西门子S7-200

西门子S7-200（精选7篇）

西门子S7-200 篇1

电梯是作为高层楼房重要的出行工具, 在使用过程中频繁开始和关闭, 而电梯本身的转载能力则出现质的变化, 在使用过程中进行快速的动作。在无任何装载的情况下, 电梯的主电机的运转速度加快, 并带有电机本身发电的情况。在电梯满负荷的情况下, 电梯的主电机运转速度将随之变慢, 电动情况随之产生, 而且电梯的主电机则会出现所有运转功能同步进行。

PLC的控制系统由主机系统、输入输出扩展部分及外部设备组成。除了硬件系统外, 还需要软件系统的支持, 它们相辅相成, 缺一不可, 组成PLC基本结构有用户程序以及PLC的软件系统程序。

PLC编程方法掌握起来非常快捷, 而且功能强大, 在性能价格方面都非常适中。PLC硬件都是整套设备, 用户安装完毕即可使用, 而且安全系数达标, 尤其抗干扰方面更加出色。从安装到调试时间周期短, 后期维护保养也非常便利。

1 西门子S7-200

西门子S7-200是一种小型的可编程序控制器, 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在独立运行中, 或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。

S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛, 覆盖所有与自动检测、自动化控制有关的工业及民用领域, 包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等。如:冲压机床、磨床、印刷机械、橡胶化工机械、中央空调、电梯控制、运动系统。

2 PLC控制系统

电梯的正常运行是依靠外部指示信号以及电梯本身指示来完成的, 而且每次指令发出的同时是不固定的, PLC控制系统是人与电机配合式的控制系统, 在人发出控制之命令的同时, PLC控制系统会迅速做出存储命令, 之后经过控制逻辑进行计算后发出指令。PLC控制系统在得到实际指令后, 决定电梯的走向, 向变频器下达指令, 变频器在得到PLC控制系统的指令后对速度的快慢进行调节, 当电梯电机启动后, 速度迅速增至最大, 控制可靠的动作, 在到达命令临界点的时候, PLC控制系统传递出停止指令, 变频器收到指令后已预先的指令把速度降低到慢行状态。

3 变频调速

电梯的调速功能一般情况下处于静止状态、动态性能外, 它的舒适度指标往往是选择的一项重要内容。系统中拖动调速控制系统的关键在于保证电梯按理想的给定速度曲线运行, 以改善电梯运行的舒适感。

另外, 由于电梯在建筑内的耗电量占建筑物总用电量的相当比例, 因此, 电梯节约用电日益受到重视。考虑到以上各种因素, 系统应安装全数字变频器, 通过磁通矢量功能、转差补偿功能、负载转矩自适应等相关系统, 快速提升主电机功率和主电机工作效率, 且减少了主电机运行损耗, 特别适合电梯类负载频繁变化地场合。

4 电气控制系统

PLC电梯的电气控制是由控制设备、操作设备、平层设备以及显示控制技术等结合的系统。其中控制设备依据电梯的动作轨迹进行逻辑行处理, 达到操控电梯的正常运转, 设备安装在控制机房内部。操作设备是由电梯厢内的控制按钮和电梯门的控制箱按钮来控制电梯正常运转的。平层设备是传递平层操控信息, 使电梯箱体准确平层的控制设备。平层的意思, 就是指电梯厢体在到达指定目的的楼层, 而且在电梯厢与地面位置在一个水平线。显示控制技术用来显示电梯运行到指定的楼层后电梯箱体提示灯。

5 PCL可编程序控制器

PLC采用西门子S7-200可编程序控制器, 在老式继电器接线逻辑基础上升级到存储逻辑的发展, 充分利用了逻辑控制到数字控制的功能, 而且覆盖范围也越来越大, 通过硬件部分调试、软件部分调试、编辑、编译、程序下载、程序监视、运行调试。PLC控制系统在处理模拟量时主要以PLC为中央处理器, 利用PLC的完善的操控能力, 达到对电梯正常运行的控制。而且可以通过视频监控系统可以随时监控电梯的运行轨迹。利用西门子S7-200操控电梯的正常运行, 具有在布线时非常简洁、编辑程序一目了然、升级空间很大等优势。

如今PLC采用西门子S7-200等系列的可编程序控制器控制系统的电梯, 已经成为电梯行业首选的操作系统。虽然, 大部分高层建筑都已安装电梯, 但大多数的电梯控制系统在控制总线中, 依靠该信号为媒介来实施对计算机信号的控制。对CPU而言, 控制信号既有输出, 又有输入, 从而达到根据电网负荷、被控机组微增率、线损以及其他安全因素, 实现全网机组安全、经济调度, 通过主动件上的运动和力矩, 精确地传递变频器来完成。另外一种控制系统采用编程控制其进行信号管理, 从工作原理和基本性能来看, 两者之间的技术进本相同。而西门子S7-200PLC系统安全性能好, 在设计程序方面更加合理, 操作更加方便。

西门子S7-200 篇2

在使用西门子S7-200 PLC的中, 因为其通讯协议不公开, 经常导致客户自己开发监控软件同PLC通讯连接出现困难。本文尝试研究通过以太网读取西门子S200 PLC数据块及寄存器功能。

由于西门子的S7协议是不公开的协议, 所以本文的研究方式是通过监听通讯帧, 抓取数据包, 然后推测协议的格式、定义及意义。

本文的目的, 是能让用户自己编写程序, 用自己的程序读取西门子S-7 200 PLC的I、Q、M、DB区数据。

由于本人主要使用以太网与PLC通讯, 所以重点介绍ISO on TCP的通讯方式。但从网上的资料看出, S200的PPI协议、MPI协议其核心都是S7协议。相信本文对想通过MPI或PPI连接的用户也有一定的帮助。

2 ISO on TCP的模型

I S O (International Organization for Standardization) 国际标准化组织制定了OSI (Open System Interconnection) 7层模型, 包括:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

西门子S7-200网络通讯使用的是:TCP/IP+ISO TP+S7协议。如图1。

通讯过程是:

(1) TCP三次握手建立通讯TCP连接。

(2) ISO_TP连接建立。

(3) S7协议连接请求、应答建立连接。

(4) 实现S7协议读取数据。其过程如图2。

3 RFC1006

由于S7-200网络通讯, 是使用的ISOTCP, 先简要介绍一下ISO TP。如要更清晰了解ISO TP内容, 请参考RFC1006及RFC983文档。

3.1 帧格式

ISO TP帧分为两部分, 一部分为帧头, 一部分为TPDU

ISO TP的帧分为4中帧分别是:

(1) CR:connect request (连接请求) ;

(2) CC:connect confirm (连接应答帧) ;

(3) DR:disconnect request (断开请求帧) ;

(4) DT:data (数据帧) ;

(5) ED:expedited data (扩展数据帧) 。

对这5种类型帧, 帧头格式一样, TPDU格式不同。

3.2 帧头格式

Vrsn版本:03;Reserved:保留;packet length从vrsn到数据结尾长度, 包括Vrsn。

3.3 TPDU格式

3.3.1 CR (连接请求) 、CC (连接应答帧) 的TPDU格式

如表1所示。

(1) header length:TPDU到帧尾长度, 不包括header length这个字节。

(2) code:TPDU类型, 4个bit位。0xe (1110) 为连接请求CR;0xd (1101) 为连接确认CC;0x8 (1000) 为断开连接请求DR;0x F (1111) 为数据帧DT;0x1 (0001) 为扩展数据帧ED。

(3) Credit:保留, 总是0。

(4) destination reference:目的reference, 在S200通讯中总是0。

(5) source reference:目的reference, 在S200的通讯中, 为连续次数 (在RFC983中定义该部分为0) 。

(6) class:4bits发送端总是0, 接受端忽略。

(7) options:4bits发送端总是0, 接受端忽略。

(8) variable data:该部分可传输多个参数, 每个参数部分为:参数码 (1Byte) +参数长度 (1Byte) +参数值 (N Byte) 。

在S7-200以太网通讯中, variable data共有三组参数。参数1 (C1) 为PLC端的连接通道号、PLC机架号、PLC槽号;参数2 (C2) 为远端连接通道号、机架号、槽号;参数3 (C3) 为0x0A。

3.3.2 ED (扩充) 的TPDU格式

如表2所示。

header length部分、code部分、credit部分, 内容同表2。

PDU-NR and EOT:0x80 (1000 0000) 表示该帧包括帧尾, 即该帧独立, 没有后续数据;其他数据忽略。

4 S7协议

西门子的S7通讯协议, 是一组复杂的多功能协议, 可下载程序, 上次程序, 操作PLC, 读取数据等。本篇只针对S7-200数据读取功能部分进行解读。由于S7协议为没有公开资料, 所以解读可能与实际存在差异。

4.1 S7协议连接

在S7协议层, 客户端读取S7-200数据前, 需要先建立连接。以下是客户端连接请求及PLC的连接应答帧。

(1) 连接请求帧为:32 01 00 00 cc c1 0008 00 00 f0 00 00 01 00 01 03 c0

(2) 连接应答帧为:32 03 00 00 cc c1 0008 00 00 00 00 f0 00 00 01 00 01 00 f0

该部分尚未知确切的含义。

4.2 S7读命令

4.2.1 命令

如表3所示。

标示符【0】:0x32为帧开始标示符。

请求应答标识【1】:0x01为发送命令帧;0x03为应答帧。

保留【2~3】:保留或未知, 填充0x00。

事务处理标识【4~5】:请求、应答事务标识, 应答帧直接复制返回该部分。

命令长度【6~7】:填充从命令符开始, 到帧结束的字节长度, 包括命令本身的1个字节。

保留【8~9】:保留, 填充0x00;

命令符【10】:命令符, 0x04为读命令, 0x05为写命令。

读取数据段数【11】:该部分为”读取数据段”个数。S7协议支持一次读取多个不连续地址的数据, 读取段个数为本次读取命令要读取不连续数据段的数目。

读取数据段命令域【12~23】:在读取多个不连续地址的数据时, 该部分可重复出现。具体含义:

命令域子段标示头【12】:读取数据段命令域的标识头, 为0x12;

命令域子段长度【13】;命令域子端的长度, 该字节后, 到本命令域子段的长度。

未知【14】:该字节未知确切的含义, 通常为0x10。

数据类型【15】:0x01 bit;0x02 byte;0x04为float

读取字节【16~17】:本命令段读取字节长度;

数据块编号【18~19】:读取数据块的编号, 为I、Q、M等区, 为0;

寄存器类型【20】:读取寄存类型, 0x04顺序控制继电器区 (S) ;0x05特殊存储器区 (SM) ;0x06模拟量输入映象区 (AI) ;0x07模拟量输出映象区 (AQ) ;0x1E:计数器存储器区 (C) ;0x81数字量输入寄存器 (I) ;0x82数字量输出寄存器 (Q) ;0x83位存储器区 (M) ;0x84变量存储器 (V) ;0x1F定时器存储器区 (T) 。

偏移地址【20】:开始读取量的偏移地址, 安bit计算。

4.3 S7读应答

应答

如表4所示。

标示符【0】:0x32为帧开始标示符。

请求应答标识【1】:0x03为应答帧。

保留【2~3】:保留或未知, 填充0x00。

事务处理标识【4~5】:直接复制请求帧该部分, 然后填充返回。

执行命令返回值【6~7】:推测是执行命令的结果代码。推测0x02为执行OK。

数据帧长度【8~9】:从“数据段个数[13]”后, 到帧尾的数据长度。

保留【10~11】:保留或未知, 填充0x00。

命令符【12】:命令符, 0x04为读命令, 0x05为写命令。

数据段个数【13】:返回的数据段数

数据段:根据读取不连续地址命令, 一个应答帧可包含多个读取的数据段。具体含义:

子数据段标示符【14】:0x FF子数据段标示符。

有效性【15】:该项表示的意义不太确定, 推测为该数据段数据的有效性。

数据长度【16~17】:子数据段的数据长度, 按bit位计算。

子数据段数据【N】:返回的数据。

5 编程试验

根据以上协议, 编程实现通过以太网, 读取S7-200PLC数据。读取QB0、MB0的界面如图3。

摘要：西门子S7-200 PLC网络模块采用S7协议通讯, 本文分析S7协议的内容与帧格式, 其目的是能够让客户自己编写程序, 用自己的socket程序通过以太网读写西门子S200 PLC区数据。本文对要通过编写程序读取S7-1200、S7-300、S7-400的读者也有帮助。

关键词：S7-200,S7协议,以太网通讯,TCP/IP

参考文献

[1]RFC983.ISO Transport Services on Top of the TCP.

西门子S7-200 篇3

一、自由口通信模式概述

西门子S7-200PLC的通信端口有PPI模式和自由口模式这两种常用的通信模式。其中PPI模式通信协议是西门子公司根据S7-200PLC的特点专门开发的, 一般情况下只对西门子内部生产的产品使用。与PPI模式完全不同的是自由口模式, 它完全对外开放, 在这种模式下, 用户可以根据自己的需要对通信协议进行定义。

目前, 许多公司使用的第三方设备都支持自由口通信模式。西门子S7-200PLC可以通过选择自由口通信模式的方式达到控制串口通信的目的。而且, 利用自由口通信模式可以使计算机与S7-200PLC之间的通信变得更加稳定和高效。

西门子S7-200PLC为了实现自由口模式的通信功能, 使用的寄存器主要有SM130、SMB30以及具有特殊功能的寄存器。用户可以利用这些寄存器来设置系统的通讯方式, 并利用它们对系统进行有效管理。S7-200PLC与计算机在通信过程中, 为了防止通信道的拥挤, 一般会将计算机和PLC分成主机和从机两部分, 从机不能越过主机发送信息。自由口通信模式除了在计算机和PLC之间使用之外, 还可以在PLC与PLC之间使用。

二、西门子S7-200PLC自由口串行通信的实现

在自由口串行通信模式中, 用户可以自行对系统的奇偶校验等参数进行设置, 并通过发送/接收终端、发送/接收指令等操作来实现对通信端口的控制。用户通过发送指令可以使发送数据区的数据得到激活, 数据缓冲区的首数据表明了发送指令的长度, 数据缓冲区的容量可以达到255个字符, 当指令发送完成后程序自动中断。接收指令可以使数据实现初始化或使接收信息过程中断, 存储在缓冲区信息的最大容量为255个字符。在接收指令的过程中, 如果有一个程序接受完成, 则在接收的最后一个字符后面生成中断程序。由于自由口串行通信协议可以支持多种形式的数据通信, 因此, 用户可以利用控制字符的中断与否来控制数据的接收。

计算机与S7-200 PLC自由口串行通信的实现是利用计算机来发出操作指令, S7-200PLC在接到计算机发送的命令后根据命令做出响应。在计算机与S7-200PLC自由口串行通信实现的过程中, 由于PLC采用的485端口的串行通信标准是半双工模式的, 在这种模式下S7-200PLC发送命令和接收命令的操作不能同步实行, 否则会出现通信错误从而造成严重的后果。因此, 自由口串行通信模式在制定的过程中, 要将发送命令和接收命令的操作分割开来, 避免两个命令同时执行。S7-200 PLC作为响应命令的下位机, 在通信过程中接收到命令之后首先要判别命令的地址码是否与本机地址码相符。只有在地址码相符的情况下, 上位机和下位机才能实现通信。如果地址码与本机不符, 则继续执行扫描通信数据的操作。S7-200 PLC在接收到结束符之前, 必须对接收到的每个字符进行甄别, 以判断其是否为结束符。自由口串行通信的软件设计中, 主要的设计部分为PC软件和PLC梯形图。

三、结语

西门子S7-200 PLC利用自由口串行通信实现数据信息的交换, 其不仅具有功能完备、价格低廉等优点, 而且支持多种形式的通信模式。S7-200 PLC在工业自动化领域的广泛应用, 很好地解决了工业控制系统中数据采集和数据分析的难题, 大大降低了企业控制系统研发的费用, 使工业自动化的程度大大提高。

参考文献

[1]许毅, 熊文龙, 雷静.基于PC与S72200实现自由通信协议的研究[J].武汉理工大学学报:交通科学与工程版, 2002, 26 (4) :513-515

[2]李臣友.论S7—200系列PLC自由口通信的实现[J].计算机工程应用技术2010, (7) :5915-5916, 5919

西门子S7-200 篇4

西门子S7-300与S7-200之间的通讯方式包括profibus总线、MPI、以太网等, 因MPI、以太网这两种通讯方式在应用上存在一定的局限性, 比如MPI的通讯方式通讯距离和速率受到限制, 而以太网的通讯方式受到区域性的限制, 所以多数控制系统都采用profibus DP的方式进行通讯。

1 系统构成

S7-300与S7-200之间采用profibus-DP进行通讯连接时, 需要以下配置:

(1) 带profibus-DP接口的S7-300 PLC (如313C-2DP) 。

(2) 每个S7-200 PLC应配置EM277通讯模块。

(3) 通讯电缆 (有屏蔽) 。

(4) 通讯接头 (最好采用西门子公司的原装产品) 。

(5) 编程软件Micro Win、SIMATIC STEP7。

2 硬件组态

既然Profibus-DP是一种通讯标准, 一些符合Profibus-DP规约的第三方设备也可以加入到Profibus网上作为主站和从站, 绝大部分设备都可作为从站, 只有一小部分设备可作为主站, 支持Profibus-DP的从站设备都会有GSD文件 (如果STEP7在组态时找不到此设备, 可以从西门子官方网站上下载) , 将此GSD文件加入到主站组态软件中后就可以组态从站的通讯接口。现以S7-300CPU313c-2DP做主站, 两台S7-200 Profibus接口模块EM277作从站为例, 介绍怎样建立通讯。

2.1 建立项目

打开SIMATIC STEP7按照常规的方式建立一个新项目 (如图1)

2.2 建立新站点

建立一个新站点主站PLC选择313c-2DP (如图2)

2.3 建立DP网络

在硬件组态中建立一个DP网络并设置好传输速率和地址 (如图3) 。

2.4 将EM277加入网络

下载好GSD文件后, 将EM277加入网络并设置好地址 (如图4) , 软件组态的EM277 Profibus站地址要与实际EM277上的拨码开关设定的地址一致。

2.5 添加通讯数据区及300同200之间的数据交换区域通过硬件组态可以有多种选择 (如图5) 。

2.6 修改EM277的起始地址 (如图6)

3 数据交换

3.1 交换区域的设置

通过上述的硬件组态以及通讯设置, 通讯接口区大小为8个字节输入、8个字节输出, 对应的地址是主站的通讯地址区输入区为IB0~IB7, 输出区为QB0~QB7。对应于S7-200的通讯接口区为V区, 占用16个字节, 其中前8个字节为接收区, 后8个字节为发送区。V区的偏移缺省为0, 那么S7-200的第一从站的通讯接口区为VB0~VB15, 第二个从站的通讯接口区同第一个从站相同, 对应主站的通讯地址区输入区为IB8~IB15, 输出区为QB8~QB15, 通讯区域地址的对应可以从主站PLC的硬件组态中观察到 (如图7) 。区的偏移量可以根据S7-200的要求相应修改, 在主站硬件组态中双击EM277, 如图6所示设置V区的偏移量为0。

3.2 S7-300同两个S7-200PLC数据交换示意图 (如图8)

从图8中可以清晰的看到S7-300同两个分站PLC之间的数据交换情况, 两个从站的数据交换区域是一样的, 只是主站接收和发送数据的区域发生变换, 如果设置其它的起始地址可以从图6中的数据偏移设置。

3.3 具体应用

3.3.1 接收从站信号

300中的程序 (如图9)

从站中的程序 (如图10两个从站的程序相同)

当从站1中的I0.1有信号时V8.0的值为1, 主站点PIB0读出值也为1、M0.0为1、Q124.2吸合;当从站2中的I0.1有信号时V8.0的值为1, 主站点PIB8读出值也为1、M3.0为1、Q124.5吸合;

3.3.2 发送信号至从站

300中的程序 (如图11)

当I0.0有信号时M100.0为1, 将MB100的值传送给数据交换区域PQB0、PQB8。

从站中的程序 (如图12两个从站的程序相同)

当从站读出PQB0、PQB8的值时, 两个从站种的Q1.0、Q1.1均吸合。

4 结束语

通过对西门子S7-300同S7-200之间的profibus通讯方式的研究, 有助于工程技术人员进一步了解S7-300同S7-200之间通讯的真正关键点, 在调试、维护此种网络时有据可依, 从而更快、更好、更全面的解决现场存在的问题。

西门子S7-200 篇5

钻床是一种孔加工机床,可用来钻孔、扩孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。嘉永机械厂有一台使用年限较久的Z3080型摇臂钻床,在原继电器—接触器控制系统中,线路复杂,老化严重,故障频繁,维修麻烦。针对此,采用PLC改造其电气部分。通过改进,降低了设备的故障率,提高了系统的可靠性和使用率。

1 电气系统控制要求

Z3080型摇臂钻床由四台三相异步电动机拖动,M1为主轴电动机,M2为摇臂升降电动机,M3为液压泵电动机,M4为冷却泵电动机。各电机的作用分别为:

1)M1:主轴电动机。它拖动钻床的主运动与主轴的进给运动,主轴的旋转与进给要求有较大的调速范围,分别由主轴与进给传动机构实现主轴旋转和进给。

2)M2:摇臂升降电动机。根据加工工件高度的不同,摇臂借助于丝杠可带着主轴箱沿外立柱进行上下升降。在升降之前,应自动将摇臂松开,再进行升降,当达到所需的位置时,摇臂自动夹紧在立柱上,它要求电动机能正反转。

3)M3:液压泵电动机。它拖动液压泵送出压力液以实现摇臂的松开、夹紧和主轴箱的松开、夹紧,要求电动机能正反转。

4)M4:冷却泵电动机,它为钻床工作时提供冷却液。

应用PLC时行改造时,也必须满足其相应的控制要求。

2 PLC选择和I/O定义

根据Z3080型摇臂钻床的实际情况,作为PLC输入信号有按钮、限位开关、转换开关、热继电器等,共计14个。而PLC的输出信号有接触器、电磁阀、指示灯等,共9个。因此,选用西门子S7-200系列PLC(CPU224,14个输入,10个输出)完全能满足控制要求。

2.1 I/O定义

PLC输入输出点定义如表1所示。

2.2 PLC端子外围接线图

PLC端子外围接线图如图1所示。

3 梯形图程序设计

根据Z3080摇臂钻床的动作要求,设计的梯形图如图2、图3所示。以下为程序的简要说明。

3.1 主电动机旋转

在网络1中,按起动按钮SB2,线圈Q0.0带电并自锁,KM1吸合,主电动机M1旋转;按停止按钮SB1,交流接触器KM1释放,主电动机M1停止旋转。

3.2 摇臂升降

在网络2、3、4中,按上升(或下降)按钮SB3(或SB4),定时器T37工作,Q0.3得电,则交流接触器KM4得电吸合,液压泵电动机M3旋转,压力油经分配阀进入摇臂的松开油腔,推动活塞和菱形块使摇臂松开。同时活塞杆通过弹簧片压限位开关SQ3,Q0.3断电,使KM4失电释放,交流接触器KM2(或KM3)得电吸合,液压泵电动机M3停止旋转,升降电动机M2旋转,带动摇臂上升(或下降)。如果摇臂没有松开,限位开关SQ3常开触头就不能闭合,交流接触器KM2(或KM3)就不能得电吸合,摇臂就不能升降。当摇臂上升(或下降)到所需的位置时,松开按钮SB3(或SB4),交流接触器KM2(或KM3)和定时器T37失电释放,升降电动机M2停止旋转,摇臂停止上升(或下降)。

T37断电延时3秒后,其延时闭合的常闭触头闭合,交流接触器KM5得电吸合,液压泵电动机M3反向旋转,供给压力油,压力油经分配阀进入摇臂夹紧油腔,使摇臂夹紧。同时活塞杆通过弹簧片压限位开关SQ4,使交流接触器KM5失电释放,液压泵电动机M3停止旋转。行程开关SQ1、SQ2用来限制摇臂的升降行程,当摇臂升降到极限位置时,SQ1、SQ2动作,交流接触器KM2(或KM3)断电,升降电动机M2停止旋转,摇臂停止升降。摇臂的自动夹紧是由限位开关SQ4来控制的。如果液压夹紧系统出现故障,不能自动夹紧摇臂或者由于SQ4调整不当,在摇臂夹紧后不能使SQ3的常闭触头断开,都会使液压泵电动机处于长时间过载运行状态,造成损坏。为了防止损坏液压泵电动机,电路中使用热继电器FR,其整定值应根据液压泵电动机M3的额定电流进行调整。

3.3 立柱和主轴箱操作

立柱和主轴箱的松开和夹紧既可单独进行,又可同时进行,它由转换开关SA控制。由网络5、6、7、8实现。

3.3.1 立柱和主轴箱的松开和夹紧同时进行

首先把转换开关SA扳到中间位置2,这时按松开按钮SB5,Q0.3得电,接触器KM4得电吸合,液压泵电动机M3正转,电磁阀YA1,YA2得电吸合,高压油经电磁阀进入立柱和主轴箱松开油腔,推动活塞和菱形块,使立轴和主轴箱同时松开,松开指示灯HL1亮。按夹紧SB6,Q0.4得电,接触器KM5得电吸合,液压泵电动机M3反转,高压油经电磁阀进入立柱和主轴箱夹紧油腔,反向推动活塞和菱形块,使立轴和主轴箱同时夹紧,夹紧指示灯HL2亮。

3.3.2 立柱和主轴箱的松开和夹紧单独进行

如果需要主柱、主轴箱单独松开(或夹紧)时,只需将转换开关SA扳到立柱和主轴箱单独松开(或夹紧)的位置,其动作原理同上面松开和夹紧同时进行一样。

4 结论

利用西门子S7-200 CPU224 PLC实现对摇臂钻床进行电气设计,经安装调试后,其各项性能均能达到设计要求,运行良好。即提高了钻床的可靠性,降低了维修人员的劳动强度,又提高了劳动生产率,创造了较好的经济效益。

摘要：本文从提高机械加工企业生产效益出发,介绍利用西门S7-200 CPU224对Z3080型摇臂钻床的改造。根据钻床的控制要求和特点,进行了PLC的线路设计和软件设计。实践结果证明,改造后的Z3080摇臂钻床提高了其可靠性,创造了较好的经济效益。

关键词：S7-200PLC,Z3080,钻床,改造

参考文献

[1]杨林建.机床电气控制技术[M].北京:北京理工大学出版社,2008.

[2]罗光伟.可编程控制器教程[M].成都:电子科技大学出版社,2007.

[3]宋风中,张怀广.NEZA型PLC在钻床的改造中的应用[J].制造业自动化,2010,(4):104-106.

西门子S7-200 篇6

在工业生产中, 常常采用闭环控制方式来控制流量、温度和压力等连续变化的模拟量。PID控制, 即比例-积分-微分控制, 不需要建立精确的控制系统数学模型, 有较强的适应性和灵活性。而且PID控制器具有程序设计简单, 结构典型, 参数调整方便等特点, 在工程上容易实现。因此, PID控制器在使用计算机 (包括PLC) 的数字控制系统和使用模拟量控制器的模拟控制系统中都得到了广泛应用。但随着通讯技术、计算机技术和控制技术的发展, 特别是高级设计语言和模块化设计结构的融入, 以及模拟量输入输出模块的使用, PLC的操作更加灵活, 功能不断加强。因此采用PLC进行PID控制已经成为新型工业控制领域的主流控制装置。

1 用PLC实现PID控制的方法

用PLC实现对模拟量进行PID控制大致有如下几种方法:

1.1 使用PLC内PID功能指令。

PID功能指令是用于PID控制的子程序, 通过与模拟量输入输出模块结合使用, 即可得到与PID控制类似的效果, 但价格更便宜。如西门子S7-200的PID指令。

1.2 自编程序来实现PID闭环控制。

在没有PID功能指令和过程控制模块的情况下, 用户需要自己编写控制程序, 以实现PID控制算法。

1.3 使用PID过程控制模块。

PID过程控制模块的控制程序是PLC厂家设计编写并整合到模块中, 用户调用时只需要根据实际要求设置一些参数, 使用起来非常方便。

本文将说明PID控制算法原理及西门子S7-200PLC的PID功能指令的使用和技巧。

将连续的PID控制规律写成离散形式的PID控制方程, 再根据离散方程进行控制程序的编写, 就可以实现PLC的PID控制器的设计。

在连续系统中, 典型的PID闭环控制系统如图1所示。

图中Sp (t) 是给定值, Pv (t) 为反馈量, e (t) =Sp (t) -Pv (t) 为误差信号, M (t) 是PID控制器的输出量, c (t) 为系统的输出量。PID控制器的输入输出关系如式1所示:

式中:M0为输出的初始值, ;Kc为比例系数, T1为积分时间常数, TD为微分时间常数。

由于PID可以控制压力、温度、流量等很多对象, 而这些对象都由工程量表示。因此, 为了使这些对象能够被PID功能模块识别, 必须要有一种通用的数据表示方法。被控对象的数值大小在西门子S7-200PLC中的PID功能模块是采用占调节范围的百分比的方式来表示的。这个调节范围在实际工程中一般被设定为与被控对象 (也就是反馈) 的测量范围一致。PID功能块只能识别从0到1之间的实数作为给定、控制输出和反馈的有效数值, 实际上就是百分比表示法。直接调用西门子S7-200PLC的PID功能模块进行编程, 必须保证数据在0到1之间, 否则会导致编译错误。因此, 为了使用PLC的PID功能模块, 必须要把实际的工程量与PID模块需要的数据进行转换, 也就是输入输出转换, 然后进行标准化处理。

2 PLC实现PID功能的技巧

西门子S7-200PLC可以最多支持8个PID回路。按照PID运算规律, 通过定时采样执行PID功能模块, 根据当时的给定和反馈, 计算出控制量。

西门子S7-200PLC的PID指令如图2所示。

其中指令LOOP是回路编号, TBL是回路表的起始地址。编译时如果指令的回路号或回路表起始地址超出范围, 将生成CPU编译错误, 导致编译失败。由于对回路表中的某些输入值PID指令不进行范围检查, 为避免编译失败, 应保证给定值、过程变量等不超限。PID功能块利用一个长度为36字节的PID回路表实现数据的交换。因此PID功能块必须要指定控制回路表的起始地址和PID控制回路号才能够调用。

基于西门子S7-200PLC的闭环控制系统如图3所示。图中的虚线部分在PLC内。其中SPn、en、PVn、Mn分别为模拟量在sp (t) 、e (t) 、pv (t) 、M (t) 在第n次采样时的数字量。

PID参数设定的技巧。PID控制的效果主要取决于响应是否快速稳定, 能否抑制闭环中各种扰动, 以及反馈是否跟随给定值。为此, 必须要通过观察反馈波来调试PID参数。这些主要的参数有采样时间、积分时间、微分时间和增益等。

1) 采样时间。采样时间就是对反馈进行采样的时间间隔。为了进行PID控制的计算, 计算机必须按照一定的时间间隔进行采样。采样时间过长, 则不能满足速度响应要求高活扰动变化快的场合:采样时间过短, 显然加大系统负荷, 而且没有必要。实际采样的时间必须和编程时指定的PID控制器采样时间一致, 西门子S7-200PLC采用定时中断来保证采样时间精度。

2) 积分时间。在偏差值恒定时, 积分时间的长短决定了控制器输出的变化速率。要想偏差得到的修正越迅速, 积分时间久得越短。积分时间的长度等同于在给定阶跃下, 增益为1时, 偏差值与输出的变化量相等所需要的时间。积分时间过长, 相当于没有积分;积分时间过短, 则有可能造成不稳定。

3) 微分时间。偏差发生变化时, 微分时间越长, 微分作用增加到输出的变化越大。也就是微分作用使系统对扰动更加敏感。偏差的变化越大, 微分作用的效果越明显。

4) 增益。增益就是放大系数。增益过大会造成反馈振荡。对于某个具体的PID控制项目, 一般不能根据经验得到可用的参数, 必须通过实际调试来设定参数。假如PID控制不稳定, 对于闭环系统, 首先应该做开环调试, 也就是在PID调节器不工作时, 观察输出通道是否正常和反馈信号是否稳定。要检验PID参数是否合理, 必须要连续观察系统对给定输入的响应曲线。实际中PID的参数就是通过观察响应曲线来调试的。为得到合适的参数, 可以先设定一些保守的参数, 然后将PID控制器投入运行, 输入一个阶跃信号, 观察系统的响应曲线波形变化。观察系统的积分时间是否过短, 反馈延迟是否过长, 增益是否过大, 上升速度能否满足要求等问题, 再更改参数继续观察。实际编程过程中的多次调试对于PID参数的设定是一个必要的, 同时也相当重要的步骤。

PID实现反作用调节的技巧。在某些控制系统中要求实现PID反作用调节。将PID回路的增益设为负数, 即可实现PID反作用控制。例如夏季空调的控制。在控制空调制冷时, 若反馈温度低于设定温度, 需减少输出控制量, 这就是PID反作用调节。对于增益为0的微分或积分控制, 设定微分或积分时间为负值, 就是反作用回路。

3 结束语

3.1 借助模拟量输入输出模块, 利用PLC中的PID控制指令, 可实现对模拟量的PID控制。该系统构建方便, 编程简单, 所用元件少, 成本低, 且能达到很好的控制效果。因此采用基于PLC的PID控制器是工业生产中闭环系统控制较好的方案。

3.2 而在工业控制中, 使用PLC对模拟量进行PID控制以其高性价比、强抗干扰能力以及便于用户操作等特点在使用计算机 (包括PLC) 的数字控制系统和使用模拟量控制器的模拟控制系统中都得到了广泛的应用。本文介绍了在以PLC为控制器的闭环系统中实现PID功能的技巧, 具有一定的理论价值和实际意义

摘要：西门子S7-200系列PLC是一种可编程序逻辑控制器。强大的指令集、灵活的配置和紧凑的结构使S7-200PLC能够控制各种设备以实现自动化控制的需求。而在工业控制中, 使用PLC对模拟量进行PID控制以其高性价比、强抗干扰能力以及便于用户操作等特点在使用计算机 (包括PLC) 的数字控制系统和使用模拟量控制器的模拟控制系统中都得到了广泛的应用。本文主要分析在以PLC为控制器的闭环系统中实现PID功能的技巧。

关键词：PLC,PID控制器,技巧

参考文献

[1]曾海燕.基于西门子PLC的结构化PID控制器设计与实现[J].制造业自动化, 2010, (11) .

[2]杨津听熊浩丁黎梅.S7-200PLC的PID自整定算法剖析[J].工业控制计算机, 2012, (5) .

西门子S7-200 篇7

随着微电子技术和软件技术的发展, 小型可编程序逻辑控制器 (PLC) 的控制功能越来越丰富, 特别是在工业通信方面, 可以提供从简单的串行通信到复杂的现场总线和工业以太网通信的支持。由于功能丰富、价格低廉, 火电厂、水电厂和变电站广泛采用小型PLC实现各类设备的自动控制, 在某些应用中需将小型PLC内的数据以CDT规约格式传输到地调、省调SCADA系统或变电站综合自动化系统。

本文在深入分析此类应用的基础上, 提出了基于西门子S7-200 PLC实现CDT远动规约的一般方法, 其他种类的PLC可通过借鉴该方法实现对CDT远动规约的支持, 实践证明该方法具有运行稳定、可靠等特点。

1 工程应用分析

a.变压器是变电站的关键设备之一。由于在不同时段变压器的负荷不同, 产生的热量也不同, 因此必须对变压器进行冷却, 使其在负荷高峰时不会过热, 确保运行安全;在负荷较小时可以较少使用甚至关闭冷却系统, 以节约能源[1,2,3]。为了实现上述控制目标, 一般采用小型PLC组成冷却风机控制系统来完成对冷却风机、潜油泵及冷却器的自动控制。为了实时监测变压器冷却系统运行工况, 需将PLC内部的油温、风机投入等信号通信至变电站综合自动化系统。变电站综合自动化系统规约库一般提供对CDT规约的支持, 此应用需在变压器冷却控制系统内实现CDT规约子站功能, 以遥测帧 (A帧) 及遥信帧 (D1帧) 2种数据帧向综合自动化系统发送现场数据。

b.为了实时监控热电厂热网系统重要运行参数, 便于对网内各电厂负荷经济调配, 省调一般要求将热电厂DCS控制系统内的供热抽汽压力、供热抽汽温度、热网供水压力和热网供水温度等重要数据发送到调度中心SCADA系统。可以采用小型PLC编程实现Modbus/CDT协议转换网关来满足上述要求[4,5,6], 将PLC的通信口0设置为Modbus协议模式并与DCS系统通信以采集相关数据, 编程实现CDT规约子站功能, 并将PLC的编程口1设置为CDT规约模式, 将采集到的数据封装为CDT规约A帧及D1帧2种数据帧后发送到厂用电管理系统, 再由厂用电管理系统将数据发送到电厂远动装置并最终发送到省调SCADA系统[7]。

c.按照新建水电厂接入系统审查意见要求, 水电厂应独立设置远动系统, 负责将发电机功率、主变功率、线路功率和线路刀闸状态等参数传送到地调SCADA系统[8]。为了节约资金, 小型水电厂可采用小型PLC实现远动装置及与地调SCADA系统的数据通信。利用PLC的I/O通道采集需发送的各种参数, 编程实现CDT规约子站功能, 将采集到的数据封装为CDT规约A帧及D1帧2种数据帧后利用光端机发送到地调SCADA系统。

分析上述3种应用, 需要解决的问题可归纳为:在PLC内编程实现CDT远动规约并用A帧及D1帧2种数据帧向第三方系统发送指定数据[9]。

2 CDT远动规约实现方案分析

2.1 S7-200 PLC串行通信功能介绍

西门子S7-200 PLC编程口支持RS-485半双工串行通信, 其默认通信协议为西门子专用PPI协议, 该协议可实现逻辑下装、仿真调试和多个S7-200 PLC之间的数据访问等功能。

为了能与第三方设备实现通信, S7-200 PLC编程口允许定义为自由口工作模式, 通信协议可由用户自行定义并通过编程实现。S7-200 PLC编程口为标准9针串口, 其主要针脚含义为:PIN1为信号地;PIN3为RS-485-B (DATA+) ;PIN8为RS-485-A (DATA-) 。

2.2 S7-200 PLC对自定义通信方式的支持

a.自由口工作模式的设置。通过设置PLC通信控制寄存器SMB30和SMB130, PLC编程口可以工作于自由口模式。SMB30、SMB130分别用于设置编程口0、1的工作模式。SMB30各数据位的含义如表1所示[10,11]。

例如, 若使PLC编程口0工作在自由口通信模式, 波特率为9 600 bit/s, 无奇偶校验, 8位数据位, 1位停止位, 根据表1可将SMB30设置为16#09就可满足要求[12]。

b.通信指令及中断功能的选择。为了方便用户编程实现自定义通信协议, S7-200 PLC提供了丰富的通信指令集及通信中断功能。考虑到实现CDT远动规约通信子站功能只需用到XMT字符发送指令, 此处只简单介绍该指令的使用方法。

在自由口模式下, XMT指令一次最多能够发送255字节, 当处理器扫描到该指令时, 将通过编程口把指令中定义的缓冲区数据全部发送出去, 发送的字符个数由缓冲区首字节表示的长度值来确定。

XMT指令缓冲区格式如表2所示。其中, T为数据缓冲区首字符地址。

2.3 CDT远动规约简介

CDT远动规约是基于串行通信的电力通信规约, 它是为满足我国电网调度安全监控系统对远动信息实时性、可靠性的要求而制定的在国产电网调度自动化系统中应用最广泛的一种规约[13], 其协议实现的物理层可以是RS-232/422/485, 其数据帧格式如图1所示。

CDT远动规约数据帧由同步字、控制字和信息字等内容组成, 每字包括6字节数据。控制字和信息字的第6个字节内容为前5个字节数据的CRC校验和。同步字与控制字格式如图2所示。

根据CDT规约要求, 同步字为3组连续的16#EB90序列。控制字的首字节为控制字节, 一般设置为16#71;帧类别表示本数据帧的类型, 如16#61代表A帧, 16#F4代表D1帧, 16#26代表事件顺序记录帧 (E帧) 等;信息字数n表示数据帧中信息字的个数;源站址和目的站址分别表示通信子站和主站的地址, 对于单子站和单主站应用, 一般将二者均设置为16#01;校验码为控制字前5个字节的CRC校验和, 其计算方法将在第3.2节中讨论。

信息字也是由6个字节组成, 第1个字节为功能码, 对于A帧其值为16#61, 对于D1帧其值为16#F4;第2~5个字节为数据, 对于A帧, 每个信息字可以包含2个遥测量, 对于D1帧, 每个信息字可以包含32个遥信量;第6个字节为CRC校验码。A帧和D1帧信息字格式如图3所示。

3 CDT远动规约功能子集的实现

完整的CDT远动规约所实现的功能较多, 根据本文所述应用的实际需要, 可只实现CDT远动规约A帧及D1帧2种数据帧的发送功能, 如需开发其他功能, 在本文程序框架上稍加修改即可。

实现CDT远动规约功能子集的主要步骤如下:

a.在S7-200 PLC首次执行梯形图程序时, 对编程口初始化并将预先计算好的A帧和D1帧同步字及控制字放入数据帧发送缓冲区;

b.程序正常运行后把变量 (遥测量或遥信量) 的实时值进行格式变换、CRC校验计算后放入数据缓冲区信息字对应位置;

c.每隔3 s进行一次数据帧发送, 发送次序为连续发送3次A帧后发送1次D1帧。

实现CDT远动规约功能子集的PLC控制程序主要由通信初始化、CRC校验和数据组帧、发送等子程序构成。

3.1 通信初始化

通信初始化子程序具有2个功能。

a.设置编程口的串行通信参数和工作方式, 包括波特率、数据位数、停止位数、校验类型等。

b.将预先计算好的CDT A帧和D1帧的同步字、控制字分别写入数据发送缓冲区。对于同步字而言, 无论子站发送A帧还是D1帧, 其均为3组连续的16#EB90序列。控制字随数据帧不同而不同, 对于A帧 (以发送40路模拟量数据为例, 共计20个信息字) , 控制字字节序列为16#71、16#61、16#14、16#01、16#01、16#5B, 其中16#5B为A帧控制字CRC校验码;对于D1帧 (以发送64路模拟量数据为例, 共计2个信息字) , 其控制字字节序列为16#71、16#F4、16#02、16#01、16#01、16#9C, 其中16#9C为D1帧的CRC校验码。

3.2 控制字、信息字CRC校验码计算

CDT规约控制字、信息字校验方式采用CRC校验, 限于篇幅, 此处只介绍其在S7-200 PLC中的计算方法[14], CRC校验子程序的工作流程图如图4所示。图中, Data Pointer为子程序的入口参数, 其为指向控制字或信息字首字节 (功能码) 的指针;Frame CRC为子程序的返回值, 其值为通过计算得到的控制字或信息字的CRC校验码。

3.3 数据组帧及发送

数据组帧及发送子程序的主要作用是采用定时方式发送组帧后的A帧或D1帧[15,16], 其工作流程如图5所示。

当发送间隔时间定时器动作后, 子程序将把A帧或D1帧的信息字写入发送数据缓冲区并执行XMT字符发送指令。为了实现发送3次A帧后发送1次D1帧的发送次序, 在主程序中定义了全局变量帧类型标识, 该变量在初始化子程序中初始化为0, 当其值为1时, 发送D1帧, 当其值为2、3、4时, 发送A帧, 3次A帧发送完毕后将其值置为0。

4 结语