西门子模块6ES7222-1HD22-0XA0技术支持

西门子模块6ES7222-1HD22-0XA0技术支持

 PLC的工作方式和通用微机不一样，因此用PLC设计自动控制系统与微机的控制系统的开发过程也不一样。需要根据PLC的特点，以程序形式来体现其控制功能。设计可按照下面几个步骤进行。
1．确定控制对象及控制范围
详细了解被控对象的控制要求，确定完成的动作及完成的顺序，归纳出工作循环和状态流程图。
2．PLC型号的选定
根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有余量而不浪费资源的机型（小、中、大形机器）。并且结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定价格性能比较好的PLC机型。
3．硬件设计
     根据所选用的PLC产品，了解其使用的性能。按随机提供的资料结合实际需求，同时考虑软件编程的情况进行外电路的设计，绘制电器控制系统总装配图和接线图。
4．软件设计
（1）在进行硬件设计的同时可以同时着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图，这是PLC应用的关键的问题，程序的编写是软件设计的具体表现。在程序设计的时候建议将使用的软继电器（内部继电器、定时器、计数器等）列表，标明用途以便于程序设计、调试和系统运行维护，检修时候查阅。
（2）程序初调也成为模拟调试。将设计好的程序通过程序编辑工具下载到PLC控制单元中。由外接信号源加入测试信号，通过各种状态指示灯了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，并及时修改和调整程序，缺陷，直到满足设计的要求为止。
5．现场调试
      在初调合格的情况下，将PLC与现场设备连接。在正式调试前检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接的正确无误的情况下即可送电。把PLC控制单元的工作方式布置为“RUN”开始运行。反复调试可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当老配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。试运行无问题后可将程序固化在具有长久记忆功能的存储器中，并做备份 

1  引言 
     随着plc技术的不断发展，越来越显示其强大的控制功能，plc和其他设备之间的连接已经从比较烦琐的传统i/o方式向越来越受欢迎的简洁的通信方式过渡，不仅为设计者节省了大量的硬件成本，能为远程控制，组网提供了可能，使控制系统加无缝地融为一体。
     本文主要通过艾默生plc和多台变频器组网通信(以modbus协议方式)为例，说明plc和多台变频器网络控制的通信程序的设计方法。

2  modbus协议简要介绍
     modbus协议由美国的modi -con公司提出，通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控，它已经成为一通用工业标准。控制器通信使用主—从技术，即仅一设备(主设备)能初始化传输(查询)。其它设备(从设备)根据主设备查询提供的数据作出相应反应。典型的主设备：ipc，hmi，plc等；典型的从设备：各种仪表，plc，变频器等。主设备可单和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单通信，从设备返回一消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。modbus协议建立了主设备查询和从设备回应的格式：设备(或广播)地址、功能代码、所有要发送的数据、错误检测域。modbus协议同时支持rtu模式和ascii模式，rtu模式对应的帧格式如下：(ascii模式介绍省略)。

3  艾默生plc集成的modbus协议功能
     艾默生ec20系列plc的通信口com 1集成了modbus主站协议， 在编程时先在编程软件的系统块里进行设置具体如下：系统块→“通信口”菜单→“通信口1参数设置”菜单→选“modbus协议”→进行“modbus设置”→进行通信参数和(主模式)站号等设置即可。
然后利用modbus指令进行编程——modbus (s1) (s2)(s3)各参数含义如下：
     s1 的通讯通道;     
     s2 发送数据起始地址;      
     s3 接收数据起始地址;
     modbus指令发送过程中，自动加上所需的起始字符，结束字符和校验和；发送的数据，不需设定发送的数据长度，系统会根据功能码自动按系统内部设定长度进行发送。

 

 

图1  rtu模式对应的帧格式

     2个重要的通信标志：sm135— modbus的通讯成功标志位，通讯成功时置位,不会自动复位，所以在发送数据的时候要进行一次复位；sm136—modbus的通信错误标志位，通信错误(包括从设备没有回应)时置位，不会自动复位，所以在接收数据的时候要进行一次复位。
 
4  艾默生变频器通信协议
     艾默生公司生产的ev系列变频器都集成modbus协议，且提供rs23 -2c和rs485通信口供用户选择，所以通过plc和变频器通信的方式完成控制比较简单经济，而且显得系统比较，下面简单介绍其协议：
     (1) 支持modbus rtu和ascii格式；
     (2) 参数的modbus协议地址影射规则：变频器的功能码参数、控制参数和状态参数都映射为modbus的读写寄存器。变频器功能码的组号映射为寄存器地址的高字节，组内索引映射为寄存器地址的低字节。变频器的控制参数和状态参数均虚拟为变频器功能码组。功能码组号与其映射的寄存器地址高字节的对应关系如下：f0组：0x00；f1组：0x01；f2组：0x02；f3组：0x03；f4组：0x04；f5组：0x05；f6组：0x06；f7组：0x07；f8组：0x08；f9组：0x09；fa组：0x0a；fb组：0x0b；fc组：0x0c；fd组：0x0d；fe组：0x0e；ff组：0x0f；fh组：0x10；fl组：0x11；fn组：0x12；fp组：0x13；fu组：0x14；变频器控制参数组：0x32；变频器状态参数组：0x33。例如变频器功能码参数f3.02的寄存器地址为0x302，变频器功能码参数ff.01的寄存器地址为0xf01。

3.2 自由口用户数据存储器[3]
驱动器参数设定区 VB0-VB39共40个字节
发送/接受缓冲区 从VB40开始，用户自由分配
系统数据区 VB4022-VB4095共74个字节
   其中驱动器参数设定区主要完成从站数目(VB0)、每个从站LAE长度设定(VB1-VB31)、广播传送方式LAE(VB33)长度、传送时间(VW34)，初始化发送/接受缓冲区地址(VD36)(设定值为VB40-VB4021)，其中V表示可变、B为字节、W为字、D为双字。
3.3 用户数据区设定
   在USS协议中每个从站需要44个字节，发送/接受缓冲区各占22个字节(对应从站+USS协议(发送+接受)+状态位)，其中状态位表示数据发送状态，在该系统中发送/接收地址设为VB2000，用户数据区以循环方式传送数据时分配如下:
绞车:从站1，地址 VB2000-2043
泥浆泵1的A变频器:从站2，地址 VB2044-2087
泥浆泵1的B变频器:从站3，地址 VB2088-2131
泥浆泵2的A变频器:从站4，地址 VB2132-2175
泥浆泵1的B变频器:从站5，地址 VB2176-2219
以广播方式发送数据时地址如下:
只有发送缓冲区:VB2220-2263，接受缓冲区同上
   定义完数据区后，就可以根据每个地址的功能，在PLC编程时写入相应的控制字就可以完成控制功能。
3.4 通信功能设定
   CPU处于STOP模式时，自由端口模式为禁止，建立与其它协议的通讯，只有当CPU处于RUN模式时，才能使用自由口模式，这时通过自由口控制字SMB30来完成设置，如:MOVB16#49，SMB30就将自由口0设为自由端口协议，波特率9600kbps，数据位为8，偶校验。

4 程序编制[2][3]
   系统功能由主程序OB1和三个子程序SBR0、SBR1和SBR2组成。图2列出主要程序段的工作流程。

图2 主要程序段的工作流程图

(1) OB1:完成循环调用子程序功能
(2) SBR0:系统初始化
(3) SBR1:通讯中断/事件调用(中断0~中断7，根据通信协议完成数据的传送和接收功能)
(4) SBR2:按照的分配地址和要实现的功能编写功能程序，实现要求的输入输出信号间的逻辑功能、数字滤波、PI调节，以及变频器参数的读写，控制字和速度给定的发送，变频器工作状态的读取等功能。
(5) 中断0:完成发送/广播的初始化，监视发送过程、监视发送延时、发送错误
(6) 中断2:发送完成
(7) 中断3~6:接收到基本接收缓冲区后，进行校验，校验数后翼数据块的方式将数据发到当前站的数据接收缓冲区。
(8) 中断7:接受任何一个字符过时间，执行中断7，进行状态复位，结束中断。

5 变频器设定[4]
   变频器选用MASTERDRIVER 6SE71系列工程型变频器，工作电机为永济电机厂生产风冷方式的鼠笼式三相异步交流变频电机，变频器控制方式采用矢量控制控制，负载模式选为标准，通过变频器进行电机识别后即可使用，通信接口对应接口板CUVC上的X101端子10(RS485P)，11(RS-485N)，电机起停控制位P554.1=6100，其余控制位(停车方式、旋转方向等)依次类推。P734.1~16读取需要采集的电机参数在变频器中的连接字地址编号;P918.0/从站地址和PLC设定保持一致;P053=34(PMU+SST2);同时控制字的十位为1来通信;再将通信所发控制字及给定发到接口地址……;同时在总线起端和末端接终端电阻。
同时为了降低电磁干扰，采用屏蔽的双绞线，其中屏蔽线单端接地。

6 结束语
   通过使用和比较，采用USS自由口通信不需任何附加板，就可实现变频器数据的存取，通信质量高，以低廉的成本实现自动化系统。从而可以大大减少开发和工程费用，和以前的继电器控制相比，降低了系统的电气复杂性(很多逻辑和保护功能都要靠继电器间的相互锁定来实现，实现复杂，故障，检修时间长)，同时系统的逻辑性能得到较大的提高，提高了产品的的性，降低了由电气故障造成的停机时间。

   以上结论经过胜利油田所购设备在南阳二机厂通过调试，并在油田的实际使用中得到了验证，目前该设备已经完井多口，运行良好。

I/O点数是指要求PLC能够输入输出开关量、模拟量总的个数，它与继电器触点适当留有余量。同时要注意尽可能简化I/O点数来降。
用PLC构成的监测控制系统，有自动、半自动和手动三种运行方式。在进行完总体设计以及具体的硬件系统设计和软件系统设计后，除要分别对其进行调试外，对整个系统进行联合调试和试运行，反复进行硬件系统和软件系统的调整，使整个系统全部投入正常工作为止。

PLC在监测系统中要完成信号实时采样、脉冲量累计、预警报信号监测与报警输出等，并通过各种传感变送器与传感器连接。PLC作为一种控制设备，用它单构成一个监测系统是有局限性的，主要是无法进行复杂运算，无法显示各种实时图形和保存大量历史数据，也不能显示汉字和打印汉字报表，没有良好的界面。这些不足，我们选用上位微机来。上位微机完成监测数据的存贮、处理与输出，以图形或表格形式对现场进行动态模拟显示、分析限值或警报信息，驱动打印机实时打印各种图表。
系统的设计步骤如图3所示。

图3

3　控制软件

PLC梯形图所用逻辑符号与继电器、接触器系统原理图的相应符号其相似，人们能熟悉该种编程语言。一般设计梯形图程序大都采用继电器系统电路图的设计方法。对于复杂的系统，在梯形图设计中采用大量的中间单元来完成记忆、联锁、互锁等功能，由于需要考虑的问题较多，分析起来非常困难，并且很容易遗漏一些该考虑的问题，且修改和阅读也很困难。根据功能图表设计PLC的梯形图程序，可以有效地解决以上问题，达到事半功倍的效果。
我们在课题研究中下位机PLC采用梯形图来编制程序。
下位PLC软件用来实现数据采集、脉冲计数转换、限值逻辑判断及声光报警输出、通信数据格式的转换。
数据通讯与分离模块完成PLC与微机间数据和命令的双向传送，并将得到的数据按系统要求的格式分离成系统变量。
显示模块将实时数据显示在屏幕上，以图形或表格形式分屏循环显示。在手动方式下可固定监视画面并可显示历史趋势图等。
定时存贮模块按每十分钟将实时数据存贮到相应的数据库中，每天整理一次历史数据。
系统维护模块可用来修改定值参数、口令及限值等。
报警模块不论软件工作在何种方式下，一旦出现值，系统确认后并发出报警，屏幕上显示报警内容和地点，以便采取措施。
为提高PLC及系统的抗干扰能力，在硬件配置与安装上，交流电源使用双层隔离，输入信号光电隔离，远离强电布线，模拟量信号和脉冲信号采用屏蔽线传递，采用放射性一点接地等措施，或减弱共模和瞬变干扰。
在软件设计和编程上，加上一些抗干扰模块。
系统从开始到运行的流程如下：
A)　把CPU的动作方式设定为STOP方式，(不在STOP方式时)

S—20P的操作和显示
*在在线方式下，CPU处于STOP或TEST—STOP方式时可进行编程。
*在显示程序时可进行编程。
*平时，显示命令语不显示程序地址，必要时，用键显示程序地址
S—20P操作次序

编程器S-20P即使不和SZ-4 CPU模块连接，也可进行编程(离线编程)。在S-20P上编程时，
通常是要连在CPU模块上进行(在线编程)。

4　结论

根据远程自动监测系统的要求，可以采用PLC来实现对系统的控制。以PLC为的自动监测系统下位机的控制设备，具有体积小、接线简单、测试，特别是可实现脱机工作。该系统运行高速、简单、，实现了上位机与下位机的互连和实时通讯任务。

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