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产品描述
西门子模块6ES7211-0BA23-0XB0产品
RTU功能的PLC实现
RTU功能的PLC实现包括硬件实现和软件实现两个方面。
1 硬件实现方面
在硬件方面，主要存在PLC的电源如何提供，PLC如何实现长距离的通信，遥控、遥信、遥测、遥调如何具体实现等问题。
由于PLC都有配套的电源模块，因此在设计RTU时，主要应考虑电网断电后PLC 的供电问题，通常以配置充电电池的方式解决。
一般PLC的通信模块只具有短距离的通信能力，虽然有些公司为PLC提供配套的组网模块，但通信距离也限制在若干千米以内。而配电网的特点是点多、面广，因此，借助其它方式以延长PLC的通信距离。方法很多，有电话调制解调器方案、专线调制解调器方案、无线方案、寻呼台服务方案、光纤方案等。在同一个配电自动化工程中，可以根据具体情况，采用单一方法，也可以采用多种方法组合。
在RTU的四遥操作方面，由于PLC的电平以及功率容量同操作设备不可能正好一致，加上有电气隔离的要求，因此，增加辅助的电位转换、功率放大、电气隔离等模块和器件。
对于遥控，当PLC收到开关指令时，输出点到内部电源的通路被接通或关断，如果直接用输出点的输出电流去操作开关设备，则功率根本不够。因此，可把PLC的输出点作为一个小功率继电器的激磁电源，以控制该继电器的常开或常闭触点的开合，再由该继电器去控制配电网的配电开关的操作电源，使配电开关动作，线路或配电设备被投切。
对于遥信，则是将被测开关的辅助触点两端引线接到PLC的输入点和地，当配电开关动作时，辅助触点相应开闭，PLC的相应输入点与地之间被断开或短接，从而在PLC内部获得一个高电平或低电平。
对于遥测，经互感器出来的信号，落在PLC的A／D转换模块的测量范围之内，才能接入到相应模块的输入端。此外，在选择PLC的A／D模块时，还要考虑采样周期问题。周期太长，将无法获得数值。
PLC可以实现遥调功能，但因电网中应用很少，这里不予详述。
2 软件实现方面
在PLC软件方面，由于PLC以循环扫描和中断两种方式来执行程序，因此为了完成所有RTU功能，PLC软件应包括：循环扫描执行的主程序；通信程序（接收和发送报文）；收到报文分析程序；上发报文产生程序；输入点电平中断扫描程序；操作执行程序（遥控、遥信、遥测等）。
在上述程序模块的编制中，应考虑以下问题：
a）PLC的主CPU的速度是否足够快？如何编制出执行时间短的程序？
b）PLC和监控的通信要利用一套复杂的通信规约，PLC的程序容量能否容下所有程序？如何编制出短小精干的程序？
c）PLC是通过循环扫描输入点的内存映像以输入点的输入状态的，在配电开关动作时，相应辅助触点往往存在短暂的抖动。抖动的机械频率虽然很高，但相对于PLC的程序扫描执行的频率却是很低的，因此这种抖动会在PLC的内存映像中反映为多次不相干的开关动作，如何在程序上这种开关动作的象？
实践证明，采用恰当的编程技巧，以上各种问题都可以得到圆满解决。
FX系列PLC有基本逻辑指令20或27条、步进指令2条、功能指令100多条（不同系列有所不同）。本节以FX2N为例，介绍其基本逻辑指令和步进指令及其应用。
FX2N的共有27条基本逻辑指令，其中包含了有些子系列PLC的20条基本逻辑指令。
主控指令（MC/MCR）:（1）MC（主控指令） 用于公共串联触点的连接。执行MC后，左母线移到MC触点的后面。(2）MCR（主控复位指令）它是MC指令的复位指令，即利用MCR指令恢复原左母线的位置。
在编程时常会出现这样的情况，多个线圈同时受一个或一组触点控制，如果在每个线圈的控制电路中都串入同样的触点，将占用很多存储单元，使用主控指令就可以解决这一问题。MC、MCR指令的使用，利用MC N0 M100实现左母线右移，使Y0、Y1都在X0的控制之下，其中N0表示嵌套等级，在无嵌套结构中N0的使用次数无限制；利用MCR N0恢复到原左母线状态。如果X0断开则会跳过MC、MCR之间的指令向下执行。
MC、MCR指令的使用说明：（1）MC、MCR指令的目标元件为Y和M，但不能用特殊辅助继电器。MC占3个程序步，MCR占2个程序步；（2）主控触点在梯形图中与一般触点垂直。主控触点是与左母线相连的常开触点，是控制一组电路的总开关。与主控触点相连的触点用LD或LDI指令。（3）MC指令的输入触点断开时，在MC和MCR之内的积算定时器、计数器、用复位/置位指令驱动的元件保持其之前的状态不变。非积算定时器和计数器，用OUT指令驱动的元件将复位，当X0断开，Y0和Y1即变为OFF。（4）在一个MC指令区内若再使用MC指令称为嵌套。嵌套级数多为8级，编号按N0→N1→N2→N3→N4→N5→N6→N7顺序增大，每级的返回用对应的MCR指令，从编号大的嵌套级开始复位。
位元件与字元件。象X、Y、M、S等只处理ON/OFF信息的软元件称为位元件；而象T、C、D等处理数值的软元件则称为字元件，一个字元件由16位二进制数组成。
位元件可以通过组合使用，4个位元件为一个单元，通用表示方法是由Kn加起始的软元件号组成，n为单元数。例如K2 M0表示M0～M7组成两个位元件组（K2表示2个单元），它是一个8位数据，M0为位。如果将16位数据传送到不足16位的位元件组合（n<4）时，只传送低位数据，多出的高位数据不传送，32位数据传送也一样。在作16位数操作时，参与操作的位元件不足16位时，高位的不足部分均作0处理，这意味着只能处理正数（符号位为0），在作32位数处理时也一样。被组合的元件元件可以任意选择，但为避免混乱，建议采用编号以0结尾的元件，如S10，X0，X20等。
数据格式。在FX系列PLC内部，数据是以二进制（BIN）补码的形式存储，所有的四则运算都使用二进制数。二进制补码的位为符号位，正数的符号位为0，负数的符号位为1。FX系列PLC可实现二进制码与BCD码的相互转换。
为地进行运算，可采用浮点数运算。在FX系列PLC中提供了二进制浮点运算和十进制浮点运算，设有将二进制浮点数与十进制浮点数相互转换的指令。二进制浮点数采用编号连续的一对数据寄存器表示，例D11和D10组成的32位寄存器中，D10的16位加上D11的低7位共23位为浮点数的尾数，而D11中除位的前8位是阶位，位是尾数的符号位（0为正，1是负）。10进制的浮点数也用一对数据寄存器表示，编号小数据寄存器为尾数段，编号大的为指数段，例如使用数据寄存器（D1，D0）时，表示数为,10进制浮点数=〔尾数D0〕×10〔指数D1〕.其中：D0，D1的位是正负符号位。
现在许多小型的PLC都或多或少地提供了掉电保持寄存器，以便在PLC断电的时候，保存用户想要保存的数据。但大多数时候，PLC制造厂商为了节约成本，不可能提供足够数量的掉电保持寄存器供系统设计人员使用，所以当被调整的数据项目过PLC内部的掉电保持寄存器的数目的时候，我们不得不减少被调整的数据项目（固定或不用）或者购买具有多掉电保持寄存器数目的PLC，这样的话，就使得生产机械缺乏灵活性和适应性，从而降低产品档次或增加成本。
本人在设计服装厂用热风缝合机时就遇到了这种情况，下面就介绍解决这种问题的一种方法，以便大家设计时参考。
所用PLC：松下FP0－C16T，被调整数据：16个，PLC内部掉电保持寄存器数目：10个『8个数据寄存器（DT1652－DT1659：8个各16Bit）和2个字的内部继电器（WR61、WR62：2个各16Bit）』。如果按常规的一个被调整数据占用一个数据寄存器的方法，这显然不能调整16个被调整数据，而只能调整10个被调整数据。为此，本人专门分析了16个被调整数据的数据调整范围，发现多数数据的调整范围只需要从0～255，即0～28-1；而掉电保持数据寄存器DT1652等内部的数据大小为216-1，即256×256-1；所以我们可以将一个被调整的数据只用到数据寄存器的低8位，那么该数据寄存器的高8位就可以来存储另一个被调整数据。
下面就列出该部分的程序：
1、开机时，分开掉电保持寄存器中高8位和低8位至另外两个数据寄存器：
其中，R9013是松下FP0系列PLC内部所规定的、在PLC从program状态到run状态时只动作一个PLC扫描周期的脉冲继电器。
指令F65是一个字与指令，它的作用就是将掉电保持数据寄存器DT1655内的数据与十六进制数FF进行字与，然后将结果送到一般数据寄存器DT0，这样就可以分离出掉电保持数据寄存器DT1655内数据的低8位；
同样二行的字与指令可以分离出掉电保持数据寄存器DT1655内数据的高8位。
指令F120是一个不带进位右移指令，即：对数据字进行右移时，对高位进行补零。K8表示右移8位。
指令F0是一个字传送指令，就是将一般数据寄存器DT10内的数据传送到一般数据寄存器DT1。
上述程序段的目的就是在开机时将掉电保持数据寄存器DT1655内的数据分成两个被调整数据。
2、开机之后，将另外两个数据寄存器的数据合并至掉电保持寄存器的高8位和低8位：
R9014是松下FP0系列PLC内部所规定的、在PLC从program状态到run状态时、二个PLC扫描周期开始动作的脉冲继电器。
指令F121是一个不带进位左移指令，K8即左移8位。
指令F66是一个字或指令，将一般数据寄存器DT20内的数据与一般数据寄存器DT0内的数据进行字或，结果送掉电保持寄存器DT1655。
由上可以看出，在PLC运行的时候，可以任意改变一般数据寄存器DT0和DT1中的数据，而这些改变也同时送到了掉电保持寄存器DT1655，这样，当PLC掉电时，所被调整的数据也就被保存了。
通过同样的方法，我们可以视被调整数据的大小，灵活的使用掉电保持寄存器的每一个Bit位，从而使我们在不增加成本的情况下，提高小型PLC控制系统的性能。
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