6ES7214-2AS23-0XB8详解说明

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微机联锁系统中，一般是将联锁置于上位机中，这样安全性、可靠性得不到保障。文中用西门子 s7-400hplc完成联锁功能，构成profibus-dp/mpi分布式网络系统，这样整个联锁系统安全可靠。通过介绍dp/mpi网的概念和实现，结合唐山钢铁公司焦化站联锁实例，着重阐明用plc实现dp/mpi网络，以解决该联锁系统中分布式输入输出等。经现场调试、安装，整个网络运行良好，安全可靠地实现和完成车站信号联锁系统的联锁功能，应用前景很好。
　　车站联锁系统是铁路信号系统中的一个重要组成部分，它的主要任务是控制车站中的信号机和道岔，并且对信号灯状态进行处理和对进路进行选择等。随着铁路信号系统的信息化发展，微机联锁系统必然取代旧式的电气联锁系统。
　　就国内外现状来看，大多采用上、下位机的办法来实现对车站信号的控制;有些微机联锁系统中，下位机主要实现数据的采集、命令发送、数据输出等，而把主要的联锁功能置于上位机，这样一来，上位机负担太重，一旦上位机产生故障，不能保证系统的安全性、可靠性。如果能够将联锁功能块置于下位机，而且下位机安全性、可靠性比较高，那么整个系统的安全性、可靠性就能够得到有效保证。
　　在以前的微机联锁系统中，用工业控制机作为下位机，实现联锁功能，但不能保证系统冗余，这样就不能保证整个系统的安全性、可靠性。因此，就要不断更新和研究，寻求更完善的、更可靠的硬件、软件环境，以提高系统性能和安全系数。用西门子plc完成联锁功能，构成profibus-dp/mpi分布式网络系统，这样整个联锁系统安全可靠。
　　profibus现场总线技术是随全数字信号系统的发展而产生的，是由德国组织开发的工业现场总线协议标准——profibus现场总线标准（din19254）。
　　profibus是近年来国际上为流行的现场总线，也是目前数据传输率快的一种现场总线（传输率可达12m波特），因此在很多领域内广泛应用。它是不依赖于生产厂家的、开放式的现场总线，各种各样的自动化设备均可通过同样的接口交换信息。
　　profibus-dp（distributedi/os-分布系统）是一种经过优化的模块，有比较高的数据传输率，适用于系统和外部设备之间的通信，远程i/o系统尤为适合。它允许高速度周期性的小批量数据通信，适用于对时间要求比较高的自动化场合。
　　笔者将以s7-400hplc为例，结合其在铁路信号中的应用，探讨实现profibus-dp/mpi网络系统原理和方法。

profibus-dp/mpi网的性质和特点
　　profibus-dp适用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。除周期性用户数据传输外，profibus-dp还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理等。
dp网的协议结构
　　profibus定义了各种数据设备连接的串行现场总线的技术和功能特性，这些数据设备可以从底层（如传感器、执行器层）到中间层（如车间层）广泛分布。
　　profibus连接的系统由主站和从站组成。主站一般要复杂些;从站为简单的外围设备，典型的从站为传感器、执行器及变送器，它们没有总线控制权，仅对接收到的信息给予回答，或者主站发出请求时回送给主站相应信息。因此，从站只需要协议的一小部分，实现起来非常方便。
　　profibus协议结构是根据iso7498，以开放式系统互联网络（open systeminterconnection，osi）作为参考模型，该模型共有7层，profibus-dp定义了其中的、二层和用户接口。第3到7层未加描述。
　　图1为iso/osi参考模型与profibus体系结构比较。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同profibus-dp设备的设备行为。物理层采用eiars-485双绞线或光纤，连接器采用rs-485标准的9针d型插座。数据链路层提供了介质存取控制功能、数据的完整性检查以及传输执行的协议，在profibus中称第2层为现场总线数据链路（fdl）（包括介质访问存取控制（mac）子层、现场总线链路控制（flc）子层、现场总线管理（fma1/2）子层），采用混合介质存取协议，对应于din（e）19245，支持单主或多主系统，主或从设备，大站数为126。它包括主站之间的数据传输的令牌环方式和从站之间的主-从方式。profibus第7层包括底层接口（lli）、现场总线信息规范（fms）和现场总线管理（fma7）。

图1　iso/osi参考模型与profibus体系结构比较

　　图2为profibus-dp数据传输示意图，即主站发送请求，访问dp从站，其中包括帧格式;从站收到请求信息后，立即响应主站，并回送响应帧。

图2　profibus-dp用户数据传输

dp网的性质及特点
　　profibus—dp采用主从方式和低层的令牌环传递相结合的形式进行通道分配，整个网络可以将总线系统分割成线段，分步建立，段间用中继器连接，每个段可以有32个网络站，整个网络可以达到126个网站。由于大传输速率可达12mbps，以及其第2层采用srd（发送并要求回送）功能，使得输入、输出数据可以在一个周期内完成，所以传输速度提高了，可尽可能地减少总线周期。而在单主站系统中只有一个主站，这种组态提供了短的总线周期。profibus-dp开放性好，开展性强，灵活性高。
　　用s7-400hplc构成dp网，由于simatics7v5.2提供有效的系统主持，可实现软件参数化i/o、多功能自诊断，功能模块更易于连接。在s7-400h系统中，cpu之间的同步，由同步模块通过同步光纤连接，在软件和硬件方面都可以实现cpu同步。采用step7编程软件进行现场集中控制编程，诊断测试就象采用集中处理单元的集中编程接口时一样。在编程过程中，不需考虑硬件配置，由编程软件实现网络系统组态。
mpi网的性质和特点
　　cpu中用于连接象编程器这样的设备的接口叫多点接口（mpi），这是因为通过这个接口，两个或两个以上的设备可以从两个或两个以上的节点与cpu通讯。也就是说，带有mpi的cpu已经具有连网能力。mpi网络的结构与profibus-dp网络是相同的，就是说，两种网络遵循的规则和使用部件是相同的。
s7-400hplc实现的dp/mpi网络系统
　　下面是一个按照上述原理用s7-400hplc构成的多主站dp/mpi网络的实例。
　　系统结构
　　整个网络系统为一个车站信号的控制，如图3所示。该网络为由两台s7-414hplc和et200m组成的分布式结构。plc通过cp5611卡与上位机通信。其中一台plc为主站，另一台为热备。
　　et200m选用西门子im153-2。im153-2的作用是连接i/o模板，提供profibus-dp连接;输入模块选用sm321di32×dc24v，共需要18个模块，主模块9个，备用9个。输出模块用sm322do32×24v，共用8个，主模块4个，备用4个。输入、输出模块都是通过dp连接。3台上位机，都是通过cp5611与plc的cpu相连。两个cpu之间通过同步光纤连接。

用户界面
　　每台plc都通过cpu模块上的mpi集中编程接口和配置有mpi接口的pc机相连。我们采用西门子的cp5611与plc的cpu相连。pc机中配置simaticstep7v5.2编程软件。
　　由于是冗余系统，还需要安装西门子的冗余软件，才能做到plc的两个cpu之间同步。3台上位机中，其中两台是操作员用的监控机，另一台为维修机。在整个系统中，上位机之间可以互相通讯，也可以与plc之间通讯。每台pc机都要安装cp5611驱动软件，才能完成功能。
　　程序结构
　　系统组态及参数设置
　　由simaticstep7v5.2编程软件，进入硬件组态状态，对各台plc进行网络参数设置。首先，建立pro2ject，如取名为c：\swjtu，在该文件下选择网络subnet为profibus，站名为simatic414hstation，然后进行硬件组态。其次是建立各站在网络的地址。后组态3个pg/pc站，在选项窗口中选中cp5611，并分配地址，主编程站地址为0，其余两个只要地址不相同即可。
　　程序结构
　　西门子simatics7-400hplc的编程器step7可运行在pc机的bbbbbbs环境下，界面友好，提供了梯形图、语句表和块图3种形式的编程、调试、诊断等功能。本实例采用模块化程序结构，程序由几大功能块组成，每个功能块完成一系列的控制逻辑，放置在组织块ob1中的指令决定控制程序的各功能块的执行。本例zhonggong能块fc1是微机联锁命令处理程序，fc2是进路处理程序，fc3，fc4是微机联锁状态处理程序，fc5是常量定义，fc6是信号输出处理，fc7是道岔输出处理，fc8是信号采集。程序结构框图如图4所示。功能块为多层次调用，fc1在调用其他功能块，比如fc1调用fc9，fc9调用fc10，fc10调用fc11、fc12、fc13、fc14等。在step7中，允许功能块调用多为16层。

　　图3为应用于唐山钢铁集团公司焦化厂火车站的微机联锁系统的profibus-dp/mpi网络原理框图。3台监控机为监控层，plc为联锁层，i/o为控制层。车站联锁系统主要由联锁以及信号、道岔、区段和进路的动作建立。本例中，以车站微机联锁的控制过程说明profibus-dp网络的实践应用。
 

图3　网络系统结构图

　　进路控制过程包括进路建立、进路解锁。进路建立包括进路选择、道岔控制、进路锁闭、信号控制，进路解锁就是对已建立的进路、道岔进行的进路锁闭，进路解锁包括取消进路、人工解锁、正常解锁、中途折返解锁、故障解锁。
 

图4　程序结构框图

　　在组织块ob1中，先调用fc1对联锁命令进行处理，其中包括进路处理、道岔处理、信号处理，调用fc2对进路进行处理，调用功能块fc1、fc2对联锁状态进行处理，再调用功能块fc6、fc7、fc8对数据进行输入输出处理。以功能块fc1命令处理程序为例，说明其功能调用过程。功能块fc1先调用 fc10进行进路选择，然后调用fc11、fc12、fc13等，对其他命令进行处理。
结论
　　从实际应用来看，整个网络运行良好，网络结构简单，技术性能稳定。实践证明，profibus-dp网构成的灵活实用分布式网络在铁路系统有良好的应用前景。

了解logo!

1999年我在电子与自动化杂志上见到logo！产品的宣传图片，这也是我使用西门子自动化的个产品，当时西门子产品在国内小型机电产品的应用还不是很广泛，了解到某工厂生产化工容器罐的设备--2台高频电阻缝焊机多次程序错乱故障，在维修发现是设备产生的高频谐波干扰引起的电路故障，都是专用的程序板卡，如果更换备件采购周期很长，2000年我使用logo!改进设备。

后来喜欢上了西门子的产品逐渐接触到s7-200、300、400、到现在的新产品s7-1200。我成为西门子自动化产品的粉丝，关注每一款新产品的发布都，并积极大胆的参加新产品推荐和应用。

选择logo!

10年前，在包装行业中生产使用的国产自动/半自动多采用ttl/coms数字集成电路板控制。它的功能可以区分为程序板，驱动板，触发板及保护板和电源板组成。各模板之间使用专用插座相连接，电路连线较多，通用性和灵活性比较差，同时也给维修带来了一定的困难，当采用siemenslogo！模块后，电路连接简单，抗干扰能力强，对设备的后续改造和维修非常容易。

应用logo!

（1）应用简述

logo！模块是西门子公司的入门级产品，它的可靠性高，能适应强电磁干扰的场合，具有通讯功能可以在现场编程。通过航空工业总公司安中机械厂的fn10型半自动电阻缝焊机为例加以介绍，由于电阻缝焊机的工作电流较大（脉冲电流在6300a左右）并采用了功率晶体管和大电流可控硅器件。所以它工作时设备内会产生较强的电磁干扰。改进方法是：程序控制部分用西门子公司的logo！24rclb11总线型模块替代原有控制部件。

上述方案已在某包装产品制造公司的技术革新中使用，并且实际运行了一年，从未出现过问题，完全可以改造现有的各种电阻缝焊机，实现低成本的设备升级，取得了明显的经济效益。

（2）工艺流程介绍

它的工作流如图书1所示。当电阻缝焊机开机进入准备工作状态时，上电极抬起，传动系处于制动状戊，夹紧机构松开，当被圈圆的罐体送到位或者踩下脚踏开关时，夹具夹紧罐体，并驱动换向阀使上电极压下，进入焊接程序--离合传动--前段小电流--中段大电流--后段小电流焊接—完成后复位为下个工件准备。五个过程。

（3）系统硬件配置

该部分主要对整个应用中围绕logo! 的产品硬件设计作详细的说明。

（4）软件开发

对应用中的数字量模拟量i/o分配以表格的形式进行说明，具体符号表见表格1。

表格1

（5）使用logo! 的体会

logo！模块采用简单的逻辑图编程，所谓“编程”就是输入线路。实际上程序只是由不同方式表达的方框图组成，对于一般技术人员无须学习就能应用自如。对刚接触自动化的人员是一种良好的设计工具。

图2电阻缝焊机产品图片

图3电阻缝焊机程序图

一、实验设备

yx-80系列plc实训装置;

个人计算机(bbbbbb ),

pc/ppi编程线缆、step7micro/win32编程环境;

连接导线一套。

邮件分拣机实验板，如图1所示;

注:邮件分拣机实验板的输入端子为一特殊设计的端子，其原画图如图2所示，它的功能是:当输出端ms为on时，s1自动产生脉冲信号模拟测量电动机转速光码盘信号。

二、实验内容

①控制要求:启动后绿灯l2亮表示可以进邮件，s2为on表示检测到了邮件，拨码器(i0.0-i0.3)模拟邮件的邮码，从拨码器读到邮码的正常值为1,2, 3, 4, 5,若非此5个数，则红灯l1闪烁，表示出错，电动机ms停止。重新启动后，能重新运行，若此5个数中的任一个，则红灯l1亮，表示系统正在分拣。电动机m5运行，将邮件分拣至箱内完成l1灭，l2亮，表示可继续分拣邮件。

②io口分配

③编辑调试并运行程序

三、编程练习

根据下述两种控制要求，编制多个邮件分拣控制程序，调试并运行程序。

①开机绿灯亮，电动机m5运行，当检测到邮件的邮码不是(1, 2,  3, 4, 5)任何一个时，则红灯l1闪烁，m5停止，重新启动。

可同时分拣到多个邮件。邮件一件接一件地被检到它的到来和它的邮码，机器将每个邮件分拣到其对应的信箱中。例如，在n2时刻，s2检测到邮码为2的邮件时，如果高速计数器的计数值为m2，则m2在(m2+n2)时刻动作，若高速计数器的计数值为m3，当在n3时刻检测到一个邮码为3的邮件时，m3在(m3+n3)时刻动作。

②开机绿灯亮，电动机m5运行，当检测到邮件的邮码不是(1, 2,  3, 4, 5)中的任何一个时，则红灯l1闪烁，ms停止运行，当检测到邮件欠资或未贴邮票时则蜂鸣器发生响声，m5停止。按动启动按钮，表示故障清除，重新运行。

可同时分拣多个邮件，其它要求同上。