西门子模块6ES7231-0HC22-0XA8实体经营

西门子模块6es7231-0hc22-0xa8实体经营

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。

在工业现场可能会遇到这样的情况，分布在不同地方（车间、控制室场所等）的plc之间需要进行远程相互控制，通常是采用rs485总线，通过modbus协议完成此功能。

如果现场布线不方便的话，也可以采用无线方式进行通信。这里以达泰dtd433无线模组和西门子s7_200为例进行说明。

一、两台s7_200 西门子plc之间的远程控制

实现的功能：

plc1的8个开关量输入，i0.0~i0.7与plc2的开关量输出q0.0~q0.7一一对应，也就是说上图中的a1开关按下时，plc1的开关量输入i0.0闭合，plc2的输出继电器触点q0.0导通，l2点亮。

plc2的8个开关量输入，i0.0~i0.7与plc1的开关量输出q0.0~q0.7一一对应，也就是说上图中的a2开关按下时，plc2的开关量输入i0.0闭合，plc1的输出继电器触点q0.0导通，l1点亮。

plc1与plc2之间的通信是通过s7_200cpu22xp的port0通信口的rs485总线连接的，其中采用了modbus协议。

二、西门子plc通信中的modbus协议编程方法

假设把plc1作为主站，plc2作为从站，分别编写主站和从站程序，主要掌握以下要点：

modbus 主站读写程序

modbus rtu主站功能是通过指令库中预先编好的程序功能块实现的，该库只针对port 0口有效；

在程序中插入mbus_ctrl指令，并在每次扫描时执行mbus_ctrl。您可以使用mbus_ctrl指令初始化或更改modbus通讯参数。

modbus rtu主站使用了一些用户中断，在用户程序中不能禁止中断；

读取从站数据在程序中插入mbus_msg指令，注意从站地址设置用一致；

该例程访问的为一个从站，若访问不同的从站，可通过改变从站地址来实现。

modbus 从站读写程序

在个循环周期内插入mbus_init指令初始化modbus从站协议：

mode:      模式选择，启动/停止modbus，1=启动；0=停止

address:     从站地址，modbus从站地址，取值1~247

baud:      波特率，可选1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200

parity:      奇偶校验，0=无校验；1=奇校验；2=偶校验

delay:       延时，附加字符间延时，缺省值为0

done:       初始化完成标志，成功初始化后置1

error:        初始化错误代码

在本例子中，设置从站地址为8，port0 通讯波特率为9600bps，无校验；

本例子中modbus rtu从站指令使用的库存储为vb2000---vb2779，这段寄存器地址不能再被程序中的任何指令使用，包括mbus_init和mbus_slave 指令在内。

mbus_slave指令被用于为modbus主设备发出的请求服务，并且必须在每次扫描时执行，以便允许该指令检查和回答modbus请求。在每次扫描且en输入开启时执行该指令。

三、无线modbus通信的实现方法

   以上说明了采用有线rs485总线实现多台plc之间的远程控制方法，有时由于现场条件的限制，重新布设通信线路很不方便，例如山上与山下，或者横跨马路的情况，尤其对于工程改造项目二次布线几乎是甲方无法接受的。在这种情况下，可以采用dtd433无线通信模组代替通信电缆，实现起来非常方便，不需要编程。

无线通信模组采用中心频率为433mhz开放的ism频段，内部使用全数字rf通信芯片与单片机组成无线数传系统，外部通信接口与rs485总线完全一致，为了使用方便，通信实现所发即所得，也就是说数据通信是完全的透明方式，这样的话，用两个dtd433模组能够直接代替有线的rs485通信导线。需要注意的是：

plc的modbus通信速率要与无线数传模组的波特率设置一致，例如通信参数可以设置为9600bps，8位数据，无效验位。

s7_200的rs485+连接dtd433的rs485_b；

s7_200的rs485-连接dtd433的rs485_a；

无线数传模组的供电电源为直流24v，与plc可以共用电源；

无线通讯距离在200米左右选用dtd433a模组；

无线通讯距离在1000米左右选用dtd433b模组；

无线通讯距离在3000米左右选用dtd433c模组；

保证通信距离，提高通信质量要选择高增益的吸盘天线，天线安放高度离地面越高效果越好。

四、plc与dtd433无线模组通讯成功的案例

西门子plc与dtd433c-s4  9600bps，8，n，1，rs485口        

海为plc与dtd433c-s4  9600bps，8，n，2，rs485口        

台达plc与dtd433a_s4  9600bps，7，e，1，rs485口