西门子6ES7231-7PB22-0XA8使用说明

西门子6ES7231-7PB22-0XA8使用说明

1 引言

随着自动化技术的发展沥青搅拌站控制系统设计也日趋智能化和人性化,现代化的控制系统对工程服务人员技能提出了更高的要求.同时为了适应沥青搅拌站市场环境和筑路施工环境,沥青搅拌站厂家又不得不面临分散在国内,国外的沥青搅拌站控制系统的诊断维护服务.为此企业工程服务部门往往要投入大量的人力物力,这在无形之中大大tigao了设备生产成本.为解决因地域交通和对维护人员技术全面性的要求限制,采用远程诊断维护服务在当前是一套行之有效的方法. 在当前流行的集中式沥青搅拌站控制系统中”可编程控制器（PLC）”是控制的核心, 市场上主流PLC大都可以支持远程访问,所以通过对PLC的诊断可以实现对整个设备控制系统故障的诊断.本文以西门子PLC为例,详细论述了基于Modem拨号的bbbeservice 远程访问.

2 远程服务系统配置

基于Moderm的远程访问是西门子PLC远程访问的标准配置,即工程师站（ES）和远程的PLC站之间通过Modem拨号进行连接,这样只要在两端各放置一个Modem,通过西门子TS-Adapter连接到PLC CPU的MPI口,配置如下图1。

图1 基于Modem拨号的bbbeService网络配置图

2.1 硬件配置
由图1可总结为:
1） 带串口的PC一台
2） 带串口的Modem两台
3） 电话线两根
4） TS Adapter适配器一个

2.2 软件配置
1） Step7 v 5.x
2） 西门子 bbbeservice v5.2（或更高版本）
3） PC操作系统 WIN XP SP2/WIN 2K SP4

2.3硬件连接
系统中硬件连接很简单,其中需要注意的是
1） 电话线和Modem的连接 要求电话为直拨电话.即电话局与电话线终端无任何分离或屏蔽器,有的单位在电话线终端加装了IP分离器,通过该分离器再连接Modem是不允许的.
2） PLC和Modem的连接 PLC和Modem连接需要通过TS Adapter,在TS Adapter上有一通讯速率选择开关,默认情况下选择19.2K
3） TS Adapter与PLC 的连接 TS Adapter必须与PLC的MPI通讯端口连接,如果PLC与上位机或触摸屏有连接,那么连接PLC端的总线连接器还需是可编程的总线连接器,终端电阻开关位置应在”off”位置

2.4 软件设置
远程PLC站一端硬件连接好后,不需要再做其它软硬件的设置.只需要工程师站对bbbeservice和PC/PG做通讯连接的相关设置即可.

2.4.1远程电话号码设置
进入bbbeservice主界面,在左侧文件夹列表新建一”folder”,取名为”beijing”.如图2

图2 bbbeservice

选中文件夹”beijing”在右侧plant窗口新建一”plant”,弹出图3所示”plant properties”提示框:

图3 plant properties

在图3中包含两部分信息,其中plant data 包括plant 名称,所属公司,地址等信息.这部分内容里plant Name项是必填的,其它可以空着;phone Number栏即远程电话号码设置项目.国家代码,区号,电话号码都要填写完整.

2.4.2 本地连接设置

在图2中点击菜单”option”,选择”customize”弹出如图4 画面.从图4我们可以看到连接的Modem,监控时间选择等信息,一般我们选择默认设置.本地连接设置在”bbbbbbbb”选项,点击”dialing properties”按钮弹出图5左侧所示电话和调制解调器选项窗口.在该窗口选择”编辑”按钮,弹出图5右侧所示窗口,在该窗口对本地拨号规则进行设置.其中包括国家,区号,本地电话的外线号码和长途电话的外线号码.其它选项均选择默认.在拨号规则的设置时需要注意公司外线电话号码在使用时是否需要加拨0,或9.如果有此限制则需要在”本地电话的外线号码”选项将需要加拨的号码填上,如图5所示.如果没有此限制”本地电话的外线号码”处空着就可以了.在新版本的bbbeservice软件中编辑位置窗口形式可能有所不同,但内容基本一样.

图4 customize

图5 电话和调制解调器选项

2.4.3 PG/PC选项设置
PG/PC选项是关于PC机和PLC间通讯方式的选择

选项,进入PG/PC选项的路径有多种,可以从PC机控制面板直接选择” 进入选项;如过西门子STEP7 打开了,也可以从STEP7菜单”options\set PG/PC interface”中进入选项.无论以何种路径进入PG/PC选项均会弹出如下图6 所示画面.

图6 PG/PC设置

在成功安装bbbeservice软件后,接口选项列表里会出现”TS Adapter”,选中该接口进行属性配置.操作步骤为:选中”TS Adapter”,点击右上侧属性按钮,弹出一对话框,如图7所示.

图7 TS Adapter 属性

图7对话框有三项内容分别为网络,本地连接和Local Modem.这里我们只需要设置本地连接项.如图7所示,在本地连接中选中”调制解调器连接”即可.

3 拨号

所有软硬件设置完成后,就可以进行拨号连接了.拨号连接操作也有两种操作方式,一种是在bbbeservice 主界面通过菜单选择完成,选中新建的”Test plant”然后按路径:connection\establish进入拨号画面;另一种是直接鼠标双击” Test plant”进入拨号画面.拨号画面如图8所示:

图8 拨号

在图8中点击”Dial”,进行拨号,拨号后的连接信息会在”status”栏中提示.拨号成功后则可以开始对远程PLC进行访问了.远程访问PLC和本地访问PLC过程是一样的,可以通过STEP7 对PLC进行调试如上下载用户程序,在线监视程序等。

4 结语

通过远程对PLC的访问可以在线监测整个沥青搅拌站控制系统的运行,对于发现问题,解决问题相当快捷有效.对于沥青搅拌站生产厂家而言,采用远程维护能够大量减少人员长途出差,能够为客户提供更有效的服务,对客户设备可快速作出故障诊断.tigao全球范围服务能力,降低人员成本和设备成本.对于客户而言,采用远程维护可更快的诊断故障和排除故障,停机维修时间降低,生产进度损失费用降低.目前采用Modem对沥青搅拌站控制系统PLC远程访问方案已成功应用在北京德基机在澳大利亚的设备维护服务中.在方案应用中也发现基于Modem的远程访问速度受限,速度只是拨号上网的速度,而且容易出现连接中断现象.但是由于该方案配置简单,价格便宜,无需额外硬件卡件所以在实际工程服务中收到格外关注。

1) 系统控制范围

原材料入库、输送—水泥粉磨(I、II 线) —水泥出库及包装系统。

· 原料储存及输送工艺流程：

　　石膏破碎及输送→矿渣入库→石灰石入库→熟料输送入库→原料入磨头仓收尘器→原料入磨头仓→熟料入磨头

仓→石膏入磨头仓→石灰石入磨头仓→矿渣入磨头仓

· 水泥磨机工艺流程：

　　磨稀油站→水泥入库→水泥磨→水泥磨控制→磨辊压机→物料入水泥磨/ 辊压机→粉煤灰入水泥磨

· 水泥出库及包装工艺流程：

　　库顶收尘→水泥库顶斜槽风机控制→水泥入库

2) 自动控制回路

· 粉磨1 中及粉磨1 尾。

· 水泥小仓仓重控制系统。

· 粉磨1 尾负压控制系统。

· 粉煤灰小仓固体liuliang计控制系统。

3) 顺控停机时间

　　为确保设备安全和空负荷启动，需对设备停机时间进行规划。

· 原料调配及输送。

· 水泥粉磨。

· 石灰石及辅助原料入配料库。

· 水泥储存及输送。

4) 水泥粉磨控制系统介绍及配置

　　系统监控软件为西门子WINCC 5.0，控制系统选用德国西门子公司SIMATIC S7-400 控制器及ET200M I/O

进行信号的采集与处理。具体配置如下：

· 辅助原料及水泥粉磨二线部分

　　配置一台SIMATIC S7-400 控制器，带12 个ET200M远程站对水泥粉磨二线及原料配料部分所有模拟量和数字量进行控制。其中，水泥粉磨二线一台辊压机系统通过PROFIBUS-DP 与SIMATIC S7-400 控制站进行数据通讯。配置一台WinCC 操作站，作为对原料配料及水泥粉磨部分的组态编程及操作。

· 水泥粉磨一线及水泥库顶部分配置一台SIMATIC S7-400 控制站，带8 个ET200M 远程站对水泥粉磨一线及水泥储存( 库顶)部分所有模拟量和数字量进行控制。其中，水泥粉磨一线一台辊压机系统通过PROFIBUSDP

　　与SIMATIC S7-400 控制站进行数据通讯。与二线水泥粉磨部分共用一台WinCC 操作站，作为对水泥粉磨及水泥储存( 库顶) 部分的组态编程及操作。

· 水泥库底及包、散装部分配置一台SIMATIC S7-400 控制站，带18 个ET200M 远程站，对水泥库底及包、散装部分所有模拟量及数字量进行控制。包装部分采用触摸屏TP27 方式操作。控制系统可实现动态流程图、趋势图、报警显示、报表记录及工艺动态操作控制等。

· 系统的供电电源采用UPS 电源，可防止来自电网上的超高压、欠压、浪涌、尖峰脉冲干扰、停电干扰甚至雷电袭击。

5) 控制系统的抗干扰措施

　　张家港海螺的自控系统有许多弱电设备，各种控制电缆和信号电缆数量非常多，系统极易受到各种干扰。若不采取措施，消除其干扰，会严重影响系统的正常运行因此，本自控系统采用了如下几方面的抗干扰措施：

· 系统现场控制站的所有数字量输入/ 输出模块、模拟量输入/ 输出模块模块均采用光电隔离，将现场各种信号与系统背板总线隔离。

· 系统现场控制站的所有数字量输出信号均采用继电器隔离，实现每个数字量输出通道之间的隔离，消除了数字量输出信号之间的相互干扰。

· 系统现场控制站的所有模拟量输入/ 输出信号均采用模拟量隔离器，实现每个模拟量通道之间的隔离，消除了模拟量信号之间的相互干扰。

· 系统现场控制站的所有模拟量输入/ 输出信号电缆均采用屏蔽电缆，其屏蔽层在控制柜侧一点接地，消除了空间干扰。

· 系统现场控制站的控制电缆、信号电缆与系统动力电缆应分开布线，保持一定的间距。特别是，大功率变频器的动力电缆能产生较强的空间高频干扰，应使用金属管穿线，并将金属管良好接地。

结束语

　　张家港海螺自2002 年4 月建成投产至今，系统运行情况良好，能够可靠、准确地完成控制操作，实时监测和记录水泥生产过程的运行状况，并且能对现场出现的各种突发事件及时做出响应，取得了良好的效果。

应用体会

　　随着SIEMENS PLC 技术的不断革新和tigao，用户将是直接的受益者。从技术发展上讲，目前PLC 也不断受到其他基于计算机技术的控制系统越来越多的挑战，受到PLC技术本身软件方面急待更新与发展的挑战，受到一种全新的工业控制结构蜒不但控制分散化、而且网络也分散化的挑战，受到开放型模块化体系结构控制系统(OMAC) 的挑战。于是PLC 必然将会向完善其软件和硬件两个方向发展。

一、概述

本文介绍了艾默生公司EC20 PLC在老化房控制系统中的应用并着重介绍该产品的PID闭环功能在恒温控制上的实现和强大的网络通信功能对EMERSON EV2000变频器运行控制的实现。该老化房控制系统是家电，电子，电脑行业产品生产检测的重要设备，也是产品生产合格检查的重要环节。该系统采用EMERSON EC20 PLC和多台EV2000变频器，实现对室内温度和变频器运行的集中控制。

二、 老化房控制系统工艺要求：

老化房结构如图所示：

具体要求如下：

1, 该系统所控制的老化房面积达16×30M，要求控制范围在20-55℃，控制精度达±5℃，能够在上位机对温度设定/显示/保存；（加湿控制采用单独进行和PLC无关）

2, 该系统有3个风机，用于进风，回风和排风；有4个风闸：新风闸，回风闸，排风闸，防火闸；2个防尘过滤网；6个火灾报警点；

在正常情况下（温湿度），关闭进风阀和排风阀，停止进风电机和排风电机，打开回风阀和防火阀，启动回风风机，保持老化房内回风循环；

在高温情况下，排风阀和进风阀打开，启动排风电机和进风电机，抽出部分空气；

在火灾报警情况下，防火阀关闭，回风禁止循环，全部从室内抽出；同时排风阀和进风阀打开，启动排风电机和进风电机，抽出室内空气；

3，其他要求省略；

三、 工作原理：

PLC系统结构如下：

EC20PLC设备的I/0接线如图：

工作原理：

根据老化房工艺要求组成如上图控制系统：上位机采用台湾研华IPC（工控计算机）；监控画面采用亚控公司的KINGVIEW软件，该软件操作简单，元件形象丰富，性能稳定；核心控制部分采用EMERSON EC20-2012BTA类型的PLC和4个温度采集模块（EC20-4TC，接受K型温度信号）；传动采用EMERSON EV2000通用型变频器。

在设备连接方面，EC20 PLC充分体现了自身的优势，由于EC20 PLC本身带有2个串行通信口（1个RS232口，集成自由协议/编程协议/MODBUS从站协议，1个RS232/485口，集成自由协议/MODBUS主站/从站协议），EC20 PLC利用COM0口和IPC进行通信（EC20 PLC做从站，设置成MODBUS从站协议），利用COM1和多台变频器组成网络进行集中控制（EC20 PLC的COM1设置成MODBUS主站协议）。

IPC为整个系统的人机接口，IPC读取PLC采集的系统运行状态如各风机的运转状态，各测温点温度，报警状况并显示在监控画面上，IPC又把各种操作命令传给PLC以控制系统的运行，如温度的设定，PID参数设定，各种阀门的开闭，变频器的启动、停止等设定。并且可以实时监控整个系统的工作运行状态、动作过程及故障报警等，IPC还可以根据设定对采集的数据进行保存打印。

在系统设计中，EC20 PLC为整个系统的核心，执行各种系统操作及计算，EC20 PLC根据工艺要求和现场状况进行逻辑判断，开闭各种阀门和启停各风机；同时利用自身的PID功能对温度进行控制，具体方法后面描述。

EV2000系列变频器自带RS485接口的通讯单元，符合RS485通讯规范，用于实现PLC与多台变频器的联网。根据MODBUS通讯协议，我们可以通过RS485网络轻松实现对变频器的运行控制。由于RS485通讯链路传输距离远、配线简单、抗干扰能力强、可靠性高，因此在设计中，我们省略了变频器的外部起停控制线路，对变频器的所有控制都通过RS485通讯链路来完成，达到了经济高效的目的。

四、 监控画面

整个系统监控画面主要分为主画面，实时温度监控，PID参数设定，三个部分（其他部分省略），具体如下：

主画面如上图所示，主要完成对系统状态的监控（如各种风阀的开闭状态，风机的运行状态，报警状态），数据统计（如系统运行的时间，启停系统的次数），温度设定/测量等功能。

实时温度监控画面如上所示，此画面主要用于对温度的实时监控，并描绘出温度曲线趋势，以便判断系统的温度控制是否处于良好状态，同时可以实现对温度进行保存/打印等操作。

PID参数设定画面主要用于比例常数P，积分常数I，微分常数D的设定，同时根据实时温度曲线状况进行调节；同时显示PID控制的输出比例。

五、 对温度控制的实现

为便于对整个老化房内温度的控制，同时充分利用EC20 PLC自身PID功能和PWM脉冲输出（Y0，Y1）的优势，室内温度区域分为2个部分（上层和下层各8个测温度点），对温度取平均值作为温度的测量值，并把此平均值送入PID功能块进行运算，同时对加热执行元件（参考EC20 PLC的I/O接线图，固态继电器SSR1，SSR2，SSR3所控制的发热管的功率逐渐加大）也进行了分组处理：温度偏差较小的情况下，进行PID运算，通过Y0输出脉冲给SSR1，同时关闭SSR2，SSR3（即Y1，Y2停止输出）；如果温度偏差较大，则Y1，Y2也参加输出，具体处理思路如下：

偏差值（ER=SV-PV）

处理办法

ER≥3

关闭PID运算，直接输出Y0，Y1，Y2；

3>ER≥1

启动PID运算控制Y0输出，同时启动Y1输出；关闭Y2输出；

1>ER≥-1

启动PID运算控制Y0输出，关闭Y1，Y2输出；

-3>ER>-1

启动PID运算控制Y0输出，同时启动Y1输出；关闭Y2输出；

-3≥ER

关闭PID运算，关闭Y0，Y1，Y2；

通过此法处理可以把温度控制精度保持在±0.3度以内,而且无论tisheng温度还是下降温度都很快速；同时把PID输出转化为PWM的占空比输出，又大大节省了PLC的资源（充分利用Y0，Y1的高达100KHZ的脉冲输出功能）。

EC20 PLC的编程软件CONTROLSTAR的操作简单方便，指令丰富，功能强大，是一个很的全中文编辑工具。

实现步骤具体如下：首先，在数据块设定PID各参数，其中的重点是设置P，I，D三个参数和输出量的上下限范围，由于PID的输出结果直接和PWM结合在一起，所以设置时要特别注意，在本例子中，按照PWM的周期为4秒（=4000MS）计算，把PID的输出上下限分别设定为4000和0；另外按照逆动作（BIT0=1），输出限定（BIT5=1）的要求对D7911各位进行赋值；

D7910 500 //采样时间S3 采样时间(Ts)范围为1～32767(ms)，比运算周期短的时间数值无法执行；

D7911 16#23 //动作方向 > 逆动作，设输出限定

………………………………………………..//BIT0 0：正动作 1：逆动作；

………………………………………………..//BIT1 0：输入变化量报警无效 1：输入变化量报警有效；

………………………………………………..//BIT2 0：输出变化量报警无效 1：输出变化量报警有效；

………………………………………………..//BIT3-4 没使用；

………………………………………………..//BIT5 0：输出值上下限设定无效1：输出值上下限设定有效；

………………………………………………..//BIT6～BIT15 没使用

D7912 70 //S3+2 输入滤波常数(α)范围0～99[﹪]，为0时没有输入滤波；

D7913 100 //S3+3 比例增益(Kp)范围1～32767[﹪]；

D7914 25 //S3+4 积分时间(TI)范围0～32767(×100ms)，为0时作为∞处理(无积分)；

D7915 0 //S3+5 微分增益(KD)范围0～100[﹪]，为0时无微分增益；

D7916 63 //S3+6 微分时间(TD)范围0～32767(×10ms)，为0时无微分处理；

D7925 2000 //S3+15 输入变化量(增侧)报警设定值0～32767(S3+1的BIT1=1时)；

D7926 0 //S3+16 输入变化量(减侧)报警设定值0～32767(S3+1的BIT1=1时)；

D7927 4000 //S3+17 输出变化量(增侧)报警设定值0～32767(S3+1的BIT2=1和BIT5=0时)；输出上限设定值-32768～32767(S3+1的BIT2=0和BIT5=1时)；

D7928 0 //S3+18 输出变化量(减侧)报警设定值0～32767(S3+1的BIT2=1和BIT5=0时)；输出下限设定值-32768～32767(S3+1的BIT2=0和BIT5=1时)；

其次,在程序里调用PID指令和PWM指令用于控制Y0的输出（对SV和PV的比较而进行的逻辑控制输出较简单，故此处省略）。

六、 对变频器的启停控制

由于EMESON EC20 PLC和EV2000变频器（非标）都集成MODBUS协议，所以实现它们的通信相对比较简单，整个网络采用RS485通信方式。

1. 各设备接口通信参数设置，对EC20 PLC设置如下：

2. EV2000的设置要点：1，各通信参数要和EC20 PLC一致；2，各变频器的地址要有自己唯一的从机地址；3，注意变频器的通信跳线开关CN14拨在RS485方向 ；

3. EC20PLC和变频器的连接如下：

4. EC20 PLC和变频器之间采用MODBUS RTU方式通信，Modbus采用“Big Endian”编码方式，先发送高位字节，然后是低位字节。RTU方式格式如下：

RTU方式：在RTU方式下，帧之间的空闲时间取功能码设定和Modbus内部约定值中的较大值。Modbus内部约定的小帧间空闲如下：帧头和帧尾通过总线空闲时间不小于3.5个字节时间来界定帧。数据校验采用CRC-16，整个信息参与校验，校验和的高低字节需要交换后发送。具体的CRC校验请参考协议后面的示例。值得注意的是，帧间保持至少3.5个字符的总线空闲即可，帧之间的总线空闲不需要累加起始和结束空闲。

Modbus主要的功能是读写参数，不同的功能码决定不同的操作请求。变频器Modbus协议支持以下功能码操作：

功能码

功能码意义

0x03

读取变频器功能码参数和运行状态参数

0x06

改写单个变频器功能码或者控制参数，掉电之后不保存

0x08

线路诊断

0x10

改写多个变频器功能码或者控制参数，掉电之后不保存

0x41

改写单个变频器功能码或者控制参数，掉电之后保存

0x42

功能码管理

Modbus协议不同的功能码有不同数据的格式和意义，简要介绍如下：

改写多个变频器功能码和状态参数的格式协议：请求格式如下：

应用层协议

数据单元

数据长度

（字节数）

取值或范围

功能码

1

0x10

起始寄存器地址

2

0x0000~0xFFFF

操作寄存器数目

2

0x0001~0x0004

寄存器内容字节数

1

2*操作寄存器数目

寄存器内容

2*操作寄存器数目

应答格式如下：

应用层协议

数据单元

数据长度（字节数）

取值或范围

功能码

1

0x10

起始寄存器地址

2

0x0000~0xFFFF

操作寄存器数目

2

0x0001~0x0004

读取变频器参数的协议格式：请求格式如下：

应用层协议

数据单元

数据长度

（字节数）

取值或范围

功能码

1

0x03

起始寄存器地址

2

0x0000~0xFFFF

寄存器数目

2

0x0001~0x0004

应答格式如下：

应用层协议

数据单元

数据长度

（字节数）

取值或范围

功能码

1

0x03

读取字节数

1

2*寄存器数目

读取内容

2*寄存器数目

变频器的功能码参数、控制参数和状态参数都映射为Modbus的读写寄存器。功能码参数的读写特性和范围遵循变频器用户手册的说明。变频器功能码的组号映射为寄存器地址的高字节，组内索引映射为寄存器地址的低字节。变频器的控制参数和状态参数均虚拟为变频器功能码组。功能码组号与其映射的寄存器地址高字节的对应关系如下：

F0组：0x00；F1组：0x01；F2组：0x02；F3组：0x03；F4组：0x04；F5组：0x05；F6组：0x06；F7组：0x07；F8组：0x08；F9组：0x09；FA组：0x0A；Fb组：0x0B；FC组：0x0C；Fd组：0x0D；FE组：0x0E；FF组：0x0F；FH组：0x10；FL组：0x11；Fn组：0x12；FP组：0x13；FU组：0x14；变频器控制参数组：0x32；变频器状态参数组：0x33。

例如变频器功能码参数F3.02的寄存器地址为0x302，变频器功能码参数FF.01的寄存器地址为0xF01。

5、具体程序编写：启动5#变频器正转，转速设定为50.00HZ（内部表示为5000）的命令如下：

地址

功能码

寄存器地址

寄存器数目

寄存器内容字节数

寄存器内容

校验和

请求

0x05

0x10

0x3200

0x0002

0x04

0x01C7,0x1388

0x16A9

响应

0x05

0x10

0x3200

0x0002

无

无

0x4EF4

程序清单：

读取5#变频器的运行频率，变频器应答运行频率为50.00HZ：

地址

功能码

寄存器地址

寄存器数目或者读取字节数

寄存器内容

校验和

请求

0x05

0x03

0x3301

0x0001

无

0xDB0A

响应

0x05

0x03

无

0x02

0x1388

0x44D2

程序清单：

5#变频器以快速度停车：

地址

功能码

寄存器地址

寄存器内容

校验和

请求

0x05

0x06

0x3200

0x00C3

0xC6A7

响应

0x05

0x06

0x3200

0x00C3

0xC6A7

七、 小结

该系统以前是采用IPC+控制I/O卡的方式进行控制的，但是存在系统稳定性能差，控制效果不理想，故障率高的缺点，自从改用EMERSON 的PLC作为系统的核心设备后，系统不仅达到良好的控制效果和很好的经济效益，同时比较容易维护，受到用户的好评。