西门子6ES7232-0HD22-0XA0现货充足

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1 引言

    西门子工控产品在工控领域应用市场中有较高的占有率，S7—200系列PLC是西门子SIMATIC PLC家族中的成员之一，在西门子工控领域应用中占有重要地位。S7—200系列PLC体积小,软硬件功能强大，系统配置方便，由它组成的系统可以与强大的Profibus现场总线相连接。它一推向市场就在各行各业得到了广泛应用。但是在实际工程应用中遇到了监控计算机与S7—200系列PLC通信问题。由于西门子公司S7—200系列PLC比监控组态软件WinCC推出晚，因此WinCC中没有集成S7—200系列PLC的通信驱动程序；S7—200系列PLC的通信协议也不公开．应用第三方软件编制监控程序也有问题。这些问题给S7—200系列PLC的应用带来了一定的限制，为了解决这个实际工程问题，作者做了一些研究，本文就S7—200系列PLC与监控计算机通信问题研究结果展开讨论。

2 S7—200系列PLC监控的主要方法

    在大多数控制系统中，仅仅是实现控制是不够的，在许多情况下也需要组态监控界面对系统进行监控。通过监控可以增加人机交互的能力，使操作人员实时地监控系统工作情况并使系统操作变得方便。

    对S7—200系列PLC组成的控制系统进行监控一般有三种方法：组态软件监控、第三方软件编制的监控软件监控、触摸屏监控。

    用组态软件WinCC实现监控，功能强大，灵活性好，可靠性高。但软件价格高，并需要解决WinCC与S7—200系列PLC的通信问题。在复杂控制系统中可以采用此方法。

    用第三方软件编制的监控软件实现监控，灵活性好，系统投资低，能适用于各种系统。但开发系统工作量大、可靠性难保证，对技术人员的经验和技术水平的要求高，还必须购买通信协议软件。在系统资金投资有限，技术人员水平较高的情况下可以采用此方法。

    触摸屏进行监控，可靠性高，监控实现容易，触摸屏与PLC之间的通信问题生产厂商已处理好．用户不用考虑通信问题，可以大大缩短工程周期。但灵活性一般，功能有限，不能满足复杂控制系统的监控要求．而且价格高。在系统可靠性要求高、工期短的情况下可以采用此方法。

3 WinCC组态软件与S7—200系列PLC的通信

    SIMATIC WinCC采用了新的32位技术的过程监控软件，具有良好的开放性和灵活性。无论是单用户系统，还是冗余多服务器，多用户系统。WinCC均是较好选择。通过ActiveX，OPC，SQL等标准接口．WinCC可以方便地与其它软件进行通信。WinCC与S7—200系列PLC的通信．可以采用PPI和Profibus两种通信协议之一进行。

    1、WinCC与S7—200系列PLC通过Proilbus 协议进行通信的实现

    (1)软硬件要求：

    *PC机,bbbbbbs 98操作系统：
    *S7—200系列PLC；
    *CP5412板卡或者其他同类板卡，例如：CP5611，CP5613；
    *EM277 Profibus DP模块：
    *Profibus电缆及接头；
    *安装CP5412板卡的驱动；
    *安装WinCC 4. 0或以上版本：
    *安装COM Profibus软件。

    硬件连接如图1。

    监控计算机：DP主站，地址为1

图1 WinCC与S7—200系列PLC通信实现硬件连接

    (2)组态

    打开SIMATIC NET\COM Pmfibus，新加一个组态，主站为SOFTNET—DP,从站是EM277 Profihus—DP。主站的地址选择从1到126。从站的地址选择从3到99，与EM277的地址一致。然后用该软件对从站进行配置：打开从站属性，在Configure选项中，选择8bytes in／8bytes out(可根据实际需要选定)。在bbbbbeterize中可以选择偏移地址．地址对应于S7—200系列PLC的数据区(即V区)，默认为0，即从VBO开始。组态完成后，导出(Export)NCM文件，生成*.txt和*.ldb文件。

    (3)设置PG／PC interface。

    在AccessPoint of the Application中选择CP-L2_1，在Interface bbbbbeter Assignment选择CP5412A2(Profibus)。在属性里的激活DP协议，并在DP-Database参数中输入*jdb文件的完全路径。设置完成后可以诊断硬件配置是否正确、通信是否成功。

    (4)WinCC的设置。

    在WinCC变量管理器中添加一个新的驱动程序，新的驱动程序选择PROFIBUS DPCHN。选择CP5412(A2)Board 1．在Syatem bbbbbeters设定参数。CP5412(A2)board参数为1．表示板卡的编号；Config参数为组态时生成的*．1xt文件的完全路径；Watchdog time参数为0。新建一个连接．从站地址与EM277的地址一致。

    (5)建立变量。

    WinCC中的变量类型有In和Out。In和Out是相对于主站来说的．即In表示WinCC从S7—200系列PLC读入数据，Out表示WinCC向s7—200系列PLC写出数据。In和Out与数据存储区V区划应。在该例中，Out与PLC中数据存储区的VB0～VB7对应,1n与PLC中的存储区的VB8～VBl5对应。

    (6)优缺点。

    优点：该方法数据传输速度快、易扩展、实时性好。缺点：传送数据区域有限(大“字节)，在PLC中也必须进行相应的处理．且硬件成本高．需要的CP5412、EM277 Profibus—DP、Profibu9总线等硬件．还需要Com Pmfibus软件。应用场合：适用于在要求高速数据通信和实时性要求高的系统。

    2、WinCC与S7-200系列PLC通过PPI协泌进行通信实现。

    PPI协议是西门子S7—200系列PLC常用通信协议，但WinCC中没有集成该协议，即WinCC不能直接监控S7—200系列PLC组成的控制系统。S7—200 OPC Server是西门子公司推出的专为解决上位机监控S7—200系列PLC控制系统的接口软件。因此．WinCC可以通过该软件与S7—200系列PLC很方便的建立通信。

    (1)软硬件要求：

    *PC机，bbbbbbs 98操作系统；
    *S7—200系列PLC。
    *PC／PPI电缆。
    *安装S7—200 OPC Server软件。
    *安装WinCC 4．0软件。

    (2)连接：

    在控制面板中设定PG／PC接口参数。在Access Point of the Application中选择Computing，Interface参数选择PC／PPI Cable。

    在WinCC变量管理器中添加个新的驱动程序。新的驱动程序选择OPC CHN，在OPC GROUP中新建一个连接，打开属性，选择OPC Group Setting，OPC服务器名称为OPCServerMicroComputing。然后在新添加的连接中新建变量．变量的Item Name与s7—200系列PLC中用于监控的变量名对应：例如：Item Name为M00。

    (3)优缺点

    优点：该方法连接简单、硬件投资少、可以读写S7—200系列PLC中所有存储区域。缺点：通信速度比较慢、需要OPC软件及相应授权、系统扩展不方便。应用场合：用于低速、实时性要求不高、系统投资资金有限的系统。

    另外，也可以通过其他公司的OPC软件进行通信．例如用开普的KEPServerEx作为OPC服务器．用WinCC作为OPC客户端来读写S7—200系列PLC内部数据区。实现与上述第二种系列PLC中存储地址对应。

    在复杂系统中，如果系统中同时有S7—200系列PLC和B7-300系列PLC存在。S7—200系列PLC一般作为S7—300系列PLC的从站挂到Profibus总线上，WinCC通过S7-300系列PLC对S7-200系列PLC进行监控

1 通信系统联网结构

    可编程控制器的联网结构主要指从物理上把各个节点连接起来形成网络，实现通信，构成更强大的控制系统，常用的连接结构主要有链接结构和网络结构。在通信网络中，各网络节点、各用户主机进行通信，必须遵守一套事先制定的规则协议，1979年化组织提出了一套开放式系统互联参考模型，定义了各种设备连在一起进行通信的结构框架。

    组网控制系统的控制器为三菱FX2N-48MR型可编程控制器，选用RS-232C/485转换接口以及FX-485ADP通信模块组成1：8的联网控制系统，实现控制和监控数据的发送与接收，上位计算机监视PLC间的数据通信，开发程序的修改由上位机PCc机编写与下载。上位机与PLC联网通信系统结构图如图1所示。

 
图1  上位机与PLC联网通信系统结构示意图

2 通信协议及通信格式

    1) 系统的通信协议

    三菱FX2N-48MR PLc的传输参数和传输控制协议设置在内部寄存器D8120，寄存器参数设置可由b0设置数据长度;b1b2设置奇偶校验;b3位停止位设置;b4-b7位控制波特率的设置位;b13位为和校验位;b14位为协议位;b15位为传输控制协议设置。在该组网控制系统中通信方式采用半双工，同步方法采用起始停止位方式同步，传输速率为9600bps，起始位为1位，数据长度为7位，奇偶校验为偶校验，停止位1位，使用校验和，采用三菱公司专用协议，D8120设置为H6082。

    2) 站号的设置

    网络控制系统中明确各个PLC控制器的站号，用可编程控制器提供的数字来确定计算机在访问的哪个可编程控制器。在三菱FX2N-48MR型PLC中，站号由D8121寄存器来确定，可以应用指令MOVE KX D812l，其中x可从00H到0FH。在该系统中站号设定为0—7。系统采用面向字符的通信协议，数据传输以帧为单位，上位机与下位机每次只传送一帧信息，主站发出命令帧发起通信，被访问的从站PLC相应含有自己从站号的命令，从站发出一个响应帧，该从站就通知主站与哪台从站进行通信。

    信息帧格式如图2所示。

 
图2  命令帧、响应帧和确认帧格式

    ENQ计算机发出请求，ASCII码为05H：ACK PLc对计算机的提问做出确认回答，ASCII码为06H;NAK PLC对计算机的提问做出否认回答，ASCII码为15H;STX信息帧开始标志，ASCII码为02H;ETX信息帧结束标志，ASCII码03H。PC机向PLC发出的命令PLC不理解时用NAK回答。

    3) PC机向PLC发送报文格式

    PC机向PLC发送的报文格式如下：

    其中STX为开始标志02H;ETx为结束标志03H;CMD为命令的ASCII码;SUMH，SUML为CMD到ETX按字节求累加和，溢出不计。由于每字节十六进制数变为两字节ASCII代码，故校验和SUMH与SUML。

    PLC对PC机应答报文格式如下：

    对读命令的应答报文数据段为要读取的数据，一个数据占两个字节，分上位下位。对写命令的应答报文无数据段，而用ACK及NAK作为应答内容。

    4) 传输过程

    PC机与FX2N-48MR之间采用应答方式通信，传输出错则组织重发。PLC根据PC机的命令，在每个循环扫描结束处的END语句后组织自动应答，无需用户在PLC一方编写程序。

3.通信的实现

    根据PC机与FX2N-48MR PLC的传输应答过程编制出如图3所示的通信程序流程图。按照流程图可以编写出通信程序实现PC机与PLC之间的串行通信以完成数据的读取。

 
图3  通信程序编写流程图

4 结论

    本文所述PC上位机实现对下位机PLC的联网控制方案已经得到成功应用，提高了可编程控制器的控制范围和规模，增加了系统监控和智能管理水平，易于实现程序开发和利用。

4 PLC梯形图设计

    电梯系统实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯采用顺序控制或逻辑控制是不能满是要求的，而应采用随机逻辑控制方式，但梯形图较复杂，因此在梯形图设计中采用模块化设计，将系统分成几个模块，对每个模块进行调试，然后将所有的模块组合在一起，就形成了完整的系统梯形图。下面对每个模块进行讲述。

    4.1 层楼信号的产生与清除模块

    电梯位于某层，则产生某楼层的信号，输出至a-g数码楼层指示灯。

    4.2 轿内信号的登记与消号模块

    乘客通过对轿内指令按钮1NA-6NA选择欲去楼层，轿内信号被登记，并通过轿内指示灯1ND-6ND指示。当到达所选楼层时，则消号，相应的轿内指示灯熄灭。

    4.3 外呼信号的登记与消号模块

    乘客通过对厅外上呼按钮1SA-5SA或厅外下呼按钮2XA-6XA选择欲去楼层，厅外信号被登记并通过厅外指示灯1SD-5SD或2XD-6XD指示：当到达所选楼层时，则消号，相应的厅外指示灯熄灭。

    4.4 开关门模块
   
    电梯开关门存在以下几种情况：

    (1)电梯位于基站，将开关电梯钥匙插入基站电锁TSK内，旋转至开电梯位置，则电梯应自动开门。

    (2)电梯在检修状态下，由开关门按钮KMA,GMA进行开关门。

    (3)电梯停层至平层位置时，电梯应自动开门。

    (4)电梯在关门过程中若按开门按钮KMA及触及安全触板APK，则电梯重新开门。

    (5)电梯到达某层站后，若没人继续使用电梯，电梯停在该层待命，若有人在该层呼梯，电梯开门。若有人在其它层站呼梯，则先定向，到达呼梯楼层时按第(2)种情况开门。

    (6)停站时间到了，电梯自动关门。

    (7)电梯到达基站，乘客离开轿厢，将开关电梯钥匙插入基站电锁TSK旋至关门位置，电梯自动关门。

    4.5 电梯的定向模块

    在自动运行状态下电梯首先要定向，即上行或下行，电梯处于待命状态时，接受轿内信号和外呼信号，将其与电梯当前所处的位置比较，确定上行还是下行，一旦定向，轿内信号和外呼信号在不满足顺向运行要求的情况下，定向信号不消号。轿顶检修或机房检修时，由检修按钮来确定运行方向，无需定向。

    4.6 电梯起动、加速、稳定运行、制动模块

    在运行方向已确定，门已关好的情况下，电梯起动，进行两级加速，然后稳定运行，在快到达停层楼层时，进行三级减速制动再停止。

5 DDC信号采集系统

    电梯监视系统通常监视的信号有：电梯运行状态(即上行、下行，2个信号)，轿门状态(即开门、关门，2个信号)、电梯所处楼层情况(即层楼信号，6个信号)，这十个信号全为数字输入点，本系统采用Honeywell Excel 50控制器进行信号采集，该控制器有8个模拟输入(万用的)，4个数字输入，4个模拟输出，6个数字输出。电梯运行状态从PLC输出的上升、下降继电器触点中采集信号，轿门状态从PLC输出的开门、关门继电器触点中采集信号，均为干节点信号，直接接DDC 50四个数字输入，六个层楼信号在电梯到达该楼层时有一负电压，而电梯不在该楼层时为0电压。这六个层楼信号输入到DDC 50的万用模拟输入端，外加一电压，使输入电压满足DDC 50模拟输入信号的要求，如图3示。下位DDC采用Honeywell Care软件进行编程，上位采用Honeywell EBI进行监视。

 
图3  电梯与DDC连接图

6 结束语

    电梯采用PLC进行自动控制，为将信号采集到工作站进行电梯监视，在下位通过DDC进行监视信号的采集，上位工作站采用楼宇自动化企业网EBI进行数据采集，画面设计等。该电梯监控系统现已投入使用一年多，运行情况良好，能够满足各项技术要求，在实际中取得了良好的效果。

1 引言

    早期安装的电梯多为继电器控制方式，其缺点是系统触点繁多、线路复杂、控制功能不易增加、能耗高、噪音大、尤其是故障率高、可靠性低。而安全性是电梯运行的首要条件，对这类控制系统的更新换代和技术改造势在必行。PLC(可编程控制器)作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到了日趋广泛的应用，己成为当前电梯控制技术改造的热点之一。而近几年，随着经济的发展，楼宇自动化正发展成为一个新兴的技术产业，广泛应用于各种楼宇，电梯监视控制系统已成为楼宇设备控制系统的一部分。本文以深圳八卦岭工业区某电梯为例，介绍PLC及DDC在电梯监控系统中的应用。

2 电梯控制系统概述

    该电梯系统是一个六层六站的系统，井道内设有轿厢、安全窗、对重、安全钳、感应器、平层、楼层隔磁板、端站打板及各种动作开关，轿厢底部设有超载、满载开关，井道外每层设有楼层显示、呼梯按钮及指示、一层设基站电锁，井道顶部有机房，内设机房检修按钮、慢上、慢下开关、曳引机、导向轮和限速器，并道底部设有底坑，缓冲器、限速器绳轮；轿厢内设有厅门、轿门、门机机构、门刀机构、门锁机构、门机供电电路、安全触板、轿顶急停、检修、慢上、慢下开关及轿顶照明、轿顶接线厢，轿门和厅门上方设有楼层显示，轿门右侧设有内选按钮及指示、开关门按钮、警铃按钮、超载、满载指示。本文的重点是先将原由继电器控制的电梯控制柜进行改造，用PLC取代继电器进行电梯控制，以提高电梯的可靠性和安全性；然后将电梯的信号通过DDC采集送工作站进行电梯运行情况的监视。

3 PLC选型及输入输出连接图

    该电梯原需专职司机控制，为节省人力、物力、财力，现由PLC自动控制。电梯控制系统主电路基本采用原来的继电器主电路，不需要很多的改动，而原来继电器的控制电路部分则完全由PLC取代，注意需要将主电路的工作状态及部分信号反馈送入PLC，由PLC向主电路发出速度指令切换、起动、运行、换速、平层等控制信号。由电梯运行情况，计算出该系统共有46个输入信号，35个输出信号，根据点数够用又不浪费，投资尽量少的原则，选用日本三菱公司的FX2N-64MR可编程控制器，该控制器功能齐全、使用方便、性能可靠，有32个输入点，32个输出点，在此基础上再扩展一片FX-16MR模块(8点输入，8点输出)和一片FX-8EYR模块(8点输出)，共计48点输入，40点输出，能满足电梯点数要求。PLC控制电梯的符号说明见表1，PLC的输入连接图见图1，PLC的输出连接图见图2。

 
表1  PLC控制电梯的符号说明

图1  PLC的输入连接图

图2  PLC的输出连接图

    符号含义符号含义符号含义TSK基站电锁GZK超载开关XC下行接触器1，2，3，4，5，6NA轿内指示按钮SPG上平层感应器SFD上方向指示灯1，2，3，4，5SA厅外上呼按钮XPG下平层感应器XFD下方向指示灯2，3，4，5，6XA左外下呼按钮1，2，3，4，5，6LG层楼感应器1，2，3，4，5，6ND轿内指令指示灯GMA关门按钮MK机房检修开关1，2，3，4，5SD厅外上呼指示灯KMA开门按钮MK1轿顶检修开关2，3，4，5，6XD厅外下呼指示灯SHK上强迫换速XFK消防按钮abcdefg数码楼层指示灯XHK下强迫换速APK安全触板GZD超载指示灯NSA机房慢上按钮KC快车接触器JL警铃NXA机房慢下按钮MC慢车接触器YJ电压继电器JLA警铃按钮1KC快车辅助接触器MSJ门连锁继电器DSA轿顶慢上按钮1ZC慢一辅助接触器GMJ关门继电器DXA轿顶慢下按钮2ZC慢二辅助接触器KMJ开门继电器MZK满载开关SC上行接触器。