西门子6ES7223-1PH22-0XA8售后

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0 引言
    PLC(可编程程序控制器)是一种为普遍的、应用于各种环境的工业控制器。西门子公司的PLC通过用户存储的应用程序来控制生产过程，具有性高、稳定性好、实时处理能力强、价格低廉等优点。为工业自动化提供了几乎的现代化自动控制装置。但是PLC不具备键盘、显示器等人机交互设备，不能实时地对控制参数进行修改及显示系统的运行状态。西门子公司的TD系列的文本显示器价格昂贵而且在低温下无法正常工作。另一方面，MC9S08PT60PB具有价格较低廉、使用方便、功能多样等优点。所以PLC可以和MC9S08PT60PB结合使用，以PLC的缺陷。所以常常在一个控制系统中出现MC9S08PT60PB和PLC共存的情况，它们之间的通信应用就具有非常重要的现实意义。

1 PLC通信方式与MC9S08PT60PB芯片
    PLC具有丰富的串行通讯方式，支持多种通信协议，如点对点接口协议(PPI协议)、多点接口协议(MPI协议)、PROFIBUS协议以及自由通信协议等。其中点对点接口协议是西门子公司研究开发的，是一种只需要在上位机中按照通信要求编程就可以实现的通信协议。
    MC9S08PT60PB是Freescale公司产品系列中新的8位MCU，它具有集成度高、外围设备丰富、稳定性高、开发、、兼容性好等特点而被广泛应用。它适合低功耗、的使用环境，如便携式电子产品。MC9S08PT60PB资源丰富是为的性能，RAM内存高达4kB，FLASH存储器容量可达60kB，高度集成了4个串行通信端口(SCII、SCI2、SPI、IIC)，多达8个定时器、8通道的10位A／D转换器。丰富的资源利于现场监控系统通信。

2 PLC与MC9S08PT60PB通信的接口电路
    西门子PLC的CPU上的通信接口是RS-485D型连接器，PLC输出RS-485信号。系统采用MC9S08PT60PB微控制芯片，它的串行口输出是TTL电平，实现PLC与MC9S08PT60PB之间的通信，需要进行RS-485与TTL电平的转换。该转换可以通过先将MC9S08PT60PB的串行口与SN75176芯片相接。SN75176芯片是TI公司的一款用于RS-485通信的低功耗半双工收发器件，芯片内部集成了一个驱动器和一个，符号RS-485通信标准，具有高驱动能力。MC9S08PT60PB与S7-200 PLC的RS-485口进行通信，

3 PPI通信协议的通信程序
3．1 PPI通信协议
    PPI协议中上位机与PLC使用主从方式进行通信，上位机作为主设备，PLC作为从设备。上位机按照通信任务，向PLC发送一定格式的数据通信命令。PLC向上位机发出应答信号，这时上位机再向PLC发送确认命令，PLC收到确认命令后，开始执行命令。完成通信任务。
    MC9S08PT60PB中的程序是在Code Warrior IDE开发环境中完成的，由PC上位机下载到MC9S08PT60PB中之后，它作为主设备。PLC是被动通信，不需要编制通信程序。通信程序中主要包括：串口初始化命令、发送命令、接收命令MC9S08PT60PB使用的查询方式，MC9S08PT60PB作为主站根据实际需要实时与PLC从站通信，完成通信数据的发送或接收。

3. 2．2 报文格式
    报文数据长度和重复数据长度为自上位机自己的地址至数据单元的数据长度，校验码为上位机自己的地址至数据单元数据的和校验，只取其中的末字节值。在读写PLC的变量数据中，读数据的功能码为6CH，写数据的功能码为7CH。
    对于一次读取一个数据，读命令都是33个字节。的0～21字节是相同的，0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21开始符长度长度开始符站号源地址功能码协议识别远程控制冗余识别冗余识别协议数据单元参考参数长度参数长度数据长度数据长度04读05写变量地址数。
    字节22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32功能读取长度数据个数存储器类型偏移量校验码结束符。
    字节22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40写入位置及值长度个数类型偏移量位数值校验码结束符。
    PPI协议上位机向PLC发送读写请求时的报文格式，每次读一个数据：
    length为读取数据长度，01：one bit，02：one byte，04：one word(two bytos)，06：one doub word(fourbytes)；mem_flag为存储器类型。01：V存储器，00：其它；mem_type为存储器类型，04：S，05：SM，06：AI，07：AQ，IE：C，81：I，82：Q，83：M，84：V，lF：Taddr为要读取或写入的地址值。如果为bit、Byte[32]=0x03 Byte[34]=0x01；byte数据，Byte[32]=0x0Byte[34]=0x08 Byte[35]为要写入的值，Byte[36]为0x00，如果为word数据，Byte[35]和Byte[36]为要写入的值Byte[32]=0x04；Byte[34]=0x10；Byte[35-38]就是写入的值，Byte[39]=检验码，Byte40=16H，结束。X0为校验和。X1为写入的值。

程序执行初始化串口程序，完成串口输入输出状态的设定、寄存器初始化等。然后开始PLC发送读写请求，MC9S08PT60PB接收到指令后，回复指令，然后读写数据，完成通信。

5 结论
    PLC与MC9S08PT60PB利用了PPI串行通信很好的发挥PLC稳定的性能、抗干扰能力强的优势省略了PLC的通讯程序编写，而且还发挥了
MC9S08PT60PB使用灵活、适应性强的优点，两者相互结合取长补短。同时使用西门子公司的PPI协议解决了MC9S08PT60PB与PLC之间的数据交换问题。实践证明该方法比自由口通信协议简洁，使用方便，用途广泛。

随着PLC在工业自动控制系统中的应用越来越广泛，对PLC的正确选型非常重要。从工作量、工作环境、通信网络、编程、与监控系统的通信、可延性、售后服务与技术支持、性价比等八个方面提出了在自动控制系统设计中对PLC选型的看法。
可编程控制器（programmable logical controller，简称PLC）已经越来越多地应用于工业控制系统中，并且在
自动控制系统中起着非常重要的作用。所以，对PLC的正确选择是非常重要的。
面对众多生产厂家的各种类型PLC，它们各有优缺点，能够满足用户的各种需求，但在形态、组成、功能、网络、编程等方面各不相容，没有一个统一的标准，无法进行横向比较。下面提出在自动控制系统设计中对PLC选型的一些看法，可以在挑选PLC时作为参考。
可以通过以下几方面的比较，挑选到适合的产品。
一、工作量
这一点尤为重要。在自动控制系统设计之初，就应该对控制点数（数字量及模拟量）有一个准确的统计，这往往是选择PLC的要条件，一般选择比控制点数多10%~30%的PLC。这有几方面的考虑：
1、可以设计过程中遗漏的点；
2、能够保证在运行过程中个别点有故障时，可以有替代点；
3、将来增加点数的需要。
二、工作环境
工作环境是PLC工作的硬性指标。自控系统将人们从繁忙的工作和恶劣的环境中解脱出来，就要求自控系统能够适应复杂的环境，诸如温度、湿度、噪音、信号屏蔽、工作电压等，各款PLC不尽相同。一定要选择适应实际工作环境的产品。
三、通信网络
现在PLC已不是简单的现场控制，PLC远端通信已成为控制系统解决的问题，但各厂家的通信协议千差万别，兼容性差。在这一点上主要考虑以下方面：
1、同一厂家产品间的通信。各厂家都有自己的通信协议，并且不止一种。这在大、中型机上表现明显，而在小、微型机上不尽相同，一些厂家出于容量、价格、功能等方面考虑，往往没有或者有与其它协议不同，而且比较简单的通信。所以，在这方面主要考虑的是同一厂家不同类型PLC之间的通信；
2、不同厂家产品间的通信。若所进行的自动控制系统设计属于对已有的自控系统进行部分改造，而所选择的是与原系统不同的PLC，或者设计中需要2个或2个以上的PLC，而选用了不同厂家的产品，这就需考虑不同厂家产品之间的通信问题；
3、是否有利于将来。由于各厂家的通信协议各不相同，上也无统一标准，所以在PLC选型上受到很大限制。就要考虑影响面大、有发展的、功能完备、接近通用的通信协议。
四、编程
程序是整个自动控制系统的“心脏”，程序编制的好坏直接影响到整个自动控制系统的运作。编程器及编程软件有些厂家要求额外购买，并且价格不菲，这一点也需考虑在内。
1、编程方法
一种是使用厂家提供的编程器。也分各种规格型号，大型编程器功能完备，适合各型号PLC，价格高；小型编程器结构小巧，便于携带，价格低，但功能简单，适用性差；另一种是使用依托个人电脑应用平台的编程软件，现已被大多数生产厂家采用。各生产厂家由于各自的产品不同，往往只研制出适合于自己产品的编程软件，而编程软件的风格、界面、应用平台、灵活性、适应性、易于编程等都只有在用户亲自操作之后才能给予评价。
2、编程语言
编程语言为复杂，多种多样，看似相同，但不通用。常用的可以划分为以下5类编程语言：
（1）梯形图
这是PLC厂家采用多的编程语言，初是由继电器控制图演变过来的，比较简单，对离散控制和互锁逻辑为有用；
（2）顺序功能图
它提供了总的结构，并与状态定位处理或机器控制应用相互协调；
（3）功能块图
它提供了一个有效的开发环境，并且特别适用于过程控制应用；
（4）结构化文本
这是一种类似用于计算机的编程语言，它适用于对复杂算法及数据处理；
（5）指令表
它为优化编码性能提供了一个环境，与汇编语言非常相似。
厂家提供的编程软件中一般包括一种或几种编程语言，如TE公司的Xbbb编程软件可以使用梯形图（Ladder）、顺序功能图（Grafcet）、结构化文本（Literal）3 种编程语言；Siemens公司的Step7编程软件可以使用梯形图（Ladder）、指令表（STL）两种编程语言；Modicon公司的Modsoft编程软件只使用梯形图（984 梯形）一种编程语言，而另一个Concept编程软件可以使用5种编程语言，依次为梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）、指令表（IL）。同一编程软件下的编程语言大多数可以互换，一般选择自己比较熟悉的编程语言。
3、存储器
PLC存储器是保存程序和数据的地方，分内制式和外插式两种，存储器容量在512~128M字节之间，一定要根据实际情况选取足够大的存储器，并且要求有一部分空余作为缓存。
PLC存储器按照类型可分随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除只读存储器（EPROM）等。RAM可以任意读写，在掉电后程序只能保持一段时间，适合于在自控系统调试时使用。ROM只能读不能写，程序是由厂家或开发商事先固化的，不能改，即使失电也不丢失。EPROM与ROM只是EPROM通过特殊的方式（如紫外线）可以擦除再写，适合于应用在长时间工作而改动不大的系统中。
4、易于改
PLC较继电器控制的另一个优势在于它可以根据实际需要任意改控制结构（或控制过程），这就要求改程序方便快捷。
5、是否有模块
部分生产厂家的PLC产品提供一些模块，如通信模块、PID控制模块、计数器模块、模拟输入/输出模块等。在软件上也提供了与此相对应的程序块，往往只是简单的输入一些参数就能实现，便于用户编程。
五、与监控系统的通信
1、人机对话操作台。这是监控系统的早期产品类型，是生产厂家专为自己的PLC产品设计的，适合于点对点控制。结构简单，功能少，面板控制，操作较易，现仍然广泛地应用于现场控制系统中。其优点是在远端控制失效的时候，仍能很好地控制现场。
2、随着计算机的不断发展，依靠PC（包括工控机）的监控系统越来越多地应用在自控系统中，这种监控系统一种是PLC开发商专为自己的（或特定的）产品量身定做的；另一种是软件开发公司开发的适合大多数PLC产品的监控系统。种与PLC产品的相容性强，能够根据PLC产品的特点相应的控制方案，应该说仍以PLC为；后一种则抛开了PLC产品，注重计算机在图像、动画、声音、网络、数据等方面的优势，给二次开发人员了较宽松的开发条件，往往可以制作出的监控系统，只要有相应的通信协议（目前已拥有了绝大多数生产厂家的通信协议），就可以与各种类型PLC相连，是当今自控系统。所以，在这方面应考虑所选的PLC与监控系统的通信方式是否可行。
六、可延性
这里包括三个方面含义：
1、产品寿命。大致可以保证所选择的PLC的使用年限，尽量购买生产日期较近的产品；
2、产品连续性。生产厂家对PLC产品的不断开发升级是否向下兼容，这决定是否有利于现系统对将来新增加功能的应用。
3、产品的新周期。当某一种型号PLC（或PLC模块）被淘汰后，生产厂家是否能够保证有足够的备品（或备件）。这时应考虑选择当时比较新型的PLC。
七、售后服务与技术支持
1、选择好的公司产品；
2、选择信誉好的代理商；
3、是否有较强的售后服务与技术支持。
八、性价比
相对于自控系统性能的好坏于价格的选择。只是在几项比较接近，又不易选择时，才考虑价格因数，选择性价比比较高的产品。
在实际选型过程中，往往受到多方面的制约，不一定要考虑以上全部方面，但其中有些项是考虑的，而存在的问题也通过其它替代方式加以解决。
一般来说通过前5项的比较，已可确定2~3种产品，再考虑到后几项，便可选中较满意的PLC。随着科学技术的不断发展，PLC产品也一定会有一个统一的标准。那时，挑选PLC将不再是困难的事情。

1 物联网宽带PLC家电系统及网络构成
    物联网宽带PLC电力线载波通信家电是将家电本身的一些信息，通过电力线发送到PLC网关，PLC网关再将家电发送的数据信息通过互联网发送到所需要的地方，同时又可以将用户的需求通过互联网发送PLC网关，PLC网关将需求命令数据通过电力线发送给PLC家电，家电按照用户的需求指令进行运行、反馈运行信息等。

物联网宽带PLC家电系统网络包括感知层、PLC通讯层、网络层、应用层等几部分。其中冰箱、热水器等接收用户可以通过手机、PAD、电脑等发送查询、控制命令，同时冰箱、热水器等家电再根据用户的指令信息返同用户需要的数据给手机、PAD、电脑等设备。由于网关及家电都内置PLC模块，故此处的不再通过无线或网线等传统方式，而是直接采用电力线进行传输并且由于采用了PLC通讯，热水器、空调等家电设备还可以设计成显示板与整机分离，即方便操作，又能给用户带来舒适的体验。

2 电力线载波通信(PLC)物联网家电的特点
    PLC物联网家电异于普通的家电设备，也异于远程抄表系统。由于数据的传输依靠电力线，并且家电设备直接面对用户来进行操作、显示，故要求各个家电设备具有适当的感应、传输速度、较强抗干扰能力、互联互通、自动组网、较高的通讯性、适度的传输距离等。
    适当的感应、传输速度针对不同的家电，传输的数据速度要求往往不同。如一般的热水器、洗衣机、冰箱、空调等不需要传输图像、声音的家电，10 k以内的传输速度足够。而针对物联电视、电脑等视频设备则需要几百k以上的传输速率。
    较强的抗干扰能力一般指在一定的范围内，如果存在多个PLC设备或者电力线上存在和传输频率相同的干扰时，每个设备问能够正常通讯而不被其它影响。
    互联互通(M2M)指物联网家电之间、Internet与物联网家电之间能够互相通讯，传递相关信息，只有这样才能实现“人在外家就在身边、人在家世界就在眼前”。
    自动组网指通过一定的措施，使需要互联互通的家电能够自己选择组成一个网络，且不与不需组网的PLC设备组网。
    较高的通讯性指联网家电有效地进行通讯，而不能像远程抄表那样，因为一次通讯成功率低而不得不多次抄读，而物联网家电则要求满足人们对操控、欣赏的舒适性要求。
    适度的传输距离指一般互联互通的家电在同一住户内，如果传输距离太远，则用户数量多的时候很容易影响到其他用户，但控制在200 m以内，则不会对其他用户的使用产生太多的影响。

3 物联网宽带PLC家电系统的设计
    基于PLC物联网家电的特点，技术是PLC通讯的技术，本设计实现方案主要从以下几方面来讲述在物联网家电中如何通过PLC通讯实现家电的互联互通。

3．1 物联网PLC家电硬件构成
    物联网家电硬件构成
    本文所指的物联网PLC家电指由普通家电加上PLC通讯模块构成的家电，其硬件构成如图2所示。电视、冰箱等可将PLC通讯模块直接整合在家电的内部，而空洞、热水器等除了将PLC通讯模块整合在整机内之外，还可将操作显示板与整机进行分离，操作显示板内部也嵌入PLC通讯模块，这样就可以实现整机与操作显示板虽然是分离的，但通过PLC通讯仍然能保持显示板与整机的数据交换。

一般整机内的PLC通讯模块既负责与其对应的显示板进行通讯，也负责与PLC终端网关进行通讯。
    网络交换处理IC负责接收INT6400传来的数据并将数据转化后传给RJ45接口。业务处理IC根据通讯协议解析接收到的数据，并将数据通过SPI接口或UART接口直接传送给家电PCB板上的MCU。同时将家电传来的数据打包后发送给INT6400。

3．2 物联网PLC家电通讯关键技术软件实现
    (1)PLC通讯整体介绍
    PLC通讯是指利用调制解调技术对信号进行调制，然后把信号加载到电力线中，在接收方通过对加载信号的解调，传输数据进行通信的技术。
    目前PLC通讯按通讯的带宽可分为窄带电力线载波通讯、宽带电力线载波通讯：
    由于窄带电力线通讯技术的调制方式、载波频宽限制，导致传输速度、抗同相干扰性等功能并不适合载波家电的需求。
    宽带电力线载波通讯技术一般采用一种多载波调制技术，即正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM)技术。其技术实现为，在频域内将指配的信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的子数据流，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各个子载波相互正交，并行传输。其技术特点是传输速度快，理论传输速度可达200 M，抗干扰能力强。所以根据以上的这些特点，宽带PLC通讯技术较适合应用于以电力猫为代表的室内因特网接入、视频等对实时性要求较高的领域，同时也适合于物联网家电对通讯速率、抗干扰性等特性的需求。
     (2)如何实现互联互通
    电力线上信号的传输协议采用TCP／IP协议，采用网络密钥认的机制，不同的家电之间进行信息传输时，只要遵从相同的通讯协议，采用相同的网络密钥即可实现。
    (3)如何实现自动组网
    当有新的设备接入时，通过两种方式将新家电接入：
    种方式，在新设备及终端服务设备上都留有有线接口，当将两者通过信号线连接到一起时，新设备自动发送注册指令，终端服务设备接收到注册指令之后，自动将网络密钥、地址、设备协议等信息发送给新设备，之后新设备再与组内设备通讯时，采用终端服务设备发送给其的设备协议进行通讯，从而完成新设备的自动组网。
    二种方式，按下终端服务设备上的注册按键，终端服务设备只接收注册协议。新设备通电之后，按册按键，新设备自动发送注册信息到电力线，同时监控终端服务设备回传的注册确认信息，双方确认注册信息正确之后，即完成自动组网处理。将按键恢复初始状态，两者也采用原有系统的网络密钥进行正常通讯。
3．3 PLC通讯现场实施中问题的解决方案
    (1)同相干扰的解决方案
    当电力线干扰比较严重或者电力线上存在其它PLC设备时，有时会导致对传输信号的干扰，所以在软硬件方面需要采取一定的滤波措施，以滤除线路上的干扰。
    由于INT6400子载波信号传输频率在2～30 MHz之间，属于高频信号，所以硬件采用能够滤除低频信号的滤波电路，使高频信号减。
    在软件方面电力线载波通讯将高频信号采用OFDM技术耦合到电力线，子载波会根据线路的衰减情况，自动选择信号的调制方式，其中包括：QAM、QPSK、BPSK、ROBO等几种方式，从而保证了传输时的抗干扰性，且提供了足够的物联家电使用带宽网。同时同组载波设备采用相同的网络密钥，载波模块检验网络密钥非法时，自动丢弃收到的数据包，而相同时才对数据包进行处理。通信协议中还带有地址，同一组设备中某一设备根据地址判定是否为发给自己的数据，组内设备仅处理发给自己的数据包。
    (2)跨相耦合的解决方案
    通讯数据在电力线传输的过程中，信号在经过某些空气开关等设备之后会有很大的衰减，信息传输不稳定，数字家电的运行稳定性受到严重影响。当信号分属电力线上的A、B、C三相时，往往是导致3相间的信号无法传输。
    为了解决以上问题，根据现场具体情况进行以下分类处理。
    现场载波模块之间的连接，按照载波信号是否跨相可分为两种，即跨相与不跨相；根据载波信号是否跨空气开关又可分为两种，即跨空气开关与不跨空气开关；故可以实现四种组合方式，即有四种具体硬件实施方案：
    (1)同相载波信号不跨空气开关
    此种情况为简单，在一般的家庭内，电力线上传输的载波信号即使有衰减也不会太大，故直接将有需要联网的家电接入室内的电力线上即可，增加其他耦合设备、器件。
    (2)同相载波信号跨空气开关
    当出现此种情况时，可在空气开关的两侧接入耦合电感、安规电容等设备，从而将传输信号直接耦合到空气开关等器件另一侧的电力线上，从而保证了物联网家电所需的带宽。
    (3)异相载波信号不跨空气开关
    当出现此种情况时，可在异相电力线上接入耦合电感、安规电容等设备，从而将一相上传输的载波信号耦合到电力线的另一相上；如果异相电力线间隔稍微远一些，不适合使用耦合电感或安规电容，也可以在异相电力线的每一相上安装带无线模块的载波模块，通过无线将发送模块发送的到接收模块，接收模块再将数据信号耦合到电力线上，从而满足了物联网家电的带宽要求。
    (4)异相载波信号跨空气开关
    一般空气开关上接成本较低的耦合电感、安规电容，异相间如果条件允许也接入成本较低的耦合电感、安规电容，只有当接入无线载波模块时，才在电力线上接入无线载波模块。

4 结束语
    本文给出了一种物联网宽带PLC家电系统设计实现方案，解决了应用中碰到的同相干扰、跨相耦合、自动组网等方面的问题，从而使宽带PLC实际的应用于物联网家电。今后的工作将着重研究的方案，扩大产品应用范围