西门子6AV2124-2DC01-0AX0性能参数

西门子6AV2124-2DC01-0AX0性能参数

PLC作为一种的控制装置，在分布式系统中得到了越来越广泛的应用。在这种控制系统中，PLC可以多种方式，如直接采用现有的组态软件与上位机通信，但针对小规模的控制系统，找到一种价格比的通信方法，具有积的实际意义。本文就日本三菱公司生产的FX2可编程控制器与监控通信方式的实现，从软、硬件两个方面来说明这个问题。随着GSM移动通信网络的发展和用户的日益扩大，新技术和新业务的开发和应用就已提到十分重要的位置。短消息服务业务作为GSM网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。

以往，在无人值守的现场出现问题后，维修人员不可能讯速赶到现场排除故障，造成许多不必要的损失，所以作者设计了该采集与监控系统，将告警信息通过手机短消息的方式，发送到集中监控，从而实现了远程遥控、遥测、遥调、遥讯。

1．系统的工作原理及组成

该系统主要是由两部分组成：数据采集与监控终端；集中监控。通信方式采用手机短消息方式，通信设备采用手机模块TC35，手机终端TC35T。TC35具有的功能：有语音、数据、短消息、FAX四种传输方式；工作在GSM900MHz和1800MHz频带范围内；工作电源3.3V---5.5V；波特率为300bp15kbps，在1200bp15kbps为自动波特率设置；数据传送采用AT命令集；SMS具有TEXT和PDU图形模式；P-P数据通讯速率是2400、4800、9600、14400bps。TC35T是将TC35做到工业手机中，对外提供标准的RS232接口和电源接口。将计算机的串行口与TC35T的串行口用电缆直接连接，并在计算机上添加标准的调制解调器就可以使用了。TC35T使用AT命令集工作。系统的原理框图如图1所示：

集中监控通过通道1发送命令，通过TC35T发送设置命令，初始化数据采集与监控终端，设置需要采集的模拟量和开关量，设置系统的密码，设置人员的手机号码；然后发送命令，采集各种数据量。采集完数据量后，经PLC的处理，通过通道2以短消息的方式发送到集中监控，将数据整理存入数据库中。如果数据采集与监控终端出现了故障，直接通过TC35模块发送故障信息到人员上，同时监控接收发自数据采集与监控终端的告警信息，并进行相应的处理，如判定告警地点、告警类型及相应的原因、及时通知值班和相关维护管理人员、对告警信息进行统计和分析、设置告警监控模块配置信息等。当故障排除后，数据采集与监控终端同样发送短消息到监控，通知故障排除，可以正常采集数据了。当然每个数据采集与监控终端都对应由维修人员。

短消息服务业务（Short Message Service）是GSM系统提供给用户的一种数字业务，它与话音传输及传真一样同为GSM数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务，SMS的收发占用的是GSM网络的信令信道，不会占用普通话音信道，而且它是双向通信，具有一定的交互能力。而且SMS具有较高的性，短消息发送端的用户可知道短消息是否已经到达接收端，由于短消息依靠了SMSC短消息服务的存储和转发机制，当接收端用户关机或不在服务区内时，SMSC会暂时保存该短消息，接收端用户如果在规定时间（通常为24小时）内重新处于工作状态，SMSC会立刻发送短消息给接收端用户，当发送成功时会返回发送端用户一个确认信号。SMS充分利用了GSM网络覆盖广的特点和全程全网的优势，具有的移动性，使得任何一个申请了短消息服务的GSM无线终端用户在全网范围内获得服务。每个短消息的信息量限制为140个八位组（7比特编码）140个英文字符或70个中文字符。如果过此长度，则要分多次发送。

2．硬件电路设计

系统的硬件电路包括：监控终端硬件设计；集中监控。

监控终端硬件包括：数据采集部分；TC35接口电路；温度传感器电路；遥调电路。

集中监控硬件包括：上位机；TC35T手机终端。

2.1 数据采集部分

数据的采集分为：模拟量的采集和开关量的采集。

模拟量主要采集各种工业仪表的数据，如压力、流量、温度、湿度、电压、电流等。

开关量的检测，分别为：220V交流电压检测，门禁检测。

2.2遥调电路设计

为了能够实现远程自动调节各种现场的参数。作者设计了遥调电路。采用固态非易失性数字电位器X9313。电路图如图3所示。数字电位器是一种特殊的DAC，它的模拟量输出不是电压或电流，而是电阻。滑动单元的位置是由CS、U/D、INC三个输入端控制。当CS为高，INC为高时，滑动端的位置可以被储存在一个非易失性存储器内，因此在下一次上电工作时可以被重新调用。当电位器的滑动端移到某一新位置时，而保持INC为低，CS为高时，此位置不存储。VH、VL、VW相当于一般电位器的三个端。

2.3温度传感器电路设计

为了实时监视数据采集与监测终端的温度变化，当温度过上限值时启动排风装置。当温度低过下限值时启动加温装置，作者设计了温度传感器电路。由于采集的温度范围属于常温范围，所以采用晶体管传感器LM335。它的输出电压与热力学温度成正比，灵敏度10mv/c。输出后的电压经过LM358放大器的放大后送A/D转换器。

2.4 TC35接口电路设计

TC35模块主要是由射频天线、内部FLASH、GSM基带处理器、匹配电源和一个40脚的ZIP插座组成。TC35接口电路设计主要是40针的电缆与单片机的接口。如图所示5。1~5脚提供3.3~5.5V峰值2A的直流电源；6~10接地；15脚为点火信号，接到单片机的P1.7，可以通过软件启动模块。16脚~23脚是RS232串口的功能引脚，18脚、19脚分别为发送RXD和接收TXD引脚。24脚~29脚对应的是SIM卡的引脚。32脚为指示灯引脚，当未插入SIM卡或40脚的电缆没有接好或者模块正在入网时，指示灯处于闪亮状态，亮600ms 灭600ms；当模块登录网络时，指示灯亮75ms灭3s。

2.5 电平转换器设计

FX2系列PLC的编程接口采用RS-422标准，而计算机的串行口采用RS-232标准。因此，作为实现PLC计算机通信的接口电路，将RS-422标准转换成RS-232标准。RS-232与RS-422标准在信号的传送、逻辑电平均不相同。RS-232采用单端和单端发送器，只用一根信号线来传送信息，并且根据该信号线上电平相对于公共的信号地电平的大小来决定逻辑的“1”。RS-422标准是一种以平衡方式传输的标准，即双端发送和双端接收，根据两条传输线之间的电位差值来决定逻辑状态。RS-422电路由发送器、平衡连接电缆、电缆终端负载和组成。它通过平衡发送器和差动将逻辑电平和电位差之间进行转换。作者选用MAXIM公司的MAX232实现RS-232与TTL之间的电平转换。MAX232内部有电压倍增电路和转换电路，仅需+5V电源就可工作，使用十分方便；选用MAX485实现RS-485与TTL之间的转换。每片MAX485有一对发送器/，由于通信采用全双工方式，故需两片MAX485，另外只需外接4只电容即可。

3．软件设计

系统的软件设计包括：下位机软件设计；上位机软件设计；下位机与上位机通信软件设计。

3.1短消息PDU格式分析及实用的AT命令

发送和接收SMS信息有两种方式：基于AT命令的Text Mode（文本模式）和基于AT命令的PDU（protocol debbbbbbion unit） Mode模式。西门子的手机大多只支持PDU模式，在PDU模式下短信息正文经过编码后转换成UNICODE码被传送。由于我们采用的是西门子的TC35手机模块和TC35T手机终端，所以本文主要探讨PDU模式的发送和接收。

下面通过对发送的短消息格式分析，来介绍SMS PDU的数据格式。设准备发送中文短消息内容为“晚上好123”。，将TC35T与计算机的串口相连，并打开计算机的级终端：

3.1.1发送短消息的具体操作过程如下（带下划线字符为响应信息，{}内为注释）：

AT

OK {计算机与手机的连接成功，这时就可以输入各类GSM AT指令了}

AT+CNMI=1，1，2

OK {设置收到短消息提示}

当模块收到短消息时，给出回应：

例如：+CMTI：“SM”，4

AT+CMGF=0

OK {设置模块工作的模式：0为PDU模式，1为文本模式}

AT+CMGS=26{发送短消息的字节数}

》0891 683108200905F0 0103 0D91 683199312523F9 3208 0C 64E0A597D003100320033//

键入Ctrl+Z，看到提示符-》出现在后一个数字后面，说明系统已经收到了命令。系统会返回操作的结果。

OK {OK表示成功，ERROR表示发送失败}

+CMGS：32

下面分析这条信息：

08：表示短消息地址长度

91：表示短消息号码类型

683108200905F0：表示短消息房屋号码

0103：表示发送短消息的编码方式

0D：表示目的地址长度

91：表示目的地址类型

683199312523F9：表示目的地址，即接收短消息的码为：

3208：表示发送中文字符方式

0C：表示短消息长度

664E0A597D003100320033：表示发送中文字符的UNICODE码

66 {晚} 4E0A{上} 597D{好} 0031{1} 0032{2} 0033{ 3}

3.1.2模块接收短消息的分析：

AT+CMGR={阅读短消息的内容，Index 表示短消息存放的位置}

AT＋CMGL= {列表短信息：stat =0，列未读过的短消息；stat =4，列所有的短消息}

＋CMGL： 1，2，，24 {1表示信息个数，2表示未发信息，24表示信息总容量}

AT+CMGD={删除短消息，Index 表示短消息存放的位置}

OK {删除成功}

3.2 下位机软件设计

包括：数据采集及A/D转换程序；越限报警程序。

3.3上位机软件设计

包括：监控主界面设计；数据库程序设计。

3.4下位机与上位机通信软件设计

因为下位机与上位机通信是通过短消息来完成的，所以通信软件设计的关键是单片机如何发送AT命令。

4．结束语

本文采用短消息业务完成数据采集与监测终端与控制的通信。实现了数据采集与监测终端的遥控，远程控制电源的通断；遥测，远程测量各种开关量；遥调，远程调节各种增益；遥讯，远程查询采集各种模拟量。短消息业务具有永远在线、不需拨号、价格、覆盖范围广等优势，特别适用于需频繁传送小数据量的应用，还适用于偏远地区、架设通信线路困难的地方。对于数据采集与监测终端来说，它一般放在无人值守地区，应用短消息业务来传送数据为合适。作者设计的该系统现在已经投入运行，实践了该系统工作非常的。

PID参数的整定：

1、可以在软件中进行自动整定；

2、自动整定的PID参数可能对于系统来说不是的，就需要手动凭经验来进行整定。P参数过小，达到动态平衡的时间就会太长；P参数过大，就产生调。

PID功能块在梯形图（程序）中应当注意的问题：

1、采用PID向导生成PID功能块；

2、我要说一个简单的也是容易被人忽视的问题，那就是：PID功能块的使能控制只能采用SM0.0或任何1个存储器的常开触点并联该存储器的常闭触点这样的断开的触点！

笔者在以前的一个工程调试中就遇到这样的问题：PID功能块有时间动作正常，有时间动作不正常，而且不正常时发现PID功能块都没问题（PID参数正确、使能正确），就是没有输出。后查了好久，突然意识到可能是使能的问题——我在使能端串联了启动/停止控制的保持继电器，我把它改为SM0.0以后，一切正常！

同时也明白了PID功能块有时间动作正常，有时间动作不正常的原因：有时在灌入程序后保持继电器处于动作的状态才不会出现问题，一旦停止了设备就会出现问题——PID功能块使能一旦断开，工作就不会正常！

把这个给大家说说，以免出现同样失误。

下面是PID控制器参数整定的一般方法：

PID控制器的参数整定是控制系统设计的内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：(1)预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。

PID参数的设定：是靠经验及工艺的熟悉，参考测量值跟踪与设定值曲线，从而调整P\I\D的大小。

比例I/微分D=2，具体值可根据仪表定，再调整比例带P，P过头，到达稳定的时间长，P太短，会震荡，永远也打不到设定要求。

PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照：

温度T：P=20~60%，T=180~600s，D=3-180s；

压力P： P=30~70%，T=24~180s；

液位L： P=20~80%，T=60~300s；

流量L： P=40~**，T=6~60s。

书上的常用口诀：

参数整定找，从小到大顺序查；

先是比例后积分，后再把微分加；

曲线振荡很频繁，比例度盘要放大；

曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳；

曲线偏离回复慢，积分时间往下降；

曲线波动周期长，积分时间再加长；

曲线振荡频率快，先把微分降下来；

动差大来波动慢。微分时间应加长；

理想曲线两个波，前高后低4比1；

一看二调多分析，调节质量不会低。

经过多年的工作经验，我个人认为PID参数的设置的大小，一方面是要根据控制对象的具体情况而定；另一方面是经验。P是解决幅值震荡，P大了会出现幅值震荡的幅度大，但震荡频率小，系统达到稳定时间长；I是解决动作响应的速度快慢的，I大了响应速度慢，反之则快；D是静态误差的，一般D设置都比较小，而且对系统影响比较小。对于温度控制系统P在5-10%之间；I在180-240s之间；D在30以下。对于压力控制系统P在30-60%之间；I在30-90s之间；D在30以下。

这里介绍一种经验法。这种方法实质上是一种试凑法，它是在生产实践中总结出来的行之有效的方法，并在现场中得到了广泛的应用。

这种方法的基本程序是先根据运行经验，确定一组调节器参数，并将系统投入闭环运行，然后人为地加入阶跃扰动（如改变调节器的给定值），观察被调量或调节器输出的阶跃响应曲线。若认为控制质量不满意，则根据各整定参数对控制过程的影响改变调节器参数。这样反复试验，直到满意为止。

经验法简单，但需要有一定现场运行经验，整定时易带有主观片面性。当采用PID调节器时，有多个整定参数，反复试凑的次数增多，不易得到整定参数。

下面以PID调节器为例，具体说明经验法的整定步骤：

A. 让调节器参数积分系数S0=0，实际微分系数k=0，控制系统投入闭环运行，由小到大改变比例系数S1，让扰动信号作阶跃变化，观察控制过程，直到获得满意的控制过程为止。

B. 取比例系数S1为当前的值乘以0.83，由小到大增加积分系数S0，同样让扰动信号作阶跃变化，直至求得满意的控制过程。

C. 积分系数S0保持不变，改变比例系数S1，观察控制过程有无改善，如有改善则继续调整，直到满意为止。否则，将原比例系数S1增大一些，再调整积分系数S0，力求改善控制过程。如此反复试凑，直到找到满意的比例系数S1和积分系数S0为止。

D. 引入适当的实际微分系数k和实际微分时间TD，此时可适当增大比例系数S1和积分系数S0。和前述步骤相同，微分时间的整定也需反复调整，直到控制过程满意为止。

PID参数是根据控制对象的惯量来确定的。大惯量如：大烘房的温度控制，一般P可在10以上，I=3-10，D=1左右。小惯量如：一个小电机带一台水泵进行压力闭环控制，一般只用PI控制。P=1-10，I=0.1-1，D=0，这些要在现场调试时进行修正的。

PID控制说明：

在工程实际中，应用为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能掌握，或得不到的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术为方便。即当我们不了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

比例（P）控制 ：比例控制是一种简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。

积分（I）控制 ：在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了稳态误差，在控制器中引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

微分（D）控制 ：在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性

由于西门子S7-200PLC的模拟量输出模块都需要占占两个输出通道。即使个模块只有一个输出AQW0，二个模块的输出也应从AQW4开始寻址（AQW2被个模块占用），依此类推。所以自然不会有输出了。

在S7-200中，单性模拟量输入/输出信号的数值范围是 0 - 32000；双性模拟量信号的数值范围是 -32000－+32000。

格式：

输入：AIW[起始字节地址]——如AIW6

输出：AQW[起始字节地址]——如AQW0

每个模拟量输入模块，按模块的先后顺序和输入通道数目，以固定的递增顺序向后排地址。 例如： AIW0、AIW2、AIW4、AIW6、AIW8等。

 对于EM231 RTD（热电阻）两通道输入模块，不再占用空的通道，后面的模拟量输入点是紧接着排地址的。温度模拟量输入模块（EM231 TC、EM231 RTD）也按照上述规律寻址，但是所读取的数据是温度测量值的10倍（摄氏或华氏温度）。如520相当于52.0度。

 注意：如果没有把握，可以在线检测到模块的起始地址，方法是：STEP 7-Micro/WIN中的菜单“PLC > Inbbbbation”里在线读到。

关于Siemens S7-200的模拟量模块，有2个大家（尤其是初学者）需要注意的：

1、关于地址，其实S7-200的地址很简单，跟相对位置有关，每个模拟量输入模块，按模块的先后顺序地址为固定的，顺序向后排。可以通过编程软件inbbbbation菜单来在线查看；说需要注意的就是地址都是偶数，比如AIW0 AIW2 ，没有AIW1之类的，输出也需要注意，比如EM235虽然只有1个通道输出，但是占用2个地址，下一个模块隔个输出，比如有CPU旁扩展2个相连的EM235，那么模拟量输出分别为AQW0和AQW4;

2、关于拨码开关，不同的拨码开关对应不同的测量方法，物理量的性质等等，这里要注意的是，拨码开关断电后重新上电才有效。而且需要注意的是拨码开关同时对所有通道有效。