西门子模块6AV2124-0UC02-0AX1性能参数

西门子模块6AV2124-0UC02-0AX1性能参数

随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的性直接影响到工业企业的生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各种电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统性，设计人员只有预先了解各种干扰才能有效保证系统运行。

影响PLC控制系统的干扰源于一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声的干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按声音干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。

共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地面的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压送加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏(这就是一些系统I/O模件损坏率较高的原因)，这种共模干扰可为直流、亦可为交流。

差模干扰是指用于信号两间得干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

1 引言

basic语言是微机系统中广泛应用的一种编程语言，它的指令接近思维逻辑的表达，与自然语言有相通之处，易学易懂，同时它包涵丰富的算法函数，能十分方便地进行各种数据处理，因而深受广大编程爱好者喜爱。plc是计算机科学在工业控制领域内的一个重要分支，它一般采用梯形图、语句表作为其编程语言，由于梯形图形似电气原理图，直观易懂，易为电气工程师所接受，为plc的推广应用起到了大的推动作用。plc从诞生至今，几十年来，应用领域不断扩大，现在，通讯问题已成为plc应用中的一个重要课题之一。

本文以ge fanucplc系列pcm智能通讯模块在某泵站控制系统中的应用为例进行探讨，介绍了basic语言在解决plc与现场仪表或其它外部智能设备之间数据通讯问题时能起到的作用，为广大**提供又一种串行通讯解决方案。

2 系统简述

本系统采用ge fanuc 90-30系列plc model351，一块智能通讯模块cmm311，一块可编程智能通讯模块pcm311，及开关量输入、输出模块，模拟量输入模块若干。

通讯模块cmm311有两个通讯口，分别负责与上位机组态软件及现场digital触摸屏进行通讯。

可编程通讯模块pcm311为通讯协处理机，内有固化的megabasic语言解释程序，能执行通过外部编程终端存储进来的basic程序。该模块有两个通讯端口，一个端口为编程口，ge公司logicmaster编程软件包中有于pcm模块编程的软件，用它可通过该编程口登录pcm模块，将计算机中文本形式的basic代码文件存入模块的存储器中;另一个端口为外部通讯口，在basic程序中可打开此端口与外部智能设备进行通讯。在特殊时候，编程口也可被basic程序打开，作与外部设备通讯用，但这样使用在调试时稍有不便。

系统布置要求叙述如下：

plc cpu负责开关量、模拟量的采集、运算，实施直接的控制功能;通讯模块cmm311通过两个通讯口分别连接上位机及触摸屏，实现人机界面与plc的数据通讯;pcm模块的com2与westinghouse（西屋仪表）mint ii网络转换器相连，负责通过mint ii网络转换器与现场三个种类的12台westinghouse仪表通讯，采集电流、电压、功率等各种物理量的实时数据，同时，com1在调试完毕后用来与现场一台三菱fx2n plc通讯，实现从ge plc系统到fx2n系统的数据通路，

在这个方案中，minit ii与下位设备的硬件连接为双绞线，minit ii及下位各设备都并入双绞线组成的westinghouse incom网络，在该网络中各通讯主体使用二进制通讯方式，数据帧均由33位二进制数构成，minit ii充当主站（master）角色，对下位各设备发起通讯，进行轮询。

pcm311模块与minit ii转换器进行的是ascii码通讯方式，而minit ii转换器与下位dt3000、mp3000、iq200各系列设备的通讯方式为二进制码通讯，实际上minit ii所起到的作用是将pcm模块发出的ascii码指令帧转译为二进制码指令帧，当然，在通讯过程中，我们只需关心ascii码通讯帧的格式，minit ii会自动将其转为二进制格式后发到incom网络中去。

minit ii模块的25针rs232串行口接收的ascii码帧由10个ascii码字符组成，分为控制指令帧、数据指令帧两类，大致形式如下：

控制指令：

（stx）（c/d）（inst）（comm）（scomm）（address）（sumcheck）

数据指令：

（stx）（c/d）（data）（sumcheck）

stx：2号ascii码，占一位

c/d：控制指令时为1，数据指令时为0，占一位

inst、comm、scomm：由这三个数字需要返回的参数，各占一位

address：指令的发送对象，是一个三位数的十六制数，占三位

sumcheck：和校验码，占二位

data：返回的数据信息，占六位

minit ii串行通讯参数在其面板上通过开关来选定。

2.2 fx2n plc通讯协议简介

fx2n是三菱plc在小系统控制应用中使用较多的一种经济型plc，外部设备通过232bd、485bd等插件或485adp等模块可与其建立ascii码串行通讯，读取plc内部寄存器的值。其协议格式如下：

（1） 读寄存器

*外设：（enq）（站号）（pc号）（命令字符）（等待时间）（头元件）（元件数）（和校验）

*plc：（stx）（站号）（pc号）（返回数据）（etx）（和校验）

*外设：（ack）（站号）（pc号）

（2） 写寄存器

*外设：（enq）（站号）（pc号）（命令字符）（等待时间）（头元件）（元件数）（写出数据）（和校验）

*plc：（stx）（站号）（pc号）

*enq、stx、ack、etx：为相应的ascii码

*站号：plc的站地址，为两位十六进制数（00-0fh），由plc的d8121寄存器

*pc号：用于a系列melsecnet网络中的plc，对fx2n均为ffh

*命令字符：分为位读（br）、位写（bw）、字读（wr）、字写（ww）

*等待时间：以10ms为单位，以十六进制数表示，占一个字符（0-f）

*头元件：为要读、写的开始元件号，如m0001、d0000等。

*元件数：为要读、写的元件个数。

*返回数据、写出数据：为从plc返回的寄存器值或要写到plc的数据值

由于fx2n与控制柜距离较远，故本系统中采用fx2n与485bd插件，pcm311模块经232/485转换器与485bd相连，转换器与485bd之间采用两对双绞线相连，全双工方式通讯，plc串行通讯参数在d8120中设定。

2.3 megabasic的语法简介

（1） 串口操作：pcm模块共有二个串口，它们均可在megabasic程序中被打开，与外部进行通讯，以下为常用的串口操作函数。

*串口的打开：open ，

如open #8，“com1”

*串口的关闭：close

如close #8

*串口通讯参数的设定：ioctl ，

（2） ioctl_bbbbbb格式为：

baud（波特率），parity（校验），databits（数据位），stopbits（停止位），flowctl（流控制方式），physical（物理协议如232/485/422），duplexmode（通讯模式，半双工/全双工）如ioctl #8，“19200，n，8，1，n，232”

（3） 从串口读取数据：inchr$（，，，，）

如restr=inchr$（ch%，10，“”，0，timeout%）

（4） 向串口发送数据：print，

如print #8，“hello world”

（5） megabasic程序对plc寄存器的访问：

对于pcm模块所在的plc系统中的寄存器如%i，%q，%r，%m等，basic程序中并不可直接引用，而需通过使用特定的功能指令来访问它们。

a）访问plc寄存器之前，先要使用sysbbbb指令。

sysbbbb，，［type］

local_name:basic程序内部定义的变量

cpu_symbol:plc的寄存器名，外加双引号（如“%r500”）

type：关联数据的类型，如bool，byte，int16，uint，dint等

b） 读、写plc寄存器

sysread

syswrite

在sysbbbb指令执行后，即可使用上面两个指令分别读、写basic变量所关联的plc寄存器。

2.4 系统编程过程简介

根据minit ii通讯协议及megabasic语言的基本语法，在文本编辑器（如记事本）中写好大致的程序，特别是对返回数据的解析编写专门的函数来进行处理，以得到浮点数形式的电压、电流、功率等数据，其中要注意好对返回错误帧时的处理，还有采集不同数据时的协议上的差别，这一部分程序写好后，利用pcm模块的com1通过logicmaster软件导入pcm模块，用com1监视运行，用com2通讯，进行联机调试，根据调试情况加以修正完善，得到终版本。

类似上述步骤，根据fx2n的通讯协议，写好与fx2n通讯的程序，用com1监视运行，用com2通讯，经调试修正，得到终版本。

将两个版本的程序合并，并将与fx2n通讯的端口改为com1，去掉程序中用于监视运行的输出语句（print），再重新导入pcm模块中，一个满足系统要求的完整的通讯程序就这样就写成了。

3 结束语

用类似本系统中的pcm模块完成通讯任务，笔者认为其相对利用plc梯形图程序进行通讯优点很明显。由于其使用的是与微机系统中的basic语言语法相同的语言，易学易懂，处理复杂的数据运算时得心应手，在复杂的有大量通讯任务的系统中有很重大的推广;再者在系统调试时也有明显优势，一个端口正在通讯时，一个端口实时监视程序的运行情况，并可以自然语言的形式输出实时的调试信息，plc程序就不会有这么好的效果，那么结果是这种系统的开发周期必然大为缩短。

plc系统中采用basic语言的协处理器，笔者认为这是plc应用中一个新的发展，对简化编程，减轻工控系统的开发压力可起到较大的作用，据了解，很多plc厂商都有类似功能的模块生产，如三菱公司就推出了ad51h高速智能通信组件，使用ad51h basic语言，支持四个通信口，具备384k内存，大大提高了plc系统数据通信与收集方面的灵活性。

 系统介绍

1、项目工艺

在自来水厂中，源水要经过投加净水剂、沉淀、过滤、然后进入清水池。对源水投加净水剂后，水中杂质便絮凝成矾花，此时才能进行进一步水质净化处理，因此净水剂投加工艺是影响出厂水质量的要因。同时净水剂的投加直接影响到沉淀池的使用效率和滤池反冲用水量的大小，对也有直接的影响。因此投加净水剂是自来水厂中工艺要求比较高的一个环节。

2、控制器组成

项目中使用的PLC、模块、控制对象等如下：

三、 控制系统构成

本系统中一共有模拟量输入9个：源水浊度、源水流量（2个）、游动电泳仪、沉淀池浊度、计量泵开度（2个）、变频器电流（2个）。模拟量输出4个：1#、2#变频器频率、1#、2#计量泵开度。开关量输入6个：1#、2#变频器手/自动，1#、2#变频器运行，1#、2#变频器故障。开关量输出3个：1#、2#变频器运行，故障报警。联网功能采用EM277和系统中CPU315-2DP连接。

一共采用：CPU226 一个，模拟量输入模块EM231（4路）3个，模拟量输出模块EM232（2路）2个，DP通讯模块EM277 一个。

注：游动电泳仪可以测量水中可以结合杂质的游离电子的数目，而游离电子数目保持在一定范围，如果测量值偏大则说明投加净水剂过多影响混凝效果，反之说明投加量不够导致混凝不充分。计量单位为SCD。

四、 控制系统完成的功能

1、控制要求

原系统的净水剂投加过程采用手动投加方式，这就直接影响到出厂水的浊度，同时也会产生投加量过度的问题。经过询问现场人员、实际调查总结了以下主要原因

a、净水剂投加设备落后：当源水浊度发生改变时无法及时调整提高投加量；

b、净水剂投加由人为掌握：投加量靠经验投加；

c、净水剂配制无标准：剂浓度由配置人员靠经验配置，而浓度不准使投加量加难以掌握；

d、投加量计算困难：操作人员水平差异较大，投加量随意性比较大；

以上种种原因造成投加量不准确，从而影响到絮凝效果、并直接导致出厂水水质下降。

系统改造要求：

水厂换新的自动化投加系统，新系统可根据水质变化情况随时调整投药量，将沉淀池出水均在8NTU（NTU为浊度计量单位）以下，出厂水在1NTU以下；经防疫站：出厂水浊度达标率为**。并可在控制系统中加入参数调节和监控功能。

2、控制难点及控制方法实现

根据对工艺过程的分析，本系统属于典型的大滞后系统。考虑到一般的PID算法对于滞后时间长的系统难以实现控制目标，而模糊控制等算法实现成本较高等原因。决定在系统中采用经验值投加和PID算法相结合的办法，既解决了PID算法的不足，又解决了成本问题。

整个系统软件中主要包括以下几个主要方面：

a、PID算法：定时采集沉淀池浊度，应用S7-200内置的PID进行运算。得到的模拟输出值为X。

b、经验值：对应一定流量的经验投加量进行运算——采用查表法查找对应的经验值，得出相应流量的投加量为Y。

c、按照 得出PID运算和经验投加之和。用Z直接控制计量泵开度。（其中a可以在一段时间运行后进行修改以达到优化控制。）

d、将原水浊度按照经验值，SCD按照PID算法进行入2、3进行运算，并将运算结果控制变频器频率以保证游动电泳仪测量值在设定值左右。

e、按照设定运行时间转换变频器和计量泵以便设备轮换使用。

f、报警功能：按照要求将有关故障均进行现场蜂鸣报警，并上传至CPU315-2DP中以便中控室进行记录和处理。

五、 结束语

采用新的净水剂投加系统后，出厂水浊度由过去的3NTU以内降到了1NTU以下，在防疫部门多次检测中达标率达到了**；净水剂的投加达到了优投加量，避免了净水剂的浪费。经过统计，去年4~11月净水剂使用量比往年同期平均使用量减少了约15000Kg。同时由于沉淀池出水浊度的下降，滤池反冲周期延长了近12小时，使生产自用水量降低了约1.5%，累计比去年同期减少了约2.5万吨。按净水剂2.205元/Kg，水0.45元/吨计算，可节省供水成本：15000×2.205＋2500×0.45=44325元。

经过三年的使用过程证明：采用浊度控制计量泵开度、SCD控制变频器频率的方法不仅可以让投加量加，还可以加方便的控制投加量以达到在源水浊度低的季节中节省净水剂的效果。

六、 应用体会

该系统控制对象为出厂水浊度，但是SCD值也是一个很重要的中间对象，要求较高的控制精度，并且控制对象滞后时间很大。要在这样的情况下完成这样的控制要求，不仅要求PLC的功能要强大，还需要设计人员进行比较复杂的编程处理，而且对PLC的模拟量处理功能要求也比较高；另外在达到系统要求功能的前提下也要求尽量降低系统的成本。尤其是程序中的查表子程序，本身就需要占用很大的程序空间以及数据存储空间。

而S7-200系列中CPU226在程序存储、数据存储、扫描时间等各个方面都能满足系统的要求。而S7-200系列的EM277模块使得和原系统中S7-300连接加简单方便，从而也节省了大量编程时间和程序空间。

本系统投入使用后效果非常明显，系统运行稳定有效，尤其是S7-200PLC 的出色表现得到用户和的

当压缩空气需求量大时，为了保供应，就需要安装多台空气压缩机。某单位是铁路货运编组站，有五台压缩机，安装时间、空压机型号并不相同。而多3台工作即可满足要求，另外2台作为备用。要求五台压缩机工作时间基本相同，当有一台出现故障时就自动停机，当故障时又自动投入。故障发生后，备用机在需要时投入运行。我们根据工程要求，设计了自动轮换的PLC软件。由工控机+组态软件作为监视管理用。PLC采用了正航A3系列。

一． 概述

1．1 几个名词

五台机器根据其工作状况不同，可以分为以下几种工况。

运行：空压机正在运转中，正在对系统供应压缩气体。

停机：没有运行。如果储罐压力设定值时，可以投入运行。

待机：没有运行，也不在停机状态。即便是压力设定压力也不会启动。

故障；空压机出现故障，等待维修，无法投入运行。

主机：当压力低时，启动的那台为主机。

补机：当主机已经运行压力仍然要求压力时，要启动的机器为补机。

五台压缩机依次编号为1、2、3、4、5号。

其中处在运行中的压缩机多为3台。停机的压缩机应该保证为0、1或2台。待机的压缩机多为2台。故障机多为2台。主机为1台，补机为2台。

1．2 压力设置

压力段设置如下图：

压力由模拟量模块采集，以数字形式设置压力段。压力由压力变送器采集，转换为DC 0-10V电压，送给PLC的模拟量模块。经过调零及增益调整，0-1Mpa对应数字量为0-1000。要求的压力范围为0.62-0.75Mpa，对应数字量为620-750。

1．3 控制要求

五台压缩机中有三台运行即满足压力需求。开机前要选择主机。没有故障机时，一旦主机选定，辅机依次为主机后的2台。主机出现故障时，主机后近的辅机上升为主机，原来排在补机后的待机压缩机上升为停机状态。当辅机出现故障时，近的处在待机状态的压缩机上升为停机状态。本程序中主机的选择要通过手动操作完成。在无故障时，如1号机为主机，2、3好为辅机，2、3号为主机时，依此类推。当4号为主机时，5号及1号为补机。当5号为主机时，1、2号为补机。依此循环。

当出现故障时，维修完成后，要手动复位；视其所排的次序及其后的机器工作状态来决定其能否投入正常状态。如果压力高，其次序后的机器都没有运行它可以投入正常状态。比如1号为主机，2号要恢复故障，当按下其复位按钮后，3号如正运行，它要等3号停机后才能恢复为1号主机，在3号停机前它一直等待。2号恢复为1号补机后，原来的2号补机变成待机状态。

初始启动时，空气储罐压力为0。先启动台。如压力不够，在B点以下，经过一段延时启动二台。当压力检测经过一段时间延时，还在A点以下时，启动三台。多启动三台。每台启动后要压力检测要经过延时处理，以防止在压力临界时频繁启动停止。延时的时间根据系统状况确定，本程序中为T1是60S。当压力达到或过D点时，经过一段时间延时，本程序中为T2是5S，压力仍在D点以上即停止后启动的那台，即2号补机。压力达到或过E点时，经过延时检测停1号补机。压力达到或过F点时，经过延时检测停主机，三台全部停止，都处在停机状态。

二．程序的编写

本程序为先起后停方式控制，主机手动选择。故障恢复按钮按下后要等条件允许才恢复。本程序的思路适合于各种有步进功能的PLC。

2．1 程序的基本结构

模拟输入模块调零并调整增益以满足要求。模拟量在程序中并不经过运算处理，仅用作压力界限的判断。程序有自动运行程序，有手动运行程序。在手动时，各台压缩机由手动起停操作。在自动模式时，有步进程序控制。

程序中压缩机台数控制采用步进程序判断。当选择好主机并按下启动按钮时程序进入步进程序。由压力界限值及实时采集的压力值判断应启动的台数。

2．2 步进程序

当选择好主机后，辅机就为其次序号码后面的机器。“自动启动”按钮按下时，就启动步进程序。步进程序有1台运行的程序，有2台运行的程序，有3台运行的程序。

2.3 系统的保护

初始开机或当压力由高向低变化时，要启动多台机器时，要延时一段时间在增加一台机器投入运行。本程序中延时时间为60S。而当压力升高时，也需要延时，但延时时间设置为5S。是因为压力一定不能过上限。延时的作用还可减少压力在判断点处时，频繁启动、停止机器。

而空压机本身还有自己的压力高保护。当用自动控制时，它本身的高压保护点设置三台全不启动的F点。当PLC系统故障时，恢复原来的设置即可。它又可以正常手动运行了。

当上位机——工控机出问题时，并不影响下位机PLC的运行，还可以继续工作。等工控机的维修完毕，投入工作，仍然工作正常。

三． 上位机及组态软件

上位机采用研华IPC610。组态软件采用MCGS。在上位机监视各台机器的运行状态。各台机器的工况一目了然。当报警发生时工控机发出声音报警。当有某台机器工况变化时，工控机以声音形式报告。工控机的声音是事先录制好的声音文件，在需要时由MCGS调用。

四． 应用效果

采用了PLC及组态软件后，明显减轻了操作人员的劳动强度，提高了自动化水平。并且有历史故障记录。受到客户的

随着自动化程度的提高，小型PLC的应用领域比以前为广泛，越来越多的行业开始使用小型PLC。小型PLC产品加多元化，不仅有度很高的，国内一些自动化企业也看到小型PLC广大的市场，纷纷推出自主的小型PLC产品，这为不同细分市场的中国用户提供了多的选择。

个人还是建议大家使用的产品，因为，从技术角度来讲，保证PLC在复杂的工业环境下的高性仍然是很多新加入小型PLC领域的厂家面临的技术难题。从角度来讲，持续的大规模的研发投入是不断，满足市场的日益增长的需求的保证，而这种投入对许多厂家来说也是很大的考验。从市场开发角度来看，大厂商拥有明显的强势和领域，拥有优势的技术，成熟的解决方案，和适合行业和市场开发的销售网络。西门子小型PLC经过十多年的市场考验，与服务已经得到了市场的广泛认可，这不仅靠市场宣传，靠的产品品质和完整的解决方案。

近几年自动化产品用户除了稳定性、性价比等因素之外，越来越重视项目的维护成本，现在中国用户都已将维护成本列入整个自动化系统的成本中。西门子小型PLC为用户提供灵活多样的远程服务解决方案，可以基于固定电话，网络，GPRS无线通讯等，为客户后期维护节约可观的成本。为了进一步为广大用户降，2005年，西门子成功完成了S7-200PLC的本地化生产，同时还本地化生产了S7-200PLC触摸屏KTP-178和四行中文文本显示器TD400，进一步提高了西门子小型PLC整体解决方案的性价比，开放性已达到同类中型机水平，支持PPI、RS-485、Profibus－DP、以太网等多种通讯协议，保证了的无缝连接。

个人认为小型PLC的市场份额会持续保持快速的发展。随着中国加入WTO，出口额逐年提高，中国正逐步成为机械设备的制造基地，使得国内OEM厂商迅猛发展。一些OEM厂商为了避免激烈竞争，追求高的利润，将用小型PLC替代继电器或单片机控制方案。而且，小型PLC不再仅仅进行单机单站的控制，工厂信息化的潮流将会使多的生产设备联网，进行集中监控。西门子小型PLC开放的平台为工厂生产设备联网和工厂信息化提供了可能性，使客户增加额外的硬件投资即可实现联网。