西门子模块6ES7222-1BF22-0XA8技术支持

西门子模块6ES7222-1BF22-0XA8技术支持

PLC 应用在电梯控制中的编程技术
1  绪论
电梯既是一种特殊的起重运输设备,具有完善的机械构造,又是一种比较复杂的机电一体化的大型工业产品,具有复杂的电气控制系统。就电梯的控制方法而言,目前国产电梯广泛采用可编程控制器技术的智能化控制。由于这种控制属于随机控制,各种输入信号之间、输出信号之间以及输入信号和输出信号之间相互关联,逻辑关系处理起来非常复杂,这就给PLC 编程带来很大难度。从某种意义上来说,PLC 编程水平的高低就决定电梯运行状态的好坏,因此PLC 应用在电梯控制中的编程技术就成为控制电梯运行的关键技术。
2  电梯对控制信号的响应要求
    电梯一般是由电动机(原动机) 来拖动,其运行过程大多包括起动、正(反) 转、加减速、稳速、制动、停止等。具体的控制主要是对电动机及开门机的起动、换速、停止、运行方向、指层显示、层站召唤、轿厢内指令、保护指令信号进行管理。
111 　电梯无司机人工驾驶,自动响应层站召唤和轿厢内指令。
112 　电梯起动后,轿厢在一楼,若一楼有呼梯信号,则开门。
113 　当电梯“悬停”时,若有呼梯信号且信号对应的楼层当前楼层时,则电梯处于上升状态,反之则下降。
114 　电梯运行时只响应顺向呼梯信号,对反向呼梯信号只作记忆。
115 　电梯在运行过程中应具有自动换速、指层显示状态指示、限位置保护等功能。
3　PLC 在电梯控制中的编程技术
P    LC 充分利用了微型计算机的原理和技术,具有很强的逻辑处理能力,在电梯运行控制中发挥了重要作用。由于电梯在运行过程中各种输入信号是随机出现的,即信号的出现具有不确定性,同时信号需要自锁保持、互锁保护、级排队、数据比较等,因此信号之间就存在复杂的逻辑关系。所以在电梯的运行控制中,PLC 的编程工作主要是针对各种信号进行逻辑判断和处理。本文介绍一种PLC 的编程方法,为简便起见我们就以四层站电梯、欧姆龙CMP - 1 型机为例介绍一下主程序设计过程。
211 　数据通道的设置
    在PLC 程序设计时,设置三个立的数据通道即当前位置通道(200) 、上升通道(201) 、下降通道(202) 。电梯当前层位置信号与当前楼层号相对应,当前楼层号以十进制立即数的形式作为位置通道200 里的内容被“记忆”保存,表明电梯当前所处的位置,如图1 所示。同理每一个呼梯信号也都对应一个十进制立即数,201 通道专门用来存放正在呼梯的信号的大值,202 通道专门用来存放正在呼梯的信号的小值。

图1 　数据通道的设置
212 　信号综合及级输入排队
 
图2 　信号综合及级排队
    若某一楼层有呼梯信号,则对应产生一个和该楼层号相同的立即数,并将此信号保持,直到这一信号被执行后自动解除。把所有可能使电梯上升的呼梯信号(这些信号可能是外上呼信号、当前楼层的外下呼信号,也可能是内呼信号) 进行综合,产生对应楼层的综合呼梯信号,然后按照高楼层的原则进行级排队,**上升通道(201) 里存放的立即数始终是当前的大值。如图2 所示。同样把所有可能使电梯下降的呼梯信号(这些信号可能是外下呼信号、当前楼层的外上呼信号、内呼信号) 进行综合,按照低楼层的原则进行级排队,**下降通道存放的立即数始终是当前的小值。
213  电梯上升动作的执行
    电梯执行上升的动作是利用比较指令判断来完成的。总的原则是把上升通道、下降通道里的立即数与位置通道里的立即数分别进行比较。若比较的结果是大于,则判断电梯上升;若比较的结果是小于,则判断电梯下降; 若比较的结果是等于,则判断电梯处于“悬停”状态。为**电梯“先执行上、后执行下”,程序初始化后用上升通道里的立即数和位置通道里的立即数进行比较,如果是大于,则25505 的常开触点闭合,电梯保持上升状态,力图上升到当前已有呼梯信号所对应的“层”。如果电梯在上升过程中一旦有高楼层的呼梯信号,则上升通道(201) 里的内容将立刻被自动刷新为新的大的立即数。电梯运行途中经过的中间层如果有上升(顺向) 的呼梯信号,则该楼层就是电梯的经停层,此时经停层所对应的经停继电器得电,该层的磁感应开关(行程开关) 就被选中,当轿厢运行到该层站时,通过轿厢上的隔磁板穿过磁感应开关(行程开关) 使控制电梯上升的输出继电器01000“暂时”失电(每次再通过关门到位信号重新启动) ,这样就能**电梯能经停有顺向呼梯的每一个层站。如果电梯顺向运行到上升通道和位置通道比较立即数相等状态时,上升的输出继电器“”失电,于是电梯就停靠在上升呼梯所对应的“ 。

       图3 　电梯上升动作的执行梯形图
214  电梯下降动作的执行
    程序经初始化后,电梯按设计要求一定先执行上升动作,在电梯上升过程中只要25505 处于闭合状态,就不允许下降通道里的立即数和位置通道里的立即数进行比较,从而**电梯能够上升到当前已有呼梯信号所对应的“层”。只有电梯停靠在上升呼梯所对应的“”层站后,才允许下降通道里的立即数和位置通道里的立即数进行比较。如果比较的结果是小于,则25507 的常开触点闭合,电梯执行下降运行状态,下降的动作过程和上升的动作过程类似。不管电梯是上升还是下降均应注意三个通道之间的数据转换。当电梯上升到“”层站后, 此时如果没有任何呼梯信号,应将位置通道里的立即数传送给下降通道。如图4 所示。或当电梯下降到“”层站后,此时如果没有任何呼梯信号,应将位置通道里的立即数传送到上升通道,目的是使这三个通道里的立即数相等, 使25505 、25507 的常开触点不能闭合,电梯“悬停”在当前层处于待命状态。

图4 　电梯下降动作梯形图
为**电梯运行, 除机械装置外,PLC 程序中还设置了多重保护措施。在曳引机轴向输出端设置了由PLC 输出控制的电磁抱闸,**停梯时电机始终处于堵转状态;上升、下降输出继电器带有电互锁;在井道端部安装限开关,防止发生“冲”、“蹲坑”事故。梯形图从略。
5总结
    这种PLC 的编程方法简单直观,逻辑关系清晰,各程序段相对立,特别便于将来修改和扩展,是在工程设计方面值得推广的一种行之有效的快捷方法

．1 位移控制
采用变频调速双环控制可基本满足要求，但和国外电梯相比还需进一步改进。本设计正是基于这一想法，利用现有旋转编码器构成速度环的同时，通过变频器的PG卡输出与电机速度及电梯位移成比例的脉冲数，将其引入PLC的高速计数输入端口0000，通过累计脉冲数，经式(1)计算出脉冲当量，由此确定电梯位置。
电梯位移h=SI
式中I：累计脉冲数S：脉冲当量
S=lpD／(pr) (1)
本系统采用的减速机，其减速比1=1／20，拽引
轮直径D=580mm，电机额定转速ne=1450r／ min，旋转编码器每转对应脉冲数p=1024，PG卡分频比r=1／18，代人式(1)得
S=1．6mm／脉冲
3．2 速度控制
本方法是利用PLC扩展功能模块D／A模块实现的，事先将数字化的理想速度曲线存入PLC寄存器，程序运行时，通过查表方式写入D／A，由 D／A转换成模拟量后将理想曲线输出。
3．2．1 加速给定曲线的产生
8位D／A输出0～5V／0～10V，对应数字值为16进制数00～FF，共255级。东洋电梯加速实践在2．5～3秒之问。按保守值计算，电梯加程中每次查表的时间间隔不宜过10ms。
由于电梯逻辑控制部分程序大，而PLC运行采用周期扫描机制，因而采用通常的查表方法，每次查表的指令时间间隔过长，不能满足给定曲线的精度要求。在PLC运行过程中，其CPU与各设备之间的信息交换、用户程序的执行、信号采集、控制量的输出等操作都是按照固定的顺序以循环扫描的方式进行的，每个循环都要对所有功能进行查询、判断和操作。这种顺序和格式不能人为改变。通常一个扫描周期，基本要完成六个步骤的工作，包括运行监视、与编程器交换信息、与数字处理器交换信息、与通讯处理器交换信息、执行用户程序和输入输出接口服务等。在一个周期内，CPU对整个用户程序只执行一遍。这种机制有其方便的一面，但实时性差。过长的扫描时间，直接影响系统对信号响应的效果，在**控制功能的前提下，大限度地缩短CPU的周期扫描时间是一个很复杂的问题。一般只能从用户程序执行时间短采取方法。电梯逻辑控制部分的程序扫描时间已过10ms，尽管采取了一些减少程序扫描时间的办法，但仍无法将扫描时间降到10ms以下。同时，制动段曲线采用按距离原则，每段距离到的响应时间也不宜过10ms。为满足系统的实时性要求，本文在速度曲线的产生方式中，采用中断方法，从而有效地克服了PLC扫描机制的限制。
本文采用的PLC有三种中断功能：(1)外部中断；(2)高速计数内部中断(3)定周期中断。前两种中断各有8个中断点，后一种有4个中断点。在程序中采用了后面两种中断方式．起动过程采用定周期中断，制动过程采用高速计数内部中断。中断服务程序放在主程序后，运行状态检测＼运行保护＼内选外呼等逻辑控制均在主程序中实现。而运行条件的判断＼运行模式的选择＼查表等与运行曲线产生有关的程序放在中断服务程序中。
起动加速运行由定周期中断服务程序完成。这种中断不能由程序进行开关，一旦设定，就一直按设定时间间隔循环中断，所以，起动运行条件需放在中断服务程序中，在不满足运行条件时，中断即返回。
3．2．2 减速制动曲线的产生
为**制动过程的完成，需在主程序中进行制动条件判断和减速点确定。在减速点确定之前，电梯一直处于加速或稳速运行过程中。加程由固定周期中断完成，加速到对应模式的大值之后，加速程序运行条件不再满足，每次中断后，不再执行加速程序，直接从中断返回。电梯以对应模式的大值运行，在该模式减速点到后，产生高速计数中断，执行减速服务程序。在该中断服务程序中计数器设定值的条件，**下次中断执行。
在PLC的内部寄存器中，减速曲线表的数值由大到小排列，每次中断都执行一次表指针加1操作，则下一次中断的查表值将小于本次中断的查表值。门区和平层区的判断均由外部信号给出，以保减程的性。
4 程序设计
利用变频器PG卡输出端将脉冲信号引入 PLC的高速计数输入端，构成位置反馈．高速计数器累加的脉冲数反映电梯的位置．高速计数器的值不断地与各信号点对应的脉冲数进行比较，由此判断电梯的运行距离，换速点，平层点和制动停车点等信号。理论上这种控制方式其平层误差可在个脉冲当量范围．在考虑减速机齿轮合间隙等机械因素情况下，电梯的平层精度可达内，大大的标准，满足电梯起制动平滑，运行平稳，平层准确的要求．电梯在运行过程中，通过位置信号检测，软件实时计算以下位置信号：电梯所在楼层位置，快速换速点，中速换速点，门区信号和平层位置信号等．由此省去原来每层在井道中设置的上述信号检测装置，大大减少井道检测元件和信号连接，降。下面针对在实现集选控制基础上新增添的楼层计数，快速换速，中速换速，门区和平层信号5个子程序进行介绍。
4．1 楼层计数
本设计采用相对计数方式．运行前通过自学习方式，测出相应楼层高度脉冲数，对应17层电梯分别存入16个内存单元D01 - D16。
楼层计数器CNTl0为一双向计数器，当到达各层的楼层计数点时，根据运行方向进行加1或减计数。
运行中，高速计数器累计值实时与楼层计数点对应的脉冲数进行比较，相等时发出楼层计数信号，上行加1，下行减1，为防止计数器在计数脉冲高电平期间重复计数，采用楼层计数信号上沿触发楼层计数器。
4．2 快速换速
当高速计数器值与快速换速点对应的脉冲数相等时，若电梯处于快速运行且本层有选层信号，发快速换速信号．若电梯中速运行或虽快速运行但本层无选层信号，则不发换速信号。中速换速与快速换速判断方法类似，不再重复。
4．3 门区信号
当高速计数器CNT47数值在门区所对应脉冲数范围内时，发门区信号．平层信号与区信号判断方法类似，不再重复。
4．4 脉冲信号故障检测
脉冲信号的准确采集和传输在本系统中显得尤为重要，为旋转编码器和脉冲传输电路故障，设计了有无脉冲信号和错漏脉冲检测电路，通过实时检测确保系统正常运行。为脉冲计数累计误差，在基站设置复位开关，接入PLC高速计数器CNT47的复位端0001。
5 结论
本文所述系统基于电气集选控制原则，采用脉冲计数方法，用脉冲编码器取代井道中原有的位置检测装置，实现位移控制，用软件代替部分硬件功能，既降低系统成本，又提高了系统的性和性，实现电梯的全数字化控制。
在实验室调试的基础上，采用上述方法，实地对两台17层电梯进行改造，经有关部分检测和近一年的实际运行表明，系统运行，乘坐舒适，故障率大为降低，平层精度在5mm以内，了良好的运行效果。

   某公司几年前引进一套美国进口的纯净水灌装生产线，该生产线为封闭式全自动灌装，每小时灌装5加仑桶装纯净水30吨。但由于原先设计缺陷：灌装头为敞开式，灌装时,大量空气被快速水流夹带到纯净水瓶中，在水中产生大量气泡，以至纯净水桶未被灌装到规定量时，成品水已大量溢出，待气泡消失进行封装时，净含量已明显不足5加仑（换算为18.9升），溢出的成品水既造成了严重浪费，也使整个地面严重积水，给生产车间的环境带来影响。国家技术监督局《定量包装商品计量监督规定》五条规定：“单件定量包装商品的净含量与其标注的质量、体积之差不得过规定的负偏差18.9L*1%”，即0.189L。且按照本规定六条：“批量定量包装的商品按规定的抽样方法和平均偏差计算方法随机抽样和计算，平均偏差应当大于或等于零，并且单件定量包装负偏差件数应当符合小于或等于1的规定”（生产规模每批大于250桶），因此灌装的纯净水无论单件还是成批，都不符合上述要求，随着执法机关执法要求的不断提高，这条生产线只好时断时续地运行。

一、解决方案
    为了解决这个问题，只有对生产线实施改造，使之既符合计量要求也符合食品卫生要求。改造的基本思想是改变灌装速度，实施分阶段灌装：先快灌，后慢灌。灌时，**生产效率；慢灌时确保包装量达标，水流速度慢，不夹带气体，同时瓶内的气体溢出，只要调节好各阶段的时间，就能使纯净水灌装量符合规定要求，并尽量不降低整个生产线的工作效率。
    原设备配水泵3台，分别为纯净水水泵、液冲冼水泵、清水预冲洗水泵；传送带两套，分别为空纯净水桶冲冼、传送带，成品水传送带。在按下总启动按钮后，空纯净水桶冲冼传送带电机就立即启动，传送带的启停由一只电磁离合器的吸合或释放来控制；一套气动封盖装置；一台空压机为灌装系统中的气动元件提供压力。原生产设备中所有电机的启停由PLC直接控制外，其它工作点由PLC控制双向电磁阀，再由双向电磁阀控制气动元件；为**低温时的效果另设一套低温加热的装置。整条生产线可划分为三个工作区：冲冼、灌装、封盖包装，三者的顺序衔接均为限位开关，其它无太多关联。原来的工作流程大致是：空纯净水桶上线→传送带向个工位，进入清冼区，清水冲冼7秒→传送带向个工位→液8秒→传送带向个工位→纯净水冲冼15秒→传送带向个工位，进入灌装区→纯净水桶调整位置，进入灌装区→灌装10秒→成品传送带运行至封盖包装区→封盖→传送带将纯净水桶送出生产区。灌装机的每道工序可同时对两只纯净水桶进行作业。
    改造这套设备采用西门子S7-200可编程序逻辑控制器（PLC）,CPU型号已为224，改造从基础工作开始，弄清生产线的工作流程，接下来要做的工作是整理出原有的控制线路并绘制成图，查清原PLC各路输入信号的来源及各路输出的控制对象，这样在重新编写程序时，注意使PLC内部新的逻辑程序尽量与原外部受控对象吻合，原PLC外其它线路才能避免产生较大改动。
    对于改变灌装速度考虑有两种方案供选择：一、使用变频器按要求控制灌装水泵的速度，达到改变灌装流速的目的；二、采取“变径限流”的方法，在灌装喷头前的纯水管道上加装旁通管道，通过对旁通管道的通断控制，从而改变灌装速度。对于种方案，使变频调速器在10秒内，频率从0 Hz升至50Hz，待瓶充装80%的体积后，再将频率从50 Hz降至40Hz左右，灌满后再停泵，为**灌装效率，在运行此方案过程中，必然会出现变频器频繁的急剧加减速现象，变频器在带负荷急速启动的场合下，易出现“加速中过电流”报警，急剧减速时，会引起“减速中过电压”报警现象，长期以往，会对变频器的功率元件产生不良影响，乃至损坏，且变频器价格昂贵。
    经过认真的比较，后确定考虑二种方案。二种方案是在原灌装头上部加装一只手动球阀V1、一只气动阀V3，手动球阀上部加装一个旁通管（见图一，图中虚线为原有管道，实线为改造后增加的管道），旁通管上加装一只气动阀V2，用于控制旁通管的通断，以改变灌装速度，同时拆除两只灌装头上的气动阀，而只在其中一只灌装头上装一只手动球阀V4，用以调节两只灌装头的灌装速度同步。当纯净水桶被推入灌装位置后，灌装干管上的两只气动阀V2、V3同时打开，进行全速灌装，待灌装到纯净水桶80%的容积后，气动阀V2关闭，将手动球阀V1的开度凋节适当，灌装速度降低，使灌装时水流不夹带空气，此时先前被携带进水桶的空气泡逐渐溢出，调节灌装速度时应力求能使排气与灌装的效率优化。由于设备本身没有检测纯净水灌装量的传感器，因此由PLC的定时器设定的时间长短来确定灌装量的多少，灌装量定时器设定值及灌装流程中的其它的定时器设定值均由调试生产线时根据实际情况确定。
    可编程序逻辑控制器选用了西门子S7-200， CPU型号已为224，I/O点数为了24点（14个输入点，10个输出点），编程软件为STEP7-Micro/WIN，该软件功能齐全，使用方便，可进行离线编程、在线连接和调试，用户直接编制较为直观的梯形图即可，梯形图和语句表可相互转换，程序运行时，用户可方便地通过Program Status菜单命令查看执行结果及各I/O口的状态，也可以通过状态图（Status Chart）来跟踪过程变量，调试时还可在线强制或修改过程变量的值。程序编制好，下载到PLC后，经几次调试并适当修改时间参数后，符合原来的工艺流程，且灌装量问题也得到圆满解决。改造后的系统配有简易的人机界面TD200，可以通过人机界面查看、监控、和改变应用程序的过程变量，改变各工序定时器设定值等。冲洗及灌装部分程序(略)
    原生产线中有一些设计不太合理，在空瓶冲冼的后一道纯净水冲冼工序中，冲冼用纯净水与灌装的纯净水由同一水泵供水，如果正在进行灌装，则纯净水冲冼空桶的水压明显达不到实际工作要求，冲冼效果不理想，改造后的生产线则避免了此类情况，设定灌装工序比纯净水冲冼，灌装时则不能进行纯净水冲冼，等到灌装结束后才可执行该冲冼工序。原灌装系统在纯净水灌装结束后，传送带将两只纯净水桶移出灌装区，进入封盖工序，这时灌装机才会进行下一次的灌装。改造后，我们将灌装好了的纯净水桶移出灌装位置后，立即开始下一次灌装，这样一来明显节省了传送带从灌装工序运行至封盖工序这段行程的时间，有利于提高整体工作效率。

二、运行效果
    此次改造，历经周期较短，没有给生产厂方造成长时间的停产，投入费用少，有效地解决了灌装量不足，严重溢水的问题，且灌装效率未有明显影响，运行十分稳定，用户比较满意。

2、通信网络组成
2.1 Profibus协议简介
PROFIBUS 是目前上通用的现场总线标准之一，以其特的技术特点、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规，已成为重要的和应用广泛的现场总线标准。!
PROFIBUS 现场总线通讯协议包括三个主要部分：
(1). Profibus-DP：主站和从站之间采用轮循的通讯方式，主要应用于自动化系统中单元级和现场级通信；
(2). PROFIBUS PA：电源和通信数据通过总线并行传输，主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯；
(3). PROFIBUS FMS：定义了主站和主站之间的通讯模型，主要用于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换；
其中，Profibus-DP 是高速网络，通讯速率达到12M。Profibus-DP 可以连接远程I/O、执
行机构、智能马达控制器、人机界面HMI、阀门定位器、变频器等智能设备， 一条Profibus-DP总线可以多连接123 个从站设备。Profibus-DP的拓扑结构可以是总线型、星型和树型，通讯介质可以是屏蔽双绞线、光纤，也支持红外传输，采用双绞线时，不加中继器远通讯距离可达1.2 公里，多可以采用9 个中继器，远通讯距离可达9 公里。采用光纤时，远通讯距离可达100 公里以上，其中采用多膜光纤，两点间远距离可达3 公里，采用单膜光纤时，两点间远距离可达3 公里。

2.2 Modbus协议简介
Modbus协议是一种适用于工业控制领域的主从式串口通讯协议，它采用查询通讯方式进行主从设备的信息传输，可寻址1-247个设备地址范围。协议包括广播查询和单设备查询两种方式，二者区别就是广播查询不需要从设备回应信息，主、从设备查询通讯过程见图2：

Modbus协议常用功能码如图3所示：

图3 Modbus协议常用功能码

Modbus协议有两种传输模式：ASCII模式和RTU模式。同波特率下，RTU模式较ASCII模式能传输多的数据，所以工业网络大都采用RTU模式。RTU模式下的信息传输报文格式如图4：

图4 Modbus RTU信息报文格式

它没有起始位和停止位，而是由至少3.5个字符间隔时间作为信息的起始和结束标志。信息帧所有字符位由16进制字符0-9、A-F组成。
Modbus RTU通讯协议帧结构：

图5 RTU通讯协议帧格式

Modbus RTU方式主站读取从站寄存器数据示例：主设备查询。 
 
图6 主设备查询格式
6 Y! z* T' o6 V) v: E
Modbus RTU方式主站读取从站寄存器数据示例：从设备响应。

图7 从设备响应格式

2.3 网络构成及硬件介绍
如图1所示，在该系统设计中有两个网络使用了上海泗博自动化的Modbus转Profibus-DP网关PM-160。网关在这两个网络中的作用不一样，其中：
在上层网络中（建立西门子S7-300PLC和横河DCS连接通信），Modbus转Profibus-DP网关PM-160在Modbus侧做Modbus从站，在Profibus-DP侧做从站，建立Profibus-DP主站（西门子S7-300 PLC）和Modbus主站（横河CS3000）的通信。DCS通信部分采用横河型号为ALR121的通信模块，并配套横河提供的Modbus通信软件包，该通信模块大通信数据容量为4000字。通过上海泗博自动化的网关配置软件对PM-160进行相关配置，将DCS的读、写指令及数据做相应转换、存储，并映射到西门子PLC的输入、输出映像区，以实现对上下位机控制信息的实时传输。
在下层网络中（建立西门子S7-300PLC和现场智能仪表的连接通信），Modbus转Profibus-DP网关PM-160在Modbus侧做Modbus主站，在Profibus-DP侧做从站，建立Modbus从站（现场各种智能仪表（现场电机、智能开关、变频器、传感器等））与Profibus-DP主站（西门子S7-300PLC）的通信。串口网络（现场智能仪表）设备接口为RS485或者RS232，它们都可以通过上海泗博自动化的Modbus转Profibus-DP网关PM-160实现与西门子S7-300PLC的连接通信。其中，通过使用网关的配套配置软件对PM-160进行相关配置，将需要采集的从站设备信息通过网关读、写命令及数据转换、存储，映射到西门子PLC的输入、输出映射区，以实现PLC对现场智能仪表数据的采集和监控。
三. Modbus转Profibus-DP网关PM-160的配置
PM-160是通用型Modbus/RS485/RS422/RS232到Profibus-DP的协议转换网关，在网关RAM中建立了Modbus/RS485/RS422/RS232到Profibus-DP的映射数据区，由软件实现Modbus/RS485/RS422/RS232到Profibus-DP的协议转换和数据交换。凡具有RS485/422/232接口的设备（Modbus协议或者非标协议）都可以通过PM-160与现场总线Profibus-DP互联。其中，PM-160在与Profibus-DP通讯是作为Profibus-DP从站，PM-160在与串口设备通信时，可以作Modbus主站、Modbus从站，也支持与非标串口设备实现数据透明传输。通过在西门子STEP7中注册网关PM-160的GSD文件，即可在该编程软件中对该网关进行相关硬件和软件配置，完成相应的通讯功能。请见如下详细的硬件和软件配置方法：
1、 Modbus转Profibus-DP网关PM-160的硬件配置
    PM-160的Profibus-DP从站地址可以通过网关的硬件旋码开关或者配置按钮来设置。旋码开关有两位，左侧位设置地址高位（十位），右侧位设置地址低位（个位）。通过拨码开关可设置网关PM-160处于正常运行状态或者配置状态。当PM-160处于配置状态时，用户可通过配套配置软件设置相关读写命令和参数。5 }4 M6 b* |4 c+ J& o
    PM-160自带标准Profibus-DP接口，用户可使用标准Profibus-DP连接头和标准的Profibus-DP电缆将其连接至Profibus-DP现场总线中。
PM-160提供RS485/RS422/RS232三种串口，Modbus从站、主站设备以及用户非标串口设备可以通过这三种接口实现与网关PM-160的连接通讯。PM-160没有内置终端电阻，在进行RS485通信时，请注意在RS485总线终端各添加一个终端电阻（120欧姆）。
2、Modbus转Profibus-DP网关PM-160的软件配置
1) 使用配套软件设置PM-160的现场总新和子网相关参数和命令
通过拨码开关将PM-160设置为配置状态，打开安装的配置软件（产品光盘或者访问//www./DownLoad01bbbb ）
当实现PLC与DCS通信时，子网协议类型设置为Modbus从站，并设置串口通信波特率、数据位、奇偶校验位、停止位、PM-160作为Modbus从站的地址、通信接口。其中，串口通信波特率、数据位、奇偶校验位、停止位的设置应该和所连接的Modbus主站设备（DCS）一致； 
 
图8 PM-160在Modbus侧作Modbus从站（连接PLC和DCS）

当实现PLC与Modbus设备通信时，子网协议类型设置为Modbus主站，并设置串口通信参数、通讯传输模式、通信接口等。其中，串口通信参数的设置应该和所连接的Modbus从站设备一致：
 

图9 PM-160在Modbus侧作Modbus主站（连接PLC和Modbus从站）

其中，图9中的“节点-1”表示连接的从站设备地址为1，配置了“读保持寄存器”和“预置多个寄存器”两条命令，表示网关读取了从站对应地址的数据，并且能够输出数据到Modbus从站设备，命令配置方法如下： 
   

图10 PM-160在Modbus侧作Modbus主站（命令配置）

在STEP7中对网关PM-160进行组态设置；
Modbus寄存器起始地址：用户输入目标采集数据的Modbus寄存器起始地址；
数据个数：目标数据的寄存器个数或者线圈条数；
内存映射起始地址：Modbus从站设备数据的对应内存缓冲区地址；

当实现PLC与非标协议设备通信时，子网协议类型设置为通用模式，并设置串口通信参数、控制方式、通信接口等。其中，串口通信参数的设置应该和所连接的非标串口设备（现场智能仪表）一致：PM-160支持的通用模式即透明传输模式，用户可通过数据中的数据长度和事务序列号以判断数据完整性和是否是一帧新的数据。 
 
图11 通用模式

在STEP7中对网关PM-160进行组态设置
在STEP7的硬件组态界面，导入PM-160对应的GSD文件，把PM-160的配置文件添加到STEP7的设备配置库中。用户可在硬件组态界面找到注册的设备：Catalog-> Profibus-DP->Additional Field Devices->General->CONVERTER-> PM-160。

图12 组态界面

将PM-16到STEP7的组态页面后，可以插入相应的数据块进行映像区地址映射。PM-160提供的数据块如下：

图13 PM-160提供的数据块
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推动需要的输入输出数据块到网关对应的槽位。如下图所示，将数据块“24Words bbbbb，24Words Output”拖动到Profibus-DP从站地址为3的PM-160的槽位中，此时，对应的映射区地址分别为256，PLC程序需通过PIW256（PIB256）或者PQW256（P256）对相应的数据进行寻址访问。

图14 PLC映像区起始地址（命令配置）

 

四. 数据读写- R% Q; [% a! d' A- N/ X
1、DCS读写PLC数据
    DCS作为Modbus主站通过PM-160读写PLC数据，使用04H功能码读数据，对应的寄存器起始地址为0H（30001H），使用10H（03H）功能码写数据，对应的寄存器起始地址为0H（40001H）。
2、PLC读写现场智能仪表数据
1) PLC读写Modbus从站设备数据

PLC通过PM-160发送Modbus主站指令读写现场串口设备数据。映像区起始地址和网关内存映射起始地址对应关系如下：以图14中的配置为例。

图15 PLC通过PM-160读写Modbus从站设备数据地址对应关系

2) PLC读写非标串口设备数据!
    PLC的输入映射区前两个字节分别表示接收的串口数据长度和事务序列号，其它为接收到的数据。事务序列号变化，表示接收到了一帧新的串口数据。其中，可通过配置软件设置是否开启串口数据长度功能。PLC的输出映射区前两个字节分别表示发送的串口数据长度和事务序列号，其它为要发送的串口数据。事务序列号变化，PLC发送相应长度的串口数据。
五. 结束语
    在该系统中，Modbus转Profibus-DP网关PM-160扮演了三种角色：建立Modbus主站和Profibus-DP主站之间的连接通信（Modbus主站模式）；建立Modbus从站和Profibus-DP主站之间的连接通信（Modbus从站模式）；建议非标串口设备和Profibus-DP主站之间的连接通信（通用模式）。自本通信系统运行以来，整个系统通讯正常，有效**了整个水利工程控制系统的正常运行。使用上海泗博自动化的Modbus转Profibus-DP网关可以大地方便自动化工业现场的控制和操作。