6ES7216-2BD23-0XB8接线方式

6ES7216-2BD23-0XB8接线方式

1．前言

　　铝型材经过挤压成型之后，一般都需要经过表面工艺处理之后，才能作为成品使用。经过阳极氧化电解着色表面处理工艺的铝型材，其表面将得到一层具有良好的耐磨性、耐晒性、耐热性、耐蚀性和色泽稳定持久的氧化膜，被广泛应用在建筑和室内外装饰行业上。

　　在铝型材阳极氧化电解着色表面处理工艺中，有一道电解着色处理工序，是在铝型材表面阳极氧化工序之后，电泳或封孔工序之前，对需要着色的铝型材进行的一道工序，其原理是在槽体溶液中通过电化学作用使铝型材表面附着某些金属离子，从而显示出某一类的颜色来。不同的槽体溶液配置及工艺方法，铝型材电解着出的色彩效果也不一样，对所要求的着色电源提供的电流或电压的大小、波形及工作时间长短也不同。

　　其中有一种由日本发明的着色方法称为均匀化着色方法，可在较短的时间里得到效果好、颜色均匀的着色氧化膜。这种着色方法由于生产效率高，成品率高，已在日本广泛应用，目前在国内也正在逐步推广开来。

2．着色电源系统要求

　　配合均匀化着色方法的着色电源（简称均匀化着色电源）需按规定要求输出电流波形。均匀化着色电源的工作过程是：输出正向直流电流（称为P处理）一段时间，输出频率为1～30Hz范围内特定值，正负方波占宽比为0.005～0.30内特定值的脉冲电流（称为C处理）一段时间，接着再进行一次C处理（称为C2处理）一段时间，如图1所示。在工厂生产中，C处理常用的频率为5Hz，正负方波占宽比为1:9，C2处理根据工艺的要求来选择可有可无。

　　图1 均匀着色电源输出波形

　　均匀化着色电源的主要功能要求如下：

　　（1）输入电压及范围：三相、频率50Hz、380V±20%；

　　（2）额定输出电压：±30V～±80V；

　　（3）额定输出电流：1000A～4000A；

　　（4）小输出电流：额定输出电流的10%；

　　（5）输出电流精度：±3%以下；

　　（6）输出电流纹波：7%以下（在额定电流的30%～内）；

　　（7）入槽静泡时间：可在10～3000s内设定；

　　（8）P处理时间：可在0～3000s内设定；

　　（9）P处理与C处理间隔时间：可在10～3000s内设定；

　　（10）C处理时间：可在0～3000s内设定；

　　（11）C处理时脉冲周期：200ms（可根据要求在20ms～300ms范围内修改）；

　　（12）C处理时正脉冲宽度：20ms（可根据要求在10ms～100ms范围内修改）；

　　（13）能满足二次C处理的要求；

　　（14）能满足补色（即再进行C处理）的要求；

　　（15）有必要的保护措施。

西门子S7-200 PLC在直流电源监控器中的应用

1引言

　　直流电源设备是电力系统不可缺少的辅机设备。供给断路器分合闸用电，后备电池充电以及二次回路的仪器仪表等低压设备用电都采用直流电源。目前国内发电厂及变电站使用的直流电源设备已广泛采用高频整流模块为功率单元，为了对整个直流系统进行合理的实时监控、管理，本文设计了一种基于西门子s7-200plc［1］的高频直流监控器。其功能主要是实时采集直流系统的电压、电流及供电支路的开关状态等运行参数，并对数据进行分析处理，判断直流系统的运行工况，并根据pid控制理论进行实时运行控制和故障处理，并对蓄电池进行在线监测，为电力综合自动化控制系统提供安全、稳定、可靠的直流电源。

2系统硬件组成及工作原理

　　系统硬件组成原理框图如图1所示。系统主要由高频直流监控器（以下简称监控器）、模拟量采样板、高频整流模块等组成。其中监控器是整个系统的核心部分，主要由西门子s7-216cpu配以em-235模拟量模块、台湾人机电子mt-510t触摸屏等组成。

　　系统交流供电采用两路三相三线制方式实现主备用供电电源的自动切换，经过交流配电输入单元供电给智能高频整流模块，智能高频整流模块按监控器控制方式输出所需的直流电压供合闸母线、控制母线、蓄电池充电用。监控器通过plc各开关量输入通道采集各模块报警量输入、各馈线开关量输入、各熔断器信号输入等开入量；通过模拟量采样板将模块采集交流输入电压、直流输出电压、合母电压、蓄电池电压、输出电流、控母电流、合母电流、充电电流等模拟转化为0-5vdc电压量或4-20ma电liuliang由em-235模块12位a/d通道采样；通过程序内部数据处理，按照程序设定的控制曲线，利用比例微分积分pid（proportionalintegraldifferential）控制算法［2］，产生调节量，由em-235模拟量输出口产生0-10vdc电压量，控制高频整流模块的输出电流、电压，实现闭环控制。

　　监控器采集现场各种运行参数，系统故障时发报警信息；系统事故时保护动作，保护充电设备和电池安全。触摸屏是整个监控器的人机接口部分，通过rs485与plc通讯，显示直流系统的各种信息，如系统直流电压、电流参数，系统状态信息、故障信息、系统设置参数等，并可设置系统各参数，控制监控器的运行状态。可通过rs485通信接口与上位计算机及智能通讯设备通讯，以实现“四遥”功能［3］。

3程序设计

　　3.1 程序流程图设计

　　plc终端软件采用stl语言编写，程序设计采用模块化，功能化结构，便于维护、扩展。为tigao终端的抗干扰能力，软件控制中采用了数字滤波、故障自检、控制口令等措施，保证控制操作的正确性和可靠性。装置plc主要程序流程如图2所示，主要由初始化程序、数据采集处理子程序、时钟处理子程序、充电转换子程序、故障报警及保护子程序、交流中断子程序、pid调节计算子程序、硅链投切控制子程序等组成。

　　主程序始终处于循环运行状态，其中初始化程序主要完成系统的初始化，设定各寄存器、计数器、plc工作模式、定时器中断、通讯方式等参数初始值等。不断调用模拟量采集及处理子程序对系统数据进行实时采集；调用充电程序运行方式子程序决定监控器的运行方式；调用故障报警及保护子程序判断故障报警及保护继电器输出；调用时钟处理子程序对蓄电池充电程序各种运行时间累计；调用交流电中断子程序保证系统在交流中断后自动恢复；调用硅链投切子程序根据系统设置的控母电压定值对硅链进行自动投切控制；调用通讯子程序（中断方式）实现与上位机监控系统及其它智能设备通讯。

西门子S7-200PLC的RS-485通信接口简介及故障解析

　　2.4rs-232与rs-485的转换

　　由于pc机的串口是rs-232接口，plc的串口是rs-485接口，二者的通信要用到pc/ppi电缆，rs-232接口与rs-485接口的引针对应关系如表1、表2。

3常发生的故障解析

　　3.1常见的故障现象

　　当plc的rs-485口经非隔离的pc/ppi电缆与电脑连接、plc与plc之间连接或plc与变频器、触摸屏等通信时时有通信口损坏现象发生，较常见的损坏情况如下：

　　（1）r1或r2被烧断，z1、z2和sn75176完好。这是由于有较大的瞬态干扰电流经r1或r2、桥式整流、z1或z1到地，z1、z2能承受大10a电流的冲击，而该电流在r1或r2上产生的瞬态功率为：102×10=1000w，当然会将其烧断。

　　（2）sn75176损坏，r1、r2和z1、z2完好。这主要可能是受到静电冲击或瞬态过电压速度快于z1、z2的动作速度造成的，静电无处不在，仅人体模式也会产生±15kv的静电。

　　（3）z1或z2、sn75176损坏，r1和r2完好。这可能是受到高电压低电流的瞬态干扰电压将z1或z2和sn75176击穿，由于电流较小和发生时间较短r1、r2不至于发热烧断。

　　3.2 故障的原因分析

　　由3.1中的分析得知plc接口损坏的主要原因是由于瞬态过电压和静电造成，产生瞬态过电压和静电的原因很多也较复杂，如由于plc内部24v电源和5v电源共地，24v电源的输出端子l+、m为其它设备混合供电可能导致地电位变化，从而造成共模电压超出允许范围。eia-485标准要求将各个rs485接口的信号地用一条低阻值导线连接在一起以保证各节点的地电位相等，消除地线环流。

　　（1）当带电插拔未隔离的连接电缆时，由于两端电位不相等电路中又存在诸多电感、电容之类的器件，插拔瞬间必然产生瞬态过电压或过电流。基于此考虑，在进行通信接头插拔的时候，尽量使设备处于断电状态。

　　（2）连接在rs-485总线上的其它设备产生的瞬态过电压或过电流同样会流入到plc，总线上连接的设备站点数越多，产生瞬态过电压的因素也越多。

　　（3）当通信线路较长或有室外架空线时，雷电是必须考虑的干扰。雷电是主要的自然干扰源，雷电产生的干扰可以传输到数千公里以外的地方。雷电干扰的时域波形叠加成随机脉冲背景上的一个大尖峰脉冲，这个能量巨大的尖峰脉冲必然会在线路上造成过电压，造成plc等通信网中所连设备的损坏，应该加以避免或降低损坏程度，减少损失。

西门子S7-200PLC的RS-485通信接口简介及故障解析

1引言

　　近年来，计算机控制已被迅速地推广和普及，工业控制计算机、plc、变频器、触摸屏、机器人、柔性制造系统广泛地应用于工业生产中。将不同的生产设备连在一个网络中，相互之间进行数据通信，实现分散控制和集中管理，是计算机控制系统发展的大趋势，工厂自动化网络和plc的通信是工业控制中的重要研究课题。通信的方式包括并行通信和串行通信。并行数据通信方式是以字节为单位的数据传输方式，除了8根或16根数据线、一根公共线外，还需要通信双方联络用的控制线。并行通信的传输速度快，传输线的根数多，成本高，一般用于近距离的传输，例如计算机于打印机之间的通信。串行数据通信方式是以二进制的位（bit）为单位的数据传输方式，每次只传送一位，除了公共线外，在一个数据传输方向上只需要一根数据线，这根线既作为数据线又作通信联络的控制线，数据信号和联络信号在这个线上按位进行传送。串行通信需要的信号线少，少的只需要两根线（双绞线），适用于距离较远的场合。计算机和plc都有通用的串行通信接口，工业控制中一般使用串行通信。

2西门子s7-200plc的rs-485通信

　　2.1串行通信的接口标准

　　串行通信有三种接口标准：rs-232c、rs-442a和rs-485。rs-485是rs-442a的变形，rs-442a是全双工，两对平衡差分信号线分别用于发送和接收。rs-485只有一对平衡差分信号线，不能发送接收。

　　使用rs-485通信接口和双绞线可以组成串行通信网络，构成分布式系统，系统中多可以有32个站，新的接口器件已允许链接128个站。

　　2.2s7-200的网络通信协议

　　s7-200的网络通信协议包括：点对点接口协议（ppi）；多点接口协议（mpi）；profibus协议；tcp/ip协议；用户定义的协议（自由端口模式）等多达5种类型。

　　2.3 西门子s7-200plc的rs-485通信

　　串行通信是西门子工业网络通信中一种经济、有效的通信方式，rs-485是其重要的组成部分。图中r1、r2是阻值为10欧的普通电阻，其作用是防止rs-485信号d+和d-短路时产生过电流烧坏芯片，z1、z2是钳制电压为6v，大电流为10a的齐纳二极管，24v电源和5v电源共地未经隔离，当d+或d-线上有共模干扰电压灌入时，由桥式整流电路和z1、z2可将共模电压钳制在±6.7v，从而保护rs-485芯片sn75176（rs-485芯片的允许共模输入电压范围为：-7v～+12v）。该保护电路能承受共模干扰电压功率为60w，保护电路和芯片内部没有防静电措施。

西门子S7-300 PLC与模拟屏串行通信

4通信实现的方法

　　4.1 初始化

　　就串行通信而言，交换数据的双方利用传输在线的电压改变来达到数据交换的目的。如何从不断改变的电压状态中解析出其中的信息，双方必须有一套共同的译码方式，遵守一定的通信规则。这就是通信端口初始化。

　　通信端口初始化有以下几个项目必须设置或确认：

　　（1） 通信模式

　　串行通信分同步和异步两种模式。同步传输在通信的两端使用同步信号作为通信的依据，异步传输则使用起始位和停止位作为通信的判断。模拟屏通信模式：异步传输;西门子plc通信模式：异步传输;二者通信模式相同。

　　（2） 数据的传输速率

　　异步通信双方并没有一个可参考的同步时钟作为基准。这样双方传送的高低电位代表几个位就不得而知了。要使双方的数据读取正常，就要考虑到传输速率。收发双方通过传输在线的电压改变来交换数据，但发送端发送的电压改变的速率必须和接收端的接受速率保持一致。模拟屏的通信速率：9600bps;西门子plc通信速率：600bps，1200bps，2400bps，4800bps，9600bps，19200bps，38400bps，57600bps，76800bps。初始化，将plc波特率设为：9600bps

　　（3） 起始位及停止位

　　当发送端准备发送数据时，会在所送出的字符前后分别加上高电位的起始位及低电位的停止位。接收端会因起始位的触发而开始接收数据，并因停止位的通知而确定数据的字符信号已经结束。起始位固定为1位，而停止位则有1，1.5，2等多种选择。模拟屏的停止位：1位;西门子plc的停止位：1位或2位。初始化，将plc数据停止位设为：1位。

　　（4） 数据的发送单位

　　不同的协议会用到不同的发送单位（欧美一般用8位、日本一般用7位组成一字节），使用几位合成一字节，双方必须一致。模拟屏的数据发送单位：8位为一字节;西门子plc的数据发送单位：7位或8位为一字节。初始化，将plc数据发送单位设为：8位。

　　（5） 校验位的检查

　　为了预防错误的产生，使用校验位作为检查的机制。校验位是用来检查所发送数据正确性的一种校对码，它分奇偶校验，也可无校验。模拟屏校验位：none;西门子plc校验位：none，odd，even;初始化，将plc校验位设为：none。

　　（6） 工作模式

　　交换数据是通过一定的通信线路来实现的。微机在进行数据的发送和接收时通信线路上的数据流动方式有三种：单工、半双工、全双工。rs232和rs422使用全双工模式，rs485使用半双工模式。模拟屏工作模式：rs232全双工/rs485半双工;西门子plc工作模式：rk512全双工四线制（rs422）;3964r全双工四线制（rs422）;ascii全双工四线制（rs422）;ascii半双工两线制（rs485）;初始化，将plc工作模式设为：ascii半双工两线制（rs485）。

　　（7） 数据流控制—握手

　　传输工作进行时，发送速度若大于接收速度，而接收端的cpu处理速度不够快时，接收缓冲区就会在一定时间后溢满，造成后来发送过来的数据无法进入缓冲区而漏失。采用数据流控制，就是为了保证传输双方能正确地发送和接收数据，而不会漏失。数据流控制一般称为握手，握手分为硬件握手和软件握手。模拟屏数据流控制：none;西门子plc数据流控制：none。要通过用户程序询问和控制。

　　（8） 错误预防—校验码

　　在传输的过程中，数据有可能受到干扰而使原来的数据信号发生扭曲。为了监测数据在发送过程中的错误，必须对数据作的确认工作，简单的方式就是使用校验码。模拟屏校验码：异或校验和。要在plc上编校验码程序。

西门子S7-300 PLC与模拟屏串行通信

1引言

　　模拟屏能简单、明了地反映现场的实时数据和状态信息，应用十分广泛。为了使现场信息及时、准确、动态地显示在模拟屏上，要求数据采集设备和模拟屏之间进行通信。

　　现场信息量比较大，如果每个信号都独立连接到模拟屏，信号线数量多、耗线多，不经济，走线不便，故障率高，采用串行通信可克服以上缺点。

　　现在通信方式多种多样、速度越来越快，但串行通信在控制范畴一直占据着极其重要的地位。它不仅没有因时代的进步而淘汰，反而在规格上越来越完善、应用越来越广，长久不衰。

　　与并行通信相比，它传输速度慢（并行一次传8位，串行传1位），但并行通信数据电压传输过程中，容易因线路因素使标准电位发生变化（常见的电压衰减、信号间互相串音干扰）。传输距离越远，问题越严重、数据错误越容易发生。串行通信处理的数据电压只有一个标准电位，数据不易漏失。

　　常用的串行通信有两种，一种为rs232，另一种为rs422/485。工业环境常会有噪声干扰传输线路，在用rs232进行数据传输时，经常会受到外界电气干扰而使信号发生错误。rs232串行通信的信号标准电位是参考接地端而来的，干扰信号在原始信号和地线上均会产生影响，原始信号加上干扰信号后，依然传送到接收端，而地线部分的信号则不能传送到接收端。信号便发生了扭曲。rs422/485传输的是差分信号，在发送端分成正负两部分，到达接收端通过相减，还原成原来信号，两条信号线受到的干扰的程度相同，这就防止了噪声干扰。本文以plc和模拟屏通信为例介绍通过rs485实现点对点串行通信。

2模拟屏的通信规约及设备

　　（1） 通信规约

　　rs232c/485串行口：速率9600bps，1位起始位，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验位;传输报文内容以字节为单位，在信道中的传送顺序是：低字节先送，高字节后送;字节内低位先送，高位后送;数据格式为16进制数;异步通信。

　　（2） 设备

　　开关量处理器;开关量指示灯;模拟量处理器;模拟量显示器;时钟;通信处理器;中央控制器。

3信息传输途径设备和功能

　　（1） 途径：数据采集通过plc完成，plc向模拟屏传输数据，控制模拟屏状态。rs485连接图如图1所示：

　　（2） 主要相关设备：中央处理器cpu 314;点到点通信模块cp341-rs422/485。

　　（3） 功能：—向模拟屏发送模拟量数据;—向模拟屏发送开关量信息;—控制屏状态，包括：全屏亮暗、全屏信号分合、

　　变位帧闪光;—设定和改变时钟时间。

罗克韦尔与西门子大型PLC通讯方案评析

　　2.2 profibus dp网关解决方案

　　（1） profibus

　　dp网关解决方案原理与配置设计。用一个s7-300plc作为dp-profinet通讯转换用的公共plc，间接实现controllogix5000与s7-400的以太网通讯，如图2所示。该方案测试需要的硬件配置如表2所示。

　　（2）方案评析。这是一个迂回的方案，以一个较低配置的s7-300为跳板，实现了dp-profinet的网关功能，这样两个就近的控制器s7-300和controllogix5000采用成熟的dp通讯，方法与2.1方案相同，也解决了dp网通讯距离受限制的问题，而s7-400与s7-300的通讯采用以太网方式，是siemens内部两个不同控制器之间的以太网通讯，其应用层协议都是profinet，技术当然是成熟的，当然其缺点就是通讯配置太繁琐，但如果需要一个controllogix5000控制器与多个s7-400控制器通讯，该方案还是值得考虑的。

　　2.3 echochange网关解决方案

　　（1） echochange网关解决方案原理与配置设计。采用inatgmbh公司生产的“echochange”网关，将ab公司的ethernet/ip以太网与siemens公司的profinet以太网连接，间接实现controllogix5000与s7-400的以太网通讯。该方案的通讯配置图如图3所示。该方案测试需要的硬件配置如表3所示。

　　（2） 方案评析。该方案与方案2类似，只将网关换成了ethernet/ip到profinet（以前叫industrialethernet）的echochange，该网关两边都采用的是以太网，只是应用层规约不同，该方案以低的硬件和组态成本，实现了两个已有的以太网网络之间的简易连接，但经过该网关进行的数据交换于整数。与2.1方案相比，该方案省去了一个第三方（sst）的dp通讯模块，且echochange网关的成本比用s7-300搭dp-profinet的网关要低，运行的可靠性高，这也是siemens公司推荐的与ab公司plc控制器的以太网连接方案。

罗克韦尔与西门子大型PLC通讯方案评析

　　2.4 嵌入式以太网解决方案

　　（1）嵌入式以太网解决方案原理与配置设计。嵌入式以太网解决方案采用可插在controllogix5000机架内的prosoft公司生产的以太网模板，自主编程后，直接实现controllogix5000与s7-400的以太网通讯。该方案的通讯配置图如图4所示。该方案测试需要的硬件配置如表4所示。

　　（2）方案评析。该方案的关键是采用了prosoft公司生产的允许用户二次开发的第三方以太网模块mvi56-gec，该模块相当于一个带有以太网接口的嵌入式系统计算机，由于ab公司controllogix5000的以太网模块和siemens公司s7系列plc的以太网模块在tcp传输控制层及以下都遵从相同的协议，只是在应用层分别采用了ethernet/ip和profinet规约，可以通过socket编程直接使用传输层协议来通讯。该方案经济可靠，但因涉及到自主开发，不利于推广，且应用案例较少，不如方案1-3的通讯技术成熟。

　　2.5 dp/dp coupler解决方案

　　（1） dp/dp coupler解决方案原理与配置设计。在已有dp网上挂dp/dpcoupler，采用dp网与s7-400的cpu通讯。该方案的通讯配置图如图5所示。该方案测试需要的硬件配置如表5所示。

　　（2）方案评析。该方案是一个成本低的dp网通讯方案，因为它不需要在controllogix5000的机架中再插入另一块第三方的dp通讯模块sst-pfb-clx-rll，可以利用controllogix5000远程i/o已经存在的dp网络，将dp/dpcoupler安装在合适的远程i/o柜内，从而减少两个控制器间进行dp网通讯的距离，这个方案实质上将两套控制系统已有的dp网络用dp/dpcoupler连接在一起后，再由双方的cpu经dp/dpcoupler通道交换信息，这种通讯方式允许的输入和输出数据都只有244个字节。

3结束语

　　异构plc自动化系统集成越来越成为当前困扰plc深度应用的技术瓶颈。从目前的状况讲，基于标准现场总线的方法比较流行，例如在北美地区基本上是采用ab公司的controlnet确定性现场总线，而在西欧基本上是采用siemens公司的profibus现场总线。根据目前以太网技术的发展，采用更为完善的应用层协议，甚至“一网到底”应该是未来的发展趋势。