拉萨西门子S7-200代理商

拉萨西门子S7-200代理商

随着计算机技术、通信网络技术和PLC技术的飞速发展，目前针对工业以太网技术的PLC应用技术已经成熟；而针对因特网、GSM/GPRS通讯网络的PLC应用技术还处于初级阶段。

本文将GSM公网作为信息传递的载体，手机作为监控设备，在PLC嵌入手机控制技术应用到控制领域的研究课题中，对关于PLC与手机软硬件接口技术和控制手机的工作原理进行了深入的研究，并利用该技术实现了基于短距离无线通信的智能家居遥控遥测系统。

1 GSM数字移动通信系统

GSM的全称是“全球移动通信系统”（GlobalsySTembbbbobilecommunicatiONs），它是数据通信技术和移动通信技术的结合。GSM数字移动通信系统源于欧洲，在蜂窝移动通信系统的基础上发展起来。GSM无线数据业务使得人们可随时随地获取所需的信息，可以在移动中收发E-mail、收发传真、访问Internet等服务。GSM数字移动通信系统支持的业务包括：电信业务、电话业务、紧急呼叫业务、短消息业务、智能用户电报传送业务、承载业务。此外，GSM数字移动通信系统还能提供号码类、呼叫提供类、呼叫完成类、多方通信类、计费类、集团类、附加信息传送类和呼叫限制类8大类补充业务。PLC嵌入手机控制技术就是利用GSM的短信息业务来实现的。

2 PLC嵌入手机控制技术

2.1 PLC与手机的硬件接口连接

手机通过其数据口以串行方式可以接收/发送数据。手机的数据线采用RS-232接口标准，专为连接PC机的RS-232串口设计的；PLC串口的采用RS-485标准，通过RS-232到RS-485转换器就可以与手机数据线直接连接。本文采用的是在手机串口数据线与PLC串口之间进行了改动而进行连接，具体连接如图1所示：

手机内部电源一般为3.8V,与PLC通信时，双方发送握手协议信号为DSR（Modem准备好）信号和DTR（数据终端准备好）信号。采用图1连接方式可始终保持DSR信号和DTR信号有效，起到欺骗电压的作用，欺骗电压一般在+3V～+9V为有效状态，手机电压仅为3.8V,欺骗电压不够，易产生干扰，故需外接+6V直流电源，分别与图1中的1、2端子相接，1、2端子分别接电源的正极和负极。转接时，第9端口一般不用。

2.2 PLC与手机的软件接口及控制原理

PLC与手机的软件接口是指PLC通过使用与GSM短信息有关的AT指令控制手机的控制技术，如读取手机的短消息内容，删除短消息内容，列出手机中还未读的短消息等。关于AT指令的功能描述请参考相关资料，此处不再赘述。AT指令的执行过程需要PLC与手机交互应答完成，每一次发送或接受的字节数都有严格的规定，二者必须依据这些规定实现数据交换，否则，通信就会失败。手机与PLC之间的数据传输采用ASCII码形式，为清楚了解PLC与手机的通信过程，在表1中没有采用ASCII码形式，而是采用字符格式进行说明。表1中列出了常用的AT指令的执行过程，其它AT指令的执行过程与上述的基本相同。

AT指令执行过程中有关问题的说明如下：

[1]、AT指令中的指令符号、常数、PDU数据包等内容以ASCII码形式传送。如字符“A”的ASCII码为41H,数字“0”的ASCII码为30H等。

[2]、PLC向手机每发送一条指令，必须以回车符（ASCII码为0DH）作为该条指令的结束标志。如PLC向手机发送“AT+CMGL=0”指令，其ASCII码序列为“41H、54H、2BH、42H、4DH、47H、4CH、3DH、30H、0DH”，其中0DH为回车符，表示该条指令结束，若没有回车符，手机将不识别这条指令。

[3]、当手机接收到一条AT指令后，并不立即执行该指令，而是先把接收到的AT指令的ASCII码序列全部回送出去（含0DH）；其次发送一个回车符和换行符的ASCII码分别为0DH和0AH;后执行该条指令，成功后返回一个“OK”的ASCII码，即50H和4BH。

在发送短信时，PLC首先要向手机发送“AT+CMGS=XX”

（XX为发送短信长度的两倍加上15）指令，当手机收到这条指令后会向PLC返回该条指令以及回车符、换行符的ASCII码并随后返回字符“>”的ASCII码，即3EH;然后等待PLC向它发送短信内容的ASCII码，当短信发送成功后，手机还会向PLC发送“OK”的ASCII码。发送短信的AT指令和发送短信的内容要分次向PLC发送，在发送AT指令后需等待手机返回字符“>”的ASCII码后，才可再向手机发送新的短信内容的ASCII码，否则，就会失败。因此在PLC编程中首先定义接收信息的结束符为“OK”的ASCII码，当开始发送短信时要把接收信息的结束符改为“>”的ASCII码，再发送AT指令，当把短信内容都发送给手机后，再把接收信息的结束符改回为“OK”的ASCII码。

[4]、手机向PLC传送短信息内容时，其PDU数据包的内容是以16进制格式表示的数据，但向PLC传递的并不是16进制的数据，而是每一位16进制数的ASCII码。这样，二个字节的16进制数就变成了4个字节的ASCII码。在PDU数据包中的数据字节长度仍为实际字节长度，而不是ASCII码的长度，否则，接收的数据就不完整。PLC接收到PDU数据包数据后，必须将其恢复成16进制数据，采用的算法如下：

设：a为接收的ASCII码，b为转换后的16进制数。如果a<39H,则b=a-30H;如果a>39H,则b=a-30H-07H。后把前后两个数合并为一个字节。

[5]、手机向PLC应答PDU数据包的字节数不包括前9个字节数据（短信服务中心地址），但向PLC传送PDU数据包时，包括这9个字节的数据。例如，手机应答的PDU数据长度为50,而实际向PLC传送的16进制数据为59字节，ASCII码为2*59字节，所以PLC必须按2*59个字节接受PDU数据。

[6]、手机与PLC之间的通信就是利用短信作为信息载体并把信息传给PLC,从而利用短信实现远程监控。手机向PLC传送短信息内容是以ASCII码形式，从手机返回的ASCII码不仅有对方发送的短信内容，还有一些不是短信内容的ASCII码并且在真正短信内容的前面，如何从手机向PLC传送的短信息内容中提取有用信息显得十分重要。经过大量的测试和实验，发现真正短信应该从手机返回给PLC短消息内容的ASCII码的第77位开始，如PLC接收短消息的存储区是从VB500开始，那么真正短消息内容（也就是在手机中看到的信息）存储在VB576以后的连续单元中。在具体应用中可以规定发送短信的格式，对于固定格式的短信可以直接赋予接收信息的存储区。不过这样接收信息的存储区就是固定的而不是动态的了。

该论文探讨PLC嵌入手机控制技术涉及的PLC与手机的软硬件接口，详细分析了PLC控制手机的工作原理等内容；并利用PLC嵌入手机控制技术实现了基于短距离无线通信的智能家居遥控遥测系统，本系统运行稳定，利用手机短信对家电可进行实时监控。

轮机热工监视和保护装置以及由其所组成的信号报警系统和保护控制系统，是保护汽轮机安全运行的重要设备。随着机组容量的增大，汽轮机安全监视和保护就显得更加重要，同时对汽轮机安全监视和保护装置的准确性和可靠性也提出了更高的要求。原有及早期设计的保护系统大多为继电器及硬件逻辑搭接的，它的系统可靠性较差，维护量较大。因此，采用可编程控制器（PLC）对汽轮机热工监视和保护装置进行控制显得十分重要和必要。以下所介绍的为应用PLC控制的汽轮机保护系统。

1 汽轮机保护系统概述

汽轮机在正常运行过程中，需要根据用户用电量来调节负荷，为了防止调节系统因故障失灵，和汽轮机突然甩负荷时引起超速危险，以备在机组出现某些异常时迅速动作停机，防止发生事故。汽轮机必须设置转速、转子的轴向位移、轴瓦振动、机缸相对膨胀、汽轮机各轴承的油压和油温、凝汽器的真空度、发电机的主保护动作等参数的保护，在这些参数中的任何一个超过所规定的允许值时，要求自动发出信号使磁力断路油门动作，泄掉安全油，切断进汽，进行强制停机，并且同时声光报警，记录停机原因，向DCS控制系统和调节系统发送联锁信号，联锁调节门、发电机和油泵，使整个系统迅速回到安全状态，达到保护汽轮机的目的。

2 系统组成

汽轮机保护系统由现场设备部分、PLC控制系统部分、人机界面（触摸屏）和外围联络系统组成。现场设备主要包括：汽轮机本体监测系统（检测汽轮机转速、轴向位移、轴承瓦振动、汽缸相对膨胀等）、压力检测系统（检测润滑油压力、安全油压油、凝汽器真空度）、油温检测系统（检测各轴承回油的温度）、磁力油路遮断停机系统；PLC控制系统包括：冗余的PLC控制器、信号隔离继电器、驱动继电器和接触器；外围联络系统包括：DCS控制系统、汽轮机转速负荷调节系统。系统结构如图1所示。整体系统构成了现场数据采集处理、监视和现场设备控制。

3 硬件设计

由于汽轮机保护系统的重要性，决定了该系统在任何时候不容许出现误动作或拒动作，因此作为逻辑控制单元的PLC一般选用国内外品质高、稳定性好的产品，例如AB-ControLogix系列、GE-PAC7i系列、施耐德公司Modicon QUANTUM系列产品。
以下以选用AB-ControLogix系列PLC为例对系统进行说明，系统采用双机热备冗余配置，控制核心部件（CPU）配置两套，分别安装在两个独立的机架，两个机架的CPU通过光纤连接的同步模块同步热备运行，在任一套CPU及相关部件出现故障或错误时，会无扰动切换到另一套CPU，保证了系统的可靠稳定运行。PLC的IO模块安装在独立的IO机架，IO与CPU的通讯方式为冗余ControlNet网络。PLC的开关量输入输出点都选用继电器隔离，彻底防止了现场的干扰信号对系统的不良影响，保证了系统能够长期可靠运行。

人机交互单元选用Allen-Bradley 公司的PV1000 彩色工业触摸屏产品，在触摸屏上可以进行监视、操作和运行参数记录，触摸屏是系统的操作员站,人机对话简单方便、系统组态便于修改和扩充，并且触摸屏具有不死机可以长期稳定运行的优点。触摸屏与CPU的通讯方式也是通过冗余ControlNet网络。
汽轮机保护系统的PLC结构示意图如图2所示。由图可以看出，在保护系统投入正常运行后，如果一套CPU出现故障或一条通讯介质接触不良，不会影响保护系统正常运行。

4 软件设计
软件设计包括两部分：PLC控制保护逻辑和触摸屏监视、操作记录画面组态。PLC控制保护逻辑采用梯形图编写，保护逻辑程序选择连续性任务在全部时间内运行，使保护逻辑程序始终运行。保护逻辑程序主要包括各项保护投退部分，报警与显示部分，跳闸动作部分，事件记录和SOE记录等几个部分。
由于采用了触摸屏，保护投退由一个总保护开关，扩展为每一项保护设置独立的保护开关，各分项保护开关在触摸屏上组态实现。各项保护投退相当于汽轮机保护系统的开环运行或闭环运行的选择钥匙，在保护退出时，汽轮机保护系统属于开环运行，此时保护对应的运行参数异常，保护系统只发出报警，不会动作跳闸；在保护投入时，汽轮机保护系统属于闭环运行，此时保护对应的运行参数异常，保护系统发出报警，同时动作跳闸，关闭主汽门。分项保护开关的设计，使得保护系统更灵活，现场工作人员可以根据运行情况投入部分重要的保护功能，不满足条件的保护暂时不投入。
PLC采集到的现场汽轮机报警信号、跳闸信号分别在触摸屏报警画面和跳闸画面显示，取代了以前用大量光字牌显示报警跳闸的方法，大大减少了日常维护量。跳闸动作信号进行跳闸记录，为分析汽轮机跳闸原因提供了很好的依据。PLC保护逻辑与触摸屏之间通过对应的CotrolNet通讯协议进行实时通讯，从而保证了汽轮机运行参数在触摸屏上显示和进行事件记录，在触摸屏上进行的操作实时被PLC扫描，并在程序中执行。
SOE记录要求达到毫秒级别，需要在PLC中通过程序实现，并在PLC中记录，把记录结果在触摸屏上显示。

5 结论
根据上述的思路和方法，由PLC控制的汽轮机保护系统已先后在沈阳新北热电厂、寿光巨能热电厂、通辽盛发热电厂等数十个用户单位的汽轮机设备上投入运行，结果表明系统的设计是合理的，系统在现场运行稳定可靠，不仅提高了设备的自动化运行水平，减轻了现场人员的维护量，而且延长了汽轮机的运行寿命，有着明显的经济效益和社会效益。

　　介绍欧姆龙公司SYSMAC-C系列可编程序控制器（PLC）通过网络连接单元、网络服务器等构成基于DeviceNet现场总线标准的SYSMAC NET网络系统的结构、系统配置及数据的传输。该网络是工业控制的底层网络，它采用了数据网络通信的新技术，具有低成本、高效率、高可靠性的特点，适用于PLC控制的各种规模的远程、分散系统。

关键词：
　　可编程序控制器 DeviceNet 局域网 网络链接

　　可编程序控制器（PLC）现场通信网络是PLC开发应用和当前发展的一个重要方向，也是使PLC在工业现场获得更大效益的重要途径。目前可通信低压电器执行的现场总线标准种类较多，其中欧姆龙公司SYSMAC NET bbbb SYSTEM 网络就是一个基于DeviceNet现场总线标准的多位、多厂家的机器/生产线控制级别的网络，它将控制和数据融合在一起，不同厂家或公司的设备、部件只要符合该协议均可接入网络，从而实现PLC与计算机之间、PLC与PLC之间、PLC与其它厂家可通信低压电器间的控制和通信。而欧姆龙公司SYSMAC-C系列可编程序控制器（PLC）不仅有顺序控制功能，还具有数据通信功能，且指令系统兼容。因此，在工业自动化控制中为达到信息的集中管理、功能的分散控制，可根据需要构成局域网络系统（SYSMAC NET bbbb SYSTEM）。该系统是一种专用的，并行存取、有限距离的高速通信网络，可以解决复杂的数据通信问题，连接到网络上的设备可以是计算机、PLC、数控机床和终端设备等，从而构成一个以PLC为重要部件的分散控制系统。此网络系统具有操作简单、响应速度快的特点，双回路、传输试验、回路结构等功能使它可靠性高、适用性强。本文重点介绍SYSMAC NET网络连接系统的结构、系统配置及数据的传输。

1 SYSMAC NET网络系统的结构

1.1 系统构成

　　SYSMAC NET网络连接系统由一个线路服务器（Line Server）及多126个结点组成，每个结点可以是带有网络连接接口的计算机或PLC等设备，网络系统如图1所示。系统用两根光缆连接，因此，具有较强的抗干扰性，其任何两个结点之间可以进行数据通讯。网络中线路服务器的作用就是控制系统的通讯。网络服务器板（NSB）、网络服务器（NSU）和网络链接单元(SNT)均为网络连接接口，其中网络服务板为上位机与网络连接系统的接口，直接与计算机CPU总线连接，通过高速的DMA（直接存储器访问）方式与光纤网络交换信息。网络服务器既可作为上位机与网络连接系统的接口，也可作为PLC或其它设备等与网络连接系统的接口。网络链接单元则是作为PLC与网络系统的接口。

　　该网络连接系统有两个回路，它们分别是正常回路和反向回路。无论何时，只要正常回路出现故障，不能传送数据，系统则自动使用反向回路，从而保证系统能正常继续工作。网络连接中的结点之间大距离为1Km，如果使用调制解调器（MODEM）则可达3Km以上。

　　多个网络连接还可以通过桥连接器进行连接，构成更的控制系统。每两个SYSMAC NET网络系统间需一个桥连接器，每个系统中多包含20个桥连接器，即多个SYSMAC NET网络系统的连接只能是少于20个其它的网络系统连接。图2为两个SYSMAC网络的连接系统。

1.2 系统配置

SYSMAC NET 网络系统常用的装置及型号如下：

1） 线路服务器（Line Server） 型号：S3200-LSU 03-01E；
2） 网络服务板 （NSB） 型号：S3200-NSB11-E；
3） 网络服务器 （NSU） 型号：S3200-NSU A1-00E；
4） 网络链接单元（SNT） 型号：C500-SNT31-V3；
5） 桥连接器（NSU） 型号：S3200-NSU G4-00E；
6） 串行接口 型号：RS-232C；
7） 可编程序控制器 （PLC） 型号：SYSMAC-C系列任何机型；
8） 上位机 可以是任一型号的个人计算机或小型计算机。在选型时，好选用PLC制造厂家推荐的上位机，因为它们都配有丰富的支持软件供选用。这些软件包括有：再线/离线/远程的编程功能、数据寄存器/程序寄存器编辑、I/O信息读出/处理、PLC信息读出/处理、文件管理、各种监控和日历、时间、计算功能等。如果用户自选上位机，则要进行通信接口硬件配置及编制通信应用程序。

2 SYSMAC NET网络系统的数据传输

　　网络读、写指令使网络系统中的PLC之间可以根据对等通信协议（peer-to-peer）相互传送数据。即系统中两个设备，一个设备为源时，另一个设备为目标。当源设备启动通信时，由源向目标发一个询问信号，如果目标设备不忙，就利用控制字代码，连续地把数据一位一位地送到目标设备。如果目标设备忙，源设备将连续发询问信号32次，如果得不到应答，就自动退出通信子程序。

3 结束语

　　，由PLC与上位机等构成的SYSMAC NET网络连接系统除完成其各自的逻辑、顺序控制功能外，还可以通过网络把PLC机的I/O状态、定时器/计数器及寄存器的内容、CPU运行状态以及用户程序等快速、准确地读到上位机的存贮器或寄存器内。同时也可以通过上位机把上述内容写入PLC机相应的存贮器或寄存器内。上位机可以对PLC机的数据进行采集、分析、或制表打印。真正做到信息的集中管理、功能的分散控制，从而实现高度自动化、智能化的分布控制系统。采用欧姆龙公司生产的CV、C200H系列PLC构成的现场总线控制网络系统，该网络是工业控制的底层网络，它采用了数据网络通信的新技术，具有低成本、高效率、高可靠性的特点。