西门子模块6ES7223-1BM22-0XA8详细资料

西门子模块6ES7223-1BM22-0XA8详细资料

 1 引言 

人机界面组态技术广泛应用于以ipc(工控机)为的计算机控制系统中。组态软件通过plc采集现场的数据，构造人机界面以动画显示、趋势曲线以及数据报表等方式提供plc控制系统现场的运行状况。操作人员通过对数据的分析，能够好地对控制过程进行优化。

对采集到的大量分散型数据进行分析时，通过报表输出的方式显然存在着不够灵活、实时性差以及难以进一步处理的问题。

作者提出一种解决的方法，即将数据采集与数据处理分开，组态王具有odbc(ms开放式数据库互连标准)数据库访问功能，一方面在ipc中建立相应的数据 库，由组态王将采集到的数据动态写入库中保存，另一方面操作人员可脱离控制系统随时随地利用ms access、visual foxpro等数据库强大的功能实现数据的处理。

2 组态王数据库访问

组态王数据库访问功能实现组态王与其他odbc数据库之间的。它支持的数据库主要有oracle6、oracle7.2、sybase或 sqlserver数据库、dbase数据库及microsoft access数据库。先在系统odbc数据源中添加数据库，后通过组态王sql访问管理器和sql函数实现连接、断开数据库，写入、查询数据等各种操作。

组态王sql访问管理器包括表格模板和记录体两部分。表格模板用来定义表格的结构，包括字段名称，字段类型等。记录体用来连接表格的列和组态王数据词典中的变量。当执行sql函数sqlcreattable()时，使用的表格模板将定义创建的表格结构;当执行sqlinsert()、 sqlselect();或update()时，根据记录体中的定义使组态王中的变量和数据表格中的变量相关联。

3 组态王sql函数

组态王使用sql(结构化查询语言)函数和数据库交换信息。这些函数是组态王标准函数的扩充，可以在组态王的任一种命令语言中使用，这些函数允许操作人员 选择、修改、插入、删除数据库表中的数据。sql主要函数如附表所示。

附表 sql主要函数

除sqlnumrows()外，所有sql函数都返回结果代码，如果代码不为零，表示调用失败，结果代码可以通过sqlerrormsg()获得。

4 组态王与odbc数据库连接

4.1 odbc

odbc(open database connectivity)称为开放式数据库互连，目的是实现异构数据库的互联。在此之前，由于各种数据库产品都有自己立的编程语言和文件格式，要想实现异构数据库之间的数据共享和访问，就为特定的应用单编写程序。这种临时编写的程序不具备丝毫的通用性，当数据库的结构字段等属性发生变化时，原来 的程序就不可以再次使用了。access、sql server、sybase等数据库都支持odbc。

一个完整的odbc由下列几个部件组成:

(1) 应用程序(application);

(2) dbc管理器(administrator)。该程序位于bbbbbbs控制面板(control panel)的32位odbc内，其主要任务是管理安装的odbc驱动程序和管理数据源;

(3) 驱动程序管理(driver manager)。驱动程序管理器包含在odbc32.dll中，对用户是透明的。其任务是管理odbc驱动程序，是odbc中重要的部件;

(4) odbc api函数;

(5) odbc驱动程序，提供了odbc和数据库之间的接口;

(6) 数据源。数据源包含了数据库位置和数据库类型等信息，实际上是一种数据连接的抽象。

4.2 数据源的建立

在ipc上建立一个数据库存储和处理采集到的各种数据，名为“系统数据库.mdb”，然后在控制面板上的odbc 数据源控制台中定义一个数据源。这里选择microsoft access数据库。

双击数据源选项，弹出odbc数据源管理器对话框，点击“系统 dsn”属性页，增加microsoft access driver(*.mdb)驱动程序，单击“完成”按钮，进入odbc microsoft access安装。输入数据源名称“mydata- source”选择相应数据库(“系统数据库.mdb”)，完成数据源定义。

4.3 数据源与odbc数据库连接

在组态王中定义变量，名为“deviceid”，变量类型:内存整型。建立plc设备，定义i/o变量,名为“plcdata”，负责采集数据。新建一个 名为“mybind”的记录体，增加字段“mydata”, 与“plcdata”相关联。新建一个名为“mytemplate”的表格模板，增加字段“mytabledata”, 定义相应变量类型、字段长度、索引类型。

建立人机界面，通过sqlconnect()函数建立与“系统数据库.dbc”的连接。如 下:sqlconnect(device1id,“dsn=mydatasource;uid=mine;pwd=”);

其中deviceid 用来保存sqlconnect()函数为每个数据库连接分配的一个数值, deviceid多为255。

组态王与数据库连接成功后，通过组态王sql函数调用就可以在数据库中创建表格写入数据了。

4.4 数据动态写入

通过sqlcreatetable()函数按照表格模板“mytem- plate”结构新建数据库表格，名称为“采集数据表”，具体如下:

sqlcreatetable(deviceid，“采集数据表”,“mytemplate”);

通过sqlinsert函数根据记录体“mybind”向表中插入数据，具体如下:

sqlinsert(device1id，“plc数据”，“mybind”);

该命令执行后，组态王运行系统会将从plc采集到的“plcdata”的当前值插入到“系统数据库”中表格“采集数据表”中“plc数据”字段的后一条 记录中。

5 系统设计案例

plc选用三菱fx2n，通信参数设置为96波特率9600，偶校验，7为数据位，1位停止位。

整个系统通过plc由传感器等设备现场数据，ipc安装组态王6.5，完成监控和数据采集，同时连接odbc数据库以表(dbf)的形式保存有用数 据，这样操作人员可以脱离控制系统，利用ms access或visual foxpro等对数据进行处理。

6 结束语

由组态软件本身(sql函数)或vc、vb等语言处理采集到数据往往需要十分复杂的编程，而通过组态王数据库访问功能，只需简单编程就可将数据采集与数据处理分离，这样一方面大地减轻了编程人员的工作量，另一方面数据处理人员可以脱离控制系统立的完成数据分析处理，灵活性实用性大大增强。

1 引言 

controllogix是rockwell公司在1998年推出ab系列的模块化plc，代表了当前plc发展的水平，是目前世界上有竞争力的 控制系统之一，control- logix将顺序控制、过程控制、传动控制及运动控制、通讯、i/o技术集成在一个平台上，可以为各种工业应用提供强有力的支持，适用于各种场合，大的特点是可以使用网络将其相互连接，各个控制站之间能够按照客户的要求进行信息的交换。

controllogix可以提供完善的控制器的冗余功能，采用热备的方式构建控制器，两个控制器框架采用相同的配置，它们之间使用同步电缆连接，不仅控制器可以采用热备，通讯网络也可以采用相似的方式进行热备，除以上的部分可以热备外，控制器的电源也可以进行热备，这样大大提高了控制器的运行的 性。

2 系统介绍

在某焦化厂干熄焦汽轮机发电项目的dcs控制系统中，采用了冗余的controllogix，系统结构如图1所示。上位机通过交换机与plc处理器通讯， 远程框架通过冗余的controlnet连接到控制器框架，同时，远程框架采用了冗余电源配置。整套系统具有很高的性，满足了汽轮机发电系统对于 plc控制部分需要长期无故障运行的要求。上位机采用rsview32软件，用以监控现场设备的运行。

图1 系统结构图

本地框架由l1和l2 框架构成，运行时l1和l2互为热备，构成了冗余，l1和l2框架各个槽位的所配置的模块如表1所示。r1，r2和r3是远程框架，所有的点号都连接到远程框架的模块，远程框架的供电使用了ab的冗余电源(1756-par2)。

表1 l1和l2框架各个槽位的所配置的模块

设置主从控制器框架的1756-cnbr/d的节点地址时应注意，他们的地址拨码应该相同，应该是系统中挂接在冗余controlnet网上所有节点的 高地址，在本系统里面都设置为4，远程站的节点地址分别为1，2，3。在冗余系统正常运行时，从控制器框架的cnbr/d节点地址会自动加1，变为5。

1757-srm是用于的冗余模块，主从控制器框架的srm通过光纤连接。正常工作时，1756- l61中所有的程序和数据通过光纤进行同步，在rslogix5000编程中，不必对此模块进行组态。

1756-enbt是以太网接口模块，通过网线连接到交换机。enbt的地址分配为两个连续的ip即可， 在这个系统中ip地址分别为192.168.1.11和192.168.1.12。

3 模块的升级

冗余系统中，主控制器框架和从控制器框架上各个模块的版本严格一致，并到达到要求的版本号，否则无法正常工作。

当版本不一致时，在rslinx中可能无法看到从控制器框架上的处理器，同时，从控制器框架的处理器状态指示灯(ok灯)变为红色长亮。因此，一般系统在 次上电时，需要进行固件升级。根据ab公布的信息，当些模块的固件版本如表2所示，这个版本同样适用于1756-l62, 1756-l63。

表2 一些模块的固件版本

上电后，在rslinx中检查模块的版本号，如果与表2不一致，需要到ab网站上去下载这个版本的升级包v13.71 redundancy bundle。升级工作需要使用rockwell的固件升级软件controlflash。

升级前，先要取消srm的从框架资格，在rslinx中，从框架比主框架的节点地址大1。从图标上进入1757-srm的属性，找到 configration的auto-synchonization选项，将参数改为never.然后进入synchonization选项卡，单击 disqualify secondary(取消从框架资格)，这个时候主从处理器之间就不会同步了。

升级时，先打开一个处理器框架的电源，关闭另一个框架的电源。等1757-srm显示prim后，在rslinx中可以找到这个框架中的模块。然后使用 controlflash分别进行升级。升级完毕后，关闭这个处理器框架的电源，打开另一个框架的电源，也如此进行升级。

升级完毕后，进入1757-srm的属性，将从控制器设为主控制器，使用rslogix5000将程序下载到从处理器，关闭机架电源，进入从1757- srm的属性，选择becomeprimary,然后进入rslogix5000的通讯菜单，掉故障。完成以上升级工作后，主从控制器框架都上电，然后使用rsnetworx for controlnet对网络进行调度。

在正常工作情况下，一般哪一个框架先上电，哪一个就是主框架，另一个是从框架，主框架的1757-srm会显示prim，从框架的会显示sync。正常运 行时，在srm属性中可以进行主从的切换。如果显示状态与这个不一致，表示系统同步出现问题，需要进行进行检查，刚上电时因为srm需要自检，可能要花一 些时间。如果同步光纤、controlnet或者以太网出现连接问题，都有可能导致同步不正常。

在rslogix5000中进行冗余系统的编程时，只能使用一个连续性任务或几个周期性任务。尽量不要使用sint和int型的数据，另外，数据的定义 好都采用数组完成，这样可以提高同步时的效率。在打点和程序调试期间，由于经常下载程序，这个时候容易导致同步出错，在1757-srm中把自动同步 选项设为禁用，采用手动的方式进行同步。等调试完毕后，再把这个选项打开，正式将系统投运。

4 rslinx中的冗余配置

为了保证冗余系统能够和上位机的hmi软件正常通讯，需要在rslinx中进行冗余配置。

rslinx中，定义两个topic，分别指向主框架和从框架的处理器，然后，在alias topic中，定义一个别名topic，指向刚才定义的两个topic，在使用时，hmi中的节点的定义只要指向别名topic就可以了，当处理器发生主 从切换时，hmi仍然可以保持正常的通讯。

5 srm时间同步

1757-srm正常运行时，需要对同步过程中发生的事件按照时间顺序进行记录，1757-srm出厂时的缺省时间不是当前的时间，因此需要对srm进行 时间重新设置。在设置1757-srm时间时，笔者采用编程的方式将1757-srm的时间与处理器的时间进行同步，同时，利用ab提供的时间工具，笔者可以将处理器的时间与上位机的时间进行同步，这样也就实现了1757-srm与上位机的时间同步。

  1 引言

据不统计，目前我国城市里的十字路通系统大都采用定时来控制(不排除繁忙路段或高峰时段用交警来取代交通灯的情况)，这样必然产生如下弊端:当某条路段的车流量很大时却要等待红灯，而此时另一条是空道或车流量相对少得多的道却长时间亮的是绿灯，这种多等少的尴尬现象是未对实际情况进行实时监控所造成的，不仅让司机乘客怨声载道，而且对人力和物力资源也是一种浪费。

智能控制交通系统是目前研究的方向，也已经不少成果，在少数几个国家已采用智能方式来控制交通信号，其中主要运用GPS定位系统等。出于便捷和效果的综合考虑，我们可用如下方案来控制交通路况:制作传感器探测车辆数量来控制交通灯的时长。具体如下:在入路口的各个方向附近的地下按要求埋设感应线圈，当汽车经过时就会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减少，即可出汽车的通过，并将这一信号转换为标准脉冲信号作为可编程控制器的控制输入，并用PLC计数，按一定控制规律自动调节红绿灯的时长。

比较传统的定时交通灯控制与智能交通灯控制，可知后者的大优点在于减缓滞流现象，也不会出现空道占时的情形，提高了公路交通通行率，较定位系统而言。

2 车辆的存在与通过的检测

(1) 感应线圈(电感式传感器)

电感式传感器其主要部件是埋设在公路下十几厘米深处的环状绝缘电线(特别适合新铺道路，可用混凝土直接预埋，老路则需开挖再埋)。当有高频电流通过电感时，公路面上就会形成中虚线所形成的高频磁场。当汽车进入这一高频磁场区时，汽车就会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减少。当汽车正好在该感应线圈的正上方时，该感应线圈的电感减到小值。当汽车离开这高频磁场区时，该感应线圈电感逐渐复原到初始状态。由于电感变化该感应线圈中流动的高频电流的振幅(本论文所涉及的检测工作方式)和相位发生变化，因此，在环的始端连接上检测相位或振幅变化的检测器，就可得到汽车通过的电信号。若将环状绝缘电线作为振荡电路的一部分，则只要检测振荡频率的变化即可知道汽车的存在和通过。

电感式传感器的高频电流频率为60kHz，尺寸为 2×3m，电感约为100μH.这种传感器可检测的电感变化率在0.3%以上[1，2]。

电感式传感器安装在公路下面，从交通和美观考虑, 它是理想的传感器。传感器选用防潮性能好的原材料。

(2) 电路

检测汽车存在的具体实现是在感应线圈的始端连接上检测电感电流变化的检测器, 并将之转化为标准脉冲电压输出。其具体电路图由三部分组成:信号源部分、检测部分、比较鉴别部分。

(3) 传感器的铺设

车辆计数是智能控制的关键，为防止车辆出现漏检的现象，环状绝缘电线在地下的铺设我们设采取在每个车行道上中的出口地(停车线处)以及在离出口地一定远的进口的地方各铺设一个相同的传感器，方案如图3(以典型的十子路口为例)，同一股道上的两传感器相距的距离为该股道正常运行时所允许的长停车车龙为好。

3 用PLC实现智能交通灯控制

3.1 控制系统的组成

车辆的流量记数、交通灯的时长控制可由可编程控制器(PLC)来实现。当然，也可选用其他种类的计算机作为控制器。本例选用PLC作为控制器件是因为可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有高性丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力;它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程;它采用模块化结构，编程简单，安装简单，维修方便。

利用PLC，可使上述描叙的各传感器以及各道口的信号灯与之直接相连，非常方便。本设计例中,其输入端接收来自各个路口的车辆探测器测得的输出标准电脉冲，输出接十字路口的红绿信号交通灯。信号灯的选择:在本例中选用红、黄、绿发光二管作为信号灯(头方向型)。

3.2 车流量的计量

车流量的计量有多种方式:

(1) 每股行车道的车流量通过PLC分别统计。当车辆进入路口经过个传感器1时，使统计数加1，经过二个传感器2出路口时，使统计数减1，其差值为该股车道上车辆的滞留量(动态值)，可以与其他道的值进行比较，据此作为调整红绿灯时长的依据。

(2) 先统计每股车道上车辆的滞留量，然后按大方向原则累加统计。如，将东西向的左行、直行、右行道上的车辆的滞留量相加，再与其它的3个方向的车流量进行比较，据此作为调整红绿灯时长的依据。

(3) 统计每股车道上车辆的滞留量后按通行大化原则(不影响行车的多道相向行驶)累加统计。如，东、西相向的2个左行、直行、右行道上的车辆的滞留量全部相加，再与南北向的总车流量进行比较，据此作为调整红绿灯时长的依据(下面的例子就是按此种方式)。

以上计算判别全部由PLC完成。可以把以上不同计量判别方式编成不同的子程序，方便调用。

3.3 程序流程

本例就上述所描述的车流量统计方式,就十字路口给出一例PLC自动调整红绿灯时长的程序流程，其行车顺序与现实生活中执行的一样，只是时间长短不一样。

(1) 当各路口的车辆滞留量达一定值溢满时(相当于比较严重的堵车)，红绿灯切换采用现有的常规定时控制方式;

(2) 当东、西向路口的车辆滞留量比南、北向路口的大时(反之亦然)，该方向的通行时间=小通行定时时间+自适应滞环比较增加的延时时间(是变化的)，但不大于允许的大通行时间。其中小定时时间是为了避免红绿灯切换过快之弊;大通行时间是为了公平性，不能让其它的车或行人过分久等。进一步的说明在后面的注释中。

(3) 自适应滞环比较(本例的控制规律)增加的时间的确定若东、西向车辆滞留量≥南、北向一个偏差量σ(如30辆车或其它值)时，先让东、西向的左转弯车左行15s(定时控制，值可改)，再让直行车直行30s(直行时间的小值，值可改)后再加一段延时保持，直至东、西向的车辆滞留量比南、北向的车辆滞留量还要少一个偏差量σ，才结束该方向的通行，切换到其它路上，否则一直延时继续通行下去，直至到达大通行时间而强制切换。滞环特性如图6所示。实际应用时σ的值需整定，过小则导致红绿灯切换过频，过大又不能实现适时控制。

4 结束语

比较传统的定时交通灯控制与智能交通灯控制，可知后者的大优点在于减缓滞流现象，也不会出现空道占时的情形，提高了公路交通通行率，较定位系统而言，特别适合繁忙的、未立交的交通路口，适合于四个以上的路口，也可方便连网。

 触摸屏是一种新型可编程控制终端，是新一代高科技人机界面产品，适用于现场控制，性高，编程简单，使用维护方便。在工艺参数较多又需要人机交互时使用触摸屏，可使整个生产的自动化控制的功能得到大大的加强。

PLC有着运算速度高、指令丰富、功能强大、性高、使用方便、编程灵活、抗干扰能力强等特点。近几年，随着科学技术的不断进步，各行业对其生产设备和系统的自动化程度要求越来越高，采用现代自动化控制技术对减轻劳动强度、优化生产工艺、提高劳动生产率和降低生产成本起着很重要的作用。触摸屏结合PLC在闭环控制的变频节能系统中的应用是一种自动控制的趋势。

触摸屏和PLC在闭环控制的变频节能系统中的使用，可以让操作者在触摸屏中直接设定目标值(压力及温度等)，通过PLC与实际值(传感器的测量值)进行比较运算，直接向变频节能系统发出运算指令(模拟信号)，调节变频器的输出频率。并可实时监控到被控系统实际值的大小及变频器内的多个参数，实现报警、记录等功能。一般PLC结合触摸屏的闭环调节的变频节能系统如下图所示。

闭环控制的变频节能系统用途很广，各种场合的变频节能系统的拖动方式及控制方式各有不同，具体应用时应根据实际情况选择设计。下面列举一些：

空调节能：冷冻泵、冷却泵、主机、却塔风机、风机盘管等。

恒压供水：水厂一、二级泵，供水管网增压泵、大厦供水水泵等

锅炉：引风机、送风机、给水泵等，变频节能系统的控制调节预处理信号由锅炉自动控制系统、DCS或多冲量控制系统给出。

汽轮机：循环泵、凝结泵等，其控制调节预处理信号由汽轮机自动控制系统及DCS给出。

纯水处理系统：软化水泵、增压泵等。

洁净室：增压风机、FFU等等。

整个闭环控制的变频节能系统的组成设备及其作用：

(1)PLC选用SIEMENS公司的S7-200系列：由CPU224XP、DI/DO模块、AI/AO模块组成。PLC作为控制单元，是整个系统的控制。其主要的作用要体现以下几方面：

①完成对系统各种数据的采集以及数字量与模拟量的相互转换。

②完成对整个系统的逻辑控制及PID调节的运算。

③向触摸屏提供所及处理的数据，并执行触摸屏发出的各种指令。

④将PID运算的数据转换成模拟信号，作为调节变频器的输出频率的控制信号。

⑤通过通信电缆及USS4协议完成对变频器内部参数读写及控制。

(2)触摸屏采用SIEMENS公司MP370，其主要作用如下：

①可实时显示设备和系统的运行状态。

②通过触摸向PLC发出指令和数据，再通过PLC完成对系统或设备的控制。

③可做成多幅多种监控画面，替代了传统的电气操作盘及显示记录仪表等，且功能加强大。

(3)变频器：采用SIEMENS公司440系列，通过USS4协议可由触摸屏通过PLC设置其内部的部分参数，根据PLC发送过来的数据(模拟量)值调节水泵或风机的转速，并将其内部运行参数反馈到PLC。

(4)压力、温度等传感器：将被控制系统(水系统或风系统)的实际参数值转变成电信号上传至PLC。

(5)电气元件：给PLC、触摸屏、变频器及传感器等供电，完成各种操作及驱动等。

触摸屏画面设计

触摸屏画面由ProTool等软件进行设计，然后先通过编程电脑调试，合格后再下载到触摸屏。触摸屏画面总数应在其存储空间允许的范围内，各画面之间尽量做到可相互及强制切换。

(1)主画面的设计

一般的，可用欢迎画面或被控系统的主系统画面作为主画面，该画面可进入到各分画面。各分画面均能一步返回主画面。若是将被控主系统画面作为主画面，则应在画面中显示被控系统的一些住要参数，以便在此画面上对整个被控系统有大致的了结。

(2)控制画面的设计

该种画面主要用来控制被控设备的启停及显示变频器内部的参数，也可将变频器参数的设定做在其中。该种画面的数量在触摸屏画面中占的多，其具体画面数量由实际被控设备决定。 

(3)参数设置页面的设计

该画面主要是对变频器的内部参数进行设定，同时还应显示参数设定完成的情况，实际制做时还应考虑加密的问题。

(4)实时趋势页面的设计

该画面住要是以曲线记录的形式来显示被控值、变频器的主要工作参数(如输出频率)等的实时状态。

(5)信息记录页面的设计

该画面主要是记录可能出现的设备损坏、过载、数值范围和系统急停等故障。另外该画面还可记录各设备启停操作，作为凭证。

(6) 节能画面的设计

该画面主要是记录和显示变频器的累积用电数及实时节电状态，以便向用户展示变频节能的好处，也可用来与其它的节电测量作比较。

PLC程序设计

PLC程序由S7-200编程软件进行设计，然后通过编程电脑下载到PLC进行联机调试，合格后即可使用。PLC在编程前应先对各功能程序段的进行规划，以免重复使用同一，造成误动。

(1)逻辑功能的设计

这部分程序主要是完成各变频水泵(或风机)的启动停止、联动、联锁及自动投切等等功能，一般在离线状态下就能完成软件逻辑功能的测试。

(2)PID功能的设计

通过S7-200中的PID向导可完成PID调节程序，具体应用时需根据实际被控设备及采样设备决定其配置。

(3)采样程序的设计

采样元件使用标准配置时，应注意采样A/D转换后的具体数据是否与PID及显示等程序配套，实际制做时还应考虑采样是多路且相关联的情况。

(4)PLC与变频器通信程序的设计

SIEMENS S7-200PLC与SIEMENS 430等变频器的通信一般使用USS4协议程序来完成，该程序的主要目的是监控变频器的实时运行状态。

(5)其它辅助程序的设计

PLC程序在实际编程过程中，需考虑对一些程序进行修补，尽量减少程序漏洞，反复推敲，不断的总结完善。

结束语

在闭环控制的变频节能系统中采用触摸屏可以使用户简单直观监控整个空调变频节能系统及与其相关联的设备和系统，提高了整个被控系统以及企业的自动化程度和硬件档次。随着微电脑技术的不断发展，触摸屏本身的成本也在不断的降低，再与PLC在系统中使用，实现了整个被控系统自动化程度的质的飞跃，这必将使触摸屏与PLC被多的应用在未来的各种生产系统中，并成为自动化控制发展的一个亮点。