西门子模块6ES7331-1KF02-0AB0功能介绍

西门子模块6ES7331-1KF02-0AB0功能介绍

弄通有关PLC程序设计理论是重要的。没有这方面的理论准备或指导，仅靠在实践中摸索，简单的问题还好办。复杂的就不好办了。不仅无从下手，而且花了很多时间与精力，也难编出效率较高、质量也较高的程序，常常是事倍功半。

但是，编程的具体实践，以及在这个实践中得来的知识或技能，即经验，也是重要的。没有经验，仅有理论，既无法深刻理解理论，又无法灵活应用理论。这正如学数学，如仅了解一些定理或记住一些公式，没有作相应的练习，肯定是学不好的。不用说，任何理论也都只是经验的总结，归根到底也都有是来自实践。
1、经验积累
经验有别人的，也有自己的，都很重要。前者要靠细心学习，后者要靠用心积累，都要在一定的时间与必要的精力。
别人的经验有上了书的或登载在杂志上的。有的是细心学习别人的，但多数是我自己的经验。所有的例子都经我测试过，都经实践证明是可行的。我想，别的书本或杂志上介绍的也会是这样的。所以学习这样杨功的经验是必要的。
还有就是你同事的经验，也是值得学习。这种经验离你很“近”，很易借鉴。
自己的经验则是重要的。要在自己的实践中，积累自己的经验。同时，在学别人的经验时，也能亲自作些测试，能使自己也有类似的经历，进而把这些经验变成自己的。这也是自己经验的重要积累。
还有一些失败的经验，这往往是不会公开的，但这些经验也要学习，也要积累。
经验的积累要用自己的脑记，要用电脑记。作些分类，建立一个自用的程序库，以便于随时引用。
2、经验升华
经验还有待升华。升华有三个层次：
的层次就是建立一个典型的程序库，供今后再用。若程序复杂，还可建一些功能块，或子程序，以便以后引用。
其次，要总结出有效算法。如单按钮起停程序库等。
层次的升华是把经验上升到理论的高度，为丰富PLC程序设计理论作贡献。我想，随着PLC使用的普及与提高，是会有越来越多从经验中升华出来的，而又能用以指导实践的PLC编程理论的。
3、经验应用
经验积累、经验升华都是为了应用。经验应用有三方面：
1)      用作工程设计模板。设计新系统时，选用一个或几个与现设计工程类似的，已成功的工程，作样板进行设计。这既可减轻设计的工作量，又增加设计的成功率。这也是信息可重用的一大好处。
2)      用作程序设计参考。在无成功的工程可作样板时，在新设计的逻辑中，仍有相当一部分控制逻辑，可采用或借用已有典型逻辑，这也可减少设计的工作量，增加设计的成功率。
3)      用作算法设计参考。在既无样板可参照，又无典型可采用时，还可运用过去的一些成功的算法。
经验是宝贵的，但是经验特别是个人经验，总是有限的。所以，经验的应用也还要与编程理论相结合。

PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。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。DCS集散系统: DCS英文全称 DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM ,中文全称为集散型控制系统。DCS可以解释为在模拟量回路控制较多的行业中广泛使用的，尽量将控制所造成的危险性分散,而将管理和显示功能集中的一种自动化高技术产品。DCS一般由五部份组成：1：控制器2：I/O板3：操作站4：通讯网络5：图形及遍程软件。
       
一、PLC的发展历程
  在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，采用程序化的手段应用于电气控制，这就是代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。
  个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。
  PLC的定义有许多种。电工（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
  上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
  PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。

  二、PLC的构成
  从结构，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

三、CPU的构成
  CPU是PLC的，起神经的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。
  CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
  在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。
  CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

  四、I/O模块
  PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。
  开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：
  开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。
  模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
  除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。
  按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受大的底板或机架槽数限制。

  五、电源模块
  PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。

  六、底板或机架
  大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

  七、PLC系统的其它设备
  1、编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目般由计算机（运行编程软件）充当编程器。
  2、人机界面：简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。
  3、输入输出设备：用于性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。

  八、PLC的通信联网
  依靠的工业网络技术可以有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。
  PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。
  PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。
  对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要的。，网络是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行；再次综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。

．概述 
    随着时代的发展和科学技术水平不断的提高，工业工程逐渐走向大规模化、集成化。同时，越来越多的各具功能的工业产品充斥在我们设计人员的周围，如何好的利用这些多如繁星的产品，做到工程的优化，是设计人员一直努力的目标。本文结合实际，谈谈PLC在工程项目中的如何与其他产品巧搭配，使得整个系统经济、、。

2．项目背景
    在中海石油炼化公司惠州项目离心鼓风机配套电自控系统中，系统配置如下：就地安置的低压电控柜六套，用来完成各自风机子系统的启停等功能；PLC远地自控机柜一套，选用S7-300系列，采集整个风机系统的温度、流量、油压等模拟量后通过上位机输出显示、报警。风机系统的温度采集点有很多，本项目中每套风机各有3个电机定子温度、2个电机支撑轴承的温度、风机的2个支撑轴承的温度和1个止推轴承的温度，温度点共计48个。若选择西门子8点模拟量输入模块，则共需要6块。（如图1）再加上轴震动度、油管压力、出口风压等模拟量输入，需要选用的PLC的模拟量输入模块的数量太多，成本高、安装难。那么，如何在保证甚至提高系统性能的前提下尽可能的减少扩展模块呢？

3．提出新思路 
    S7-300系列PLC的部分CPU配备了PROFIBUS DP主站/从站接口，所以我们可以利用PROFIBUS总线传输协议来批量的现场温度信号。PROFIBUS –DP用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间要比主站（PLC）程序循环时间短。除周期性用户外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态．诊断和报警处理。

    我们知道，温度信号可以通过巡检的方式集中采集，所以根据实际情况，我选择陕西工业自动化工程公司研制生产的SS7-16型16路温度巡检仪共3台。但这种型号的温度巡检仪采用Modbus RTU协议（RS485口）进行通信，Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它作为一种通用工业标准，已经广泛应用在不同厂商生产的控制设备所组成的工业网络中，实现集中监控。

    两示意图分别是使用模拟量扩展模块和温度巡检仪采集温度信号的示意图，直观的比较两图不难发现，主—从站的结构形式具有以下优势：
1、节省硬件数量与投资。
2、节省安装费用。
3、节省维护开销。
4、用户具有高度的系统集成主动权。
5、提高了系统的准确性与性。 
既然这种思路有很大的优势，那么我们就可以抛弃模拟量输入模块，用温度巡检仪取而代之，下面我们对其深入的进行分析。 

4．列出两种方案 
    针对两种设备采用两种协议的情况，下位机需要增加一个设备来完成Modbus RTU协议转POFIBUS协议的工作。虽然改变了选型思路给我们带来了新问题，但工控市场上琳琅满目的产品能帮我们轻松的解决。针对Modbus RTU协议转POFIBUS协议的问题，容易想到两种方案。

方案一：利用CP341通信模块。
    CP341模块是S7—3001400系列PLC中的串行通讯模块。该模块具有1个可选的串行通讯口（本项目选为RS485口）CP341模块可以同时与多台串行通讯设备进行通讯，如同时连接多个变频器、巡检仪等。其处理器可以特别方便和简单地进行参数化。如果采用RS422／485 Modbus RTU通讯方式，需要在发送的数据包中包括站号、数据区、读写指令等信息。供CP341模块所连接的从站设备鉴别数据包是发给哪个站的。以及该数据包是对那个数据区进行的读或写的功能。

    使用CP341的好处在于这种通信模块与CPU同厂家，兼容性和性好。缺点在于此模块需要另付软件和硬狗的费用，对小型项目来说成本不低。 

方案二：利用协议转换器进行协议转换

    协议转换器就是网桥，或称工业网关，用于在链路层完成LAN之间或LAN与WAN之间数据包的存储和转发及不同物理接口之间的转换。如果以太网的网络类型不同（比如以太网以及令牌环），因为彼此不识别对方的帧格式传输方法，所以单纯依靠数据链路层协议是无法实现两个网络的相互连接因此这个问题在网络层上进行解决：方法是在不同的网络类型中分别置两个网关，网络与网络之间通过网关相连，因此网关起到协议转换的作用 。

    近年来协议转换器产品的品质、性能日趋成熟，也多种多样，功能也十分强大，我们拿瑞典的“Anybus”为例说明如何在项目中使用。

    根据本项目的要求，我们可以选择Profibus-DP Serial Gateway系列产品，通过配套的软件可以选择不同类型的串口（RS232/422/485/） Anybus Communicator提供了一种Modbus RTU主站模式。在这种模式下网关轮询一个或多个Modbus从设备并将从设备中的数据映射到网关内部存储区。用户可以选择使用预定义的标准Modbus命令，也可以利用网关的数据处理功能来定义通讯报文，这样网关和现场总线主站之间交换的仅仅是所选择的数据。这种功能很适合将温度巡检仪作为从站，然后利用网关依次对其采集到的数据进行读取。

    比较两种方案，前者由于通信模块与CPU同一厂家，系统较为稳定。但由于需要购买软件和加密狗，使得成本偏高；而后者为经济，而且协议转换器体积小巧、使用简便，适合应用在某些特殊的场合。另外，在项目要求宽泛的情况下，我们可以采用与PLC同协议的从站设备，这样省去了协议转换这一程序，让系统加优化。 

5．结束语
    选择产品、设备的目的是使控制系统的设计、安装、投运到正常生产运行及其检修维护，都体现出优越性。五花八门的硬件、模块就像一块块七巧板，不同的搭配组合会产成不同的效果。所以，当我们在拿到一个项目并开始考虑选择硬件时，可以多换几种思路，并将每一种方案思路落实在图纸上便于加清晰的比较、推敲。科技的进步有目共睹，产品的功能日新月异，在工业设计中已没有一成不变的方法，作为工业控制的一名技术设计人员，我们应该勤动脑、开阔思路，多快好省的解决问题。

 PLC在控制系统中的应用越来越广泛，由于本方案是在OMRON的PLC上面作的开发，所以以OMRON的PLC来作介绍。

    硬件组成：1台计算机，1套PLC（包括CPU，I/O模块，ID212，OC224，AD003模块），2个继电器，2个电磁阀，1个气动阀门执行器。
    其组成原理为：由PC机通过RS-232串口通讯连接OMRON的PLC，对PLC进行编程和监控。PLC的I/O模块分别接入输入、输出信号，其中输入模块连接到阀门上的两个位置传感器，通过PLC的输入模块ID211的指示灯亮的先后顺序来显示阀门的开关状态。输入模块接收两路阀门检测脉冲输入，即脉冲A与脉冲B。在运行状态下，脉冲A输入时指示灯A亮，脉冲B输入时指示灯B亮。输入顺序为AB，表示开阀。输入顺序为BA表示关阀。阀门检测脉冲A和B信号部分叠加，否则不能正常检测阀门开度。
    通过PLC的输出模块OC225控制两个继电器，继电器具有两组常开常闭输出触点，1组为开阀输出触点，1组为关阀输出触点。开阀时，当阀门开度大于或等于所设阀门限位值时开阀输出触点动作，阀门开度小于所设阀门限位值时开阀输出触点动作，发明开度小于所设阀门限位值时开阀输出触点复位。关阀时，当阀门关到零位且21s内无脉冲输入时关阀输出触点动作；若21s内有脉冲输入，则延时21s关阀输出触点动作。通过继电器的吸合来控制两个电磁阀的开关，电磁阀打开后，便可以控制气动阀门执行器使得阀门做相应的开阀或关阀动作。同时接近传感器把阀门的开关情况再传送到PLC中，并同要求的阀门开度作比较，直到符合要求为止。
    自动归零与自动调满：控制系统具有自动归零与自动调满功能，当阀门开度小于归零范围值或阀门开度距满量程小于满度调节范围值，且时间大于或等于所设值稳定时间值时，PLC自动控制阀门进行归零或自动调满。
    在实验中，由阀门上的位置传感器计算阀门的开度。
    当阀门先离开A传感器，后离开B传感器时，表示阀门在关阀。当阀门先离开B传感器，后离开A传感器时，表示阀门在开阀。传感器接收到的是一个脉冲信号，通过位置传感器的采集信号来记下阀门的开关状态。
    在上位机中用编程软件CX-programmer编写梯形图，然后把梯形图下载到PLC中运行，在上位机的组态软件中进行控制和监控，阀门开关量的多少可由组态软件界面输入的圈数值确定。组态界面做好后，开阀、关阀、停止、总开关等控件的控制和动作可以直接在组态界面中很直观形象地进行操作。

 一、美系厂家Rockwell ABRockwell的PLC主要是包括：PLC2、PLC3、PLC5、SLC500、ControlLogix等型号，PLC2和PLC3是早期型号，现在用的比较多的小型PLC是SLC500，中型的一般是ControlLogix，大型的用PLC5系列。DF1协议是Rockwell各PLC都支持的通讯协议，DF1协议可以通过232或422等串口介质进行，也可以通过DH、DH+、DH485、ControlNet等网络介质来传输。DF1协议的具体内容可以在AB的资料库中下载。AB的PLC也提供了OPC和DDE，其集成的软件中RSLogix中就包含DDE和OPC SERVER，可以通过上述软件来进行数据通讯。AB的中的PLC还提供了语言编程功能，用户还可以通过编程实现自己的通讯协议。

二、GE现在在国内用的比较多的主要是90-70和90-30系列PLC，这两款PLC都支持SNP协议，SNP协议在其PLC手册中有协议的具体内容。现在GE的PLC也可以通过以太网链接，GE的以太网协议内容不对外公开，但GE提供了一个SDK开发包，可以基于该开发包通讯。

三、西门子系列PLC主要包括其早期的S5和现在的S7-200、S7-300、S7-400等各型号PLC，早期的S5PLC支持的是3964R协议，但是因为现在在国内应用较少，除个别改造项目外，很少有与其进行数据通讯的。S7-200是西门子小型PLC，因为其低廉的价格在国内得到了大规模的应用，支持MPI、PPI和自由通讯口协议。西门子300的PLC支持MPI，还可以通过Profibus 和工业以太网总线系统和计算机进行通讯。如果要完成点对点通讯，可以使用CP340/341。S7400作为西门子的大型PLC，提供了相当完备的通讯功能。可以通过S7标准的MPI进行通讯，同时可以通过C-总线，Profibus和工业以太网进行通讯。如果要使用点对点通讯，S7-400需要通过CP441通讯模块。西门子的通讯协议没有公开，许多组态软件都支持MPI、PPI等通讯方式，Profibus和工业以太网一般通过西门子的软件进行数据通讯。

四、施耐德（）施耐德的PLC型号比较多，在国内应用也比较多。其通讯方式主要是支持Modbus和MODBUS PLUS两种通讯协议。Modbus协议在工控行业得到了广泛的应用，已不仅仅是一个PLC的通讯协议，在智能仪表，变频器等许多智能设备都有相当广泛的应用。MODBUS经过进一步发展，现在又有了MODBUS TCP方式，通过以太网方式进行传输，通讯速度快。Modbus PLUS相对于MODBUS传送速度快，距离远，该通讯方式需要在计算机上安装MODCON提供的SA85卡并需安装该卡的驱动才可以进行通讯。除了上述两种方式之外，的PLC还支持如TCP/IP以太网，Unibbbway， FIPWAY，FIPIO，AS-I，Interbus-s等多种通讯方式。

五、欧姆龙系列PLC在中国推广的也比较多。在通讯方式上，OMRON现在主要采用两种通讯方式：Host bbbb协议是基于串口方式进行的通讯方式。当PLC进入MONITOR方式时，上位机可以和欧姆龙PLC通讯。在和欧姆龙通讯时要注意，两次通讯之间要留一定时间，如果通讯速度过快造成PLC通讯异常。Controlbbbb是欧姆龙PLC的一种快速通讯方式。Control bbbb通过板卡进行数据通讯，板卡之间有数据交换区，由板卡实现数据的交换从而完成数据采集功能。使用该方式通讯需配置欧姆龙的驱动。

六、三菱PLC的小型PLC在国内的应用非常广泛。三菱的PLC型号也比较多，主要包括FX系列，A系列和Q系列。三菱系列PLC通讯协议是比较多的，各系列都有自己的通讯协议。如FX系列中就包括通过编程口或232BD通讯，也可以通过485BD等方式通讯。其A系列和Q系列可以通过以太网通讯。当然，三菱的PLC还可以通过CC-bbbb协议通讯。

七、松下PLC和计算机之间可以通过串口和以太网进行通讯。其采用的通讯协议是MEWTOCOL协议。如大多数日系PLC一样，MEWTOCOL协议比较简单。许多软件都可以从PLC中直接读取数据。

以上介绍的是国外的主流PLC设备通讯方式。除以上厂家外，还有很多PLC厂家：厂家型号协议介质LGSTER-K10S/30S/60S/80S/K200SMASTER-K串口日立H系列 EH150等Hi协议串口/USB光洋所有系列CCM2协议串口信捷所有系列Modbus串口凯迪恩全部MODBUS串口。

笔者认为目前市场上的PLC之间很难融合，主要的原因就是它们之间缺少一种共同的通讯语言，这也直接限制了PLC发展的步伐。PLC与上位机之间通讯，也是由于各个厂家的PLC通讯协议不一致，我们在做网络通讯时，往往被一大堆的通讯协议报文格式所阻碍。目前OPC 协议规范的出现了这种局面，但是要解决不同PLC之间的通讯，光靠一种技术规范是不够的，我相信在未来一定PLC 一定会统一兼容规定的一种通讯协议的