PLC應(yīng)用系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計、S7200通信和網(wǎng)絡(luò)

1、PLC應(yīng)用系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計、S7200通信和網(wǎng)絡(luò)7.1 PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 .1.1 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容1.根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，進行工藝分析，并確定控制方案。2.選擇輸入設(shè)7備（如按鈕、開關(guān)、傳感器等）和輸出設(shè)備（如繼電器、接觸器、指示燈等執(zhí)行機構(gòu)）。3.選定PLC的型號（包括機型、容量、I/O模塊和電源等）。4.分配PLC的I/O點，繪制PLC的I/O硬件接線圖。5.編寫程序并調(diào)試。6.設(shè)計控制系統(tǒng)操作臺、電氣控制柜以及安裝接線圖等。7.編寫設(shè)計說明書和使用說明書。7.1.2 PLC I/O點數(shù)的確定統(tǒng)計被控制系統(tǒng)開關(guān)量、模擬量的I/O點數(shù)，并考慮以后的擴充(一般加上10%20%的備用量)，從

2、而選擇PLC的I/O點數(shù)和輸出規(guī)格7.1.3 PLC程序設(shè)計常用的方法1. 經(jīng)驗設(shè)計法2. 繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法 示例: 電動機Y/減壓起動控制主電路和電氣控制的原理圖。見圖7-1（1）工作原理如下：按下啟動按鈕SB2,KM1、KM3、KT通電并自保，電動機接成Y型起動，2s后，KT動作，使KM3斷電，KM2通電吸合，電動機接成型運行。按下停止按扭SB1，電動機停止運行。（2）I/O分配 輸入 輸出停止按鈕SB1：I0.0 KM1：Q0.0 KM2 ：起動按鈕SB2：I0.1 KM3：Q0.2 過載保護FR： （3）梯形圖程序圖10-2轉(zhuǎn)換后的梯形圖程序如圖7-2所示。按照梯形圖語言中

3、的語法規(guī)定簡化和修改梯形圖。為了簡化電路，當多個線圈都受某一串并聯(lián)電路控制時，可在梯形圖中設(shè)置該電路控制的存儲器的位，如。簡化后的程序如圖7-3所示。如圖7-3轉(zhuǎn)換后的梯形圖程序如圖7-2所示。按照梯形圖語言中的語法規(guī)定簡化和修改梯形圖。為了簡化電路，當多個線圈都受某一串并聯(lián)電路控制時，可在梯形圖中設(shè)置該電路控制的存儲器的位，如。簡化后的程序如圖7-3所示。7.2 S7-200的通信 在計算機控制與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷推廣和普及的今天，對參與控制系統(tǒng)中的設(shè)備提出了可相互連接，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)及遠程通信的要求，可編程控制器生產(chǎn)廠商為此加強了可編程控制器的網(wǎng)絡(luò)通信能力。 7.2.1 基本概念和術(shù)語 1. 并行傳輸

4、與串行傳輸 并行傳輸是指通信中同時傳送構(gòu)成一個字或字節(jié)的多位二進制數(shù)據(jù)。特點:速度快，傳輸線的數(shù)量多，成本比高，故用于近距離傳輸?shù)膱龊?，如計算機內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸、計算機與打印機的數(shù)據(jù)傳輸。 串行傳輸是指通信中構(gòu)成一個字或字節(jié)的多位二進制數(shù)據(jù)是一位一位被傳送的。特點:傳輸速度慢，但傳輸線的數(shù)量少，成本比并行傳輸?shù)停食Ｓ糜谶h距離傳輸且速度要求不高的場合 。如計算機與可編程序控制器間的通信、計算機USB接口與外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送。2. 異步傳輸和同步傳輸 在異步傳輸中，信息以字符為單位進行傳輸 。異步傳輸中一個字符中的各個位是同步的，但字符與字符之間的間隔是不確定的異步傳輸?shù)奶攸c就是收、發(fā)雙方不需要嚴

5、格的位同步，所謂“異步”是指字符與字符之間的異步，字符內(nèi)部仍為同步。 在同步傳輸中，不僅字符內(nèi)部為同步，字符與字符之間也要保持同步。 同步傳輸?shù)奶攸c是可獲得較高的傳輸速度，但實現(xiàn)起來較復(fù)雜。3. 信號的調(diào)制和解調(diào)信號的調(diào)制和解調(diào)串行通信通常傳輸是數(shù)字量，這種信號包括從低頻到高頻極其豐富的諧波信號，要求傳輸線的頻率很高。遠距離傳輸時，為降低成本，傳輸線頻帶不夠?qū)?，使信號嚴重失真、衰減，常采用的方法是調(diào)制解調(diào)技術(shù)。 調(diào)制:發(fā)送端將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成適合傳輸線傳輸?shù)哪M信號。解調(diào):接收端將模擬信號還原成數(shù)字信號的過程。將調(diào)制、解調(diào)功能由一個設(shè)備完成，此設(shè)備叫調(diào)制解調(diào)器。當進行遠程數(shù)據(jù)傳輸時，可將可編程控

6、制器的PC/PPI電纜與調(diào)制解調(diào)器進行連接以增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x。4. 傳輸速率 傳輸速率是指單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?，它是衡量系統(tǒng)傳輸性能的主要指標，常用波特率(Baud Rate)表示。波特率是指每秒傳輸二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)，單位是bps （bit/s）。常用的波特率有19.2K bit/s 、9.6K bit/s 、 4.8K bit/s 、2.4K bit/s 、1.2K bit/s 等. 信息交互方式單工通信:信息始終保持一個方向傳輸。 如無線電廣播、電視廣播。半雙工通信:數(shù)據(jù)流可以在兩個方向上流動，但同一時刻只限于一個方向流動。全雙工通信:通信雙方能夠同時進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。10.2.2

7、 差錯控制 1. 糾錯編碼 糾錯編碼是在有效信息的基礎(chǔ)上附加一定的冗余信息位，利用二進制位組合來監(jiān)督數(shù)據(jù)碼的傳輸情況。 （1）奇偶檢驗碼是應(yīng)用最多、最簡單的一種糾錯編碼。奇偶檢驗碼是在信息碼組之后加一位監(jiān)督碼，即奇偶檢驗位。奇偶檢驗碼有奇檢驗碼和偶檢驗碼兩種。奇檢驗碼是信息位和檢驗位中的個數(shù)為奇數(shù)。偶檢驗碼是信息位和檢驗位中的個數(shù)為偶數(shù)。 7.2.3 傳輸介質(zhì) 目前在分散控制系統(tǒng)中普遍使用的傳輸介質(zhì)有：同軸電纜、雙絞線、光纜，而其他介質(zhì)如無線電、紅外線、微波等，在PLC網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用很少。 1. 雙絞線 一對相互絕緣的線螺旋形式絞合在一起就構(gòu)成了雙絞線，兩根線一起作為一條通信電路使用，兩根線螺旋排

8、列的目的是為了使各線對之間的電磁干擾減小到最小 2. 同軸電纜 同軸電纜是從內(nèi)到外依次由內(nèi)導(dǎo)體（芯線 ）、絕緣線、屏蔽層銅線網(wǎng)及外保護層的結(jié)構(gòu)制造的。由于從橫截面看這四層構(gòu)成了4個同心圓，故而得名。 3. 光纖（又稱光導(dǎo)纖維或光纜） 光纖是由石英玻璃經(jīng)特殊工藝拉成細絲來傳輸光信號的介質(zhì)，這種細絲的直徑比頭發(fā)絲還要細，一般直徑在89m（單模光纖）及m（多模光纖，50m為歐洲標準，m為美國標準），但它能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量卻是巨大的。光纖是以光脈沖的形式傳輸信號的，它具有的優(yōu)點（1）所傳輸?shù)氖菙?shù)字的光脈沖信號，不會受電磁干擾，不怕雷擊，不易被竊聽；（2）數(shù)據(jù)傳輸安全性好；（3）傳輸距離長，且?guī)拰?，傳輸?/p>

9、度快。缺點：光纖系統(tǒng)設(shè)備價格昂貴，光纖的連接與連接頭的制作需要專門工具和專門培訓(xùn)的人員。7.2.4 串行通信接口標準 RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA于1962年公布，并于1969年修訂的串行接口標準 1 RS-232C 計算機上配有RS-232接口，它使用一個25針的連接器。2RS-232C的不足主要表現(xiàn)在：（1）傳輸速率不夠快 （2）傳輸距離不夠遠(3)電氣性能不佳 3RS-485 RS-485為半雙工，不能同時發(fā)送和接收信號 7.3 工業(yè)局域網(wǎng)基礎(chǔ) 7.3.1 局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu) 指網(wǎng)絡(luò)中的通信線路和節(jié)點間的幾何連接結(jié)構(gòu)，表示了網(wǎng)絡(luò)的整體結(jié)構(gòu)外貌。1星形網(wǎng)絡(luò)。2環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。3總線形網(wǎng)絡(luò)

10、。3種網(wǎng)絡(luò)如圖7-4所示圖7-47.3.2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和體系結(jié)構(gòu) 1通信協(xié)議 。 PLC網(wǎng)絡(luò)是由各種數(shù)字設(shè)備(包括PLC、計算機等)和終端設(shè)備等通過通信線路連接起來的復(fù)合系統(tǒng) 。 2體系結(jié)構(gòu) 。網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)通常包括網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)配置。 7.3.3 現(xiàn)場總線 1.概述 在傳統(tǒng)的自動化工廠中，生產(chǎn)現(xiàn)場的許多設(shè)備和裝置如：傳感器、調(diào)節(jié)器、變送器、執(zhí)行器等都是通過信號電纜與計算機、PLC相連的。 現(xiàn)場總線技術(shù)實際上是實現(xiàn)現(xiàn)場級設(shè)備數(shù)字化通信的一種工業(yè)現(xiàn)場層的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) 現(xiàn)場設(shè)備的各種運行參數(shù)、狀態(tài)信息及故障信息等通過總線傳輸?shù)竭h離現(xiàn)場的控制中心,而控制中心又可將各種控制維護組態(tài)命令送往

11、相關(guān)的設(shè)備,從而建立起具有自動控制功能的網(wǎng)絡(luò)。通常將這種位于網(wǎng)絡(luò)底層的自動化及信息集成的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)稱為現(xiàn)場總線系統(tǒng)。 西門子通信網(wǎng)絡(luò)的中間層為現(xiàn)場總線:傳輸速率最大為12Mbit/s響應(yīng)時間的典型值為ms使用屏蔽雙絞線電纜(最長9.6km)或光纜(最長90km)最多可接127個從站7.4 S7-200通信部件介紹 在本節(jié)中將介紹S7-200通信的有關(guān)部件，包括：通信口、PCPPI電纜、通信卡及S7-200通信擴展模塊等。7.4.1 通信端口 S7-200系列PLC內(nèi)部集成的PPI接口的物理特性為RS-485串行接口，為9針D型，該端口也符合歐洲標準中PROFIBUS標準如圖10-5所示。圖7-

12、5 RS-485串行接口外形 在進行調(diào)試時，將S7-200與接入網(wǎng)絡(luò)時，該端口一般是作為端口1出現(xiàn)的，作為端口1時端口各個引腳的名稱及其表示的意義見表10-1表7-1 S7-200通信口各引腳名稱7.4.2 PCPPI電纜 用計算機編程時，一般用PC/PPI(個人計算機點對點接口)電纜連接計算機與可編程序控制器，這是一種低成本的通信方式。PCPPI電纜外型如圖10-6所示。圖7-6 PCPPI電纜外型1PCPPI電纜的連接 PC/PPI電纜上的DIP開關(guān)選擇的波特率見圖7-7 圖7-72PC/PPI電纜通信設(shè)置 : 計算機和可編程序控制器在線連接的建立 。可編程序控制器通信參數(shù)的修改，可編程序

13、控制器信息的讀取 7.4.3 網(wǎng)絡(luò)連接器 兩個連接器中的一個連接器僅提供連接到CPU的接口，而另一個連接器增加了一個編程接口如圖10-8所示,這個連接器對于連接從CPU取電源的設(shè)備(如TD200)很有用。7.4.4 PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)電纜當通信設(shè)備相距較遠時，可使用PROFIBUS電纜進行連接，表7-2列出了PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)電纜的性能指標 PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的最大長度有賴于波特率和所用電纜的類型表7-3列出了規(guī)范電纜時網(wǎng)絡(luò)段的最大長度 網(wǎng)絡(luò)中繼器 西門子公司提供連接到PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)環(huán)的網(wǎng)絡(luò)中繼器，如圖10-9所示利用中繼器可延長網(wǎng)絡(luò)的通信距離，并且提供了一種隔離不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)的方法。

14、7.4.6 EM277 PROFIBUS-DP模塊 EM277 PROFIBUS-DP模塊是專門用于PROFIBUS-DP協(xié)議通信的智能擴展模塊。它的外形如圖7-10所示。EM277機殼上有一個RS-485借口，通過接口可將S7-200系列CPU連接至網(wǎng)絡(luò)，它支持PROFIBUS-DP和MPI從站協(xié)議。PROFIBUS-DP是由歐洲標準和國際標準定義的一種遠程I/O通信協(xié)議。遵守這種標準的設(shè)備，即使是由不同公司制造，也是兼容的。DP表示分布式外圍設(shè)備，即遠程I/O。PROFIBUS表示過程現(xiàn)場總線。EM277模塊作為PROFIBUS-DP協(xié)議下的從站，實現(xiàn)通信功能。圖7-11 表示有一個CPU

15、 224和一個EM 277 PROFIBUSDP模擬的PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò) 7.5 S7-200PLC的通信 本節(jié)介紹與S7-200聯(lián)網(wǎng)通信有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括PPI，MPI，PROFIBUS，ModBus等協(xié)議7.5.1 概述 S7-200的通信功能強，有多種通信方式可供用戶選擇。在運行Windows或Windows NT 操作系統(tǒng)的個人計算機（PC）上安裝了編程軟件后，PC可作為通信中的主站。 1單主站方式單主站與一個或多個從站相連, 見圖10-122多主站方式, 見圖10-133使用調(diào)制解調(diào)器的遠程通信方式 利用PC/PPI電纜與調(diào)制解調(diào)器連接，可以增 加數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x。4 S7-20

16、0通信的硬件選擇 表7-4給出了可供用戶選擇的STEP-Micro/WIN 32支持的通信硬件和波特率。 表7-4 SETP-Micro/WIN 32支持的硬件配置 7.5.2 利用PPI協(xié)議進行網(wǎng)絡(luò)通信 PPI 通信協(xié)議 是西門子專為S7-200 系列PLC 開發(fā)的一個通信協(xié)議，可通過普通的兩芯屏蔽雙絞電纜進行聯(lián)網(wǎng)，波特率為和kbit/s。PPI是一種主從協(xié)議，主站設(shè)備要求發(fā)送到從站設(shè)備，從站設(shè)備響應(yīng)。 7.5.3 利用MPI協(xié)議進行網(wǎng)絡(luò)通信 MPI協(xié)議允許主主和主從兩種通信方式。選擇何種方式依賴于設(shè)備類型 7.5.4 利用PROFIBUS協(xié)議進行網(wǎng)絡(luò)通信 西門子S7通過PROFIBUS現(xiàn)場

17、總線構(gòu)成的系統(tǒng)，其基本特點如下：（1）PLC、I/O模板、智能儀表及設(shè)備可通過現(xiàn)場總線連接，特別是同廠家的產(chǎn)品提供通用的功能模塊管理規(guī)范，通用性強，控制效果好。（2） I/O模板安裝在現(xiàn)場設(shè)備（傳感器、執(zhí)行器等）附近，結(jié)構(gòu)合理。（3）信號就地處理，在一定范圍內(nèi)可實現(xiàn)互操作。（4）編程仍采用組態(tài)方式，設(shè)有統(tǒng)一的設(shè)備描述語言。（5）傳輸速率可在12Mb/s間選擇。（6）傳輸介質(zhì)可以用金屬雙絞線或光纖。1 1PROFIBUSPROFIBUS的組成的組成 （1)PROFIBUS-DP1)PROFIBUS-DP（Distributed Periphery Distributed Periphery 分布

18、分布I/OI/O系統(tǒng)）系統(tǒng)）（2 2）PRORBLIS-PAPRORBLIS-PA（Process Automation Process Automation 過程自過程自動化動化） (3)PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification 現(xiàn)場總線信息規(guī)范） 2PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu) 3傳輸技術(shù) (1).RS-485(2).光纖(3) PROFIBUS介質(zhì)存取協(xié)議:令牌傳遞方式和主從傳遞方式令牌傳遞方式：可以保證每個主站在事先規(guī)定的時間間隔內(nèi)都能獲得總線的控制權(quán)主從傳遞方式：允許主站在獲得總線控制權(quán)時，可以與從站通信，發(fā)送或獲得信息 7.5.5 利用ModBus協(xié)議進行網(wǎng)絡(luò)通信 STEP7 MicroWIN指令庫包含有專門為Modbus通信設(shè)計的預(yù)先定義的專門的子程序和中斷服務(wù)程序，從而與Modbus主站通信簡單易行 工業(yè)以太網(wǎng) 工業(yè)以太網(wǎng)有以下的一些優(yōu)點：1）以太網(wǎng)可以滿足控制系統(tǒng)各個層次的要求，使企業(yè)信息網(wǎng)與控制網(wǎng)得以統(tǒng)一。2）可