西门子6ES7231-7PC22-0XA0技术介绍
1引言
随着计算机和通讯技术的发展，在工业测量和控制中广泛需要远程通讯。远端PLC等下位机做生产控制，本地计算机需要实时监测或参与控制生产现场的参数。实现以上要求的一个简便的途径是利用覆盖面广泛的公用电话网，使PLC等下位机利用调制解调器（MODEM）和计算机的调制解调器连接通讯，即可完成硬件上的连接。如图1所示。在软件方面，由远端下位机软件控制和远程监控站软件两部分组成。考虑到本地监控站软件只做数据监测或少许控制且编程相对简单，所以本地监控站的编程软件可以直接用语言。
2系统概述
本文以一个实际的小水电站的泻水闸门程控工程为例，着重叙述永宏PLC和PC做远程通讯的实现细节。系统的下位机控制采用永宏公司的FBs系列PLC对水库泻水闸门进行开度检测和开度控制，监控站的界面编程采用VB6.0编写。
硬件配置：远端FBs-CB25+ FBs-10MAU＋ECOM外置MODEM＋PWS1711
本地PC（含普通内置MODEM）
该系统主要控制要求，通过FBs-10MA外接一个旋转编码器检测闸门所在位置，然后跟据现场人机界面或者PC端（下游5Km处）的设定位置来控制牵引闸门的马达正反转，从而使闸门上升或下降到指定的位置。FBs-CB25所扩展得到的通讯口2（RS485）用于PWS1711的通讯，通讯口1（RS232）用于连接MODEM，另外，主机上的可USB口用于连接调试用的笔记本电脑。
图1系统组成
3调制解调器工作方式和设定
3.1 调制解调器工作原理
调制解调器分成两种模式，命令模式和联机模式。当调制解调器没有和其它设备连接时，其处于命令模式，这时下达给调制解调器的指令时作调制解调器本身设定或者动作用的。当调制解调器已经和其它的设备连接上时，此时调制解调就是处于联机模式，所有在此时由计算机送到调制解调器的讯息都将由经电话线传送到其它设备上。
用于控制调制解调器的特定指令集被称为“AT指令集”，通过该指令集，从基本的音量控制到内建参数设置的改变，都可以由VB经过串行端口而对调制解调器下达控制指令。AT命令集是调制解调器通讯接口的工业标准。所有的AT命令都以字符AT开始,作为前缀。前缀AT用以引起调制解调器的注意(Attention)检测计算机串行通讯口发送信号的速率,识别字符格式,包括字符长度和奇偶设定等。
调制解调器拨号之后,等待对方调制解调器送来的载波信号。如果在一给定时间内没有检测到载波, 调制解调器自动释放线路并送回结果码NOCARRIER，如果检测到载波信号, 调制解调器即送结果码CONNECT + 波特率,就进入联机状态,即可与远方系统进行通讯。
3.2 PLC连接调制解调器原理及其设置
在该系统中， PC做为主站，必须控制调制解调器主动拨号，另外，在确认调制解调器和PLC的调制解调器联机成功后控制它进入联机模式，开始存取PLC数据。主站控制调制解调器拨号连接细节见下节，这里详述PLC端对调制解调器的设置方法。
PLC端PLC上电后必须初始化调制解调器，设置成自动应答来电状态。在这里把PLC初始化调制解调器的AT指令组合称为“MODEM驱动程序”。永宏PLC通过Port1来控制调制解调器，并把这种软件界面称为调制解调器专用界面。如图2设定或者设定特殊暂存器R4149的高八位为55H就可以把Port1设置为调制解调器专用界面，在该界面下PLC会启用“MODEM驱动程序”，此时，虽CPU仍然使用永宏〝标准通讯驱动程序〞来管理Port1的通讯，但必须通过调制解调器来联机，在通讯进行前，Por t1主控权是交由〝MODEM驱动程序〞管理，此时无法对PLC作任何存取动作。“MODEM驱动程序”即将调制解调器设为接收模式，并等待远方调制解调器拨号进来，一旦收发双方调制解调器联机成功，则PLC立即脱离接收模式，而进入联机状态，Port1控制权交由永宏〝标准通讯驱动程序〞管理。此时远方调制解调器便可任意存取或控制此PLC主机了。
图2 本地调制解调器设置
调制解调器设置如图2所示，在PLC联机状态下，选取菜单中的“PLC”→“设定”→“Port1设定”来到图2，选择单选框的第二项“透过MODEM作远程CPU_bbbb”，该PLC一上电就通过自带的“MODEM驱动程序”把Port1设置为调制解调器专用界面。另外，通讯格式设置为同调制解调器相同的N，8，1，为提高通讯效率可以把通讯速率设置为38400bps,或者更高（高为115200bps）。
4 PC端程序设计
4.1 拨号程序设计
PC端将以VB6.0所带的通信控件MSCOMM进行通信软件的开发，利用该控件控制串口实现对MODEM的控制。控制步骤如下：
一．通信参数设置
设置串口端口号，波特率，数据位，停止位，奇偶校验位及设置硬件握手协议，然后向MODEM发出DTR(已准备好)信号一便接管MODEM，程序如下：
If MSComm1.PortOpen Then
MSComm1.DTREnable = True
Else
MSComm1.DTREnable = False
End If
二．对MODEM初始化
发出一些命令来设置参数，其中S0=n(n>=1)自动应答.n为响铃次数；E0/E1关闭/打开命令字符回应；Q0/Q1设置MODEM返回/不返回结果码；M0/M1关闭/打开MODEM扬声器；Ln(n>=0)设置MODEM扬声器音量；P/T设置MODEM脉冲/音频拨号；程序如下：
If MSComm1.PortOpen Then
Do While Not MSComm1.CTSHolding: Loop
TXD= "ATS0=1E1Q0M1L2T" + Ch r(13)
MSComm1.Output = TXD
End If
三．进行拨号
向MODEM发出ATD命令，程序如下：
MSComm1.Output="ATD" & "05925998499"+Ch r(13)
当发送“ATD”+ 电话号码 + Ch r(13)时，MODEM就开始拨号，拨号需要一定的时间，在拨号的过程中可以不断读取MODEM的CD指示灯的状态，当电话拨通后CD指示灯会点亮。并返回“CONNECT + 波特率”的信息。如果MODEM向PC的回应字符串中含有"Connect"或CDHolding属性值变为True(检测出载波)，则表示已与远方MODEM连机了，此时可以传输数据。
当电话拨通后，MODEM不再接收AT指令，要使其回到命令状态，则必须发送“+++”信息，使MODEM回到命令状态，然后发送“ATH”+ Ch r(13)则可以挂断电话，程序如下：
MSComm1.Output="ATH" +Ch r(13)
4.2 通讯程序设计
一．永宏PLC通讯协议
永宏PLC 通讯讯息格式可概分为6个数据域位， 如下图3所示，具体解释如下：
图 3 永宏PLC通讯协议讯息格式
⑴．开头字符（STX）：ASCI I码之开始字符STX。
⑵．从站号码：为两位数之16进制数值。
⑶．命令号码：为两位数之16 进制数值，为由主系统要求从系统所执行之动作类别。
⑷．本文资料：本文数据可为0（无本文数据）～500个ASCII字符。
⑸．侦误值(CHECKSUM)： 侦误值系将前述～将各ASCII字符之16进制数码值（8位长度）从头至尾依序相加，但不考虑进位，因此终结果为侦误值。
⑹．结尾字符（ETX）：ASCI I码之结尾字符ETX之16进制数码为03H。。
二．读数写数
本系统操作PLC的关键数据主要是水位的设定值PV=R0和当前值CV=R1，即要对暂存器R0进行写操作，R1进行读操作；
依照协议VB设计的通讯程序必须指定一个命令码，向PLC请求数据读取，查的该命令码为“46”，解释为：连续多个缓存器之数据读取。读取R1的PC命令的ASCII码写法为：
“STX＋ 01（站号）＋46（命令码）＋01（连续数据个数）＋R00001（数据开始地址）＋LRC（侦误值）＋ETX”
依照协议VB设计的通讯程序必须指定一个命令码，对PLC缓存器数据写入，查的该命令码为“47”，解释为：连续多个缓存器之数据写入。写入R0的PC命令的ASCII码写法为：
“STX＋ 01（站号）＋47（命令码）＋01（连续数据个数）＋R00000（数据开始地址）＋XXXX（写入的数据资料，16进制）＋LRC（侦误值）＋ETX”
读取当前值CV=R1，程序如下
Private Sub Timer1_Timer()
MSComm1.Output= Ch r(2)+ “014601R00001”+ Lrc(“014601R00001”)+Ch r(3)
Delay (10) ''延时
CV = Val("&H" + Mid(MSComm1.bbbbb, 7, 4)) ''数据处理，R0放于CV
CV.Text = CV
End Sub
写入设定值PV=R0，程序如下
Private Sub Command1_Click()
If Len(Hex(PV.Text)) = 4 Then PV = Hex(PV.Text)
If Len(Hex(PV.Text)) = 3 Then PV = "0" + Hex(PV.Text
If Len(Hex(PV.Text)) = 2 Then PV = "00" + Hex(PV.Text)
If Len(Hex(PV.Text)) = 1 Then PV = "000" + Hex(PV.Text) ''10进制转换16进制
MSComm1.Output=Ch r(2)+ “014701R00000”+ PV + +Lrc(“014701R00000” & PV)+Ch r(3)
End Sub
三．侦误值(CHECKSUM)计算
为VB的编程方便，把该计算做成单独一个子程序，依所有数据累加，舍弃进位的规则VB的LRC编程如下：
Private Function Lrc(Dats) As bbbbbb
Dim i
Dim Sum
Sum =2
For i = 1 To Len(Dats)
Sum = Sum + Asc(Mid(Dats, i, 1))
Next i
Lrc = Right("0" + Hex(Sum + 2), 2)
End Function
5结束语
采用基于MODEM通讯的设计极方便地实现该小电站生厂调度，在这种只需短时间连接控制的系统应用上可以大幅度地减小通讯成本，具有一定的推广价值。另外，通过MODEM的连接，利用永宏编程软件可以实现该设备的远程程序调试修改，通过两个MODEM还可以实现两台远程PLC的CPU连接通讯等。
来自于奥地利的贝加莱（B&R）工业自动化公司便是敏锐地捕捉到这一技术需求的变化，早在1994年便在全球个推出了基于定性实时多任务操作系统(Real Time multi-tasking Operation System)的可编程计算机控制器（PCC—Programmable Computer Controller），时至，仍然代表了这一创新技术的发展趋势，成为新一代自控工程师的新宠。
我们知道，常规的PLC大多依赖于单任务的时钟扫描或监控程序，来处理程序本身的逻辑运算指令以及外部的I/O通道的状态采集与刷新，整个应用程序采用一个循环周期，但事实上在一个控制系统中，虽然往往有一些数据量是实时性要求很高的，但也有很多大惯性的模拟量是没有太高实时要求的，如果采用同样的刷新速度其实是对资源的浪费，而且循环顺序扫描的运行机制也直接导致了系统的控制速度严重依赖于应用程序的大小，应用程序一旦复杂庞大，控制速度就必然降低。这无疑是与I/O通道高实时性控制的要求相违背的。
而贝加莱PCC系统的设计方案则完美地解决了这一问题，与常规PLC相比较，PCC大的特点就在于其引入了类大型计算机的分时多任务操作系统理念，并辅以多样化的应用软件设计手段，由于分时多任务的运行机制，使得应用任务的循环周期与程序长短无关，而是由设计人员根据工艺需要自由设定，从而将应用程序的扫描周期同真正外部的控制周期区别开来，满足了真正实时控制的要求，而且这种控制周期是可以在CPU运算能力允许的前提下，按照用户的实际要求而做相应设定。
贝加莱PCC-定性分时多任务操作系统的运行模式
基于这样的运行平台，PCC的应用程序可分为多个独立的任务模块，这样给便应用软件的开发带来了极大的便利，因为工程师可以方便地根据控制项目中各子系统的不同功能要求，如数据采集，报警，PID调节运算，通信控制等，开发相应的控制程序模块(任务)，在分别编制和调试之后，可一同下载至PCC的用户程序存储器中，在多任务操作系统的调度管理下，并行协同运行，因为这些模块既相互独立运行，而数据间又保持一定的相互关联，由他们共同实现项目的控制要求。在这多个任务中，根据不同任务对实时性能的不同需求，设计人员可以指定不同的优先等级即确定的循环周期，从而实现确定的分时多任务控制。即便某个任务处于等待状态，别的任务也可继续执行。
这种多任务的运行机制，采用大型应用软件的模块化设计思想，还带来了项目开发效率上的提高，有着常规PLC无法比拟的灵活性。因为多任务的思想使得各个任务模块的功能描述更趋清晰简洁，用户可以自行开发自己独有的而又同时具有通用性的独立功能模块，并将其封装以便于日后在其他应用项目中重新使用。而且各个不同的任务甚至可以由开发小组的不同成员分别编制，不同的开发人员基于共同的约定，可以灵活选用不同编程语言，这就意味着不仅在常规 PLC上一直为人们所熟悉的梯形图，指令表等符合IEC6113-3规范的通用语言可以在PCC上继续沿用，而且用户还可采用更为高效直观的语言，比如ANSI C 和Automation Basic，从而实现复杂的数学运算功能和过程控制算法。而且所有这些编程语言，PCC都采用“符号变量”来标识外部I/O通道及内部寄存器单元(例如用户可用motor_run来代表某开关量输出通道，button_down代表某开关量输入通道)。这样，软件开发人员毋需熟知 PCC内部的硬件资源分布，而只须集中精力于项目本身的工艺要求，即可迅速编制出结构清晰功能明确的控制程序来。
PCC在硬件上的特点，还体现在它为工业现场的各种信号和应用设计了许多专用的接口模块和功能模块，如温度、张力、步进电机驱动、示波器、鼓序列发生、脉冲编码，称重、超声波信号等等。它们将各种形式的现场信号十分方便的接入以PCC为核心的数字控制系统中，用户可按需要对I/O通道进行数十点、数百点至数千点的扩展与联网。在PCC模块内部，CPU的数据总线与IO总线分离，并配置有独立的I/O处理器，特有的时间处理单元（TPU）在不增加CPU负荷的前提下，高速处理无论简单或复杂的定时任务，其基准计时频率可高达6.29MHz，因此目前被广泛应用于测频测相及PWM等极高精度的时间处理场合中。而其所有数字量输入端都经过了光电耦合隔离，模拟量输入端也都经过了RC滤波处理，因此具有很好的抗干扰能力，其整体硬件平均无故障时间MTBF高达50万小时。
PCC在远程通信方面的灵活性，是区别于常规PLC的另一显著标志，作为构成现场分布式控制的主要供应商之一，贝加莱PCC为此提供了十分灵活多样的解决方案。除开放式现场总线的网络方案之外，PCC还提供了多种网络协议，用户不仅可以采用贝加莱的独有网络协议，也可以方便的与其他厂家的PLC或其他工控设备联网通信(如Siemens，AB， Modicon等)，在一些特殊情况下，PCC还为用户提供了创建自定义协议的帧驱动（Frame drive）工具。特别值得一提是Ethernet POWERbbbb网络协议，这是2001年贝加莱公司在竞争对手还在讨论实时工业以太网概念的时候，便在全球次推出并实用化了真正意义的实时工业以太网络，这也是全球个开放的安全级（SIL3）实时工业以太网。2007年初该公司又已经发布其实现了千兆级实时工业以太网Ethernet POWERbbbb的消息。由于具备这样的技术优势，PCC常常能解决许多常规PLC所望尘莫及的通信难题，轻松实现与各种不同产品，不同通信协议的高效互联。
目前，B&R公司的PCC主要由2005系列、2003系列以及X20 CPU系列构成，由于在网络通信方面的开放性和结构上的模块性，三种系列的PCC在构成控制系统的规模上，往往是十分灵活可塑的。也正顺应了PLC、IPC及DCS技术相互融合的发展潮流，因此贝加莱的PCC控制器携其DCS系统APPROL目前在越来越多的工业应用领域中，日益显示出了其不可低估的发展潜力。
PCC 作为一种可编程计算机控制器，它是专为在工业环境下应用而设计的，是一种新型的定性分时多任务PLC，它不但具备传统PLC的所有功能，同时融合了新的IT网络技术和可选的语言编程环境，具有更强大的数学运算能力、网络通信能力、抗干扰能力和控制能力，从而代表了PLC今后发展的方向，具有更高的可靠性、更丰富的功能和更广泛的适应性
1、 引言
随着社会经济的发展，工业的迅速兴起，使得一些10KV配电系统大幅度增加，配电系统的简便性、可靠性、安全性、节能性、性价比显得尤其重要。
目前，传统的10KV配电系统还是采用继电器系统和分布监测计量、分布控制方式，而采用PLC（可编程序控制器）系统集中控制和集中监测计量方式，有利于提高配电系统的运行管理自动化水平，保证配电的安全稳定，还能减少运行人员的工作强度提，安全可靠。
2、 继电器系统和PLC系统的比较
PLC（可编程序控制器）是近几十年来发展起来的一种新型工业控制器，由于它编程灵活，功能齐全，应用广泛比继电器系统的控制简单，使用方便，抗干扰力强，，工作寿命高，而其本身具有体积小，重量轻，耗电省等特点。继电器系统有明显的缺点：体积大，可靠性低，工作寿命短，查找故障困难，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成系统，所以接线复杂，对于生产工艺的变化的适应性差，不便实现集中控制；而PLC的安装和现场接线简便，可以应用其内部的软继电器简化继电器系统的繁杂中间环节，实现软接线逻辑构成系统，方便集中控制，除此之外，PLC还具有自诊断、故障报警、故障报警种类显示及网络通讯功能，便于操作和维修人员检查。
3、 集中控制、集中监测计量在10KV配电一次系统中的应用举例
在一个10KV配电一次系统中，有两台1000KVA变压器并联运行。图1为该配电一次系统的原理图。
3.1 PLC在集中控制中的地位
在配电一次系统中继电器系统主要集中在总受柜和变压器配出柜内，应用PLC系统来代替继电器系统，可以减少柜与柜之间的硬连线，省去很多继电器，简化工艺，降低系统制作成本，提高配电系统的可靠性，安全性和节能性。PLC系统框图如图2所示。
图2 PLC系统框图
PLC是整个系统的神经中枢，所有控制，保护，工作状态指示都通过PLC内部的虚拟继电器通过软连线配合外部给定开关量和信号来完成。控制电压在安全电压以下，可以提高工作的安全性，远离高压室进行操作，可以避免工作人员的误操作，一站式控制，可以提高工作效率，减少工作人员的劳动强度。用两条现场总线就可以实现整个系统的信号传输，通过PLC的工作状态和报警指示，便于工作和维修人员的故障排除。另外，与继电器相比，PLC的免维护性高，工作寿命长。
3.2 PLC的I/O分配
10KV配电一次系统中，除了上电断电控制外，还有对变压器的过流，欠压和瓦斯保护。我们以欧姆龙CAMP2AH40点的PLC为例进行I/O分配，如表1所示。上断电控制是开关量，选用控制按钮即可，过流，欠压和瓦斯保护涉及自动检测技术，选用智能传感器来实现，可以提高保护的可靠性。
输入端口分配
输出端口分配
0.00
总受柜开
10.00
总受柜开停
0.01
总受柜停
10.01
1#配出柜开停
0.02
1#配出柜开
10.02
2#配出柜开停
0.03
1#配出柜停
10.03
总受过流报警指示
0.04
2#配出柜开
10.04
总受欠压报警指示
0.05
2#配出柜停
10.05
1#过流报警指示
0.06
总受过流检测
10.06
1#欠压报警指示
0.07
总受欠压检测
10.07
1#轻瓦斯报警指示
0.08
1#过流检测
11.00
1#重瓦斯报警指示
0.09
1#欠压检测
11.01
2#过流报警指示
0.10
1#轻瓦斯检测
11.02
2#欠压报警指示
0.11
1#重瓦斯检测
11.03
2#轻瓦斯报警指示
1.00
2#过流检测
11.04
2#重瓦斯报警指示
1.01
2#欠压检测
11.05
事故音响
1.02
2#轻瓦斯检测
11.06
备用
1.03
2#重瓦斯检测
11.07
备用
1.04
备用
1.05
备用
1.06
备用
1.07
备用
1.08
备用
1.09
备用
1.10
备用
1.11
备用
表1 PLCI/O分配表
3.3 10KV配电一次系统集中控制、集中监测计量的设计
配电系统是供电网的神经中枢。配电系统的正常工作和我们的生活保障及工作秩序密不可分，这就要求它有更高的可靠性；配电系统的智能化、节能、操作简便、方便维护是经济高速发展的需要；配电系统操作和维护对工作人员的安全系数要求更高、劳动强度更低和设备的性价比更高是用户所希望的。综合以上几点，我们对10KV配电一次系统作了如下改进，应用PLC对系统的总受柜、配出柜实现集中控制，应用数字仪表对系统进行集中监测计量。改进后的10KV配电一次系统框图如图3所示。
图3 10KV配电一次系统框图
改进后，以综合柜为工作平台，在值班室，工作人员可以对高压室运行状态进行控制，既方便又安全；工作人员可以随时对监测仪表和计量仪表以及工作或报警状态进行记录，巡查，既方便又及时明了，还可以减少劳动强度。
采用微型计算机PLC实现继电保护和控制系统的操作，大大提高系统的自动化水平和可靠性，同时更加便于系统的集中控制和监测，方便了系统的信息化管理，大大降低成本，提高了工作的效率，具有一定的推广意义
