西门子6ES7222-1BD22-0XA0使用说明

[系统概述]

采用嵌入式计算机（EIP）技术的数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床 高，可以jingque加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果随着数控技术的发展，采用数控系 统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。

[系统框图]

[系统原理]

数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。输入数控装置的程序指令记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或由数控装置的键盘直接手动输入。

数控装置包括程序读入装置和由电子线路组成的输入部分、运算部分、控制部分和输出部分等。数控装置按所能实现的控制功能分为点位控制、直线控制、连续轨迹控制三类。

[系统配置]

本文以某数控公司高性能数控系统为例，介绍研祥的EVOC系列嵌入式计算机（EIP）在数控系统中的应用。
I、数控单元：

1. 嵌入式计算机：

·19’上架式标准结构，NEMA 4/12铝质防水、防尘前面板；
·10.4’TFT彩色液晶显示器；
·配置研祥586 嵌入式计算机主板；
·研祥8槽工控机箱(含开关电源)；
·两组薄膜键盘，配以接地金属网；

2. 伺服控制串行通讯卡、六轴位置环控制卡、四轴数字伺服控制卡(任选)；

3. 内置式PLC输入卡 (48通道/卡)、内置式PLC输出卡 (48通道/卡)。

注：研祥586嵌入式计算机主板（HSC－1511CLDNA）的技术参数如下：

A、 结构：ISA总线半长嵌入式主板
B、 CPU：在板Low-Power Inbbb Pentium processor with MMX technology 低功耗CPU
C、 内存：在板一个144-pin DIMM插槽，大支持256M内存
D、 显示：SM712显示芯片+2M独立显存，支持CRT、24位LCD显示
E、 接口：2个IDE，1个FDD，1并，2串，1个KB/MOUSE接口，2个USB。
F、 SSD：支持DOC电子盘
G、 PC-104接口：有

II、主轴系统：

主轴驱动单元+主轴电机、变频器+主轴电机、变频器+异步电机 。

III、进给系统：

HSV-11D交流永磁同步伺服驱动与伺服电机、国内外各类模拟式、数字式伺服系统、HC5801/5802系列步进电机驱动单元与电机、HG.BQ3-5B三相正弦波混合式驱动器与步进电机。

[系统评价]

该系统采用研祥的EVOC系列 嵌入式计算机（EIP）、TFT真彩色液晶显示器，具有多轴多通道控制能力和内装式PLC，可与多种伺服驱动单元配套使用。具有开放性好、结构紧凑、集成 度高、可靠性好、性能价格比高、操作维护方便的优点，是适合中国国情的新一代高性能、数控系统

1 引言
随着物流技术的发展，条码检测已越来越多被采用。基于S7-200 PLC 的条码监控系统在上位机的监控下，对采集的条码信息进行处理，利用PLC控制物件流向，并把管理信息送至上位机，使系统工作效率大大tigao，节约了人力物力，有广泛的应用前景。

2 系统功能结构
如图1，该系统在物件运送的辊道上安装条码扫描器，当物件通过时自动识别物件上的条码标记，从而判断应采取的动作。系统根据读到的条码信息，按事先的约定进行处理，包括物件要存放的位置、是否放行、非正常情况的报警等、并和PLC、上位计算机进行数据交换。

图1 系统功能结构图

物件的条码由条码扫描器读入并通过通讯转换送入PLC的通讯口，我们采用的PLC是S7-200系列的226 PLC。它是西门子公司生产的性能价格比很高的可编程控制器，已广泛应用于工业控制的各个领域。

3 软件设计
3.1 PLC的条码识别
PLC采用自由通讯口方式读取条码的信息，主要用到3个寄存器SMB2、SMB3、SMB30。
通讯接收字符缓冲器SMB2用于存放在自由口通讯方式下接收到的当前字符，它是一个暂存寄存器，一般应在下一步取走其中的内容。

通讯校验结果寄存器SMB3，在作自由口通讯时，PLC的通讯接口按由SMB30规定的奇偶校验方式对所接受到的信号作校验。若检测到错误，PLC自动把SMB3.0置1，根据此标志位，可决定当前信息的取舍，同时还可在出错的情况下，将此错误信息发给对方，要求重发。

控制字寄存器SMB30用于存储通讯方式控制字，由用户写入，属于可读写的特殊标志位寄存器，其格式如下:


3.2 PLC程序设计
(1) 程序结构
PLC的控制程序采用西门子的编程软件包STEP7完成, 通过上位机与PLC进行程序传送, 其程序结构图如图2:

图 2 程序结构图

(2) 程序和注释
该程序从条形码阅读器接收信息再存入两个缓冲区， 从条形码解码器传出的信息是ASCII码形式,所接受的条形码存在SIMATIC内存中。这些数据可被程序利用，但本例中仅仅将信息存入接收缓冲区，可以用SIMATIC S7-200程序包来查看。

MAIN(主程序):初始化程序
SBRO(子程序0):接收条形码
INT 0(中断程序0):缓冲区0接收
INT 1(中断程序1):缓冲区1接收

(3) 自由协议的定义
西门子 S7-200系列PLC本机带有一个或两个(S7-226)485物理接口，此485口具有3种通讯协议:PPI、自由通讯协议、Profibus协议。

P PI协议主要是用来编程、PPI组网、HMI接口等;自由协议则可以由用户定义通讯协议，将CPU与任意通讯协议公开的设备联网，如上位计算机、打印机,条码器等等。所谓自由协议，用户可以通过设置特殊寄存器 SMB30、SMB130(对应226的2#口)的参数改变485口的波特率、数据格式(数据位数、停止位、校验)，以适应不同的通讯协议。226具有两个通讯口，可以同时与两个不同外设连接。

(4) 编程步骤
·首先设置通讯口，既设置SMB30、SMB130;
·根据外设的协议决定通讯协议;
·与通讯有关的指令及中断

指令简单，例如XMT99,0既可以完成多255个字节(字节数由VB99内设置的数决定)的发送;而接收则要由中断程序完成，每收到一个字节的数据则产生一次中断，接受到的数据保存在接收缓存器(SMB2)内，中断服务程序内您必须立即处理此数据，因为下一个接收的字节也要放在 SMB2中，也就是说接收缓存器的大小只有一个字节，本例只用到接受。

3.3 上位机监控软件设计
上位PC机与PLC之间通过一个RS232/485转换器连接，上位PC机的监控程序采用北京亚控公司的组态王(Kingview)完成。组态王是国内使用较多的工控平台，具有良好的人机界面和网络功能。在组态环境下，设计人员对PLC进行参数、状态、条码设定;运行环境以人机界面的形式对条码信息监控，对PLC发出控制命令，对有关数据存储报表，同时利用Web功能使系统具有在线监控功能，即在上位机授权的情况下在任何一台联网的计算机上用标准的浏览器可远程监控。限于篇幅，监控程序不再详述。

  本文介绍了以S7-200 PLC为现场终端的无线供水调度系统的组成、功能。并着重对PLC与无线Modem接口及PLC软件设计方法进了分析与说明，给出了部分程序流程图及系统应用领域。
[关键词]
PLC 监控 数传机 通讯接口 SCADA

一、概述
    某铁路供水系统由分布在十几公里内10个深井取水泵站、4个增压泵站、多个储水池、水塔及用户管网组成。整个供水系统的高低落差达150米，由于供水系统的组成及地形结构的特殊性，过去人工监控，给生产管理、供水调度带来诸多不便。
    实施了微机监控后，它能实时监测供水系统的主要工艺参数（如压力、liuliang、水位、电压、电流等），控制深井泵、增压泵的开停，监视泵机的运行状态，同时提供生产管理所需的报表、曲线、数据查询等功能。它的运行对供水系统的安全生产、科学调度有着重要的意义。

二、系统组成
微机监控系统采用主从结构、分布式无线实时监控方式（简称SCADA），如图1 所示。

系统主要由监控中心、无线通信系统、现场监控终端、传感器及仪表四部分组成。
监控中心：由微机、无线数传机、全向天线、模拟屏及UPS组成，主要完成各现场终端数据的实时采集、监测、控制、数据存储、打印报表、数据查询等功能。
无线通信系统：监控中心与各泵站终端之间采用无线方式通讯。监控中心为主动站，其它终端副站为被动从站，该系统采用无线电管理委员会给定的数据频率，以一点对多点的方式与从站通讯，监控中心为全向天线，各副站为定向天线。 
现场监控终端：核心为PLC，是一个智能设备，它有自己的CPU和控制软件，主要完成现场的数据采集、转换、存储、报警、控制等功能，并通过无线信道与监控中心微机进行数据通信。根据监控中心的命令分别完成系统自检、数据传送、控制输出等任务。
传感器及仪表：是PLC监测现场信号的“眼睛”，现场所有信号都需经过传感器及仪表的转换，才能输出标准信号，被PLC终端所接受。系统主要测量电压、电流、液位、压力、liuliang及耗电量等参数。

三、现场PLC终端
    现场PLC监控终端是工业现场与监控中心之间的桥梁纽带，一方面它采集现场仪表、变送器、设备运行状态等信号，另一方面它又与监控中心通讯，执行有关命令。现场终端一般无人值守。因此，终端机的性能和质量对系统的可靠性影响很大。经充分论证，选用西门子S7-200系列PLC作现场终端具有较高的性能价格比，它具有体积小、易扩展、性能优等特点，非常适合小规模的现场监控。
1、PLC硬件设计
    现场某一终端需测控开关输入信号12路，开关输出信号14路，模拟量输入信号9路。因此，我们选用S7-214基本单元，一块继电器输出扩展单元（EM222），三块模拟输入扩展单元（EM231）。这样系统共有开关输入14路，开关量输出18路，模拟量输入信号9路，满足现场要求。
2、通讯接口
    S7-214PLC基本单元提供一个RS-485接口，为了与无线信道的数传机（电源、Modem、进口电台三者合一）相连，我们专门设计了RS-485接口的专用Modem，并采用光电隔离技术，使二者在电气上完全独立，避免相互干扰，由于数传机发射时需要RTS信号，而RS-485接口又不提供RTS信号，解决这个问题有两处方法。其一，由无线Modem根据PLC的发射信息产生RTS信号，这就要求该Modem必须智能化，同时PLC在发送信息之前需先与Modem通信，让其输出RTS信号，并回送RTS已产生信息，然后PLC再发送现场信息。其二，采用PLC的某一I/O输出点，产生RTS信号，由PLC在发送信息前现接通该点，控制数传机发射，延时一段时间后（电台建立载波时间），再发送信息。后一种方法简单、实用，较好的解决了无线通信的接口问题。
3、抗干扰设计
    为tigao系统的可靠性，现场终端、数传机、PLC、直流温压电源及部分变送器装于一个控制柜内，各部分相对独立，便于维护。PLC开关量输入、输出与现场之间家继电器隔离，模拟信号采用信号隔离器和配电器隔离，电源采用隔离变压器供电，以减小电源“噪声”，同时系统设置良好的接地。

四、PLC软件设计
    PLC终端软件采用梯形图语言编写，为tigao终端的抗干扰能力，软件设计中采用了数字滤波、故障自检、控制口令等措施，保证控制操作的正确性和可靠性。程序设计采用模块化、功能化结构，便于维护、扩展。终端软件主要由下列模块组成。
1、初始化程序：设定各寄存器、计数器、PLC工作模式、通信方式等参数初始值。
2、数据采集子程序：对各路模拟量数据采集、滤波、平均等处理。
3、累计运行时间子程序：对泵机等设备的运行时间进行累计。
4、脉冲量累计子程序：对电耗、liuliang、仪表的输出脉冲进行累计，并进行标度变换。
5、遥信子程序：检测电机、阀门、报警开关等设备的运行状态。
6、置初值子程序：由监控中心对时间、电耗、liuliang等累计参数按用户的要求设定初始值。
7、故障自检子程序：检测PLC的故障信息、校验信息，并发往监控中心。
8、控制子程序：根据监控中心的命令，或现场自控条件输出相应的操作。
9、通讯子程序；完成与监控中心的各种通信功能。
软件流程见图2 ，

    其中通讯程序中，接收命令采用中断处理，通过ATCH指令使中断事件8在接收不同特征命令下执行不同的程序。对串行通信的超时限制则通过设定内部定时中断来控制，其事件号为10，定时时间由SMB34的值确定。为减少通信的误码，采用偶校验及异或双重校验措施。

五、结论
    本系统在软、硬件方面采取了多种措施，特别是现场终端选用了S7-200 PLC，tigao了系统的可靠性，在铁路供水系统取得了较好的应用效果。本系统将无线通讯与S7-200 PLC有机的结合，解决了现场分布较散、距离较远、范围较大的系统监控问题，在供水、供电、供气、油田、气象、水文水利等部门有较好的应用前景。