6ES7221-1EF22-0XA0使用说明
1 引言
目前，一般常见plc型号都没有集成现场总线can-bus的通讯功能接口，不便于基于can总线多台plc控制网络的实现。随着应用技术的发展，工业经常会出现需要n台plc协同完成一个系统的综合控制。此时，原有集中控制的单一plc控制方案就显得力所不及，plc网络的集成工程需求也应运而生。
本文提出了一种基于现场总线can-bus的plc网络方案，能够对多台联网的plc实现远程配置、数据通信，并能够在投入较低硬件成本的基础上，实现良好的系统运行性能。这个方案不仅充分发挥了现场总线can-bus的通信特点：实时、可靠、高速、远距离、易维护等，将现场总线技术与集中控制技术有机结合，联网后的plc网络可以构成一个性能优越的dcs系统；用户在同一个主控制器(pc机)上可以远程监控、改变任何一台联网plc的程序或状态。
2 组建plc网络的两种方式
通用plc一般提供1～2个rs-232或rs-485通讯端口，用于与其他控制设备通讯；这些通讯端口支持有限的通讯协议，实现plc设备的通讯与配置。本项目利用plc自身的通讯端口，将其扩展成为能够与多台设备联网，实现基于现场总线can-bus多台plc网络。根据网络中主控制器的不同，plc网络分为以下方式：多台plc联网，各plc地位平等，可外扩hmi人机界面；多台plc联网，由1台工控pc作为主控制器与操作界面。本文重点讨论两种基于rs-232或rs-485通讯端口plc的组网方法。
2.1 plc串行联网
通过rs-232/rs-485转can-bus网关进行信号转换使plc具有can-bus通讯接口。多台具有can-bus通讯接口的plc之间相互连接，即可以组建plc网络。每台连接plc单元的rs-232/rs-485转can-bus网关都可以设定一个独立的设备id号，长度为11位或29位，用作为该plc单元的地址。
通过上述方式组建的plc网络，任何一台plc均可以主动发起数据通讯，由can-bus网关起硬件自动仲裁作用，保障每一次通讯的数据不丢失；网络中的plc数量不受限制，数百、上千台plc都可以连接在同一现场总线can-bus网络中。plc网络中可以连接具有can-bus通讯接口的hmi人机界面。
2.2 多台plc与工控pc并行联网
工控pc机内插pci-can板卡(如研华的pci1680、周立功的pci5110等)，可以组建can-bus网络，通过连接在can-bus网络中的网关rs-232/rs-485转can-bus转换器，借助于can-bus网络配套的“虚拟串口”软件，建立多达2047个标准的串行通讯端口，从而连接多达2047条串行网络。即在一条普通双绞线上连接多达2047台plc设备，工控pc机访问连接在can-bus网络上的plc设备，与操作标准串口完全一致。这种方式可以充分发挥工控pc机的作用，通讯效率比较高，是一般plc网络建设的主流方向。本文采用此种方案组建plc网络。系统结构如图1所示。
图 1 多台plc与工控pc机并行联网
3 plc网络的硬件组成与连接
建立plc网络，除了plc设备，还需要建立现场总线can-bus网络的设备，主要有rs-232转can-bus网关、pci-can接口卡等。
rs-232转can-bus转换器可以方便地连接到plc设备的rs-232标准通讯端口，使plc设备具有与现场总线can-bus网络通讯的能力。转换器通过modbus协议转换，可以支持不同通讯协议的plc设备。对于只集成rs-485/422通讯端口的plc设备，可以选择rs-485转can-bus转换器。rs-232转can转换器和rs-485转can转换器读者可以自行设计，也可以购买目前市场成熟的产品，如研华的亚当模块、周立功的智能转换模块等。
工控pc机内插pci-can接口卡，可以令工控pc机具有现场总线can-bus通讯接口，从而成为can-bus网络中的一个主要功能节点。根据与pc连接方式的不同，pc-can接口卡可以分为很多种不同的类型，常见的型号有pci-can接口卡、isa-can接口卡、pc104-can接口卡、usbcan接口卡、以太网转can接口卡等。
pci-can接口卡一般都提供有can-bus测试工具、api开发例程、opc服务器软件等。利用“虚拟串口服务器”软件可以开发基于串口通讯的软件项目，组建基于can总线的plc网络。
4 三菱－西门子can网络集成案例
4.1 原理设计
在某印染厂的印染控制系统中，有两台瑞士布赛5v型平网印花机、三台台湾奇正平网印花机、2台日本东升平网印花机以及2台两台德国的mbk圆网印花机，这些设备的主控制器是西门子的s7-200以及日本三菱的fx系列的plc。为了使印染厂的印染控制系统能够在一台上进行监控以及控制，单台plc进行现场设备信号的采集和控制，由于各个现场plc工作点距离较远远，工控机pc不可能实现每一台plc设备的单独电缆连接。将各台plc设备通过现场总线can-bus网络连接，组建一个地区范围内的plc网络，从而实现plc远程维护、数据实时监控，既能够大大提高系统的管理效率，也可以有效地降低网络建设成本。
每台平网印花机plc设备集成有1个rs-4852串行通讯端口，通过can转rs-485转换器连接到现场总线can-bus网络。工控机pc内置1块pci-can接口卡，型号为pci-1680接口卡，可以使工控机成为can-bus网络中的节点，能够管理九台平网印花机。
plc串行通讯协议实现，不同厂家，plc的串行通讯协议不同，本就以本项目所用的s7-200为例说明其通讯方法。s7-200系列plc配有rs-485标准串行接口，可实现下列四种网络的连接：
(1)simatic s7-200网络(ppi协议)；
(2)用户可编程接口协议(自由口模式)采用可编程自由口通信模式(free port mode)；
(3)profibus-dp网络。
4.2 系统通讯
本项目采用自由口通讯的模式，与自由口模式有关的特殊寄存器及相关的位：
(1)控制字寄存器smb30：s7-200plc的通信模式由smb30设置，当mm=01时plc工作于自由口模式。
(2)通信接收字符缓冲器smb2：smb2是一个暂态寄存器，用于存放在自由口通信方式下接收到的当前字符，用户在下一步应从这里取走其中的内容，通过编程控制将接收到的字符一个一个由smb2移入接收缓冲区。
(3)通信校验结果标志位smb3.0：plc按smb30规定的奇偶校验方式对所接收到的数据作校验。如果校验有错，plc自动将smb3.0置1，sm3.0=0表示奇偶校验正确。根据这个标志，可决定对当前信息的取舍，还可以在出错的情况下，将此错误位发送给对方，以便要求它重发。
(4)工作方式标志位sm0.7：s7-200系列plc只有处于运行(run)方式时才能进行自由口模式通信，而在停止(stop)方式时只能以ppi模式通信。当plc处于run方式时sm0.7=1，否则sm0.7=0，可通过判断sm0.7的状态来打开或关闭自由口通信。
(5)发送器空标志sm4.5及收发指令：s7-200plc有专门的发送指令：xmt table porttable为发送数据的字节数即数据长度，大为225；port指定通信口，自由口模式下必须为0。当正发送数据信息时，特殊存储器位sm4.5=0，当发送完成后，sm4.5=1，可通过判断sm4.5的状态来进行发送后处理，也可直接用发送中断来处理。cpu215cpu216还提供了接收控制指令：rcv table port与smb86 smb94 smb 186 smb194寄存器配合，用以改变(初始化或终止)接收信息。
plc串行通讯程序执行时，在每一个扫描周期的开始，都要检查sm0.7的状态，若plc处于run方式即sm0.7=1，则打开自由口模式并设置其它相关的波特率、奇偶校验等参数，否则置自由口模式无效。
5 结束语
本文介绍的基于can总线多台plc组网系统的实现，在系统的实际运行中，现场总线can-bus的稳定性、抗干扰能力得到充分的体现。工程项目不需要改变原有的现场设备控制平台，可以将现有控制设备无缝地嵌入先进的现场总线网络，构成新一代的纺织自动化集成网络系统，为纺织工程mes和erp提供现场信息自动化平台。方案以较低的成本投入,使现场自动化网络的大跨度提升。具有很好的应用前景。
任务和目标
Surental污水处理站于1975年11月投入试运行，当时的客户是Surnetal污水处理协会，这个协会由15个瑞士环Sempach湖周围Sursee地区15个城镇的团体组成，现在Surental污水处理站接受27000居民产生的废水，污水处理厂还必须考虑来自商业和工业的废水，污水处理装置保证全年大污水处理能力约为50000居民所产的废水，目前的负载相当于40000居民所产的废水。
所有的污水是通过总长为45Km的主下水道管网来收集，输送到污水处理站，在Triengen村，净化后的水流入Sure河，该河从Sempach湖流出。
自1975年以来，污水处理站一直遵守关于水资源保护正确的，法定的要求。到2000年，也就是说在运行25年后，工厂进行了许多更新改造,特别是这些不仅被用来更新污水处理控制系统，也用于污水管网的改造.
系统实现
从控制工程的观点看，Surental污水处理站可以分为3个主要部分：
下水道控制：主要考虑整个地区的废水是通过下水道输送的，包括17个泵站的运行和监控，并且当出现异常降雨时，将雨水导入水池进行缓冲，或使用分流的方式排走大量来水。
ZULLIG公司为每个外部站点配置一台SAIA PCD2，并通过MODEM （专线和电话交换线路）同控制室内的中央控制器PCD6连接，Factorybbbb管理系统访问PCD6中收集的数据，提供给操作员整个污水处理地区的当前状态的总貌。
如果MODEM连接被中断的话，它会立即被告知，每个本地的PCD2设备能连续储存所有重要数据到72小时缓冲区内。如果连接被重新建立，储存的数据被传输到控制中心并自动地在管理系统中用实时趋势曲线表示。
污水处理过程
它通过1个PCD6，4个PCD4，4个PCD2控制，目前控制系统内仍有少量机电元件，这个处理包括初级净化、生物、淤泥处理和沼气处理，所有站点是通过光纤电缆与中心PCD6来通信，在Factory-bbbb系统的管理下，不但可以访问所有的处理数据，如果有必要的话还可以通过PCD6网关功能下载修改后的程序到每个SAIAPCD内，所有重要的处理数据都可以显示出来，如果有必要的话在现场可以通过触摸屏终端来处理。
当需要时，为了使来自Zulllg公司的专家提供有效的支援，通过使用公用电话网络作MODEM连接去访问所有PCD及管理系统。这种方式同样适用污水处理厂的责任人员：
当他们在家里，而有错误出现时，通过传呼机通知他们并通过MODEN连接处理现场问题。
积聚的沼气
可以用来发电,它包括两台100Kw组合式制热和发电机组,在处理中余热可以用来供热，两台CHPS单元和一个备用单元是由SIMATIACS95U控制，.为使主计算机识别通信协议,每个单元各用1个PCD1作协议转换，将信息转换成SAIAS-BUS协议的格式。
目前设备的某些部分仍使用传统的机电元件进行控制.到2003年将用SAIAPCD控制器替换它,就完成了全部设备的统一性.
主要优势
由于扩充了控制和管理系统，使处理过程更加优化，提高了水的净化度。通过改善处理的透明度，，所有的故障得以避免和消除。
在此之前，污水处理厂负责控制器的人员已获得SAIA-BURGESS公司的培训，学习使用SAIAPG3/PG4的DEBUGGER查错工具，所带来的好处是如果出现任何软件问题，错误可以很快定位在很狭窄的范围，程序员通过MODEM连接即可修正错误
在污水处理站所有的通信连接是使用光纤电缆，这样可以完全消除一些由电磁干扰或电位差引起的一些问题。
PCD6控制器在安装中占据了中心位置，除正常的处理器能力外，通过插入附加处理器模块，在任何时候可以去修改通信的要求，扩大其设计容量，可插入达到6个处理器模块，提供达30个通信接口。
工程
在2000年，污水处理场为服务25年而进行了庆祝活动，新的水源保护法律提倡许多变革，这就有必要进行全面的更新，为了这个目的，ZulligAG公司使用了26个SAIAPCD2控制器进行当地的污水管网控制，这些控制器通过MODEM连接到中央控制器
SAIA PCD6
污水处理厂通过SAIA PCD2和PCD4来控制并通过光纤电缆连接到中央控制器。控制中心有2套Factorybbbb管理系统，通过保护密码访问工程数据，保证了污水处理工作的经济的操作。对于服务，软件专家和污水处理厂的责任人员都能够在任何地方访问工厂以预防任何故障的发生。
技术信息
污水处理过程机械生物和化学过程的污水净化处理
大设计容量相当于50000户居民
次试运行1975年
近一次改造2000年
控制设备26个SAIA PCD2和1个PCD6用于控制下水道，
4个SAIA PCD2和4个SAIA PCD4和1个PCD6用于污水处理
3个Simatic 95U带3个PCD1用于CHPS和备用单元
终端6个SAIA PCD7.D760触摸屏
数据点大约3000个物理I/O点
编程使用SAIA PG3 和PG4 编程软件包
管理级2个Factorybbbb系统工作在bbbbbbS NT 4.0下,其中之一连接总工程师办公室,实验室通过MODEM作外部连接.
通信在工厂内SAIA S-BUS协议通过光纤电缆连接，外面站点通过使用租用专线的多点MODEM或电话交换线路连接。
任务和目标
建筑物
这座综合的建筑物内，约有7300m2 的实用面积和33000 m3 封闭空间，60 位教师和545名学生。一个能容纳800人的大会堂，供市政及公共活动使用。建筑物内的设施由3 个
供热站，3 通风站，23 个单房间区域和1 个家用热水处理站组成。
1988 年的控制和调节技术不在适应目前的工艺状态，它的操作比较麻烦和易于出错，
极大地妨碍了系统的正常运行，迫切需要采用现代化的技术。
与建筑物业主的契约:
在采用新DDC 技术改造系统时应该不影响学校的正常工作。
应继续使用系统中已有的元件，如传感器、变送器、阀门、控制器和PC 设备。
现有国内工程设备的开关机柜的安装必须与新的DDC 技术相适应，允许以后有20%扩展余量。
教室内的单房间控制器工作与学校目前运行要求相适应。
在MS-bbbbbbS下，要求有一个简单明白的用户接口去操作建筑控制系统内的控制功能。并要求对各个区域：校园区，大厅和市政区域分别进行报警处理和故障统计。
系统实现
在一个具有吸引力的系统报价的基础上，考虑到需要完成的全部任务，萨尔斯堡地方政府建筑工程办公室指定HERBERT公司实施该项工程：使建筑DDC 调节和控制设备现代化，包括其控制技术。
对于所有的控制任务（供热，通风，卫生工程），从类型众多的SAIA DDC-PLUS 系统中选择可扩展的PCD2来完成。
如图显示，所有站和PC 控制站是通过SAIA BUS 通信的，控制大礼堂通风的PCD2 站作为S-BUS主站，在网关模式中，建立和控制站的连接，在大礼堂中用一个特殊的操作终端（PCD7.D202）和PCD2 连接。
为节省成本，对现有的，有一些问题的数据线仍被使用，这个任务通过数据传输率为9600BIT/S 的可靠的SAIA S-BUS通信协议控制。
在控制中心，来自GA HERBERT 公司的GA-VIS 04 软件包作为图象显示和管理系统。它仅仅要求操作员具备基本的PC知识，在MS-bbbbbbS 下，GA-VIS 04 符合所有关于图象显示、操作和报警处理的必要条件，通过PCD2网关站点，它能够配置全部DDC系统不同的转换设备，像制热机组和通风，控制级别“校区或大礼堂/市区”。
服务目的就是在任何时候它可以通过PCD 主站使用SAIA PG4 程序软件访问所有的
PCD2 子站。
主要优点
SAIA DDC-PLUS 调节和控制系统的模块化结构，允许适合的硬件去适应设备的要求且设备扩展简单方便。
SAIA DDC-PLUS系统类型齐全的模拟量模块，能直接连接现有的各种传感器，变送器，阀门和控制器，大大降低了改造成本。
SAIA DDC-PLUS 单元极高的运行可靠性和实用性，源于多年在工业和自动化领域的硬件使用经验。
通过对PCD2 子站，包括数据端口和数据通信的编程，加上单一的编程工具SAIA PG4，它包含专门的HEAVAC库，用户在任何时候可以进行更深一层的编程，极大地节省了时间。
通过GA-VIS 04 友好的显示和管理系统，使整个系统的处理简单易行。
SAIA DDC-PLUS系统合作伙伴公司具有很高的技术水平，他们具有楼宇自动化领域的调节和控制技术方面的多年经验，与它们的地理位置比较接近，这使得在以后的设备运行期间的任何维护和服务工作，保证了较短的反应时间。
项目
对奥地利Neumark am Wallersee中级中学陈旧的调节和控制设备进行现代化改造，包括新的楼宇自动化系统。并在不中断学校正常工作的情况下完成了全部改造工程。