西门子模块6AV2124-2DC01-0AX0型号规格

西门子模块6AV2124-2DC01-0AX0型号规格

1、PPI协议是专门为西门子S7-200PLC开发的通信协议。西门子S7-200 CPU的通信口（Port0、Port1）支持PPI通信协议，西门子S7-200的一些通信模块也支持PPI协议。Micro/WIN与CPU进行编程通信也通过PPI协议。
 
编程时西门子PPI电缆使用方法
  进入 STEP7 Micro/WIN 编程软件中的“设置 PG/PC 接口”，选中“ PC/PPI cable （ PPI ）”条目后点击“ Properties… ”按钮。
  在“ Local Connection ”的下拉框中选中“ USB ”选项。
  在“ PPI ”的 Station bbbbbeters 设置中进行如下设置： Address ： 0 ， Timeout ： 1s
在“ PPI ”的 Network bbbbbeters 设置中根据你的需要可选择以下通信协议的任何一个：
PPI   ：勾选 Advanced PPI 复选框；
   多主站 PPI ：勾选 Multiple Master Network 复选框；
   普通 PPI   ：不勾选以上二个复选框，这是默认的选项。
 ！注：要与西门子新推出的 S7-200CN CPU 正常编程通信，满足以下条件：
（1） 、使用编程软件 STEP 7-Micro/WIN V4.0 SP3 以上版本
（2）、将编程软件的工作环境设置为中文状态
 
S7-200 CPU的PPI网络通信是建立在RS-485网络的硬件基础上，因此其连接属性和需要的网络硬件设备是与其他RS-485网络一致的。
S7-200 CPU之间的PPI网络通信只需要两条简单的指令，它们是网络读（NetR）和网络写（NetW）指令。
PPI协议是西门子的协议，其具体详情是不公开的，一般用于西门子设备之间的通讯。
 
S7-200 PLC之PPI协议详解
        通过硬件和软件侦听的方法，分析PLC内部固有的PPI通讯协议，然后上位机采用VB编程，遵循PPI通讯协议，读写PLC数据，实现人机操作任务。这种通讯方法，与一般的自由通讯协议相比，省略了PLC的通讯程序编写，只需编写上位机的通讯程序资源
        S7-226的编程口物理层为RS-485结构，SIEMENS提供MicroWin软件，采用的是PPI(Point to Point)协议，可以用来传输、调试PLC程序。在现场应用中，当需要PLC与上位机通讯时，较多的使用自定义协议与上位机通讯。在这种通讯方式中，需要编程者定义自己的自由通讯格式，在PLC中编写代码，利用中断方式控制通讯端口的数据收发。采用这种方式，PLC编程调试较为烦琐，占用PLC的软件中断和代码资源，而且当PLC的通讯口定义为自由通讯口时，PLC的编程软件无法对PLC进行监控，给PLC程序调试带来不便。
        SIEMENS S7-200PLC的编程通讯接口，内部固化的通讯协议为PPI协议，如果上位机遵循PPI协议来读写PLC，就可以省略编写PLC的通讯代码。如何获得PPI协议？可以在PLC的编程软件读写PLC数据时，利用三个串口侦听PLC的通讯数据，或者利用软件方法，截取已经打开且正在通讯的端口的数据，然后归纳总结，解析出PPI协议的数据读写报文。这样，上位机遵循PPI协议，就可以便利的读写PLC内部的数据，实现上位机的人机操作功能。
 软件设计
         系统中测控任务由SIEMENS S7-226PLC完成，PLC采用循环扫描方式工作，当定时时间到时，执行数据采集或PID控制任务，完成现场的信号控制。计算机的软件采用VB编制，利用MSComm控件完成串口数据通讯，通讯遵循的协议为PPI协议。
PPI协议
          西门子的PPI（Point to Point）通讯协议采用主从式的通讯方式，一次读写操作的步骤包括：上位机发出读写命令，PLC作出接收正确的响应，上位机接到此响应则发出确认申请命令，PLC则完成正确的读写响应，回应给上位机数据。这样收发两次数据，完成一次数据的读写[5]。
其通讯数据报文格式大致有以下几类：
1、读写申请的数据格式如下：
SD LE LER SD DA SA FC DASP SSAP DU FCS ED 
SD:(Start Delimiter)开始定界符(68H)
LE:（Length）报文数据长度
LER:（Repeated Length）重复数据长度
SD: (Start Delimiter)开始定界符(68H)
SA:（Source Address）源地址，指该地址的指针，为地址值乘以8
DA:（Destination Address）目标地址，指该地址的指针，为地址值乘以8
FC:（Function Code）功能码
DSAP:（Destination Service Access Point）目的服务存取点
SSAP:（Source Service Access Point）源服务存取点
DU:（Data Unit）数据单元
FCS:（Frame Check Sequence）校验码
ED:（End Delimiter）结束分界符（16H）
报文数据长度和重复数据长度为自DA至DU的数据长度，校验码为DA至DU数据的和校验，只取其中的末字节值。
在读写PLC的变量数据中，读数据的功能码为 6CH，写数据的功能码为 7CH。
2、PLC接收到读写命令，校验后正确，返回的数据格式为 E5H
3、确认读写命令的数据格式为：
SD SA DA FC FCS ED 
其中SD为起始符，为10H
SA为数据源地址
DA为目的地址
FC为功能码，取5CH
FCS为SA+DA+FC的和的末字节
ED为结束符，取16H
PPI协议的软件编制
        在采用上位机与PLC通讯时，上位机采用VB编程，计算机采用PPI电缆或普通的485串口卡与PLC的编程口连接，通讯系统采用主从结构，上位机遵循PPI协议格式，发出读写申请，PLC返回相应的数据。程序实现如下：
1、串口初始化程序：
     mPort = 1
     MSComm1.Settings = "9600,e,8,1"
     MSComm1.bbbbbLen = 0
     MSComm1.RThreshold = 1
MSComm1.bbbbbMode = combbbbbModeBinary
PPI协议定义串口为以二进制形式收发数据，这样报文的通讯效率比ASCII码高。
2、串口读取数据程序，以读取VB100数据单元为例：
Dim Str_Read(0 To 32) ‘定义发送的数据为字节为元素的数组。
Str_ Read (32) = &H16 ‘相应的数组元素赋值，按照以下格式：
Str_ Read (29) = (100*8) \ 256   ‘地址为指针值，先取高位地址指针
Str_ Read (30) = (100*8) Mod 256 ‘取低位地址指针
Str_ Read (24) = 1      ‘读取的数据长度（Byte的个数）
For I=4 to 30
    Temp_FCS = Temp_FCS + Str_Read(i)
Next I
Str_Read(31)= Temp_FCS Mod 256 ‘计算FCS校验码，其它数组元素赋值省略。
68 1B 1B 68 2 0 6C 32 1 0 0 0 0 0 E 0 0 4 1 12 A 10 2 0 1 0 1 84 0 3 20 8B 16
PLC返回数据 E5 后，确认读取命令，发送以下数据：
10 2 0 5C 5E 16
然后上位机VB程序接受到以下数据：
68 16 16 68 0 2 8 32 3 0 0 0 0 0 2 0 5 0 0 4 1 FF 4 0 8 22 78 16
识别目标地址和源地址，确认是这次申请的返回数据，然后经过校验检查，正确后解析出26号数据（&H22）即为VB100字节的数据。
3、串口写入数据程序，以写VB100数据单元为例：
Dim Str_Write(0 To 37) ‘定义发送的数据为字节为元素的数组。
Str_Write (37) = &H16   ‘相应的数组元素赋值，按照以下格式
Str_Write (35) = &H10   ‘要写入的数据值
68 20 20 68 2 0 7C 32 1 0 0 0 0 0 E 0 5 5 1 12 A 10 2 0 1 0 1 84 0 3 20 0 4 0 8 C B9 16
PLC返回数据 E5 后，确认写入命令，发送以下数据：
10 2 0 5C 5E 16
然后上位机VB程序接受到以下数据：
68 12 12 68 0 2 8 32 3 0 0 0 0 0 2 0 1 0 0 5 1 FF 47 16
这是PLC正确接收并写入信息的返回数据。
4、串口接收程序：
在数据接收程序中，利用VB中MSComm控件，一次接收缓冲区中的全部数据，存放到数组形式的暂存单元中，然后分析每个元素的值，得到读写的数据。
Dim RCV_Array() As Byte
Dim Dis_Array As bbbbbb
Dim RCV_Len As Long
RCV_Array = MSComm1.bbbbb ‘取出串口接收缓冲器的数据。
RCV_Len = UBound(RCV_Array)
ReDim Temp(0 To UBound(RCV_Array))
For i = 0 To RCV_Len
Dis_Array = Dis_Array & Hex(RCV_Array (i)) & " "
Next i
Text1.Text = Dis_Array ‘接收到的数据送显示。

  副井提升信号系统是副井提升电控系统的重要组成部分，该系统性能的好坏将直接影响到副井提升机的运行。随着计算机技术和电子元器件的发展，产生了一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置——可编程逻辑控制器。它采用可以编制程序的存储器，用来存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。由于PLC及其有关的外围设备易于与工业控制系统形成一个整体、扩展其功能，已成为当今应用场合为广泛的工业控制装置，成为机电控制不可缺少的控制部件，随着工业生产自动化程度要求的不断提高，加的可编程控制器(PLC)已应用到煤炭行业的
各个系统中。本文提出了一种以PLC为的矿井副井提升信号系统的设计方案。

1 总体设计
    以PLC为的矿井副并提升信号系统设计框图如图1所示。本系统主要由PLC控制器、信号输入、信号输出、井口信号箱、井底信号箱、绞车房信号箱、保护系统等几部分组成。

   PLC控制器是整个系统的部分。具有功能变化灵活、编程简单，自动检测故障点，噪音低，性高，抗干扰能力强，硬件配套齐全，功能完善，适用性强，系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造，体积小，重量轻，能耗低等优点。
    信号输入主要包含提升机去向、提升机位置、功能信号等部分。其中提升机信号包括提矿、提物、提人、上行、下行等信号。
    信号输出主要包含下行音响、显示信号，上行音响、显示信号，提物、提矿、提人计数信号和电视显示器信号等。
    井口信号箱主要包括各种提升信号的汉字显示及声音提示，各种信号的按钮检测。完成对本水平各种信号的闭锁功能及对井下信号的闭锁功能，同时完成向绞车房发送相应的信号。
    井底信号箱主要包括各种提升信号的汉字显示及声音提示，各种信号的按钮检测。完成向井口发相应的信号，同时完成对本水平各种信号的闭锁功能。
    绞车房信号箱主要完成井口、井底提升信号的数字和汉字显示及声音提示，次或前几次信号的存储记忆和显示。完成急停信号对回路的闭锁，换程信号的发出，停车信号的闭锁等功能。
    保护系统主要包含故障信号预报、事故停车信号、紧急停车信号等。当提升机控制系统发生故障时由保护系统发送信号到，然后由PLC控制器发出信号到绞车房，并进行相应的操作，对煤矿的起到很重要的作用。

2 系统分析
2．1 系统功能
    设计出的以PLC为的矿井副井提升信号系统可以实现以下功能：1)提升信号有数字显示功能；2)提升指令有汉字显示功能；3)急停报警功能和急停扩展功能；4)井上下信号一致方可开车；5)井下信号只能通过井上信号才能传至绞车房，不能直接传至绞车房；6)事故点个停车点，均由井上、下直接传至绞车房，停止绞车运行；7)实现方向闭锁功能；8)实现快慢连锁功能。
2．2 系统工作原理

 系统的工作过程如下：
    提升机到位后，井口电磁传感器通过信号输入向PLC控制器传送1个到位信号。经PLC控制器处理后向绞车房发出操作指令，信号工此时可进行操车作业，打开门，落下摇台，开启阻车器。发信号顺序：下井口→上井口→绞车房。提升机装载完毕后，解除井口所有闭锁：关闭门，抬起摇台，关闭前阻车器。
    1)提升机快上
    下井口先打点2次，经PLC控制器的作用后输出，X1动作2次，移位寄存器左移2位，内部继电器R20接通，X1触发“Y8”2次，在下井口显示器上显示本次信号点数“2”，上井口、下井口电铃同时打铃2次；上井口接到打点信号后，开始打点。上井口打点器X3打点“2”，左移指令也向左移2位，Y0接通，电机做“正上”快速运动；同时，由于Y0互锁，电路Y7接通，红色指示灯亮。
上井口打点时，Y4、Y5、Y6继电器接通，下井口、上井口、提升机房电铃晌，响铃次数与打点数相同，此时Y9接通，触发上井口显示电路显示“2”；当达到井面时，停车开关地X4打点寄存器复位，线圈失电，提升机停车、显示器复位。
    2)提升机快下
    下井口先打点3次，经PLC控制器的作用后，移位寄存器移位至R2，R0～R2接通，R1、R20失电，R21带电，其相应的触点动作闭合，上井口、下井口电铃响，下井显示“3”。上井听到指示后开始打点，过程与上相同，提升机开动。
    3)提升机慢上
    即正方向开慢车，下井打点“4”为慢车，经PLC控制器处理后在显示器显示为“4”，通过R4的互锁作用，使其余继电器不工作，通过ZJ3所接外部触点来转换电路工作。
    4)提升机慢下
    即反方向开慢车，下井打点“4”为慢车，经PLC控制器处理后在显示器显示为“4”。通过R4的互锁作用，使其余继电器不工作，通过ZJ3所接外部触点来转换电路工作。

3 结束语
    该系统设计出之后，已经在平山市部分煤矿初步试用，试用以来，系统运行正常，性能稳定，信号发送准确，显示屏显示，有力地了提升的性，为煤矿生产奠定了坚实的基础。

 模糊控制器指的是应用模糊集合理论，统筹考虑控制的一种控制方式，它具有不需要建立控制对象的数学模型、能够很好地克服控制系统中模型参数变化和非线性等不确定因素等优点，得到广泛的应用。模糊控制是利用输入输出数据和人们的控制经验来实现控制，适用于高度非线性系统，且对过程和参数的变化有较强的抗干扰性能，鲁棒性好。但是由于常规模糊控制器只能实现有差调节，在控制精度要求较高的控制过程中，很难满足实际工业生产的要求。
    大气污染是随着现代工业的发展、煤炭和石油燃料的迅猛增长而产生的。为了达到控制污染的目的，需要采取措施使粉尘等颗粒状污染物在排放到大气中之前就被除去。湿式除尘是现代工业中重要的空气净化手段之一。随着我国工业迅猛发展和工业部门排放标准提高，传统湿式除尘系统难以满足现代工业过程的需求。对湿式除尘器采用的常规模糊控制器进行改造，势在必行。本文设计的线性插值模糊控制除尘系统就是针对以上情况研发设计的。

1 常规除尘系统控制精度差的原因分析
    在工业过程控制领域中，被控对象不同程度地存在纯滞后环节。由于纯滞后环节的存在，使控制系统调量变大，调节时间变长，影响控制系统的稳定性。纯滞后环节产生的原因有：物料在管道或容器中传输及运送时间较长、调节器与执行机构反应慢且动作时间长、测量装置(传感器)的时间滞后、各类控制设备串连在一起等。由于纯滞后环节的存在使得被控量不能及时反映控制信号的动作，控制信号的作用只
能在延迟之后，才能反映到被控量；另一方面，当对象受到外界干扰而引起被控量改变时，控制器产生的控制作用不能及时对干扰产生抑制作用，导致系统产生波动，严重时甚至影响整个生产过程。因此，含有纯滞后环节的闭环控制系统必然存在较大的调量σ％和较长的调节时间ts，对工业控制系统具有较大的危害性。
    常规喷淋式除尘系统是工业过程中常见的大滞后系统，其产生纯滞后环节的原因有：水在管道及储水池中传输及运送的时间较长，压力变送器信号传输时间较长，变频器、水泵与除尘器动作时间长等。由于纯滞后环节的存在，使得系统的调量变大，调节时间变长，在实际应用过程中很难满足实时性的要求。临汾热电有限公司输煤控制系统采用的喷淋式除尘系统，在实际应用过程中造成除尘器喷水量过大，导致煤粉湿度较大，产生堵煤、皮带溢水等问题，影响电厂的整个发电过程。目前电厂的除尘系统普遍采用常规模糊控制器控制，

 常规除尘系统将实际测量压强e、压强给定值与压强测量值偏差△e的量进行尺度变换(分别乘以量化因子ke、k△e)，使其变换到各自的论域范围，再由模糊语言变量的赋值表，确定输入量的模糊化结果E、△E，并用相应的离散模糊集合来表示。该方法在离散的有限域上进行模糊控制器的设计，离散论域定义为：{-n，-(n-1)，…，-1，0，1，…，(n-1)，n}。一般来说离散论域划分为7个等级，即{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}。
    常规模糊控制器采用离散论域范围，导致其在控制上容易产生死区，进而造成稳态误差。另外常规模糊控制器查表法将输出△u离散化，导致其控制作用不连续，造成稳态误差和较大的调量。通过对临汾热电有限公司喷淋式除尘系统在实际应用中存在的缺陷分析得知：1)调节时间ts过长，ts≈30 min；2)系统调量σ％较大，结果是σ％≈5％。
    为了减小喷淋式除尘系统调节时间和降低系统调量，以提高该系统的控制速度和控制精度，对其采用的常规模糊控制器进行改造，非常重要。

2 分段线性插值提高模糊控制稳态精度
    由以析得知，控制点附近的控制死区并使其控制作用连续是减小模糊控制器稳态误差的关键。为了使算法简单，易于在PLC上实现，本文采用分段线性插值计算全部离散论域范围内控制输出的方法，即保持常规模糊控制器的设计方法不变，在线运行时不再进行量化处理后直接查表，而是对所有的输入信号都以查询表为基础进行分段线性插值计算，得出相应的控制输出量u’。对于二维模糊控制器，

u(i,j)，u(i+1,j)，u(i,j+1)，u(i+1,j+1)表示控制表中4个任意相邻的控制输出点。横向为实际测量压强e的变化方向，纵向为压强给定值与压强测量值偏差△e的变化方向。

3．2 模糊控制查询表程序设计
    为了简化程序设计，对输入量加一个偏移量6，使得输入量论域从[-6，6]转换到[0，12]。将模糊控制查询表中的元素按从左到右、从上到下的顺序依次置入PLC的VW200～VW369存储区中。寻址方式采取基址+偏移地址寻址的方式，求得终控制量地址是200+E+△E。

  在实际应用中改造后的除尘系统模糊控制输出比较平稳，系统上升时间tr、调节时间ts和调量σ％均明显改造前的喷淋式除尘系统。在电厂试运行阶段，除尘系统性能稳定，未出现输煤皮带溢水、输煤管道煤等现象，运行效果良好，与系统结果一致。

5 结束语
    本文提出的线性插值模糊控制器具有响应速度快、稳态精度高等优点，算法简单，易于实现。将线性插值模糊控制算法应用于PLC输煤程控系统中的喷淋式除尘系统，既保留了PLC控制系统、抗干扰强等优点，又提高了控制系统的智能化程度。

1 引言

本文作者利用黄石市科威自控有限公司的嵌入式plc芯片组，设计出了kp3-05m06r型运动控制器。该控制器集plc、can总线、rs485/232等功能于一体，与步进驱动器或伺服驱动器配套使用，具有对步进电机或伺服电机进行点动、定位、脉冲正反插补、脉冲分频等功能。多个运动控制器通过can通信接口互连，其中一台运动控制器作为主站，其余运动控制器均作从站。该系统可接人机界面，实现工艺集中显示、控制和管理，如配备web服务器还可实现控制系统的远程监控和诊断。
 

2 运动控制器的功能

自2005年至今，kp3-05m06r型运动控制器在纺织、印染行业现场应用了数千台。实践证明该款控制器不但性能优越，而且使用和维护非常简便。其中主要参数如下：

输入：5路光耦+1路100khz脉冲信号。

输出：6路继电器+5路晶体管+1路0～10vdc +1路级连脉冲+1路分频脉冲。

通信功能：

can接口，波特率160kbit/s，可实现多个运动控制器互连;

串口0，可完成梯形图下载、监控、接字符屏或人机界面;

串口1，支持三菱fx2n计算机链接方式格式1的部分主从协议，按此协议可实现本运动控

制器与fx2n系列plc、操作终端或其他设备互连，完成信息交换、参数设置、异地操作等功能。

控制功能：

脉冲分频，频率=输入脉冲频率/k，其中4.000≤k<∞，小数点后有效数字为3位;

脉冲点动，自动定位，直线插补;

编程语言：

梯型图语言，与三菱fx2n指令兼容。

4.1 主控制器软件设计

主控制器采用嵌入式plc芯片组，完成开关量输入输出、uart0、uart1、can、rs485/232互连和通信功能。基本软件框架由以下七个子程序组成。

init-config：端口初始化程序，完成输入输出端口配置，中间变量初始化，启动spi。

init-start：上电初始化程序，复位所有输出口。

init-set：设置初始化程序，复位所有输出口。

init-run：运行初始化程序。

step：指令周期扫描程序

tms：2.5ms周期扫描程序，采样输入口状态、刷新输出口状态、spi通信报文的发送和接收。

scan：演算周期扫描程序，输入口状态滤波，spi通信报文的。

4.2 从控制器软件设计

从控制器采用c8051f330单片机，指令运算速度高达25mips。从控制器对输入脉冲采样，接受主控制器发送的命令并进行相应的处理，输入脉冲经过分频后，输出相应频率的脉冲，并将有关信息发送给主站控制器。从控制器的作用相当于一个执行机构，它接受主控制器的命令执行不同的动作，并把执行的状态反馈给主控制器，主要由以下5个功能程序组成。

start：上电复位初始化程序，输入输出端口配置，复位中间变量单元，启动spi、int0中断。

int-int0：外部中断0服务程序，对输入脉冲进行分频处理及脉冲插补。

int-spi：spi中断服务程序，spi通信报文的接收和发送。

int-t3：定时器t3中断服务程序，监控spi通信状态和主程序执行状态。

main：主程序，spi通信报文，完成脉冲点动、定位。

4.3主从控制器的组合设计

主、从控制器之间以spi接口连接，spi通讯速率为500kbit/s，因此有利于提高系统的快速性和实时性。

主站采用定时发送/接收模式，嵌入程序初始化时，启动spi发送，定时时间到，先接收一字节数据，然后发送下一字节数据。当所有报文发送完成后，暂停发送等待主程序处理报文，报文处理完后才启动下一轮发送。

从站采用中断接收/发送模式，进入中断服务程序后，先接收一字节数据，然后发送一字节数据，当所有报文接收完成后，对应的有相同字节的报文发送完成。此时从站停止接收报文，等待主程序处理接收到的报文，报文处理完后，又启动下一轮报文接收过程。

报文结构：stx+报文内容+etx+crc。

stx：报文起始代码，固定为02h。

报文内容：起始2个字节为命令字对应的ascii码，以区别不同的报文，后面为报文实际 数据，全部采用ascii码。

etx：报文结束代码，固定为03h。

crc：校验和，报文内容所有字节相加后再加etx的数值，然后转换成ascii码。

5 应用举例

5.1控制设备名称

控制设备名称：4套色圆网印花机控制系统。

同步传动包括两部分：主传动同步主要是进布电机与喂电机、印花电机、烘房电机、立柱烘焙电机(含立柱烘焙电机与落布电机等单元之间的同步)之间的同步传动;分同步传动则是实现印花电机与网头分电机之间的同步传动，要求同步精度高。

电控系统由主轴运动控制噐(即主站)、从轴控制噐(4合)、人机界面等组成, 方便用户编辑工艺程序(程序可保密)。

5.4控制方案

5.4.1同步控制

kp3-05m06r型运动控制器接收到由编码器的主电机转速数据并进行处理后，输出频率可调的、用于控制网头分电机的脉冲，实现导带与网头同步。

主传动是由嵌入式plc与同步控制器共同完成同步调节功能的。

5.4.2自动对花控制

自动对花不需要安装高故障率的接近开关，只要编写梯形图程序并用触摸屏输入的步数传送到d5904和d5905寄存器，且将自动回零控制字d5907置1即可实现自动对花。

5.4.3插步控制

因为印花精度要求高，生产现场经常修改插步数据，既耗时又达不到要求。使用该款运动控器后，只需对d5902和d5903寄存器赋值就能实现插步控制。

因篇幅所限，控制方案不能祥细介绍。

6 结论

实践证明，采用基于嵌入式plc芯片组设计的运动控制噐，印花精度高、传动速度快、生产、产品质量优，社会效益和经济效益，深受客户。该设计方案具有推广。