6ES7212-1BB23-0XB8诚信合作

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干扰的主要来源

电源的干扰。

PLC系统控制的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰，空间的辐射电磁场(EMI)主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达等产生的，通常称为辐射干扰，若PLC系统置于所射频场内，就会收到辐射干扰，而在线路上感应电压。尤其是电网内部的变化，开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行。

信号线引入的干扰。

与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，由此引起系统故障的情况也很多。

接地系统的干扰。

接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰;而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。

变频器干扰。

一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量;二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备的正常工作。

抗干扰的措施

电源干扰的抑制。

一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。选用隔离性能较好的设备、选用优良的电源、动力线和信号线走线要加合理等等，对电源变压器、处理器、编程器等主要部件，采用导电、导磁性良好的材料进行屏蔽处理，以防止外界干扰信号的影响。电源调整与保护:电源波动造成电压畸变或毛刺，将对PLC及I/O模块产生不良影响。对微处理器部件所需要的+5V电源采用多级滤波处理，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。尽量时电源线平行走线，时电源线对地呈低阻抗，以减少电源噪声干扰。其屏蔽层接地方式不同，对干扰抑制效果不一样，一般次级线圈不能接地。输入、输出线应用双绞线且屏蔽层应接地，以抑制共摸干扰。此外可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰，还可以在电源输入端串接LC滤波电路等。

信号线引入的防干扰措施。

动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双绞线连接。将PLC的I/O线和大功率线分开走线，如在同槽内，分开捆扎交流线、直流线，若条件允许，分槽走线，这不仅能使其有尽可能大的空间距离，并能将干扰降到限度。此外利用信号隔离器解决干扰问题也是很理想的办法，其原理是将PLC接收的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号或不同信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间立。只要在有干扰的地方，输入端和输出端中间加上这种隔离器，就可有效解决干扰问题。

正确选择接地点，完善接地系统。

良好的接地是保证PLC工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个，其一为了，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。在PLC控制系统中，具有多种形式的“接地”，主要有：

(1)信号地。输入端信号元件的地;

(2)交流地。交流供电电源的N线;

(3)屏蔽地。为防止静电和磁场感应而设置的外壳或金属丝网，通过专门的铜导线将其接入地下;

(4)保护地。将机器设备的外壳或设备内立器件的外壳接地，用于保护人身和防止设备漏电。

为了抑制附加在电源及输入、输出端的干扰，应对PLC系统进行良好的接地。一般情况下，接地方式与信号频率有关，当频率1MHz时，可用一点接地;10MHz时，采用多点接地;在1～10MH之间时，通常情况下，PLC控制系统采用一点接地，将所有地线端子和近接地点相连接，以获得的抗干扰能力。接地线截面积不能小于2mm2，接地电阻不能大于100Ω，接地线使用地线。

变频器干扰的抑制。

(1)加隔离变压器，主要是针对来自电源的传导干扰，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。

(2)使用滤波器，滤波器具有较强的抗干扰能力，还具有防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。

(3)使用输出电抗器，在变频器到电动机之间增加交流电抗器主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射，影响其它设备正常。

到了现场进行PLC系统安装前，需要考虑安装环境是否满足PLC的使用环境要求，此时可以参考各类PLC产品的使用手册。本文介绍了PLC现场安装的注意事项及安装方式。

需要注意的是无论是什么PLC都不能装设在下列场所：

含有腐蚀性气体之场所，阳光直接照射到的地方，温度上下值在短时间内变化急遽的地方，油、水、化学物质容易侵入的地方，有大量灰尘的地方，振动大且会造成安装件移位的地方。
      
 如果要在上面的环境使用，则要为PLC制作合适的控制箱，采用规范和必要的防护措施。如果需要在野外低温度下使用，可以使用有加热功能的控制箱。如何做这些防护箱或控制箱，各制造商和和资格的系统集成商将会为客户提供相应的供应和设计。
        
在使用控制箱时，在控制箱内OpenPLC安装的位置要注意如下事项：

控制箱内空气流通是否顺畅（各装置间须保持适当的距离），变压器、马达控制器、变频器等是否与PLC保持适当距离，动力线与信号控制线是否分离配置，组件装设之位置是否利于日后之检修，是否需预留空间，供日后系统扩充使用。
      
 除了上述注意事项之外，还有其它注意事项要留意。
        
比较重要的是静电的隔离。静电是无形的，但可能因为不会对人造成生命危险，所以许多人常常忽视它。在中国的北方、干燥的场所，人体身上的静电都是造成静电损坏电子组件的因素。虽然你被静电打到的话，只不过是轻微的酥麻，但这对PLC和其它任何电子器件就足以致命了。
         PLC现场安装的注意事项及安装方式
要避免静电的冲击有下列三种方式：
在进行维修或换组件时，请先碰触接地的金属，以去除身上的静电；不要碰触电路板上的接头或是IC接脚；电子组件不使用时，请用有隔离静电的包装物，将组件放置在里面。想象PLC里的元器件是一个娇嫩的婴儿，而那些静电会导致这个婴儿死亡，你就会容易以正确的态度对待这个问题了。
        
基座安装（RACK）时，在决定控制箱内各种控制组件及线槽位置后，要依照图纸所示尺寸，标定孔位，钻孔后将固定螺丝旋紧到基座牢固为止。在装上电源供应模块前，同时注意电源线上的接地端有无与金属机壳连结，若无则须接上。接地不好的话，会导致一系列的问题，静电、浪涌、外干扰，等等。由于不接地，往往PLC也能够工作，因此，不少经验不足的工程师就误以为接地不那么重要了。这就像登山的时候，没有系上保护缆绳一样，虽然你正常前进的时候，保护缆绳没有任何作用，但一旦你失足的时候，没有那根绳子，你的生命就完结了。PLC的接地，就相当于给PLC系上保护缆绳。
        
在I/O模块安装时，须注意如下事项：
I/O模块插入机架上的槽位前，要先确认模块是否为自己所预先设计的模块；
I/O模块在插入机架上的导槽时，务必插到底，以确保各接触点是紧密结合的；
模块固定螺丝务必锁紧；接线端子排插入后，其上下螺丝旋紧。由于现场的变压器、电机等影响，多少会有振动，如果这些螺丝钉松动了，会导致模块从机架中松开。

PLC的安装
PLC适用于大多数工业现场，但它对使用场合、环境温度等还是有一定要求。控制PLC的工作环境，可以有效地提高它的工作效率和寿命。在安装PLC时，要避开下列场所：
（1）环境温度过0 ~ 50℃的范围；
（2）相对湿度过85%或者存在露水凝聚（由温度突变或其他因素所引起的）；
（3）太阳光直接照射；
（4）有腐蚀和易燃的气体，例如、等；
（5）有打量铁屑及灰尘；
（6）频繁或连续的振动，振动频率为10 ~ 55Hz、幅度为0.5mm（峰-峰）；
（7）过10g（重力加速度）的冲击。
 
小型可编程控制器外壳的4个角上，均有安装孔。有两种安装方法，一是用螺钉固定，不同的单元有不同的安装尺寸；另一种是DIN（德国共和标准）轨道固定。DIN轨道配套使用的安装夹板，左右各一对。在轨道上，先装好左右夹板，装上PLC，然后拧紧螺钉。为了使控制系统工作可*，通常把可编程控制器安装在有保护外壳的控制柜中，以防止灰尘、油污、水溅。为了保证可编程控制器在工作状态下其温度保持在规定环境温度范围内，安装机器应有足够的通风空间，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔。如果周围环境过55C，要安装电风扇，强迫通风。
为了避免其他外围设备的电干扰，可编程控制器应尽可能远离高压电源线和高压设备，可编程控制器与高压设备和电源线之间应留出至少200mm的距离。
当可编程控制器垂直安装时，要严防导线头、铁屑等从通风窗掉入可编程控制器内部，造成印刷电路板短路，使其不能正常工作甚至损坏。

工作原理：
PLC是采用周期循环扫描的工作方式，CPU连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。CPU对用户程序的执行过程是CPU的循环扫描，并用周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的。结合PLC的组成和结构分析PLC的工作原理容易理解。

一个扫描周期主要可分为：
（1）读输入阶段。 每次扫描周期的开始，先读取输入点的当前值，然后写到输入映像寄存器区域。在之后的用户程序执行的过程中，CPU访问输入映像寄存器区域，而并非读取输入端口的状态，输入信号的变化并不会影响到输入映像寄存器的状态，通常要求输入信号有足够的脉冲宽度，才能被响应。
 
（2）执行程序阶段。 用户程序执行阶段，PLC按照梯形图的顺序，自左而右，自上而下的逐行扫描，在这一阶段CPU从用户程序的条指令开始执行直到后一条指令结束，程序运行放入输出映像寄存器区域。在此阶段，允许对数字量I/O指令和不设置数字滤波的模拟量I/O指令进行处理，在扫描周期的各个部分，均可对中断事件进行响应。
 
（3）处理通信请求阶段。 是扫描周期的信息处理阶段，CPU处理从通信端口接收到的信息。
 
（4）执行CPU自诊断测试阶段。在此阶段CPU检查其硬件，用户程序存储器和所有I/O模块的状态。
 
（5）写输出阶段。每个扫描周期的结尾，CPU把存在输出映像寄存器中的数据输出给数字量输出端点（写入输出锁存器中），新输出状态。然后PLC进入下一个循环周期，重新执行输入采样阶段，周而复始。
如果程序中使用了中断，中断事件出现，立即执行中断程序，中断程序可以在扫描周期的任意点被执行。
如果程序中使用了立即I/O指令，可以直接存取I/O点。用立即I/O指令读输入点值时，相应的输入映像寄存器的值未被修改，用立即I/O指令写输出点值时，相应的输出映像寄存器的值被修改。

1  引言

西门子工控产品在工控领域应用市场中有较高的占有率，S7-200系列PLC是西门子SIMATIC PLC家族中的成员之一，在西门子工控领域应用中占有重要地位。S7-200系列PLC体积小，软硬件功能强大，系统配置方便，由它组成的系统可以与强大的Profibus现场总线相连接。它一推向市场就在各行各业得到了广泛应用。但是在实际工程应用中遇到了监控计算机与S7-200系列PLC通信问题。由于西门子公司S7-200系列PLC比监控组态软件WinCC推出晚，因此WinCC中没有集成S7-200系列PLC的通信驱动程序；S7-200系列PLC的通信协议也不公开，应用三方软件编制监控程序也有问题。这些问题给S7-200系列PLC的应用带来了一定的限制，为了解决这个实际工程问题，作者做了一些研究，本文就S7-200系列PLC与监控计算机通信问题研究结果展开讨论。

2  S7-200系列PLC监控的主要方法

在大多数控制系统中，仅仅是实现控制是不够的，在许多情况下也需要组态监控界面对系统进行监控。通过监控可以增机交互的能力，使操作人员实时地监控系统工作情况并使系统操作变得方便。

对S7-200系列PLC组成的控制系统进行监控一般有三种方法：组态软件、三方软件编制的软件、触摸屏监控。

用组态软件WinCC实现监控，功能强大，灵活性好，性高。但软件价格高，并需要解决WinCC与S7-200系列PLC的通信问题。在复杂控制系统中可以采用此方法。

用三方软件编制的软件实现监控，灵活性好，系统投资低，能适用于各种系统。但开发系统工作量大、性难保证，对技术人员的经验和技术水平的要求高，还购买通信协议软件。在系统资金投资有限，技术人员水平较高的情况下可以采用此方法。

触摸屏进行监控，性高，监控实现容易，触摸屏与PLC之间的通信问题生产厂商已处理好，用户不用考虑通信问题，可以大大缩短工程周期。但灵活性一般，功能有限，不能满足复杂控制系统的监控要求，而且价格高。在系统性要求高、工期短的情况下可以采用此方法。

3  WinCC组态软件与S7-200系列PLC的通信

SIMATIC WinCC采用了新的32位技术的过程软件，具有良好的开放性和灵活性。无论是单用户系统，还是冗余多服务器/多用户系统，WinCC均是较好选择。通过ActiveX，OPC，SQL等标准接口，WinCC可以方便地与其它软件进行通信。WinCC与S7-200系列PLC的通信，可以采用PPI和Profibus两种通信协议之一进行。

1、WinCC与S7-200系列PLC通过Profibus协议进行通信的实现

（1）软硬件要求

*  PC机 ，bbbbbbs 98操作系统；

*  S7-200系列PLC；

*  CP5412板卡或者其他同类板卡，例如：CP5611，CP5613；

*  EM277 Profibus DP模块；

*  Profibus 电缆及接头；

*  安装CP5412板卡的驱动；

*  安装WinCC 4.0或以上版本；

*  安装COM Profibus软件。

（2）组态

打开SIMATIC NET“COM Profibus，新加一个组态，主站为SOFTNET-DP，从站是EM277 Profibus-DP。主站的地址选择从1到126。从站的地址选择从3到99，与EM277的地址一致。然后用该软件对从站进行配置：打开从站属性，在Configure选项中，选择8bytes in/8bytes out（可根据实际需要选定）。在bbbbbeterize中可以选择偏移地址，地址对应于S7-200系列PLC的数据区（即V区），默认为0，即从VB0开始。组态完成后，导出(Export)NCM文件，生成*.txt和*.ldb文件。

（3）设置PG/PC interface。

在Access Point of the Application中选择CP_L2_1，在Interface bbbbbeter Assignment 选择CP5412A2(Profibus)。在属性里的DP协议，并在DP-Database参数中输入*.ldb文件的路径。设置完成后可以诊断硬件配置是否正确、通信是否成功。

（4）WinCC的设置。

在WinCC变量管理器中添加一个新的驱动程序，新的驱动程序选择PROFIBUS DP.CHN，选择CP5412（A2）Board 1，在System bbbbbeters设定参数。CP5412(A2)board 参数为1，表示板卡的编号；Config参数为组态时生成的*.txt文件的路径；Watchdog time 参数为0。新建一个连接，从站地址与EM277的地址一致。

（5）建立变量。

WinCC中的变量类型有In和Out。In和Out是相对于主站来说的， 即In表示WinCC从S7-200系列PLC读入数据，Out表示WinCC向S7-200系列PLC写出数据。In和Out与数据存储区V区对应。在该例中，Out与PLC中数据存储区的VB0~VB7对应，In与PLC中的存储区的VB8~VB15对应。

（6）优缺点。

优点：该方法速度快，易扩展，实时性好。缺点：传送数据区域有限（大64字节），在PLC中也进行相应的处理，且硬件成本高，需要的CP5412、EM277 Profibus-DP、Profibus总线等硬件，还需要Com Profibus软件。应用场合：适用于在要求高速数据通信和实时性要求高的系统。

2、WinCC与S7-200系列PLC通过PPI协议进行通信的实现。

PPI协议是西门子S7-200系列PLC常用通信协议，但WinCC中没有集成该协议，即WinCC不能直接监控S7-200系列PLC组成的控制系统。S7-200 OPC Server是西门子公司推出的专为解决上位机监控S7-200系列PLC控制系统的接口软件。因此，WinCC可以通过该软件与S7-200系列PLC很方便的建立通信。

（1）软硬件要求

*  PC机 ，bbbbbbs 98操作系统；

*  S7-200系列PLC。

*  PC/PPI电缆。

*  安装S7-200 OPC Server 软件。

*  安装WinCC 4.0软件。

（2）连接

在控制面板中设定PG/PC接口参数。在Access Point of the Application中选择Computing，Interface参数选择PC/PPI Cable。

在WinCC变量管理器中添加一个新的驱动程序，新的驱动程序选择OPC.CHN，在OPC GROUP中新建一个连接，打开属性，选择 OPC Group Setting，OPC服务器名称为OPCServer.MicroComputing。然后在新添加的连接中新建变量，变量的Item Name与S7-200系列PLC中用于监控的变量名对应。例如：Item Name为M0.0。

（3）优缺点

优点：该方法连接简单、硬件投资少、可以读写S7-200系列PLC中所有存储区域。缺点：通信速度比较慢、需要OPC软件及相应授权、系统扩展不方便。应用场合：用于低速、实时性要求不高、系统投资资金有限的系统。

另外，也可以通过其他公司的OPC软件进行通信，例如用开普的KEPServerEx作为OPC服务器，用WinCC作为OPC客户端来读写S7-200系列PLC内部数据区。实现与上述二种方法类似，不同的是在OPC服务器中建立标签与S7-200系列PLC中存储地址对应。

在复杂系统中，如果系统中同时有S7-200系列PLC和S7-300系列PLC存在，S7-200系列PLC一般作为S7-300系列PLC的从站挂到Profibus总线上，WinCC通过S7-300系列PLC对S7-200系列PLC进行监控。

4 三方软件与PLC的连接

有些系统具有特殊性，没有现成的通用软件用于进行数据处理和系统监控，这就需要用户用三方软件开发平台开发满足系统要求的软件。这样做既可以满足系统要求，又可以节约系统投资。但对软件开发人员的经验和技术要求较高。

三方软件开发平台开发的软件与S7-200系列PLC通信使用PPI协议的接口软件有：Prodave、MicroComputing、OPC。

三方软件开发平台开发的软件与S7-200系列PLC通过自由口进行通信，协议自定的话，开发的软件可以调用MSComm控件实现两者的通信。

1、用Prodave软件包实现通信连接

Prodave是西门子公司推出的专门用于西门子PLC产品（S7-200、300、400系列PLC）与PC/PG进行数据交换处理的软件包。Prodave在*.DLL或*.LIB文件中集成了数据交换的函数。在自行开发的软件中可以方便地调用该软件中的各种函数。

主要函数有

（1）load_tool  PC机与PLC系统初始化链接；

（2）unload_tool   断开PC机与PLC系统链接；

（3）以及读写PLC内部存储区的函数。

软件通过读写函数可以方便监控PLC控制系统。

2、用MicroComputing软件实现通信连接

安装MicroComputing后，在VB或Delphi中可以直接插入控件。可插入的控件主要有：Data controls、Edit controls、Button controls、Label controls、Slider control。

Data controls的主要功能是把以上剩余的四个控件与S7-200系列PLC相连接、设置事件触发条件以及设定S7-200系列PLC地址等。而Edit controls、Button controls、Label controls、 Slider control可以与S7-200系列PLC存储资源直接对应。三方软件可以直接调用上列控件对PLC进行监控，也可以通过函数对S7-200系列PLC进行读写操作。

3、用OPC Server软件实现通信连接

安装S7-200 OPC Server软件后，在操作系统中将增加一个OPC服务器，服务器的名字是“puting”。VB或Delphi中可编写OPC客户端程序与OPC服务器通信。

以下给出在VB开发环境下编写OPC客户端程序的过程：在VB开发环境中的Project“References中添加OPC Automation 2.0，然后编写连接OPC Server、添加组、添加条目、读写数据的程序。

使用到的函数

connect函数：与OPC Server建立连接；

OPCGroups.Add函数：添加组；

OPCITems.Additems函数：添加条目；

SyncRead函数：同步读；

SyncWrite函数：同步写。

 OPC 服务器名为“puting”, 条目名称与S7-200系列PLC中用于监控的变量名对应。

4、用自由口实现通信连接

在VB或Delphi下插入MSComm控件，按照自定协议通过串口来收发数据，并对数据进行处理并实现监控。

在PLC中也编写通信程序，流程如下。

5、优缺点总结

用Prodave，实现简单，灵活性较好，可以直接调用Prodave的函数对S7-200系列PLC内部存储区进行读写，并能满足大规模数据的传输，调试简单，很适合在工程中应用。但需要购买软件，编程较复杂。

用MicroComputing，使用方便，编程以控件实现，编写简单。但灵活性差，并需要购买软件和授权。

用OPC实现通信，编程灵活也较简单，调试简单，由于OPC协议是通用协议，得到了许多公司支持，通用性好。但需要购买软件及授权。

用自由口通信实现，通信协议自己，灵活性好，扩展了使用范围，不需购买专门软件。但编程复杂， PLC中要编写复杂的程序，使用了大量PLC的资源。VB或Delphi中用MSComm控件对串口进行读写，程序复杂，实时性较差。

5  结束语

以上面给出了6种监控计算机与S7-200系列PLC通信实现方法，它们各有优缺点，适用于不同情况下的监控控制系统。研究证明，以上6种方法对不同要求的系统能较好的实现监控计算机与S7-200系列PLC通信，对工程实践有较高的参考