西门子模块6ES7231-7PD22-0XA8规格说明

西门子模块6es7231-7pd22-0xa8规格说明

 s7-300plc的模式选择开关（如图）共分4档：run-p（运行编程），run（运行），stop（停止）和mres（内存复位）4档。

1、run（运行）

打到此档，“run”绿色发光二极管点亮，plc运行程序。此时仅能监控plc中的程序，不能修改和下载程序。

2、stop（停止）

拨到此档，“stop”发光红色二极管点亮，plc停止程序的运行，可以下载和修改程序。另外，如果在处理一个s7程序时cpu进入了stop 状态，或者当您下载程序后无法将cpu 切换为run状态，您可以从诊断缓冲区的事件列表中判断出（评估诊断缓冲区），此时，cpu必须打到stop状态。

现故障的原因。

3、mres（内存复位）

此档为非保持档位，释放后会重新回到stop档。当模式开关拨到“mres”档并保持3秒钟以上时，红色的“stop”发光二极管开始慢闪；此时释放开关（回到“stop”档），并在3秒内把开关又拨到“mres”档（保持），当“stop”红色发光二极管快闪时就说明plc内存已经复位了。

内存复位的操作过程如下：

4、run-p（运行编程）

        打到此档，红色的“stop”二极管熄灭，绿色的“run”二极管点亮。如果红色的“stop”二极管仍然处于发光状态，说明有错误出现，需要根据“诊断缓冲区”检查程序改正错误后才能下载。

???在“run-p”档位下，可以下载程序，也可以监控测试程序（如在变量表vat中修改变量的值），只不过其下载的块会立即被执行。

在下载程序时，应注意以下事项：

★下载程序时，只能在“stop”或run-p“档位”，在“run-p”下载的块会被立即执行；

★为了对错误做出快速准确的响应，可以分别下载程序块，这样在发生错误时就会清楚的知道是哪个块发生了错误，从而有针对性的解决问题；

★在下载程序时，应按一下的顺序下载程序，即：先下载子程序块，然后是更高一级的程序块。否则，plc会进入“stop”模式。为了避免这种情况发生，可以将整个程序一起下载到plc中。

1 引言
控制系统的控制对象较为简单—本文以上海新奥托实业有限公司生产的一个车辆运行模拟控制系统为对象，已经实现了一般i/o模块的plc控制。为有效利用资源，在此，考虑将高密度i/o单元引入到系统中来。系统模型虽然十分简单，但是在改造过程中还是应该基于系统的硬件组成及其工作原理进行必要的可行性分析，实验，然后才能给出合理的改造方案。

2  硬件组成
(1) 控制对象
控制对象即本实验装置是由上海新奥托实业有限公司生产的一个车辆运行模拟控制系统，它由6个手动/自动道叉、1-2台火车模型、2个站台、2对红/绿信号灯以及3段供电的轨道和沿途共设置的22个红外信号检测元件所组成。其中，供电轨道存在供电电压和供电电压方向两个控制因素。其模型示意图如图1所示。

图1      车辆运行控制系统模型图

其中，火车模型的运行是靠两段轨道的上输出的直流电压来供电，且运行的方向和速度则是通过对输出电压的方向和大小进行无极调节和控制来实现的--这就说明了理论上在同一段轨道上，两辆火车的运行速度及其方向是完全一样的，系统中同时有两辆火车运行时，不存在碰撞或者追尾的问题。22个红外信号检测元件主要是对火车的位置实时监控，作为系统的控制信号输入到控制器上。在两个站台的出/入口和内侧轨道的一端共设有6个手动/自动叉道，通过给定的脉冲信号来选择轨道,但是要注意脉冲宽度不能太大,否则，就会损坏叉道。这样，就可以对系统的信号进行一个初步的统计:
?输入信号: 22个光电检测信号;
?输出信号: 23个数字量;
    3对模拟量。
(2) 原有控制系统
基于以上的分析，我们设定在本实验系统中要实现如下基本功能:
? 站前鸣笛，以提醒工作人员接站;进站时速度减慢，直至停下。出站时也要鸣笛。
?一次只能有一辆火车停在站台，若已有火车停下，其他要进站火车只能在站外等候进站;否则须绕道(外围轨道)而行，以免发生撞车事故。
?红/绿灯作为火车能否出站的标记:绿灯即通行，红灯不通行。
为了实现上述功能，并基于上述对系统控制信号的统计，在原有控制系统中我们用了相应的i/o模块:2个id212模块，1个oc224和1个oc225模块和1个da004模块。

3  系统改造
原有系统已经实现了对系统的控制。但是在以上的分析中我们可以发现系统中控制信号多为数字量，而且点数相对较多，为了充分利用实验室资源，决定将高密度i/o单元引入到系统中来，对原有系统进行改造。我们采用的高密度单元都为32点，这样原有系统的两个输入、输出模块都可以分别采用一个。具体改造如下:
(1) 输入模块改造
系统共有22点数字量输入，在此，只要采用1个32点的高密度单元就可以了。结合实验室现有状况，我们选用1个id215模块来代替原有系统的两个id212模块。在原系统中，id212的com端接地，在此，由于id215是双向晶体管输入，即它的com为接地或者5～24vdc均可，所以，在改造过程中不存在电路转换的问题，改造方案是可行的----将原信号线直接接到新的高密度模块上来即可。
(2) 输出模块改造
系统的输出点数也较多，共23点。我们决定采用od215来代替原有的od225和od224，这里，od215用作32点静态输出用的晶体管输出单元，其电路配置如图2所示。

图2     高密度模块od215的电路配置

由以上的电路配置图可以知道，od215和id215不同，它的com端只能接地，但是在原系统中，由其硬件电路决定了oc224以及oc225的com端必须接2～24vdc，所以，这里就不能直接换接了。同时，由od215模块的性能可知，其大开关能力为5vdc＋10%35ma(280ma/公共端，1.12a/单元，输出电阻4.7kΩ)，在改造过程中还是要考虑到模块的大负荷能力，以免烧坏模块。系统中共有23点数字量输出:12个叉道控制信号;6个方向控制信号;1个蜂鸣器外加4个红/绿灯信号(其中前19个信号都是继电器输出)。
?红/绿灯电路改造
在对红/绿灯电路进行改造之前，首先要得出电路的工作原理。实验表明，系统的红/绿灯电路本身存在一个门槛电压的问题，也就是说只有达到一定的电压值时，红/绿灯才会发光。同时结合模块性能，对原有电路进行改造是可行的。
首先考虑到要在原有系统中增加一个上拉电阻r1，这样就可以解决od215和oc224以及oc225的com端的矛盾了，整个系统处于“负逻辑”的控制状态，这里所接的上拉电阻的阻值要尽可能的大(一般在1k~5k之间)。这样在此路信号为高电平的时候，模块中单路电流才会很小，控制在35ma之内不会超过模块的限流电流值;同时还要考虑到红/绿灯电路的门槛电压的问题。多次实验表明:在上拉电阻r1小到将近500Ω的时候，才能保证红/绿灯电路的正常工作;同时在模块的输出侧增加一个电阻模块r2分流以避免模块中单路电流过大，从而保护了模块。这样一来，改造后的系统便可保证原有系统既正常又安全的工作。系统的改造电路如图3所示。图3中:r1=500Ω，r2=170Ω，模块输出为高电平时，红/绿灯电压约为3v，没有超过其门槛电压，不导通;输出为低电平时，红/绿灯电压约为7v，正常工作。
?继电器电路改造

图3      红/绿灯电路部分改造

对系统中继电器电路部分的改造相对简单多了。和红/绿灯电路改造步骤一样，首先直接在电路中串连一个电阻，在1k~5k之间。实验结果表明:只要在每路输出电路中串连一个1.2kΩ的上拉电阻，这样在此路信号为高电平的时候，模块中单路电流才会很小，控制在24ma之内不会超过模块的限流电流值，即可保证原系统此类继电器输出部分即正常又安全的工作。其改造电路如图4所示。

图4     继电器电路部分改造

至此基本完成了对原有控制系统的高密度i/o单元的改造，在红/绿灯的改造过程中我们可以发现模块的单路电流都接近其单路电流的限流值，考虑到模块的安全性、使用寿命以及优化控制系统的思想，在接线过程中就将4路红/绿灯信号分散到了模块的不同的公共端。

4 系统软件改造
对系统的硬件改造在实质上并没有改变原有系统软件的控制思想，所不同的是，系统的硬件改造中所引用的高密度i/o单元都是特殊功能模块，输入输出点的地址表示有所不同，在改造过程中需要将原有地址和现有地址一一对应进行改造;同时，还需要注意的是od215是采用负逻辑的方式输出的，在原有plc程序中需要对其作出相应的调整。在原有由组态王开发的系统实时监控画面也需要修改原有程序中的某些地址以满足对现有系统的实施监控的目的。

5  结束语
在确定了对系统进行改造的方案以后，通过一段时间的硬件连接、软件改造以及调试，系统已经能够达到如期的控制效果，并能安全有效地实现控制任务。同时有效利用了实验室现有资源，说明了在某些系统中引入高密度控制单元的可行性并体现了控制系统的控制水平。

目前，实现对机动车排放污染进行有效控制已成为我国环境保护一项刻不容缓的任务，需要在生产中对汽车尾气污染物进行检测。本文就一种符合eu-2标准，基于嵌入式bbbbbbsce操作系统和组态王6.0组态软件的集工况模拟、样气采集、样气分析于一体的汽车尾气污染物智能检测系统进行介绍。

   一、系统综述

   整个系统由中央控制单元、底盘测功机、尾气取样单元、分析仪器单元以及相关辅助设备组成。首先底盘测功机模拟汽车的工况，然后尾气取样系统对样气进行jingque的定量采集，后由分析仪器单元对样气中的污染物浓度加以定量检测，中央控制单元实现对整个系统的自动控制。其中中央控制单元采用嵌入式系统作为核心控制单元，系统操作站为运行bbbbbbsce嵌入式操作系统和组态王6.0嵌入版组态软件的工控机，负责发布命令给作为现场控制及命令执行元件的plc。同时工控机与远程上位pc之间采用tcp／ip协议进行通讯。

    精简的bbbbbbsce嵌入式操作系统使运行于该操作系统上的嵌入版组态王6.0组态软件的执行效率很高，完全可以满足设备现场运行的需要。

    1. 工作原理

 系统总体示意图如图1所示。打开引擎的汽车在底盘测功机上模拟各种行驶工况，其尾气排放的污染物在鼓风机作用下经环境空气滤清器后进入尾气取样系统采样器，进行定容稀释取样（cvs）。分析仪器分别从背景气袋中、稀释排气气袋取样气进行分析，测量得出污染物的体积浓度。汽车尾气中污染物的排放值由以下公式进行计算：

    mi=1/s*v*di*ci/106 （i for hc、nox、co）

    式中：mi一排出的污染物的质量；s一行使距离；v一温度为273k，大气压力为101.33kpa的基准条件下稀释排气总容积，单位：m3；di—各种污染物在温度273k，大气压力101.33kpa时的密度；dco=1.25kg／m3；dhc=0.619kg／m3；dno2=2.05kg／m3（排气中nox的浓度用no2当量表示）；ci —稀释排气中污染物的容积浓度，10-6。
   
    2. 控制系统的工作过程

   工控机通过cvs系统和分析单元的传感器获取测量数据，通过数据采集模块转换为符合rs-485规范的数字信号，传送给触摸屏，触摸屏将测量数据通过tcp／ip协议传送给pc机（上位机），完成数据处理工作。同时，触摸屏根据采集信号的数值判断目前的工作状态，将控制指令发送给分析单元和cvs系统的plc。分析单元的plc主要完成对分析仪器进行一系列气路切换、量程转换的操作，cvs系统plc主要对cvs进行流程控制，实现自动清洗、采样等一系列功能。控制指令经plc处理后，转换为直接的继电器开闭信号，实现打开和关闭cvs系统电磁阀、取样泵的任务。另外，配电箱还为风机提供了380v动力电的开关，可手动控制风机的启动与停止。控制系统结构框图如图2所示。

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二、系统硬件组成

    为了确保系统的准确性和可靠性，本文选用了工控领域中稳定可靠的bbbbbbsce嵌入式操作系统作为工控机的控制核心。数据采集模块、plc、继电器等元件性能稳定，采集和控制精度高，响应速度快。

    1. 工控机

    作为操作站的工控机基于嵌入式操作系统bbbbbbsce和嵌入式组态软件组态王6.0（128点）开发的客户端应用程序。bbbbbbsce嵌入式系统的优越性在于其设备管理简单高效，支持不同类别的设备，支持即插即用的管理模式和设备节能控制；处理系统的输入输出具有实时响应能力。

   组态王嵌入版6.0提供了基于嵌入式操作系统的开发平台，由于组态王嵌入版6．0的稳定性较高，占用系统资源较小，组态软件本身提供大量通用设备的驱动程序，开发周期短，故选用组态王嵌入版6.0作为开发工具。

   硬件选用的是advantech-研华tpc064触摸屏（嵌入式一体化工控机），其主要系统参数如下：

   液晶显示器尺寸：5.7"tft；cpu主频：arm9266mhz；内存：64m；cf卡：64m。
   
   触摸屏对外数据传输接口主要有四个rs232接口、两个rs485接口、一个usb接口，1个10／100m网络接口。
   
   采用工控机的方式，可多串口输入，处理速度快、效率高，而且触摸屏有良好的人机对话界面，操作简便、直观，满足了检测设备实时操作和实时显示的功能。

  2. plc
   
    本文选用simatics7-200系列plc，主模块与工控机通过rs-232串口通讯，用step7-microwin实现软件编程。plc作为一种专门用于工业生产过程控制的现场设备，具有可靠性高、适应性强、通讯和编程方便、结构模块化的特点。
   
   plc执行操作站发出的指令并进行报警处理等简单的运算。整个系统中plc控制的硬件开关量共有24个，其中分析仪器单元有5个三通电磁阀和一个取样泵，cvs单元有7个两通电磁阀、8个三通电磁阀和三个泵。

    3. 传感器与数据采集模块
   
   系统中分析仪器单元测量浓度值经后面板的输出端子以模拟量输出，cvs单元的流量计量单元测量数据由传感器以模拟量输出，具体的传感器包括：

标准长径喷嘴流量计：byw-s-80，4 m3／min～8 m3／min，喷管直径80mm，用于主流道恒定流量测量；

数字压力变送器：byd-8，标准长径喷嘴流量计前端压力测量，输出信号4 ma～20ma dc，24v；

电容式压差变送器：1151dp3e22m183，标准长径喷嘴流量计前端、后端压力差测量，输出信号4-20madc，24v；

防爆型数字温度变送器：bwd-8，标准长径喷嘴流量计后端温度测量，输出信号4 ma ～20madc，24v，量程0～50℃；

压力变送器：cs20fuciiierc3lm（3）a，用于控制样气取样袋压力并保护之，输出信号4 ma～20ma dc，供电范围15 v ～28vdc。

数据采集模块：研华16通道a／d pcl-818数据采集卡。

    4. 通讯模块
   
   系统通讯方式分为两种：串口通讯和tcp／ip协议通讯。plc和数据采集模块与工控机之间为串口通讯；工控机与pc机之间采用tcp／ip协议进行通讯。硬件参数如下：工控机网卡：1个10／100m网络接口；pc机网卡-tp-bbbb，100m。
   
   三、系统软件设计
   
   本嵌入式控制系统的编程分为两部分，一是plc软件编程，实现对工作单元的现场控制；二是操作站触摸屏的编程，触摸屏根据传感器获取的测量数据判断目前的工作状态，然后将控制指令发送给各单元的plc，同时生成交互式的人机对话界面。
   
    1. plc编程
   
    （1） 控制流程描述
   
   分析仪器单元的plc负责气路和量程切换的操作，cvs单元的plc主要对cvs系统进行流程控制，实现自动清洗、自动采样等一系列功能控制。以cvs系统为例，plc首先控制cvs单元排气过程，将气囊中的废气排空；然后控制清洗过程，进行管路清洗；后控制自动采样，将背景气体和稀释气体分别抽到两个气囊，为分析仪器的气体分析做好准备。上述过程主要包含对泵、阀开关和定时延时的控制。控制过程如图3所示。