西门子扩展模块6ES7222-1BD22-0XA0

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SIMATIC S7-200系列PLC的基本通信方式

SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论是独立运行还是相连成网络皆能实现复杂控制功能。此系列PLC的CPU型号有：CPU 221，CPU 222，CPU 224，CPU 226和CPU 226XM。本控制系统采用CPU224，它具有四种通讯方式：

一：PPI方式

PPI通讯协议是通过普通的两芯屏蔽双绞电缆进行联网，物理上采用RS485电平，波特率为9.6kbit/s，19.2kbit/s和187.5kbit/s。PPI通讯网络是一个令牌传递网。

二：MPI方式

S7-200可以通过内置接口连接到MPI网络上，波特率为19.2kbit/s，187.5kbit/s。S7-200 CPU在MPI网络中作为从站，它们彼此间不能通讯。

三：自由通讯方式

S7-200可以由用户自己定义通讯协议，与任何通讯协议公开的其它设备、控制器进行通讯。波特率*高为38.4kbit/s（可调整）。

四：PROFIBUS-DP网络

在S7-200系列的CPU中，都可以通过增加EM277扩展模块的方法支持PROFIBUS DP网络协议。*高传输速率可达12Mbit/s。

3 现场信号与系统软件之间的连接桥梁——OPC

现场总线作为开发的控制网络能实现现场设备之间、现场设备与控制室之间的信号通信。当现场信号传至监控计算机之后，如何实现计算机内部各应用程序之间的信息沟通与传递，即如何让现场信息出现在计算机的各应用平台上，OPC完美地解决了此类信息传递问题。OPC（OLE for Process Control）是过程控制中的对象链接嵌入技术，建立在bbbbbbs的对象链接嵌入（OLE，bbbbbb bbbbing and bbbbbding）、部件对象模块（COM，Component bbbbbb Model）、分布部件对象模块（DCOM，Distributed Component bbbbbb Model）技术的基础上进行开发的。OPC是一个开放的接口标准、技术规范。它的作用就是为服务器/客户的链接提供统一、标准的接口规范。按照这种统一规范，各客户/服务器之间可组成如图1所示的链接方式，各客户/服务器间形成即插即用的简单规范链接关系。

图1

有了OPC作为通用接口，就可把现场信号与上位机监控、人机界面软件方便地链接起来，还可以把它们与PC机的某些通用开发平台链接起来，如VB,VC++,Excel等。这样给我们开发上位机软件带来很大的方便。

4 系统实例简介

在石油工业中，由于控制的复杂性、现场多种设备相互之间存在干扰以及系统可靠性要求高等特点，所以在实际应用中常采用高可靠性的中央控制器如PLC和现场总线技术如PROFIBUS。在智能发油控制系统中就是采用SIMATIC S7-200 CPU224控制发油泵，并通过PROFIBUS-DP现场总线由工控机（或PC机）进行监控。

4.1 智能发油控制系统组成

本系统是由PROFIBUS-DP构成的单主站系统，具有简单设备一级的高速特性。系统组成如图2所示。

图2

（1） 整个控制系统连接在两路PROFIBUS-DP总线上，每路总线包含一个总站和20个DP从站，两个总站和开票机构成局域网，主站和从站之间为主从关系。

（2） 两个工控机主站和发票机通过TCP/IP协议，组成局域网。

（3） 系统以SIMATIC工控机作为DP类型2主站，通过现场总线接口卡CP5611使工控机与PROFIBUS-DP总线相连，能完成组态、运行、操作等功能。主站上的应用程序与CP5611的信息传递采用OPC通用接口服务软件实现。

（4） 每个从站完成对两路发油系统的监控和控制，采用SIMATIC S7-200系列CPU224模块，通过EM 277扩展模块以DP从站形式接入PROFIBUS-DP网络，按主/从模式向上位机发送数据。

4.2 智能发油控制系统的软件设计

软件部分包括bbbbbbs 2000操作系统、SIMATIC OPC接口服务软件、主站软件和从站编程软件。

4.2.1 从站发油控制系统PLC通信接口软件设计

从站发油控制系统的PLC采用了SIMATIC S7-200的配套编程工具Step7，完成硬件组态、参数设置、PLC程序编制、测试、调试和文档处理等功能。通常用户程序由组织块（OB）、功能块（FB、FC）和数据块（DB）构成，其中OB是系统操作程序与应用程序的接口界面，用于控制程序运行;FB、FC是用户子程序;DB是用户定义的数据存储区，在本系统中它是上位机软件与Step7程序的数据接口点，配置与其相对应的DB块就可实现上位机软件OPC与Step7程序的数据接口。其通信接口程序如下。

CALL “DP-SEND”

CDDR：=W#16#170

SEND ：=P#DB1.DBX0.0 BYTE240

DONE ：=M0.0

ERROR ：=M0.1

STSTUS ：=MW1

CALL DP-RECV

CDDR：=W#16#170

RECV ：=P#DB2.DBX0.0 BYTE240

NDR ：=M128.0

ERROR ：=M128.1

STATUS ：=MW46

DPSTATUS：=MB120

L DB2.DBW 0

L 0 == I

JC m001

CALL FC 63

M001: NOP 0

CALL FC 64

4.2.2 主站通信接口软件设计

工控机作为主站，是通过通讯卡CP5611与从站进行数据交换的。选择操作系统控制面板的Set PG/PA Interface 选项，对其硬件进行设置，可自动完成总线各部分配置。但对于自行开发的、带有Profibus-DP接口的从站，需要自己编写一个＊.GSD文件加入到配置库中。本系统将EM 277的GSD文件加入至OPC服务接口配置库中，完成对总线配置后，即生成一个ldb文件供系统运行使用。

4.2.3 工控机人机界面设计

工控机的人机界面设计，即发油控制管理系统，以bbbbbbs 2000操作系统作为平台，通过标准通讯接口OPC，采用Microsoft VC++程序设计语言编制程序，完成系统的控制要求，实现对油库的储运收发过程进行监控和管理。机开出后，通过局域网将信号传给发油机，发油机则使用PROFIBUS-DP网通知下位机PLC，由PLC控制油泵，并检测油量计和温度，自动完成发油过程。图3为发油机主程序流程图。图4为PLC S7-200主程序流程图。

一、项目概况

长安汽车制造厂原来可以生产6种型号汽车，年产量在8万辆左右。他的总装生产线是在80年代末引进美国50年代技术制造的，由于在设计、制造上存在许多缺陷，导致系统有故障率高，生产效率低等诸多问题。长安公司为适应中国加入WTO后对汽车行业的冲击，保持中国微型汽车生产企业的龙头位置，在不断推出新车型的同时，生产线的制造能力成为了企业发展的瓶颈。通过我们对总装生产线的改造，大大提高了生产效率，将产量提高到20万辆/年，并且具备了多种车型混装能力，可以满足不断推出新车型的生产需求。

二、改造方案的确定

总装车间的原生产线控制系统采用的是三菱PLC系统，传统的控制模式。所有分布在车间的信号靠IO电缆连接至PLC柜，设备的故障报警信息全部通过BCD码来显示，工人对生产线的干预仅限于启动、停止和急停操作。根据现场生产的实际情况，该控制系统已经无法满足生产需求:

1、无法提供故障的准确和判断。时间对于总装车间来讲是分秒必争，尤其是在产量达到一定规模以后。故障产生时，维修人员需要以*快的速度发现和解决问题，老系统必须由工人根据报警代码寻找故障地点，再根据经验分析原因，故障停线时间因此比较长。尤其是在PLC本身发生故障时，往往会浪费更多的时间。

2、检修困难。总装车间的信号多，而且分布面积很广，桥架里的电缆敷设很拥挤，加之时间比较长，线号已经模糊不清，维修工人需要更换电缆、电气元件等需要耗费很大的工作量。

3、无法为工厂资源管理信息系统（MRPII）提供快速、准确的生产信息。车间的零部件物流无法根据实际的生产进度进行合理的调度。

西门子公司的PROFIBUS现场总线网络技术，为这个系统提供了一个完整的解决方案。在过去的十多年里，随着生产车间自动化和过程自动化中分散化结构的迅速增长，现场总线系统的应用日益普遍。其原因之一是：现场总线系统实现了数字和模拟输入/输出模块、智能信号装置和过程调节装置与可编程逻辑控制器（PLC）和PC之间的，把I/O通道分散到实际需要的现场设备附近，使安装和布线的费用开销减少到*小，从而使成本费用大大地节省。其原因之二是：标准化的现场总线具有“开放”的通信接口，允许用户选用不同制造商生产的分散I/O装置和现场设备。

PROFIBUS现场总线系统的结构是透明和开放的。只有这样，工程师们才可能从市场上大量可供应的现场设备和部件中选择*佳的产品组成他们自己的系统。现场总线PROFIBUS满足了生产过程现场级数据可存取性的重要要求。一方面它覆盖了传感器/执行器领域的通信需求，另一方面又具有单元级领域的所有网络通信功能。特别在“分散I/O”领域，由于有大量的、种类齐全的、可连接的现场设备可供选用。同时该总线系统又提供了丰富的设备诊断信息，操作员可以直接通过监控计算机了解整个车间系统设备的健壮性，为故障的判断提供直截了当的辅助手段，大大减少了故障的排除时间。

Profibus利用了现有的国家标准和国际标准。其协议以国际ISO（国际标准组织）标准OSI（开放系统互连）参考模型为基础。ISO/OSI通信标准模型由7层组织，并分成两类。一类是面向用户的第5层到第7层，另一类是面向网络的第1层到第4层。第1层到第4层描述数据从一个地方传输到另一个地方，而第5层到第7层给用户提供适当的方式去访问网络系统。

三、系统结构

我们根据国内外类似系统的运行管理情况以及在该行业中的实际经验，依照国际自动控制领域的发展趋势，本着、简单实用、先进（十年不落后）的原则，充分发挥西门子自动化产品的技术优势，以S7控制平台和开放的现场总线网络ProfibusTM体系为核心，采用*新的控制器、驱动、网络架构及工控软件产品为用户提供了一个由计算机、PLC、现场分布式I/O组成的多级的、开放的、模块化的、实时多任务的集散型可扩展数据采集和控制系统。

该系统采用集成工业现场总线、控制总线和100/1000M高速以太网组成的混合三层体系结构，既支持基于浏览器的B/S结构体系，也支持C/S结构体系。

整个总装车间的输入/输出信息形式多样（包括图像、图形、文字、语音、数字等多媒体形式），信息量大，对系统功能要求高。控制监视任务不仅仅限于单机的检测和控制问题，而且还实现了对整个车间的监控、故障诊断、物流优化、生产预报和调度。以PLC和计算机为核心的信息处理机制完成对综息的管理、生产过程的计划、调度、监视与自动化控制，系统具有以下三个主要方面的功能：

1、现场生产数据的采集、分析、处理、动态追踪、工艺控制等前台生产现场检测与控制；

2、车型数据、设备故障信息、安装工位管理等后台信息管理；

3、车间运行监控与计划调度指挥，内部监控、LED等多媒体系统。

为了实现以上功能的集成，总装车间广泛采用了多媒体技术、现场总线技术、高速以太网技术、工业控制技术、通信技术及视频图像监控技术等关键技术，可以定义为集成现场工业总线的高速以太网多媒体计算机信息管理、控制系统。整个系统的架构分为三个层次.

（1） 信息层

总装车间内部和同厂区其他部门进行数据交换采用标准TCP/IP以太网结构，工业控制部分采用西门子现场总线结构。这种设计可以将生产信息管理网络和工业控制网络区分开来，实现信息分流，便于根据信息管理和工业控制对网络速度及传输可靠度等性能的不同要求进行网络设置，既能满足信息管理大量数据交互的可靠性，又能保工控信号传递的实时性和准确性。监控工作站、管理工作站、现场信息LED服务器、数据库及应用软件的用户之间通过TCP/IP通信协议实现信息的传输与共享。数据库中的数据只有通过服务器才能够与用户、现场设备之间进行信息的交流（监控计算机除外）。用户既可以通过bbbbbbs内建的IE浏览器实现生产现场信息的获取与交互，也可以直接与数据服务器进行信息的交流，再通过监控计算机实现对现场设备的控制。用户不直接参与控制现场设备与数据库，既保证了数据的安全性与底层设备的健壮性和人机交互界面的透明性与友好性。