西门子模块6ES7212-1AB23-0XB8厂家质保

西门子模块6ES7212-1AB23-0XB8厂家质保

1  前言
      可编程控制器（plc）是集计算机技术、自动控制技术、通信技术为一体的新型自动控制装置。由于体积小、性高以及组态灵活等优点，plc在工业控制领域得到了广泛的应用。在plc组成的自动测量和控制系统中，一般采用主从式控制结构，由plc向计算机发送数据,计算机处理数据后根据具体情况向plc发出相应的指令,控制plc的运行。plc作为下位机，完成数据采集、状态判别、输出控制等任务，上位机（微型计算机、工业控制机）完成数据信息的存储、分析处理、状态显示以及打印输出等任务，以实现对系统的实时监控。目前市场上常用的人机界面或监控组态软件价格昂贵且由国外公司, 对于小型企业的单机系统来说，许多功能并不实用，同时组态软件的本身也还存在不足之处，不能满足一些特殊要求。因此，目前仍然需要技术人员根据实际情况开发小型经济适用的软件。笔者针对比较简单的控制系统，利用vc＋＋6.0设计了一个通信程序,实现了bbbbbbs环境下上位计算机对多台plc的灵活监控。

 

2  通信类型
      日本三菱公司是的工厂自动化设备制造商，其工业可编程控制器在占有相当大的份额。本项目选用三菱fx2n-48mr型plc，fx系列plc支持以下5种通信类型: 
    （1） plc的n:n通信方式;
    （2） plc双机并联通信方式;
    （3） plc与计算机专有协议通信方式;
    （4） plc与计算机无协议通信方式（使用rs指令或fx2n-232if特殊功能块）;
    （5） 自由端口设计方式（需要特殊通信模块，使用较少）。
      各种通信类型的具体特性列于表1。本系统采用专有协议通信方式，以pc机为主站，通过fx-485pc-if及fx2n-485bd与多台plc从站连接（多16台），每台plc被赋予的站号用以标志身份，上位机通过rs-485通信总线对plc进行控制。

3 通信协议
 

       fx2n系列plc通信采用异步格式，较常用的数据帧由1位起始位、7位数据位、1位停止位及1位校验位组成，波特率为9600bps。传输数据以字节为单位，分为高4位和低4位，每4位转化为1个ascii字符发送。以上位机从plc读取数据为例。
      计算机方发送数据帧格式如表2所示：
 

      enq是请求通信标志;station no.代表plc站号，设定范围00h－0fh;pc no. 是plc的cpu代号，fx系列为ffh;command是操作命令码，具体内容列于表3;message wait time表示从命令发出到plc回应之间的等待时间，允许值从0-150ms，设定为00h-0fh;character area a为传送字符串，包括位元件或字元件的地址和单元字节个数; sum check code是和校验码，分为高4位和低4位。
      plc应答格式如表4所示。
      stx是帧开始字符;character area b为传送数据，fx系列plc一次多可以传送64比特即40h数据;etx为帧结束字符;其余含义同上。
      本程序的主要功能为，每隔一定时间（由用户通过界面设定）按站号顺序批量读取plc中位元件y000-y017的状态，将数据存放入数据库plc表中。
      总共有2台plc，对于站号为i 的plc，命令格式如表5所示。

 

4  软件编程
      软件设计选用visualc++6.0作为开发平台，利用其提供的mscomm控件，可以方便地实现plc与上位机的串行通信。该通信控件提供了使用rs232开发串行通信软件的细则，使用事件驱动或查询方式来解决开发通信软件中遇到的问题。该控件有27个属性，主要的属性如表6所示。
      将mscomm控件加入工程，同时安装1个系统定时器。通信控件m_mycom用于访问串口、发送和接收数据;系统定时器用于控制每隔一定时间间由上位机向plc发送命令。

可编程序控制器PLC已广泛应用于各行各业，尤其是电力系统某些立的控制单元或者信号相对集中的系统，基本上都采用了PLC进行过程控制，运用它既可完成各种复杂的工艺流程，又简化了早期采用继电器控制的方式，而且性也得到了大的提高，但是在实际应用中也经常会出现一些故障，导致系统不能正常启动或者某一设备失控。下面以阳城电厂6×350 MW机组输煤的PLC控制系统为例进行故障排除分析。

1  系统介绍

    阳城电厂输煤系统采用了西门子S7-400系列的可编程序控制器PLC进行过程控制和数据采集，采用双机冷备配置方案。通过profibus现场总线连接2个远程I/O站，总线为全双工网络冗余结构，通过冗余的通迅处理器和网络连接，中间加装RS485中继器进行信号放大，电源为热备用，采用双回路供电，加装UPS。监控系统采用西门子工控机和基于bbbbbbs 95的软件(WINCC)，共2台上位机，其中一台作为控制使用；另一台作为报表并作为备用监控上位机。PLC和上位机通过网络通讯，使运行状态及运行参数在CRT上实时显示出来，并对重要参数、报警信息、故障、操作运行等进行记录和打印。运行人员可通过CRT画面对系统进行控制监视，也可运用键盘和鼠标完成系统或设备的启动、停止以及对运行参数的设定。

2  系统中常见故障的分析与排除

2.1  CP443通讯模块“stop”指示红灯亮
    检查接线有无松动，如果接线良好，应检查CPU是否指示EXTF(外部故障)，若由于程序事先设定的地址错误，可重新检查程序的硬件配置是否正确。如果仍无法排除，再检查S7的通讯软件设计得是否正确，或通过换模块的方法检查是否通讯模块本身故障。
2.2  RS485中继器信号全部消失
    如果RS485中继器信号全部消失，会造成信号传输中断，使主控室与各远程站失去联系，无法控制远程站的设备。应检查DC24 V电源供电是否正常，如果电源正常再检查RS485中继器的所有接线是否有松动。
2.3  某一远程站失去信号
    如果RS485中继器正常工作，而某一远程站在运行中突然失去信号，可能是该站的控制电源消失或CPU故障；如果该站的信号时有时无，则可能是控制电源引起的，可以从UPS电源和供电回路进行查找。
    如果CPU模块上的指示灯显示INTF或EXTF，则表示内部故障或外部故障，INTF是指CPU本身或程序的问题引起。如果程序已经调试正确，在运行中突然发生，解决的方法是将钥匙开关由RUN位置打至STOP位置，使CPU停止工作，然后再打至RUN的位置。如果是EXTF，则是由于外部的控制系统引起的或者是本站的模块出现问题，也许是失电，也许是模块本身故障，在实际工作中多数是由于失电引起。
    S7-400系列可编程序控制器的硬件基本上很。而且已调试正确的程序以及通讯地址不会变动，如果上述问题无法解决，可采用替换模块的方法查故障。
2.4  上位机控制部分无法操作
    引起这一现象的原因，可从上位机与PLC的通讯卡件、通讯电缆、通讯地址三方面查找。实际工作中一般由于卡件松动或者接线松动引起的原因比较多，如果均已固定良好，就可能是卡件故障，可重新换后进行调试。
2.5  上位机和PLC无法远程操作某一设备
    引起这一现象的原因应从两方面进行分析：一是操作上是否满足工艺流程的要求(联锁/解锁方式)，或者是该设备的启动和停止按钮没有复位，一直在保持状态，可重新点击后解决；二是从PLC的输出模块上查找，是否该设备的启动和停止信号一直保持(绿灯)，导致设备无法正常操作。如要停止某台运行的设备，结果无法停止，而输出的信号模块上指示灯一直显示该设备运行。解决的方法是：若控制该设备启动的继电器一直吸合，无法断开，可换继电器；如仍不能解决，可以将该站DC24 V电源断开，重新合上查看是否正常(注意：在重合过程中为防止设备突然再启动，确定该设备是否处于可运行的状态，否则不能用该方法)，如果启动指示灯仍亮，该设备又重新启动，则可能是该模块上的输出点损坏，可以用换板子的方法来解决。
2.6  上位机方面的故障
    由于上位机一直处于24 h工作状态，故障记录、操作信息以及数据的工作量很大。如果我们在初设计时，所采用的故障、操作信息输出方式是电子文件，则该信息记录在计算机硬盘的存储区上，日积月累导致硬盘的剩余空间很小，计算机运行速度很慢，后出现死机不能操作，只能关闭电源重新启动。解决这一问题的方法有两种：一是定期删除过期无用的信息，以便释放空间；二是将记录的信息由输出文件改为输出至打印机。

3  结束语

    在实际工作中，我们经常会遇到各种各样的故障，但是如果熟悉该系统的配置方案、控制方式，先从软件、操作方面解决，然后再从硬件的接线、电源上入手，采取逐一排除的方法，后对确认不能解决的故障再采用替换硬件的方法，就能排除系统所有故障，从而确保生产。

计中，采集模式作为设备类的一个属性，由开发人员根据具体情况，选择合适的采集模式。不同模式的采集算法实现如下：



    密集采集执行流程：设置一个采集周期如1000ms。每当开始一个新采集周期时，重新计算采集通道的级别。遍历所有的通道，找出目前级的通道，进行采集。对通道进行分块（块中包含需要刷新的通道）。进入通讯循环（某些设备进行一次采集至少需要两次通讯所以需要通讯循环）。发送数据请求并等待回应；根据返回的信息解析出，并作相应处理；判断是否需要下一次采集，如果不需要跳出循环；新通道和采集标志；继续发送线程消息启动下一次采集直到一次通讯循环结束；直到遍历完所有需采集的通道。



    按需采集执行流程：循环对每个通道进行，保存采集成功的值，并进行后续处理。定时采集执行流程由定时器触发，采集流程与密集采集一样，但在判断没有满足采集要求的通道不进行采集。



    5.2 采集点分散的动态采集算法



    在现有的数据交换过程中，用户关心的数据往往只占全部信息的很小一部分，而且这些采集点分散在的数据中，如果不加判断的依次读取数据，有效信息与信息的比例很低，实时性差；如果仅有效信息，分配的粒度过小，又会造成系统效率低下，信道利用率差。针对这一问题，采取以下的解决方法：



    （1）只采集用户关心的数据。如当有多个通道时，只传送当前用户只关心的通道的数据，而不关心其它的通道。保证采集尽量少的通道，为每个需要的通道提供快的周期。从而减少通讯量。



    （2）对于待采集的数据分配不同的级，对实时性要求高的部分数据采集。可以根据用户设置的数据刷新时间来改变其级。



    （3）实现一个动态分块算法，在一个合理的粒度上对的信息分块传输，兼顾信道利用率与有效信息的实时性；实现的分块算法简述如下：在采集时判断，如果当前采集的寄存器类的通道可以组成一个数据请求包，则进行处理，提高一次采集的通道数。根据开发人员定义的通道级，找出级的通道附近的地址连续（或紧密）的通道，这些通道形成一个通道块。重复同样的过程，将剩下的通道继续分块，直到形成的块数大于某一规定的数值比如20 或将本寄存器的所有通道分配完成。



    （4）根据通讯协议的特点，在打包数据请求时尽量保包含多的请求，从而减少请求的总次数。



    6 结论



    根据本文的PLC 通用性数据接口开发人员已开发出多个厂家的PLC 驱动，并在不同项目中得到应用。在此PLC 通用数据接口基础上开发PLC 驱动，缩短了开发时间和难度。投入运行的系统通信稳定，采集速度快，通用性好,性高。保证了项目的顺利实施。本文作者点:具有通用性的监控系统与PLC 通信接口设计，能够大大缩短开发时间和难度，并提高通信稳定性、实时性，具有很高的实用和经济。

近年来，随着工厂自动化系统的兴起，可编程控制器(PLC)和现场总线在工业控制中得到了广泛的应用。在工厂自动化系统中，一般利用PLC的高性、模块化结构以及编程简单等特点，将其作为下位机完成实时采集和控制任务；利用现场总线系统的开放性、互用性以及系统结构的高度分散性来构筑自动化领域的开放互连系统。控制系统中的主从站结构是经常用到的通讯方式，不过以往的从站只能单纯的靠主站中存储的程序来运行，主站若发生故障，从站就不能继续工作，这样就使整个系统的连续工作能力下降，不利于企业效益的增长。要解决这一问题，可换用带CPU的智能化DP从站，它不仅能实现立的PID控制，也能接收PROFIBUS的PLC主站或PC主站的控制数据，构成一个数字化、智能双向、多点的通信系统现场总线网络，实现优控制，而且DP从站具有性高、抗扰能力强、、维护方便的特点，因而可以很好的解决上述问题。
1  通讯结构

CPU315-2DP是西门子生产的S7系列产品，它的CPU上集成有PROFIBUS-DP通讯接口。AriCon 211-DP是北京金自天正智能控制股份有限公司(以下简称金自天正公司)的产品，它的CPU上也集成有PROFIBUS-DP通讯接口。整个的连接结构如图1所示。

图1  系统通信结构连接框图

MPI：MPI（Multi Point Interface）数据线用来连接PC机的串口和CPU315-2DP的通讯口。它是通过一个西门子生产的PC适配器把PC机的串口转化为MPI协议的。
RS232C：RS232C(RS表示Recommended Standard，C代表RS232新定义的一个型号)是目前PC机与通信工业中应用广泛的一种串行接口。它被定义为连接数据终端设备（DTE）和数据电路设备（DCE）的电缆中的信号电特性，是一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准，采取不平衡传输方式，即单端通讯。RS232C适用于近距离传输。连接方式如图2所示。

图2  RS232串行接口连接方式

PROFIBUS-DP（Process FieldBus）：采用RS485传输技术通讯，波特率可选9.6Kbps～12Mbps，电缆的大长度就取决于所选用的波特率。线路的两端带有终端传输电阻，介质为带屏蔽的双绞电缆。在这一级，PLC通过高速串行线同分散的现场设备进行通讯。
2  硬件部分
2.1  CPU315-2 DP
其主存储器的大存储量为512KB，CPU能多处理82K语句，并提供大8192个标记，512个定时器和512个计数器。同时CPU可扩充到1024DI/DO或128AI/AO。它的大功能也可用一个集成的PROFIBUS-DP接口达到，并可作为主设备或从设备设置。多可将125个PROFIBUS-DP站连接到主设备。率为12Mbps。分布式I/O以与I/O相同的方式(即用STEP 7)进行配置和编程。它的通信协议芯片SPC3集成了DP协议中的FDL层，可以承担通信部分的微处理器负载，实现DP从站通信处理。
2.2  AriCon 211-DP
可用符合IEC61131-3标准的AriOCS对其组态编程，具有高灵活性，可以连接32个功能模块（数字I/O、模拟I/O、脉冲计数、通讯等）。具有快的扫描周期，可连接附加的外部存储器，MPI适配器。大传输率为12Mbps。组态好的数据要使用RS232C下装到模块的CPU中。
3  软件部分
由PROFIBUS总线构成的现场总线控制器的软件包括：PROFIBUS总线设备的配置软件、驱动软件、组态软件和应用程序等。它们具有以下功能：主站和远程从站的参数设定，主站对从站的数据读写、图形组态、数据库建立与维护、数据统计、报表打印、故障报警，应用程序的开发、调试、运行等。其中，配置软件和驱动软件由设备厂商提供，组态软件可采用STEP7等通用型软件。
本次实验所有的软件都基于Microsoft bbbbbbs NT系统，有良好的用户界面，其功能也都相当完善和实用，使用非常方便。
3.1  编程组态软件STEP7
STEP7是西门子开发的一套SIMATIC 工业软件。它功能非常强大，不仅对开关量有完善的指令，而且在处理模拟量时也有丰富的指令系统。可以使用任何一种编程语言，如STL（语句表）、FBD（功能块图）和LAD（梯形图），可随心所欲的从一种语言切换到另一种。硬件配置工具和试验工作方式的切换设备以及指令集（存有丰富的指令），即使是非常复杂的功能也能简便地编程。地址的分配和安装模块的组态是西门子STEP7管理器的一个功能，在这里，模块作为一个实际的PROFIBUS主站系统出现。完成的工程通过串口MPI传送给CPU。
3.2  组态软件AriOCS
AriOCS是金自天正公司开发的于IEC1131-3 AriCon CPU21x编程组态的软件，采用IEC标准规定的五种语言。它支持在线调试修改和离线，调试功能非常丰富，具有在线帮助功能。另外，它还附带了一个参数配置软件WinNCS。
3.3  GSD文件
PROFIBUS设备具有不同的性能特征，主要表现在现有功能（即I/O信号的数量和诊断信息）的不同或可能的总线参数，例如波特率和时间的监控不同。这些参数对每种设备类型和每家生产厂来说均有差别，为达到PROFIBUS简单的即插即用配置，这些特性均在电子数据单中具体说明，有时称为设备数据库文件（即GSD文件）。使用基于GSD的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在一个总线系统中。GSD文件由生产厂商分别针对每一种设备并以设备数据库清单的形式提供给用户，此种文件格式便于读出任何一种PROFIBUS-DP设备的设备数据库文件，并且在组态总线系统时自动使用这些信息。
4  操作过程
将所有设备按照图1所示顺序连接好。
PROFIBUS通信协议将网络中通讯参与者分为主站和从站：主站要向从站发送通讯请求指令，从站根据请求指令中的内容向主站发回数据。一个主站可以向多个从站发送通讯请求，并利用从站地址（SLAVE ADDRESS）或从站识别码（SLAVE ID）来区分。
智能从站与普通从站的大区别就是带有自己的CPU，因此，它除了处理来自主站的数据外，还要处理本身的I/O数据，并且确保两种数据不重叠。在给主站组态的同时，也要给从站组态。
主站的CPU从FFh到00h记数，并且要先把来自智能从站的数据传送到主站的输出模块，然后，主站再把自己的数据传送给智能从站。从站接收到的数据保存在CPU外围模块的输入区域，并且通过背板总线传送给输出模块。另一方面，智能从站要从00h到FFh记数。这些数据也被保存到从站CPU的输出区域，然后通过PROFIBUS传送到主站，主站再传给输出模块。以此做周期性循环。
这里对以下数据进行组态：
①主站：PROFIBUS地址            1
输入区域        从10开始   字节长度：2Byte
输出区域        从20开始   字节长度：4Byte
②智能从站：PROFIBUS地址        2
输入区域        从30开始   字节长度：4Byte
输出区域        从40开始   字节长度：2Byte
参数数据  从50开始  字节长度：24Byte(固定)
诊断数据  从60开始  字节长度：6Byte(固定)
状态数据  从100开始  字节长度：2Byte(固定)
组态好的PROFIBUS地址与CPU模块上拨码开关设定的地址一致。
输入输出区域中的数据是映射到对方CPU中的数据：主站的输入对应于从站的输出，它们的字节长度要相等；而主站的输出则对应于从站的输入，它们的字节长度也要相等。
用STEP7给主站CPU315-2 DP组态，组态好的数据通过MPI电缆下装到主站的CPU中。在STEP7中，为主站编程，梯形图如图3所示。

图3  主站编程梯形图

其中：M0.0为中间变量，Q1.0对应于主站所带的I/O模块地址，而Q20.0则为映射到智能从站的数据，它对应着智能从站的Q30.0。
智能从站的组态采用组态软件AriOCS，组态好的数据通过RS232C传送给AriCon 211-DP。在AriOCS中，为智能从站编程，梯形图如图4所示。

图4  从站编程梯形图

其中：I30.0为映射到主站的数据，而Q2.7则对应于智能从站所带的I/O模块地址。
PROFIBUS通信协议了通信的高性，不过这要以硬件和软件设计为基础。在通信接口连接时，遵循一定的规范，如信号的隔离、总线接口与收发器间避免线路过长等。这样，主从站就可以实现数据的通讯了。
5  结语

本次实验主要是实现了PLC与智能从站之间的数据通讯。使用智能从站的大好处在于，当主站出现故障停止运行时，智能从站因自身带有CPU，组态的数据都存在自己的CPU中，所以能够继续运行，而不受主站的影响，大的提高了系统连续工作的能力，该方法值得推广应用。

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