西门子6ES7223-1BL22-0XA8产品信息
西门子S7-200的自由口通信需要通过编程设置串口的工作模式，安排发送和接受指令的触发顺序，还要设定接收的起始和结束条件。对于刚刚开始使用s7-200的工程师来说，的确有很多细微处易犯错误。一般碰到客户抱怨通信不上的问题，就要逐一帮客户确认编程配置是否正确。麻烦，逐条查下去，总能查到错误所在并解决问题。有一次客户遇到的问题颇出人意料，还真耗费了一些时间。
客户反应在编写了自由口通信程序之后，PLC可以发送数据给通信伙伴，却收不到任何伙伴方发出的数据。能发送数据给对方，说明通信端口设置没有问题。极有可能是端口被其他通信指令占用导致无法进入接收状态。比如说用常开点调用XMT，或者没有对接收的故障状态进行判断并终止接收，从而导致后续的XMT和RCV都无法被正确执行。客户表示他的程序并不存在这种情况。为了测试问题所在，客户下载了一个仅包含条件触发RCV的程序下去，还是接收不到数据。监控程序RCV指令已被正常执行。
那么是不是接收的起始条件设置不当？客户使用的是起始字符，这并无不妥。并且改成空闲线检测之后，问题依然存在。难道是对方发送的信号有问题？用串口调试软件来测试，是可以接收到的。眼见这几个常见错误都没能cover住这个问题，我只好从头一步步地跟客户确认。还是没能发现任何破绽。郁闷之下，只好让客户把程序发过来看看。
次检查程序的时候还真没注意到问题出在哪里。等到看出来了才觉得啼笑皆非：
不知道大家看出来没有？客户在设定完空闲线时间SMW90和消息定时器溢出值SMW92后，惯性地将接受地大字符数SMB94也写成了传送字SMW94。而西门子PLC的高低字节是逆序的，也就是说SMB94为高有效字节，SMB95为低有效字节。见手册中的如下说明：
PLC常见的输入设备有按钮、行程开关、接近开关、转换开关、拨码器、各种传感器等，输出设备有继电器、接触器、电磁阀等。正确地连接输入和输出电路，是保证PLC安全可靠工作的前提。
一、 PLC与主令电器类设备的连接
如图1所示是与按钮、行程开关、转换开关等主令电器类输入设备的接线示意图。图中的PLC为直流汇点式输入，即所有输入点共用一个公共端COM，COM端内带有DC24V电源。若是分组式输入，也可参照图1的方法进行分组连接。
图1 PLC与两位七段LED的连接
2. 旋转编码器是一种光电式旋转测量装置，它将被测的角位移直接转换成数字信号（高速脉冲信号）。因些可将旋转编码器的输出脉冲信号直接输入给PLC，利用 PLC的高速计数器对其脉冲信号进行计数，以获得测量结果。不同型号的旋转编码器，其输出脉冲的相数也不同，有的旋转编码器输出A、B、Z三相脉冲，有的只有A、B相两相，简单的只有A相。
如图2所示是输出两相脉冲的旋转编码器与FX系列PLC的连接示意图。编码器有4条引线，其中2条是脉冲输出线，1条是COM端线，1条是电源线。编码器的电源可以是外接电源，也可直接使用PLC的DC24V电源。电源“-”端要与编码器的COM端连接，“+ ”与编码器的电源端连接。编码器的COM端与PLC输入COM端连接，A、B两相脉冲输出线直接与PLC的输入端连接，连接时要注意PLC输入的响应时间。有的旋转编码器还有一条屏蔽线，使用时要将屏蔽线接地。
图2 旋转编码器与PLCr连接
3. 传感器的种类很多，其输出方式也各不相同。当采用接近开关、光电开关等两线式传感器时，由于传感器的漏电流较大，可能出现错误的输入信号而导致PLC的误动作，此时可在PLC输入端并联旁路电阻R，如图3所示。当漏电流不足lmA时可以不考虑其影响。
图3 PLC与两线式传感器的连接
旁路电阻的计算公式如下：
式中：I为传感器的漏电流（mA），UOFF为PLC输入电压低电平的上限值（V），RC为PLC的输入阻抗（KΩ），RC的值根据输入点不同有差异。
4. 如果PLC控制系统中的某些数据需要经常修改，可使用多位拨码开关与PLC连接，在PLC外部进行数据设定。如图5所示为一位拨码开关的示意图，一位拨码开关能输入一位十进制数的0～9，或一位十六进制数的0～F。
图4 一位拨码开关的示意图
如图5所示4位拨码开关组装在一起，把各位拨码开关的COM端连在一起，接在PLC输入侧的COM端子上。每位拨码开关的4条数据线按一定顺序接在 PLC的4个输入点上。由图可见，使用拨码开关要占用许多PLC 输入点，不是十分必要的场合，一般不要采用这种方法。
图5 4位拨码开关与PLC的连接
5. PLC与输出设备连接时，不同组（不同公共端）的输出点，其对应输出设备（负载）的电压类型、等级可以不同，但同组（相同公共端）的输出点，其电压类型和等级应该相同。要根据输出设备电压的类型和等级来决定是否分组连接。如图6所示以FX2N为例说明PLC与输出设备的连接方法。图中接法是输出设备具有相同电源的情况，各组的公共端连在一起，否则要分组连接。图中只画出Y0-Y7输出点与输出设备的连接，其它输出点的连接方法相似。
图6 PLC与输出设备的连接
6. PLC的输出端经常连接的是感性输出设备（感性负载），为了抑制感性电路断开时产生的电压使PLC内部输出元件造成损坏。当PLC与感性输出设备连接时，如果是直流感性负载，应在其两端并联续流二极管；如果是交流感性负载，应在其两端并联阻容吸收电路。如图7所示。
图7 PLC与感性输出设备的连接
图中，续流二极管可选用额定电流为1A、额定电压大于电源电压的3倍；电阻值可取50~120Ω，电容值可取0.1~0.47μF，电容的额定电压应大于电源的峰值电压。接线时要注意续流二极管的极性。
7. PLC可直接用开关量输出与七段LED显示器的连接，但如果PLC控制的是多位LED七段显示器，所需的输出点是很多的。
如图8所示电路中，采用具有锁存、译码、驱动功能的芯片CD4513驱动共阴极LED七段显示器，两只CD4513的数据输入端A～D共用PLC的4个输出瑞，其中A为低位，D为高位。LE是锁存使能输入端，在LE信号的上升沿将数据输入端输入的BCD数锁存在片内的寄存器中，并将该数译码后显示出来。如果输入的不是十进制数，显示器熄灭。LE为高电平时，显示的数不受数据输入信号的影响。显然，N个显示器占用的输出点数为P=4＋N。
图8 PLC与两位七LED显示器的连接
如果PLC使用继电器输出模块，应在与CD4513相连的PLC各输出端接一下拉电阻，以避免在输出继电器的触点断开时CD4513的输入端悬空。PLC输出继电器的状态变化时，其触点可能抖动，应先送数据输出信号，待该信号稳定后，再用。
二、PLC输入点的形式和接法
一、PLC输入的内部线路
PLC输入的内部电路一般采用光电耦合电路，如下图所示（共阴极）。这样做，是为了把外部电路和PLC内部电路隔离开来，从而避免PLC内部电路受到来自于外部电路的干扰。此图只示出了PLC的一个输入，其它输入一样，并且所有输入的公共端（COM）可以连接在一起，也可以分为几组连接在一起共用。
值得说明的是，公共端可以是发光二极管的阳极连接一起，也可以是阴极连接一起，根据发光二极管COM端连接的不同，可以分为“共阳极”和“共阴极”。例如：三菱FX系列PLC输入电路就采用的是“共阳极”接法，而西门子或台达PLC的COM端是悬空的，可以由用户来根据实际需要或习惯来采用是“共阳极”还是“共阴极”。
从图中可以看出，要想让PLC的某个输入端有输入，光电耦合的发光二极管两端必须形成回路，即：COM端接“＋”时，输入必须引入“－”电平（共阳极）；COM端接“－”时，输入端必须引入“＋”电平（共阴极）。
二、PLC输入外部电路的形式
PLC输入外部电路的外部节点形式共分为以下三种：
1、无源节点输入，即：开关节点输入。
2、NPN和PNP节点输入
3、二极管输入
下面，就这三种节点输入的形式及接线方式简单说明一下。
1、无源节点输入（开关量输入）
此种节点形式是PLC输入用的多的一种形式。使用此种形式时，只要注意PLC的输入公共端是共阳极还是共阴极就行了。如为共阳极，则通过开关节点引入的应该是负极，如为共阴极，则经过开关节点引入的应该是正极。如下图所示（括号内为共阳极时）：
2、NPN和PNP节点输入
一些传感器或接近开关的输出节点是NPN或PNP节点形式。这时，做为PLC的输入是选NPN还是PNP节点，一方面要看要看PLC的接线形式而定，还要看传感器或接近开关的接线形式。下面举例来说明：
如下图所示，传感器的输出是NPN形式的。从图中负载接线可知，传感器动作时，输出0V（黑线④处）。这就要求，PLC的公共端（COM）是正极。对于此线路，当PLC的公共端接（CON）正极时，PLC的输入就只能用NPN形式。
下图正好当传感器动作时，其输出为正极（黑线④处）。此时，就要求PLC的公共端（COM）接负极。对于此线路，当PLC的公共端接负极时，PLC的输入就只能用PNP的形式。
PLC的输入节点到底是采用PNP还是NPN的形式，其实大不可必死记。只要明白PLC输入内部的电路原理就行了，即：采用PNP还是NPN节点，都必须保证PLC输入电路内部的光电耦合部分的发光二极管得电。
以上两例是以西门子PLC为例，西门子PLC输入内部线路的光电耦合的公共端可以是共阴极或共阳极，在考虑使用NPN或PNP输入时，可以改变公共端（COM）的正极或负极来分别使用；而对于三菱FX系列的PLC，因光电耦合的公共端是固定采用共阳极的，公共端只能接正极，输入也就只能使用NPN节点输入方式了。
3、串二极管输入
有时，需要在PLC的输入节点中串入一个发光二极管来为指示。如下图所示：
此时，一般PLC都会规定串入二极管的允许电压降及允许串入的二极管的个数。比如，上图所示的FX系列的PLC规定，发光二极管允许电压降为4V，多允许中时串入2个。
冗余设计其实是一个很宽泛的技术概念，而不是大家理解中的技术方法，冗余原始概念是重复配置系统的一些部件,当系统发生故障时,冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作,由此减少系统的故障时间。冗余按类型分为主动和被动形式，所谓主动和被动主要是主从切换的能动性上来分析，主动冗余是可以主动切换，就是可以随时自行切换；被动冗余是指当正在运行的组件坏掉或者不正常的时候才会切换到备用组件，其中也包括用户手动或者用户程序切换方式，按照功能来分又分成Hotstandby、Warm standby 和 Coldstandby，整理以后见下图：
1、 clod standby
冷备用，其实说白了就是backup，他是通过备份所有正常运行的组件放在一旁或者仓库里，等运行的组件坏了以后更换新的组件来完成系统的正常运行，这个冗余时间和更换时间息息相关。这种冷备用方式很少去关注响应时间，并且需要运维人员干预操作。举个例子，一套PLC运行系统，在做备件时做了完全的配置备件，当PLC在运行时因为夜晚雷电发现有一块AI卡件烧毁了，运维人员马上把系统断电，更换卡件，在上电运行，这就是一个完整的coldstandby的过程，至于其中耽误的时间，只能视运维人员的对系统的熟练程度而定并且必须被动接受。
2、 warm standby
温备用，是两套完全一样的配置组件，一个正常运行被视为主，另一个带机并不运行备用被视为从，每隔一段时间，主从的内容相互交换一次，当运行组件出现故障，备用组件才会运行承担工作。举个例子，西门子的300软冗余系统，两台微处理器的冗余方式就是温备，主处理器控制系统的输入和输出（I/ O），而备用处理器上电和主处理器停止控制过程中的等待时间。当发生这种情况，备用处理器承担的I / O控制，并采取指定的主处理器，处理器允许脱机成为次要处理器，并可以在不牺牲过程控制维护。
在正常操作中，主处理器提供定期更新的备用处理器。这些更新通常发生在每个程序扫描结束，并可能在任何时间只涉及了部分数据。当转换发生时，备用处理器可以工作过的数据不完整，因为它可能会采取一些备用处理器程序扫描追上来这里的主要是前转换。这可能有助于在转换过程中颠簸。
从硬件的角度来看，温，热冗余系统几乎相同，很容易混淆。
3、 hot standby
热备用，是两套完全一样的组件，全部都是上电并运行的状态，两个组件进行数据采集、数据处理和计算，只是主组件担任输出控制任务，两个组件实时交互，当主从切换的时候必须完成无扰动切换。热备组件系统是随时切换检测组件状态并报告。
热备系统在一瞬间也不能让系统godown，当主从切换的时候，需要完成系统通讯消息和数据更新以及堆栈的同步，从而苛刻实现程序执行的速度和堆栈段内容都是一致的，为了确保热备系统的操作正确性，全部数据需要实时主从交互，其交互方法有两种，种就是常规的扫描和传输方法，这种技术早期被施耐德的PLC广泛使用，先是在程序扫描结束后传输所改变的内容，程序扫描时间是程序执行和传输的时间组合，这也就是PLC的执行周期为什么有时间周期定义之说了，这样就不是每次把PLC内全部程序进行交互，减少同步任务复合，但当从plc内没有程序的时候，主plc会把全部内容同步过去，但这个过程只是上电或者运行时候做一次比较。这种热备方式是一种经典和准确的热备方法，并且这种方法延续至今。
第二种方法就是异步传输方法，在异步传输，主系统中在其电路有两个独立的微处理器。个微处理器执行程序。在执行结束，所有数据被传递给第二个微处理器。这第二个微处理器处理所有的传输任务，而个微处理器执行下一个程序扫描。一个微处理器是执行，而另一种是传输到备用处理器的数据。 由于这种从主处理器辅助处理器的数据传输是异步的程序扫描，它随时的数据传输，而不会影响程序执行和系统负荷。这种热备异步传输的方式是AB的Contrologix一项技术，他的冗余配置中主从系统各有三个CPU，个就是执行程序的CPU，第二个就是起到数据总线的背板CPU，第三个就是同步模块RM的CPU，他的任务被分配在多个CPU当中。
后还是要说一下，其实大家理解中的冗余技术其实就是热备的方法，因为传统DCS进入大家视野比较早，DCS厂家把冗余概念做到了，它把两套物理硬件在逻辑上封装成为一个独立体，造成很多技术人员认为只有物理上两个组件但在逻辑上是一个组件被称为冗余，逻辑上是两个组件的叫做热备。