西门子模块6ES7307-1BA01-0AA0参数方式

西门子模块6ES7307-1BA01-0AA0参数方式

1.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 用西门子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

西门子的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 用西门子公司的CP341通信模块。

CP341模块是西门子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。

炼油厂污水是一种难处理的工业废水，它是炼制、加工及油品水洗等过程中产生的一类废 水，污染物的种类多、浓度高，对环境的危害大。陕西某炼油厂为了改善炼油废水对环境的污染，对现有曝气生物滤池污水处理装置进行改造，在原有A/O曝气池 的基础上增加BAF曝气装置。改造后的装置对SS、COD、BOD和氨氮具有很好的处理功能。BAF装置运行管理采用PLC程序控制系统，经实际系统调 整、测试，已达到预期的效果。

1 污水处理工艺

污水一级处理采用原有的调节均质、隔油和气浮等除油工艺，去除大部分油类和悬浮物。二级处 理采用泥法和膜法相结合的两段生化工艺，其中一段采用活性污泥法A/O曝气池，用于去除大部分的负荷;二段采用两级BAF装置，进一步去除物，并 对悬浮物进行截留，确保处理后排水水质达标。在污水处理中，曝气池是全厂的建筑，污水在池中通过生物的净化作用达到去除物的目的。因微生物为好氧菌，如供氧量过少会造成细菌大量死去，不利于微生物的生长，会直接影响处理效果。但供氧量过大，不仅使能耗提高，增大运行费用，而且会形成小而重的易 沉淀絮体使水质恶化。因此控制水中的含氧量是污水处理过程控制中关键的任务之一。

2 BAF工艺控制原理

滤池状态分为正常工作、反冲洗、 备用及故障4种状态，滤池上的在线仪表主要是溶解氧检测仪表、流量计和滤池压差检测仪表。

下面对BAF工艺正常工作控制和反冲洗状态作简要介绍。

(1)正常工作控制

滤池在 正常工作状态时，曝气阀及进水调节阀开启，其他阀门关闭，曝气风机变频运行，整个滤池自动运行，控制参数为：滤速、出水溶解氧水平及运行周期控制。溶解氧的控制要求是通过计算机给这些DO仪设定一个测量范围，当进水量达到平衡，池中悬浮物浓度合乎标准时，一旦水中含氧突破这个范围，PLC就会收到现场 溶解氧仪反馈回来的报警信号。PLC便根据现场测量值来调节鼓风量。鼓风机的开启台数由PLC根据溶解氧的平均值来控制。PLC每隔5min判断一次曝气 池内的溶解氧值，溶解氧设定下调频风机增加风量。若调频风机已达到大值，则增开一台普通风机，溶解氧设定上调频风机减少风量;若调频风机已达小值，则关闭一台普通风机。

(2)反冲洗控制

当滤池具备反冲洗条件时要停止正常工作，需排队才能进入反冲洗工况。反冲洗程序为3 段式冲洗：气冲洗、气水混合冲洗、水冲洗。

3 控制方式、主要测控点和控制设备

3.1 根据BAF工艺要求，工艺设备的控制设有3种方式：

(1)现场操作箱硬手动控制;

(2)PLC联锁自动控制;

(3)中控室电脑键 盘远程控制(软手动)。

这3种控制方式相互。正常运行时是以PLC的自动控制为主，必要时以硬手动或软手动控制作为。

3.2 主要测控点

(1)数字I/O：曝气机工作状态;进出水阀、曝气阀、排气阀的开闭状态，反冲洗水泵、反冲洗鼓风机启停状态;反冲洗水阀、气阀开闭状态。

(2)模拟I/O：进水水量、进水阀阀位;滤床水头损失、液位;溶解氧、曝气量。

3.3 主要控制设备

(1)BAF曝气供风 系统，污水处理厂生化系统有6台1)90-1.7离心鼓风机，其中一台用变频风机。

(2)空气反冲洗供风设备，选用JAS-200型罗茨鼓风机作为滤池反冲洗供风设备。

(3)反冲洗水泵，选用3台CZ200-315型离心水泵。

(4)安装在曝气池不同地点的6个溶解氧测试仪。

4 控制系统结构

控制系统主要包括上位机和下位机的硬件，共同组成一个控制系统。图3为控制结构系统图。上位机为现有工业计算机，采用西门子公司 CP5611网过PROFIBUS-S7数据通讯网络完成计算机与PLC之间的数据通讯，上位机的画面组态软件采用西门子公司的WINCC完成用户二次软件的开发。

西门子S7系列PLC作为控制系统的，可以提供强大的控制、网络和组态功能，以及良好的扩展能力和通讯能力，容易实现分布式的系统结构，该PLC主要包括以下几部分：

(1)CPU模块：采用西门子S7-315-2DP，主要用来执行用户程序，控制I/O模块与上位机通讯。

(2) 电源模块：PS307，通过背板总线向模块供电。

(3)I/0模块：包括SM321数字量输入模块、SM322数字量输出模块、SM331模拟量 输入模块和SM332模拟量输出模块，用于现场控制设备的接口。

现场各个监控点的物理参数，由对应的传感器或变送器出来并转变为4～20mA 电流信号，然后送到相应PLC内，PLC通过各种模块接口采样信号;控制信号由PLC输出后以4～20mA电流形式送到执行机构，控制执行机构的动作。

5 控制系统功能及编程实现

5.1 控制系统功能

根据对现场污水处理工艺的了解和操作人员的具体要求和建议，把系统的控制功能实现分为上位 机实现和下位机实现。上位机主要功能为显示工艺流程、电机及电磁阀等电器的运行状态及控制、故障报警、故障发生的部位及处理方法;显示液位、溶解氧等模拟量，设计保存期为一年，供随时打印。下位机主要用于实现工艺逻辑控制及控制算法;并可直接控制电机，风机及各类阀门。同时通过A/D转换器采集现场控制单元的输入信号。现场控制单元为控制仪表，主要完成从现场采集模拟信号，变送为标准信号，经过A/D转换，进行数字PID调节运算后，控制各种执行机构。

5.2 控制系统编程

根据工艺要求所确定的联锁步骤对现场电动阀门、曝气机、鼓风机和水泵等电气设备开关的控制采用顺序控制、时限控制和条件控制相结合 的原则进行设计。控制方式联锁自动或手动可以相互切换，在手动条件下，自动联锁控制不能完成，只有等切换到自动状态时，所属的联锁程序才能够自动执行。

6 结束语

系统以PLC为，利用PLC强大的过程检测与控制功能，实现了炼油污水处理 BAF装置中溶解氧、液位等参数的在线监测与自动控制。本系统投入运行以来，运行稳定，处理后的污水达到了国家污水排放标准，达到了初设计的功能，实现了对BAF污水处理的集散控制和管理。

1 引言

PLC以其高性、适应工业过程现场、强大的联网功能等特点被广泛使用，是机电一体化的发展方向。bbbbbbs以图形化界面给用户提供了良好的人机界面,并且被很多人所掌握，所以我们考虑使用PLC作为工业控制下位机,使用PC作为上位机进行人机交互界面。这就涉及了使用PC如何控制PLC，PC如何与PLC进行通讯的问题。

以Schneider公司的TSX Neza系列PLC为例，上位PC机与PLC通讯进行一些探讨。

2 计算机与Neza PLC通讯方式。

Neza系列PLC提供了三种通讯方式，分别为:Modbus方式、ASCII方 式、Unibbbway方式。

(1) Modbus方式

MODBUS是Schneider公司为该公司生产的PLC设计 的一种通信协议，通过24种总线命令实现PLC与外界的信息交换。具有Modbus协议的PLC可以方便的进行组态。

使用 Modbus进行PLC通讯时需要使用PLC的扩展口，而多个PLC进行通讯时也要使用这的扩展口，也就是如果使用Modbus进行通讯时PLC无法 与其他PLC进行通讯。Schneider

公司早期产品不支持该协议。

(2) Unibbbway方式

Unibbbway是基于Schneider公司的Xway通讯协议的，经过发展现在Neza使用 的是Unibbbway V2，它与UnibbbwayV1.1基本兼容。通过Unibbbway提供的各项命令我们可以方便的访问PLC的各项资源，对PLC进行各项操作。在 Modicon公司NAZA系列PLC中编好的程序就是使用Unibbbway下载入PLC。Unibbbway使用编程口并不占用扩展口。在通讯方式中 Unibbbway是为理想的方式，但是Unibbbway协议并没有公开，一般用户无法使用。

(3) ASCII方式

ASCII码方式在很多PLC上都可以使用名称也不一而足:ASCII方式、自由口模式等等。在自由口模式 下，通信协议是由用户定义的。用户要根据自己的需要确定自己和PLC的通讯协议。自由码也是使用编程口与上位机进行通讯，并不占用扩展口。但是它的通讯协 议需要自己确定，需要在PLC编程和上位机中确定的通讯方法。

3 通讯过程

每一次PC机和PLC数据交换有3个步骤，说明如下:

(1) 通讯是由在PLC中确定的时间触发, 发送一组字符给PC机

在Neza系列PLC使用ASCII通讯时，通讯是由在PLC中确定的时间触发 的。在确定的时间到达后，PLC要求数据发送时，PLC会发送一组字符过去。通常该字符个字符就是前导码，PC机根据前导码确定是否应该读取该字符 串、该字符属于哪一个命令集合，以及用什么格式去读取字符串等。前导码不会是一般的符号字符，通常是一些不可见的字符(位于ASCII码表的前30个)或 少被使用的符号字符，这是因为避免数据字符与前导码一样而发生错误判断。在前导码之后是站号，通常是以两个字符代表，单纯以RS232连接的单一设备也 许不需要站号的设置，但是如果以RS485进行网络连接，就需要用站号来辨认命令是属于那一个设备。站号后面就是设备的命令或者数据。(本例为单机不 需要站号)一般的通讯都需要进行数据的校验，在Neza系列PLC使用ASCII通讯中，PLC没有对数据的处理能力，所以没有设置校验位。为了保证通讯 的正确，可以在PC中对数据进行一定处理。在数据后一般为这个帧的结束码，来保证数据帧的完整性。

(2) PC收到要求的字符串，并判读

当PC收到要求的字符串，并经过判读确定后，同样按照相同的协议,按照用户需要对PLC进行 的操作送出数据，数据被送出时会在数据之前加上前导码和站号。数据中携带了PC机对PLC要求的操作。

(3) PLC将数据发给PC

在 PLC收到PC发来的数据包后经过判读确定后，进行一定的操作然后在触发时间到达后将PLC的状态写入数据发给PC，这样就完成了一次数据交换。

4 应用实例

下面介绍所开发的系统是由下位机(PLC)-上位机(PC)组成，系统框图如图1所示。程序使用VB6， 整个程序设计分为四部分:上位机程序设计;下位机程序设计;通讯硬件设计;通讯协议。

(1) 通讯格式的确定

作者使用的通讯参数:9600波特率，8位数据位、1位停止位，奇校验。本实例中定义整个帧长22个字节。

帧格式:

(2) 上位机程序设计

上位机程序设计包括两个模块:用户应用程序和串行通讯程序.用户应用程序是图形化的供用户操作的界面。串行通讯程序是底层运行的程序，它负责与下位机的通讯。

上位机通讯程序:

Sub bbbb_Load() '窗体加载打开串口

MSComm1.PortOpen = True

Mscomm1.settings="9600,o,8,1"

End Sub

Sub MSComm1_OnComm() '有数据输入

If mEvent = comEvReceive Then

If MSComm1.InBufferCount = 22 Then

buffer = MSComm1.bbbbb

If buffer(0) = &HFF And buffer(1) = &HFF And buffer(21) = &HCC Then

Call StateToBuffer'将读入的数据读入应

'用程序处理

Call IniState '初始化状态

Call StateToBuffer'确定发送给PLC的

'数据

MSComm1.Output =Buffer'发出数据

Else

MSComm1.InBufferCount = 0

End If

Else

M

SComm1.InBufferCount = 0

MSComm1.PortOpen = False'通讯失败关闭串口

'然后重新打开

MSComm1.PortOpen = True

End If

End Sub

(3) 下位机程序设计

下位机程序设计指使用PLC编程软件对PLC进行编程，实现对电机的控制。

当TSX Neza处于ASCII模式时，状态位%S100置为"1"。发送与接受由%MSG模块与EXCH指令组成。%MSG模块用来控制数据交换，EXCH指令 用来控制数据交换。发送或接收帧的大为128字节。

EXCH指令由控制区、发送区、接收区组成，如表1所示。EXCH指令有3个用途:发送;发送/接收;接收。

表1 EXCH指令

控制区高位字节为命令,低位字节为发长度LgT/LgR，长度字节表示发送字符的长度(LgT)，在接收的结尾被改写为接收字符的长度 (LgR)。当接收到帧的末尾字节后结束接收。结束码可以为用户修改(系统字%SW68的低位字节)。该字节默认值为H0D。

在使用EXCH指令的发送模式，仅需要有控制区与发送区，TSX Neza仅传送发送区的数据。

在使用EXCH指令的发送/接收模 式时，先发送，在发送结束时TSX Neza切换为等待接收的状态。如果接收状态正常且询问长度(LgT)和响应(LgR)的长度都小于%Mwi保留区(长度L)，那么等接收到响应后，把它 复制到与发送表相关的%Mwi区。如果不是这种情况，则位%MSG.E变为1。当检测到结束码或接收区满了时，接收结束。

在使用EXCH指令的接收模式，仅需要有控制区和接收区，TSX Neza仅接收数据。等接收到响应后，把它复制到与发送表相关的%Mwi区。如果不是这种情况，则位%MSG.E变为1。当检测到结束码或接收区满了时， 接收结束。

我们使用内部字MW1作为控制区，MW2至MW11作为发送区，其中MW2、MW3作为前导码。MW12至MW17作为接受区。在PLC程序中 读取内部字作为工作的判定条件。

本实例PLC每450ms与PC机通讯一次。

(4) 硬件部分

硬件包括RS232与RS485转换，如果上位机与下位机距离远的话，还要考虑485总线上的干扰问题。

硬件设置:

TER端口可以在PLC配置对话框中修改;

类型:半双工;

速率:9600bps;

格式:1 个起始位，8个数据位、1个停止位。

校验:ODD。

5 结束语

本实例 已经在上海久事复兴大厦、兴业大厦污水处理系统中使用，效果良好。业主单位对上位机软件良好的人机界面和稳定的通讯功能表示非常满意。