西门子模块6ES7223-1BF22-0XA8技术支持

西门子模块6ES7223-1BF22-0XA8技术支持

应用PLC实现对自动监测系统的控制，可实现远程、脱机、普通电话线连接的自动监测，具有实时信号采集、集中图形显示、智能化数据处理、自动打印记录等诸多优点。这种系统功能齐全、性能稳定、价格比高，对远程以及其它无人值守的系统均有一定的实用和指导意义。

1　引言

利用可编程序控制器(PLC)组成远程自动监测系统时，遇到的是PLC的选型问题。在选用PLC时，除把性、环境适应性放在外，还要根据具体应用场合尽量选用合适的可编程序控制器。
关于可编程控制器选型的一般原则可从以下几方面考虑：
(1) 明确控制对象要求。本系统要求改善信息管理，把PLC与上位微机的通讯能力远程I/O与微机通讯方式和手段作为选择的依据。PLC响应时间的影响因素有：输入信息时，CPU读解用户逻辑网络时间和时间。PLC的实时响应性还受到系统中慢仪器的限制，与上位机的通讯也将增加服务时间。
(2) 功能选择要根据不同的控制对象确定。具体有：替代继电器、数学运算、数据传递、矩阵功能、功能、诊断功能以及串行接口。
(3) 输入输出模块选择。输入/输出模块是PLC与被控对象之间的接口，模块选择得当否直接影响控制系统的性。
(4) 存储器类型及其容量选择。小型PLC作为单机小规模控制使用时，由于工艺简单、程序固定，多数使用EPROM或EPROM加RAM。对于中、大规模的 PLC，往往用于工艺比较复杂，且多变的场合，程序改变较多，因此一般都使用CMOSRAM存储器，且有后备电池，以便关机时保存存储信息。根据控制规模和应用目的，我们按下列公式进行估算：
① 代替继电器　M＝Km［（10×DI）＋（5×DO）］
② 模拟量控制　M＝Km［（10×DI）＋（5×DO）＋（100×AI）］
③ 多路采样控制　M＝Km｛［（10×DI）＋（5×DO）＋（100×AI）］＋（1+采样点×0．25）｝
式中DI为数字(开关)量输入信号；
DO为数字(开关)量输出集中；
AI为模拟量输入信号；
Km为每个节点所占存储器字节数；
M为存储器容量。
我们还可在编完程序以后地计算出存储器实际使用容量。
(5) 控制系统结构和方式的选择。用PLC构成的控制系统有集中控制、远程I/O控制和分布式控制等三种方式。
(6)支持技术条件。在选用PLC时，有无支持技术条件也是重要的选择依据。支持技术条件主要有：编程手段、程序文本处理、程序贮存方式和通讯软件包。通讯软件包往往是和通讯硬件一起使用的，如调制解调器等。

2　PLC构成的控制系统

PLC构成的控制系统流程图如图1所示：

图1　PLC构成的控制系统设计步骤

此种设计方法与常用的继电器控制逻辑设计比较，组件的选择代替了原来的部件选择，程序设计代替了原来的硬件设计。
我们采用一台PLC控制多台监测仪器的集中控制系统。该系统用于监测对象(仪器)所处的地理位置比较接近，且相互之间有一定联系的场合。如图2所示。

图2　集中控制系统

该系统采用的PLC(SZ-4)模块是：
① 8点DC12/24输入模块Z-8ND1
② 8点集电开路输出模块Z-8TD1
③ 4通道12位模拟量输入模块Z-4AD1
④ SZ毓CPU模块(2端口通讯、CCM协议、从机功能)以及S-20P指令编程器、0D通用操作面板等

4.3 vb中串行通讯控件的事件
     (1) commevent属性用于传回下列所述的值之一，来表示不同的通讯错误或事件，通讯错误的返回值如表4所示。

     (2) 通讯事件的返回值如表5所示。

4.4 visual basic中用于串口通讯的程序代码
    (1) 在bbbb1的代码的公共部分定义变量：
    dim rcvlenth  as  integer  
    定义接收数据长度的变量
    dim rcv()    as   byte 
    定义接收数据的动态数组
    dim send(50)  as byte 
    定义发送数据的动态数组
    (2) 在bbbb1——load的代码中对mscomm1控件进行设置：
    private sub bbbb_load()
    rcvlenth=0
    mport=1                计算机通讯的端口号
    mscomm1.settings = "9600,n,8,1"   设置通讯波特率及校验方式
    mscomm1.bbbbbmode= combbbbbmodebinary
    mscomm1.rthreshold=1
    mscomm1.bbbbblen=0
    mscomm1.outbuffercount=0
    if not mscomm1.portopen then mscomm1.portopen = true
    end sub
    (3) 在mscomm1的oncomm()事件中加入以下代码,用于接收数据：
    private sub mscomm1_on-comm()
    dim i as intger
    dim rcvtemp() as byte
    redim preserve rcv (mscom-m1.inbuffercount) as byte
    select case -mevent
    case comevreceive
    rcvtemp=mscomm1.bbbbb
    for i=lbound(rcvtemp) to ubound(rcvtemp)
    rcvlenth=rcvlenth + 1
    rcv(rcvlenth)=rcvtemp(i)
    next i 
    end select
    end sub
    (4) 在timer1_timer()事件中加入如下代码用于定时的发送数据：
    private sub timer1_timer()
    dim i as intger
    for i=1 to 50
    mscomm1.output = send(i)
    next i 
    end sub
    (5) 程序界面如图6所示。

图6  程序界面

5  结束语
     s7-200的自由口通讯方式，使用户可以通过plc指令自己定义通讯协议，从而与任何公开通讯协议的rs-422或rs-232c接口设备进行通讯，使通讯范围大为增加，控制系统配制加灵活。本文也介绍了采用vb进行串行口通讯的控件和编程方法。采用本文叙述的方法，可以组成一个上、下位机控制管理系统，将plc的信息转换成各类画面显示，并可以对plc的参数进行实时修改，达到管理、控制一体化。

1  引言
     为了达到和通讯协议已知的控制设备进行数据交换，以提高自动化控制系统的灵活性，很多plc制造商都相继的开发出了方便、灵活的自由口通讯方式，例如三菱公司的fx2系列plc， omron公司的cjm1系列的plc， 西门子公司的s7-200系列plc等都提供了自由口通讯模式。自由口通讯是指plc提供了串行的通讯硬件，和用于定制通讯协议的相关指令，在控制系统中，当要和plc连接的控制设备的通讯协议已知时，可以在plc中进行编程定制通讯协议，和控制设备进行数据通讯。本文主要介绍西门子s7-200的自由口和计算机的串口进行的通讯，计算机中采用visual basic进行编程，从而实现计算机与可编程控制器的直接控制。该通讯方式具有效、容易实现、通讯硬件简单、容易配置等特点在工业控制领域中被广泛应用。

2  s7-200通讯指令及特殊字节
     采用自由口通讯方式时，s7-200上的rs485口由用户控制，可以与任何协议已知的设备进行通讯，在这种情况下通讯协议由用户，为此，s7-200提供了用于进行通讯协议定制的特殊标志位以及相关的通讯指令。
2.1 特殊标志字节
     s7-200用于自由口通讯模式定义的特殊标志字节有smb30和smb130，smb30用于s7-200的端口0的通讯，smb130用于s7-200的端口1的通讯，两者的格式一样，下面我们以smb130为例，介绍其组成。smb130各位的含义如下：

    pp：两位用于选择通讯的校验方式  当这两位的组合是： 
    00无校验  01 偶校验  10 无校验  11 奇校验
    d：这一位用于选择通讯的数据位数  d=1时7个数据位，d=0时8个数据位
    bbb：用于选择自由口通讯是的波特率，这三位的组合和通讯波特率的关系如下：
    000 ——38400bps  
    001 ——19200bps  
    010 ——9600bps   
    011 ——4800bps 
    100 ——2400bps  
    101 ——1200bps  
    110 —— 600  bps   
    111 —— 300  bps 
    mm: 用于通讯协议的选择，当这两位的组合是：
    00  ppi从站模式   01 自由口通讯模式  10  ppi主站模式
2.2 接收信息的状态字节
     s7-200在自由口通讯时用于接受信息的状态有smb86和smb186，smb86用于s7-200的端口0的通讯，smb186用于s7-200的端口1的通讯，两者的格式一样，下面我们以smb186为例，介绍其组成。smb186各位的含义如下：

    n=1时：表示禁止接收信息
    r=1时：表示接收信息结束
    e=1时：表示收到结束字符
    t=1时：表示接收信息时错误
    c=1时：表示接收信息字符长错误
    p=1时：表示接收信息奇、偶校验错误
2.3 接收信息的控制字节
    s7-200在自由口通讯时用于接受信息的控制字节有smb87和smb187，smb87用于s7-200的端口0的通讯，smb187用于s7-200的端口1的通讯，两者的格式一样，下面我们以smb187为例，介绍其组成。smb187各位的含义如下：

    en=0时：禁止接收信息        
    en=1时：允许接收信息
    sc=0时：不使用起始字符开始  
    sc=1时：使用起始字符做为接收信息的开始
    ec=0时：不使用结束字符结束   
    ec=1时：使用结束字符做为接收信息的结束
    il=0时：不使用空闲线检测     
    il=1时：使用空闲线检测
    c/m=0时：定时器是字符定时器    
    c/m=1时：定时器是信息定时器
    tmr=0时：不使用时检测       
    tmr=1时：使用时线检测
    bk=0时：不使用中断检测        
    bk=1时：使用中断检测

(1) 采用标准的scalance w的天线功率为7dbi，平面无遮挡的可以达到300米左右，室内覆盖距离可达30 m～60m；

(2) 工业无线访问点设备具有强抗干扰能力；

(3) 无线以太网的频带为2.4ghz或5ghz，速度可以达至54mbps，远远其他的无线方式，而且采用的频段在2.4ghz，不容易受到干扰；

(4) 固的金属外壳，、防尘，防护等级；也可户外使用，-20℃- +60℃ (防冷凝)；

(5) 现场所有设备的控制采用plc的控制形式，plc主要负责输出的通断，结合其他的控制要求，plc选用采用的是西门子公司的s7-226控制器和cp243-1以太网模块和unimat高密度输出模块。结合实际情况，系统的结构如图2所示。

 图2  无线以太网结构设计

     信息显示主要通过组态软件，集中监控的上位机采用应用非常普遍、功能强大的西门子公司的wincc，可以完成集中控制信息。通过控制系统的要求，系统事先将各种控制的方案存储在计算机中，当需要选择测试方案时候，可以随机或者方案。

3.2 plc无线系统配置

(1) 西门子s7-200cn系列plc，主要是由于其强大的网络功能，以及在扩展和指令集比较有优势。在通讯上采用cp243-1 以太网通讯处理器，通过该处理器，可以实现如下功能：使用step7-mirco/win通过工业以太网配置和远程编程服务(上载、下载程序，监视状态)。通过s7-opc在计算机上处理数据。在工业无线以太网从技术性能以及技术内涵来说与工业以太网是基本一致的，所遵从的协议也基本一样，仅仅在物理层有些区别。以太网是未来系统联网的骨干技术，无线以太网是无线通讯的主要解决方案，工业无线以太网存在的必要性就如同工业以太网存在的必要性：现场总线优点，在未来很长时间内有很强的生命力，但工业以太网将成为未来趋势已是无庸置疑；蓝牙等新技术有其特优势，如果只是单点信号传输，数据量不大，它也是无线系统的有益，但对于一个无线网络开放性和系统整合，工业无线以太网的优势是不可比拟的。

(2) scalance w是西门子工业无线局域网产品系列，如图3所示。它基于无线局域网(wlan)技术标准ieee802.11，帮助用户实现移动设备与固定网络的通讯，也可以实现移动设备间的通讯，坚固、、。它适用于各种工业环境，即使在恶劣的情况下也能够保网络的性和性。scalance w788-1/ wc88-2接入点模块，用于搭建无线局域网，scalance w744-1客户端模块，用于将plc等设备接入无线局域网。对于多个无线以太网系统的抗干扰性能，同类型的通讯设备有可能产生干扰，比如在2.4ghz的情况下，无线以太网技术和蓝牙使用的频段是一样的，如果蓝牙的波形、信号是规则的话，在理论上蓝牙有可能干扰它，但实际情况并不如此，因为信号的数据链路层包括识别帧、数据帧的情况都不一样，通过连路程的校验即可克服这个干扰问题，而其他频率的干扰，比如工频干扰或手机信号的干扰信号，因为这些信号所使用的频率与wlan 使用的频段相距比较远，所以基本可以忽视这种型号的干扰因素。

图3  scalance w无线以太网

4  wincc操作和监视系统

     wincc即bbbbbbs control center(视窗控制)。wincc是西门子的监控系统软件平台，功能强大的开放便捷的人机对话接口并且使用简单方便。

图4  屏显实验电气图

     在屏幕上将显示学生要做实验的电气图，如图4所示，老师可以在两个端子间给学生设置线路故障，作为考察学生检查电路图故障的实验科目，当选中其中一个或几个线号时，线路断路。当学生正确接线后，此电气图正常显示，若学生接线错误，则显示报警，并可将结果保存以便为学生打分记录。

     wincc通过opc方式实现和以太网的通讯。在软件上加装pc access，用于做opc server。硬件上cp243-1来实现以太网通讯。

     实现cpu s7-200和wincc之间交换数据步骤：在与wincc连接之前，您应该先完成s7-200和opc server之间的通讯。用鼠标右键点击tag management ；在快捷菜单中点击add new driver 。在文件目录中选择opc.chn ；点击open按钮。鼠标右键点击opc groups ；在快捷菜单中点击system bbbbbeter 。点击opc.simaticnet ；点击browse server按钮。在变量列表中选择所需要的变量； 点击add items按钮。

     由此将40个柜子中不同的电气线路通断做出不同的方案，老师直接在上位机上选择各种方案来考察学生，减少了重复操作的麻烦。

     wincc的报表提供学生的信息，报表可完成或根据操作员的要求随时在打印机上输出或以表格的形式显示在屏幕上，显示在屏幕上的表格主要给操作人员一个快速的信息。评分保存在短期文档中，可以用曲线、棒图、数字和报表等形式显示。

5  结束语

     本工业无线以太网系统应用在国内教育行业的控制柜教学系统中还是比较前的，系统的实施不仅大的简化了老师的工作，提高了效率，而且为实时的记录学生的成绩归档，为教学环节信息化提供了一个强有力的。在原来的控制系统中多采用的plc其联网功能十分的有限，所以要实现信息化相当困难。通过西门子的小型plc s7-200的强大联网功能，采用新的稳定高速的工业无线以太网，让我校师生享受到了大的便利。同时，也让广大学生通过实际动手操作练习，加深了对西门子强大的网络功能印象。