西门子模块6ES7331-7KB02-0AB0性能参数

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1 引言

    随着控制技术的不断发展，触摸屏与可编程控制器在工业控制中的应用越来越广泛。触摸屏又称可编程终端( Prograirvnable Tennimal )，简称PT，它是新一代高科技图形化人机界面产品。它具有强大的显示功能和操作功能，既可以对生产现场、设备进行实时显示和监控，同时又可以在其屏上设置触摸开关，对设备进行操作。触摸屏与PLC连接起来组成的控制系统的具体应用是:触摸屏完成对设备的操作、显示、报警,PLC则根据生产工艺的要求，编制程序，直接对设备进行控制。触摸屏替代了原控制中的显示盘、操作盘，PLC替代原控制中的控制盘，这种方式摒弃了传统电气控制中的继电器、指示仪表、操作开关，变硬件设备为软件设备，具有占地少、控制精度高、功能强、可编程、智能化等诸多特点。当前在一些控制要求较高，参数变数多，硬件接线有变化的场所，触摸屏与PLC控制形式已占主导地位。那么触摸屏与PLC是如何通信和连接的，不同厂家的产品其通信连接的方法也不尽相同。下面以广泛应用的OMRON公司生产的触摸屏NT631/NT631 C与其公司的PLC的通信连接为主、对这方面的内容做介绍(以下对触摸屏简称PT、可编程控制器PLC在此也称上位机)。

1  NT631/NT631 C与PLC的通信方式

    NT631/NT631 C与PLC之间有三种通信方式，即上位链接方式、NT链接(1 :1 )方式、NT链接(1 3V)方式。所谓上位链接就是以可编程终端PT发出命令信息给PLC，PLC返回响应信息，以这样会话式的顺序读出或写入PLC继电器、数据存储器及各种设定状态的信息。上位机以1 :1连接方式链接到>}，上位机的字和位通过上位链接通讯方式读出并显示。这种方式可用干连接大多数类型的PLC。NT链接是一种用直接连接功能与PLC高速通信的方法。所谓NT链接1 :1就是指PLC与PT1对1连接。通过NT链接(1 :1)通信方式读出并显示上位机的字和位。这种通信方式的通信速度比上位链接方式快。IVT链接((1:N)方式是指一台PLC连接到多台PT。PLC的字和位通过NT链接((1:N)通信方式读出并显示，每台PT可以分别向PLC传送数据或从PLC接受数据，并且它们可以有独立的画面显示。这种方式提供了PLC与多台PT白勺快速通信。每一种通信方式都需要根据连接的PLC的运行条件进行设置。

    NT631/NT631 C有两个通信端口:串口A和串口B。串口A仅用于RS-232C的通信类型，此端口可连接支持工具和条形码读入器。串口B有两端口:连接器和终端块。连接器端口仅用于RS-2320的通信类型，不能在此连接支持工具和条形码阅读器;终端块端口仅用于RS-422A1485的通信，且连接器和终端块端口不能同时使用。OMRON公司生产的可编程控制器PLc的类型很多、有C系列、CV系列、CVM1系列，每种机型所带的通信接口类型是不同的、有RS-2320口，也有RS-422A ,RS-485口。由于F'1,与PLC的接口形式不同，所以它们连接时就会出现不同的情况。

2 NT631/NT631 C与FLC的连接方法

    2.1 FT的R5-232C端口和上位机的RS-232C端口的连接

    方法如图1所示。

    用一根RS-232电缆在RS-232C端口间直接连接。这是简单的连接方法。根据将要连接的上位机,可以使用带连接器的OMRON的电缆。

    2.2 PT的RS-422A/485端口和上位机的RS-422A/485端口的连接

    有四种方法:

    (1)通过RS-422A电缆直接连接PT和上位机的RS-422A端口,使用这种方法时电缆长度可延长至500米。方法如图2所示。

    (2)通过RS-485电缆直接连接PT和上位机的RS-485端口,使用这种方法时电缆长度可延长至500米。方法如图3所示。

    (3)用1∶N链接方式连接多台PT的RS-422A的端口和上位机的RS-422A端口。这种方法适用RS-422A型NT链接(1∶N)方式。方法如图4所示。

    (4)用1∶N链接方式连接多台PTRS-485的端口和上位机的RS-485端口。这种方法适用RS-485型NT链接(1∶N)方式。方法如图5所示。

2.3 PT的RS-422A/485端口和上位机的RS-232C端口的连接

    有四种方法:

    (1)PT的RS-422A端口和上位机的RS-232C端口通过RS-232C/RS-422A转换单元NT-AL001以(1∶1)连接方式连接。方法如图6所示。使用这种方法时,电缆长度可延长至500米。

     (2)PT的RS-485端口和上位机的RS-232C端口通过RS-232C/RS-422A转换单元NT-AL001以(1∶1)连接方式连接。方法如图7所示。使用这种方法时,电缆长度可延长至500米。

    (3)多台PT的RS-422A端口和上位机的RS-232C端口通过RS-232C/RS-422A转换单元NT-AL001以(1∶N)连接方式连接。方法如图8所示。这种连接方法与RS-422A型NT链接(1∶N)方式一起使用。

    (4)多台PT的RS-485端口和上位机的RS-232C端口通过RS-232C/RS-422A转换单元NT-AL001以(1∶N)连接方式连接。方法如图9所示。这种连接方法与RS-485型NT链接(1∶N)方式一起使用。

3 结束语

    从上述的连接可看出,RS-232端口在通讯中仅适用于距离短,连接方式单一,即具有RS232端口的PLC一般只能控制一台PT。当PT和PLC的连接距离变长,而且一台PLC控制多台PT时,这时就必须通过转换器单元将RS-232信号转换为RS-422/RS-485信号。转换器单元起着放大信号、变换电压(将5V信号电压转换为15V信号电压)的作用。RS-422A/RS-485端口适用于长距离传输,长至500米。在实际接线时,当PLC和PT采用1∶N连接时,必须将PT连线的终端接至PLC,而且不能有分支,否则将引起传输延迟和通信错误。

一个集成控制系统，它的功能的体现取决于如何有效地组合该集成控制系统内的各个元件，取决于如何使各个元件能够协调地工作。罗克韦尔自动化意识到了这一点，意识到有效地组合各元件可以通过构成一个结构开放的网络来实现，而使各个元件协调工作则需要使各元件间通信方便，使各元件间能有效地交换各种数据。因此，网络和通信便是一个自动化系统能否发挥其功能的重要因素。罗克韦尔自动化提供了从按钮到可编程序控制器、从传感器到软件、从变频器到信息显示等一系列产品，由此所组成的自动化控制网络正发挥着重要的作用。

一、目前的网络结构及其通信

一个完整的自动化系统其控制可分为3个层次：

1、信息层

这是整个自动化网络的高层，也是对现场采集到的数据和信息进行处理和管理的一层。 

2、控制层 这是操作所在的一层，它将处理器与处理器之间的信息交流、将处理器与输入/输出接口之间的信息交流集成在这一层。

3、设备层 这是面向现场设备的一层，也是整个自动化网络的低层，它可以将操作信息送到现场设备，也可以将现场设备的情况反馈到操作者。

相应地，罗克韦尔自动化A-B推出了由以太网、控制网和设备网所组成的开放型网络，如图1示。其中，以太网是以TCP/IP（传输控制协议/网际协议）作为其传输协议的开放型的网络信息层；控制网是一个开放型的现代化的控制网络，可以提供可编程序控制器、输入/输出机架、个人计算机、第三方软硬件以及相关输入/输出设备间的实时通信；设备网是一个开放型的全球化的工业标准通信网络，无需中间的输入/输出系统就可以将现场设备和可编程序控制器直接相连。 

图1 设备网网络的典型结构

设备网（DeviceNetTM）

采用设备网，只需通过一根电缆就能够将可编程序控制器直接连接到智能化设备，如传感器、按钮、马达起动器、变频器、简单的操作员接口等，省却了可编程序控制器与输入/输出网络的通信、输入/输出网络与现场设备的硬连线。正是由于设备网可以省却输入/输出网络的这一特点，它才可以使产品集成变得容易，使产品安装和连线费用降低。同时，通过采用全新的生产者/客户（producer/consumer）通信模式，又为设备网提供了强有力的故障诊断和故障查询能力。采用设备网扫描器（1771-SDN、1747-SDN），PLC、SLC500系列可编程序控制器可以连接到设备网，一方面实现了可编程序控制器到现场设备的直接通信，另一方面又可以将设备网和用户现有的AB系统集成在一起。采用1784-PCD、1770-KFD、1770-KFDG等插卡，还可以将个人计算机、工作站、笔记本电脑等接入设备网，从而可以直接在计算机上对现场设备的操作进行编程，如变频器的加速速率和减速速率。此外，设备网不仅可提供大量的数字量I/O接口，而且可以通过FF（Foundation Fieldbus）现场总线提供大量的模拟量I/O接口，因而许多应用场合都可以采用设备网来作为其解决方案。

设备网网络的典型结构，如图1所示。

• 控制网（ControlNetTM）

   

采用生产者/客户（producer/consumer）通信模式，控制网结合了输入/输出网络和点对点信息网络的功能，既可以满足对时间苛求的控制数据传输（如I/O刷新、控制器到控制器的互锁）的需要，又可以满足对时间非苛求的数据传输（如程序上载、下载、信息传送）的需要。控制网适用于实时、高信息吞吐量的应用场合，它的数据传输速率高达5M Bps。因为它的这种高速率，控制网可以支持高度分布式的自动化系统，特别是那些具有高速数字量I/O和大量模拟量I/O的系统。I/O机架和其它设备可以安放在离可编程序控制器几百米远的地方，或者，对于分布式控制系统来说，可以就将可编程序控制器放置在I/O机架中，这样，PLC可以在监视其驻留本地I/O的同时通过控制网与上一级管理控制器进行通信。

控制网能够处理在一根电缆上的所有控制数据：点对点信息传送、远程编程、故障查询、I/O刷新和PLC处理器之间的信息互锁。通过采用专利性的介质存取方法，对时间苛求的数据的传输总是拥有比对时间非苛求的数据的传输更高的优先权，因而I/O刷新和PLC之间的互锁永远比程序上载、下载和一般信息传输更为优先，这使得控制网上的数据传输具有确定性和可重复性。AB公司提供了内置控制网扫描器的C系列PLC处理器、I/O机架控制网适配器（1771-ACN、1771-ACNR、1794-ACN）、个人计算机的控制网插卡（1770-KFC、1770-KFCD、1784-KTC、1784-KTCX）等产品，使得控制网安装方便、成本低、效率高。典型的控制网网络结构,如图2示。 

图2 控制网网络的典型结构

• 以太网（EtherNet）

   

以太网以TCP/IP作为其传输协议，是一个开放型的信息网络。AB提供了具有内置以太网通信能力的PLC-5 E系列处理器和SLC 5/05处理器，并提供了以太网接口模块（1785-ENET），使PLC-5其它系列的处理器通过即插方式也能够与以太网相连。这些以太网可编程序控制器模块可以无需特殊硬件而连接到以太网上。并且，用户可以在装有以太网网卡的个人计算机上借助RSLinx软件，通过使用罗克韦尔A.I.或RSLogix5、RSLogix500系列编程软件在线修改各处理器的数据表文件和程序文件。同时，使用标准PLC-5处理器的信息传送指令，可以在以太网处理器之间实现点对点通信。因此，通过使用RSViewTM、RSLinx以及其它罗克韦尔软件，具有以太网网卡的工作站能够通过以太网网络来监控采集数据。

图3为以太网网络连接示意图。  

图3 以太网网络连接示意图

二、其它的网络及其通信

除了上面介绍的开放型的设备网、控制网和以太网之外，AB的通用远程I/O链路（相应于设备网）和DH+（增强型数据高速公路）网络（相应于控制网）已经为成千上万的用户所使用和熟悉。

它们的网络连接示意图，如图4、5示。

图4　通用远程输入/输出链路连接示意图 

图5　增强型数据高速公路网络连接示意图

1、通用远程输入/输出链路（RIO）

采用RIO，可以将远程I/O机架和其它的智能化设备如操作员接口和交、直流变频器连接到可编程序控制器，I/O机架和其它设备可以安装到远离SLC或PLC处理器10,000英尺（3048米）的地方。这是一个通用的I/O链路，它与AB的各种I/O产品和各个系列的可编程序控制器相兼容。

可编程序控制器通过处理器内置的通信口（如PLC-5处理器）或独立的扫描器模块（如SLC处理器和1747-SD扫描器模块）对RIO进行存取。I/O产品在链路上与扫描器或RIO通信口之间的通信是通过独立的适配器模块（如1771—ASB、1747—ASB、1794—ASB）或内置的适配器（如1791 Block I/O组件）进行的。如果需要对高速过程进行控制，则可以采用扩展本地I/O链路，使未放置在处理器机架上的I/O模块也能具有处理器驻留本地机架I/O的性能，从而满足应用要求。一个RIO链路多可以连接32个I/O机架或其它适配器方式的设备。

2、增强型数据高速公路（DH+网） DH+网是世界上广泛使用的工业局域网之一，它是早为可编程序控制器提供远程编程支持的控制网络。它可以在可编程序控制器（PLC-5、PLC-3、SLC 5/04）、操作员界面系统、个人计算机、主计算机、数字控制设备、可编程的具有RS-232-C/RS-422接口的设备之间提供点对点通信。

一个DH+网络多可以连接99个DH+链路，每个DH+链路多可以连接64个节点（智能化设备）。它采用双绞线或屏蔽同轴电缆连接，每个链路的传输速率为57.6K Bps，传输距离可达10,000英尺（3048米）。DH+网络支持从远程链路进行组态、编程以及故障查询，因此，用户可以在一台个人计算机上通过DH+网络对所有链路上的可编程序控制器进行编程。

用户也可以使用SLC和MicroLogix控制器的DH-485网对DH+网络的功能进行补充。采用SLC 5/04处理器或DH+/DH-485适配器模块（1785-KA5模块），可以将DH-485网络和DH+网络连接起来，这样，DH-485网上的SLC控制器和MicroLogix控制器与DH+网上的PLC处理器和其它自动化设备之间就能够实现信息共享。

 除了以上所介绍到的各种网络，AB的可编程序控制器往往还内置有RS-232口，可以提供处理器与其它设备间的串行通信。 三、通信产品

 罗克韦尔的各种通信产品提供了设备网网络（RIO链路）、控制网网络（DH+网）以及以太网网络之间的联系，这对于通信结构体系来说是非常有帮助的。

 除了在前面介绍到的适配器、网络接口模块、插卡之外，罗克韦尔的硬件通信产品还有ControlLogix网关（1756系列）和以太网到DH+网网关（5820―GW4、5820―GW8），前者提供在以太网、