西门子6ES7221-1BF22-0XA8产品型号

用户可以选择如下三种保护级别：
[*]保护级别1：符合默认值[*]保护级别2：只读访问方式[*]保护级别3：不可读写访问方式
用户可以在 S7 站进行硬件组态时设置一个 CPU 密码。打开 CPU 的属性对话框，属性对话框内保护级别 2（只读访问方式）和设置密码都是被推荐的。
不知道密码而无法输入密码的用户只能在 CPU 里读取程序，用户无法修改程序。
图1: 设置 CPU 保护 块保护（Know_How_Protect）可用于自动生成的STEP 7块中。 用户如果忘记密码： 用户如果忘记了密码，将无法写入访问（或保护级别 3 的读取访问）到密码保护过的 CPU 中。 用户必须通过复位 CPU 并上传程序到 CPU 中来恢复访问。 注意：
修改过的数据被下载到 S7-CPU 中，密码才被激活。
为程序块 DBs, FBs 和 FCs 设置块保护(Know_How_Protect)的方法。

序号	步骤
1	打开要编辑的块，在 LAD/STL/FBD 编辑器中选择 "File > Generate source..." ，准备生成源文件。
2	在打开的对话框中输入项目名称，如 "Protect_FB"。
3	执行步骤2，弹出 "Generate source
4	生成的源文件存放在 Simatic Manager -> S7 program -> Sources 文件夹中，打开源文件。
5	在声明部分的 "TITLE" 语句下插入 "KNOW_HOW_PROTECT" 命令。 图 02
6	点击菜单 "File > Save" 和 "File > Compile" 保存编译 STL 源文件。至此完成块的保护。

下表介绍如何去除块 (FBs, FCs and DBs)的 KNOW_HOW_PROTECT 保护功能：

1 引言 

近年来，我国应用太阳能和采暖发展迅速，节能效果明显[7]。但是，太阳能热水器也有自身的缺点。首先，太阳能热水器受天气因素影响较大，在阴天或冬天的时候光照强度不足，就不能提供温度较高的热水；其次，太阳能热水器提供的水量有限，且水温不够稳定；后，目前我国的太阳能热水器多为家用的小型太阳能热水器，不能够集中管理和控制。 

为解决这些问题，设计了一种基于plc的集热式太阳能热水器，可对多个用户集中供水，全天候提供水温稳定的热水，操作简单，经济效益高。plc采用西门子s7-200系列进行控制操作。配合相应的温度、液位和liuliang传感器及plc的模拟量输入扩展模块实现对集热式太阳能热水器中水温、水位和liuliang的控制。同时，plc与西门子文本显示器td400集成，实现人机交互界面，对集热式热水器内部的水温和水位进行实时在线显示和设置。 

2 集热式太阳能热水器 

2.1 电控工作原理 

集热式太阳能热水器可以对多用户提供热水，且供水量大、供热水效率高，目前广泛应用于需大量供热水的事业单位等部门。该系统是与建筑有机结合、全天候的太阳能热水器。其安装在建筑的屋顶之上，不占用建筑内部空间，使用起来简单方便，如图1所示。 

由图1可知，该集热式太阳能热水器主要由太阳能集热板、水箱、电磁阀、水泵、温度传感器、液位传感器、电伴热带、电加热器、电磁liuliang计和控制柜等部分构成。该系统的控制原理为：

 
图1 集热式太阳能热水器系统框图

(1)当集热式阵列中的水温度高于1#水箱的水温5度时，1#水泵启动，将热水从太阳能集热板阵列排入1#水箱，同时1#水箱内的水送入太阳能集热板阵列，实现热水的循环。两者温度相等时水泵停止。 

(2) 当1#水箱中的水量不足设定的低限时，1#电磁阀打开，使自来水进入1#水箱，补充水量到设定的高限为止。 

(3) 当用户端水温低于50度时，3#水泵启动，达到55度时关闭。 

(4) 当2#水箱的水位低于低限时，2#水泵启动，同时2#电磁阀打开，以1#水箱中的水作补充，达到设定水位上限为止。 

(5) 2#水箱水温低于50度且2个水箱水位高于设定的低加热水位时，加热器开，达到55度时关。 

(6) 当1#水箱水温高于70度时，开2#水泵，2#电磁阀和3#电磁阀，使两个水箱的水进行循环，两个水箱水温相等时停止循环。 

(7) 当liuliang计的liuliang高于设定值时，3#水泵启动。 

(8) 当管道温度低于下限时，开伴热带同时还要开1#水泵，循环一定时间。 

(9) 当控制柜内温度高于设定的风扇启动温度，风扇启动，低于设定温度时关闭。 

2.2 电控系统硬件 

集热式太阳能热水器的控制系统如图2所示。它由决策机构、测量感知机构和执行机构三部分构成，其中决策单元是控制系统的核心。

 
图2 集热式太阳能控制系统原理图

(1) 控制中心 

西门子s7-200系列plc是的小型模块化可编程控制器[1]。plc应用工程首先要合理的选择系统配置，这对于tigaoplc在控制系统中的应用有重要的作用。根据系统的运行原理，经过计算统计，该系统的控制点数为：模拟量输入7个，数字量输入7个，数字量输出9个。根据系统的控制点数和余量，本系统采用西门子s7-200系列中的cpu224作为控制核心单元，它本身所拥有的数字输入输出口数量能够满足本系统的设计需要，而且有少量剩余，可用于以后的扩展或改造。模拟量输入扩展模块采用em231，它是4输入12位的模拟量输入模块。本系统共有7个模拟量输入，所以需要扩展2个em231。另外，采用文本编辑器td400与cpu224相连，共同示组成一个具有实时操作显功能的自动监控系统。td400是一个能显示两行或四行的文本显示设备，为背光液晶显示，有较好的分辨率，可由s7-200cpu获得供电，或者由单独电源供电。td400的主要作用是设置系统的各项控制参数，包括各个部分的温度上限值和下限值，水箱水位的上限值和下限值等，同时可以对各个部分的水温和水位及各个执行器的运行情况进行实时监控。 

主控中心主要功能为：对由模拟量输入模块采集的数据进行处理，根据用户设定的各项参数和系统控制原理，作出控制决策。 

(2) 测量感知机构 

测量感知机构包括温度传感器、液位传感器和电磁liuliang计。温度传感器采用pt100铂热电阻，输出为4~20毫安电流，量程为0~100摄氏度。温度传感器的作用是实时采集太阳能集热板、水箱、输水管路和用户端的水温，决策机构将根据这些数据来对相应的执行机构进行控制，达到系统温度参数的设定要求。液位传感器用于实时采集两个水箱中的水位，决策机构根据水位参数的设定要求来对相应的控制器进行控制。电磁liuliang计用于检测用户端管道内的水liuliang，根据liuliang的大小，决策机构就可以判断用户端用水量的多少，从而控制执行器增加或减少热水的供应量。所有的传感器均采用三线式接线方式。 

(3) 外部执行机构 

本系统的外部执行机构包括3个水泵、3个电磁阀、排热风扇和电伴热带。水泵用于对管路和水箱中的热水进行循环，电磁阀用于控制管路内水流的通断，排热风扇可以将控制柜内较高的空气排到柜外，电伴热带用于防止管路在冬天上冻结冰。另外，系统还有一个急停按钮，按下急停按钮，会切断执行器的供电，使系统停止运行。所有的执行机构都是在控制机构的统一控制下协调工作，使系统能够正常稳定的进行工作。控制柜为立方体形，高度为180厘米，安装有两层门，内层门上安有上电指示灯、手自动开关、启动按钮、停止按钮、急停按钮和文本显示器td400。 

3 plc软件编程 

控制系统的软件编程是在西门子公司提供的step7 microwin v4.0plc编程软件下进行的，它可以对s7-200的所有功能进行编程。该软件在bbbbbbs平台下运行，其基本功能是协助用户完成应用软件任务。该系统的软件程序使用梯形图进行编程，采用结构化编程方式，主要包括出场参数设置、量程转换、自动和手动子程序。结构化编程方法具有程序结构清晰、通用性强、可读性强和方便修改等优点[4]。系统主程序如图3所示，程序其他部分省略。

 
图3 系统主程序

在出厂参数子程序中设置了系统默认的一些参数，包括水箱内水位的上下限，水温的上下限、用户端的水温、伴热带启动的管道温度、电磁liuliang计的liuliang设定、水箱水位的量程和水温的量程等。这些参数是在系统初始上电运行时的默认值，用户可通过td400进行参数的修改。手动子程序是用于对系统进行调试时使用的，在子程序中，定义了td400的9个按键f1~f8和shift+f1，对应9个执行器。在手动模式下，按下按键，相应的执行器就会运行。自动子程序是按照系统的工作原理进行编写，由决策单元对采集到的模拟量进行判断，作出决策。 

温度传感器、液位传感器电磁liuliang计采集到的信号是4~20ma的电流信号，通过模拟量输入模块em231的a/d转换，变成范围0~32000的数字量。而转换来的这一数字量也不能直观的反映现场的温度、液位和liuliang的实际值，所以需要进行量程的转换。量程的转换的公式为： 

其中，di为a/d转换来的数字量，6400为传感器输出电流为4ma时对应的数字量。温度的量程为0~100摄氏度，水位的量程可根据水箱的尺寸由用户自己设定，程序中给出了一个缺省的量程，电磁liuliang计的量程也可由用户根据产品的说明来设定。所以实际值为： 

系统人机交互界面采用的是文本显示器td400，其编程工作也是在西门子的编程软件下进行。通过编程软件菜单“工具”“文本显示向导”可以对td400进行配置，设置用户菜单和报警信息。本系统有工艺参数设定、量程设定和状态显示三个用户菜单。在工艺参数设定菜单下可以对出厂参数进行修改，在量程设定菜单下可以进行量程的修改，状态显示菜单则用于显示各执行器的运行情况，当某一执行器的状态为1时，说明此执行器正在运行，为0说明此执行器没有运行。按照向导完成td400的设置后，会自动生成一个数据块，其中包含了td400配置和所有用户定义的信息。 

4 结束语 

本文作者创新点：本文根据用户的实际需要设计了一种新型的基于西门子s7-200系列plc的集热式太阳能热水器，该系统解决了传统太阳能热水器的一些缺点，真正实现了全年全天候供水，水温与liuliang稳定，并可通过文本显示器td400进行参数设定，操作简便。该设计将太阳能与电能结合使用，大大节省了电能，长期使用将会有很可观的经济效益，值得推广使用

BCNet-S7 PPI/MPI可以通过Internet远程通讯的方式，实现西门子PLC设备的编程、诊断以及数据通讯。我们以ADSL（VPN通道）的方式为例，构建远程通讯系统。

系统配置图：
               

所需硬件：两根电话线，两个ADSL的modem，两个宽带路由器（带VPN及DDNS功能，如：TL-R400VPN），一个工程师站（ES），一个PLC站，一个BCNet-S7 PPI/MPI模块。
一、VPN路由器的设置（以本地路由器为例）
1、网络参数设置
1）将网线连接至路由器的WAN口，在 IE 浏览器中输入路由器的IP 地址（默认：192.168.1.1） ，键入用户名和密码（默认为 admin）；
                 
2）成功登录后会弹出一个设置向导的画面（如果没有自动弹出，可以单击管理员模式画面左边“设置向导”菜单），单击“下一步”，进入上网方式选择画面；
               
3）选择上网方式为 PPPoE，（ADSL虚拟拨号），单击“下一步”；
              
4）填入ISP提供的上网帐号和口令，单击“下一步”；
             
5）单击“完成”；
           
6）选择菜单“网路参数—LAN口设置”，选择需要的网段（如：192.168.1.1）
         
2、VPN通道设置
在启动和登录成功以后，我们进行VPN的连接，在“VPN”菜单下，有“IKE”、“IPsec”和“安全联盟列表”三个子项。
1）IKE 设置：
点击“IKE”菜单，进入IKE 安全策略条目设置界面：
        
设置完后，IKE安全策略列表中会出现信息条目：
        
注意：两边的IKE设置要确保完全一致。
2）IPsec设置：
点击“IPsec”菜单，进入IPsec 安全策略条目设置界面：
         
设置完后，IPsec安全策略列表中会出现信息条目：
        
3）点击“完全联盟列表”菜单，此时在完全联盟列表中会出现一对VPN通道连接：
       
3、动态DNS参数设置
TL-R400VPN路由器，使用的是花生壳动态域名解析服务器，注册域名，将域名信息填入：
      
完成本地路由器的设置。
4、远程路由器的设置方法和本地路由器类似：
注意：两边的IKE设置要确保完全一致。
二、BCNet-S7模块参数设置（以BCNet-S7PPI为例）
1、BCNet-S7PPI参数设置，将IP设在路由器的网段上；
          
2、远程软件访问（以西门子S7200编程软件MicroWIN为例）(信息来源：www.dqjsw.com.cn）
1）打开MicroWIN，设置 PG/PC 接口，指向计算机网卡；
          
2）点击“通信”，填入 BCNer-S7PPI 的 IP 地址（192.168.1.191），保存；
          
3）“双击刷新”，找到plc，点击“确定”
           
这样就可以通过Internet对远程的西门子PLC进行程序上下载、诊断和通讯了。
3、远程软件访问（BCNet-S7PPI/MPI可以通过“BCNetPro-BCNet通讯测试”测试通讯）