确保系统，以及如何方便于操作。