西門子ET 200S系列CPU，DP主站，接口模塊等

西門子 S7-200 SMART PLC 在食用菌培育實驗室的應(yīng)用

本系統(tǒng)應(yīng)用三套S7-200 SMART 系列PLC，根據(jù)食用菌培育工藝需要調(diào)節(jié)實驗室環(huán)境，一套應(yīng)用于預(yù)冷室、冷卻室及接種室，一套應(yīng)用于三間培養(yǎng)室，一套應(yīng)用于五間出菇室；并通過以太網(wǎng)通信實現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控。本套系統(tǒng)對工藝參數(shù)控制準(zhǔn)確，控制靈活，達(dá)成了食用菌培養(yǎng)的工藝需求。

1 引言

良好的生產(chǎn)環(huán)境是保證食用菌培育成功的關(guān)鍵，食用菌的培育環(huán)境包含空氣潔凈度、空氣溫度、濕度、PH 值、光照、二氧化碳濃度、氣壓等，食用菌培育控制系統(tǒng)通過控制風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、加熱器、加濕器、風(fēng)閥等設(shè)備，對食用菌培育生產(chǎn)全流程進(jìn)行精確管理，提高食用菌的培育效率。

2 工藝要求

本項目位于山東省淄博市，培育產(chǎn)品為香菇。主要工藝流程：培養(yǎng)料冷卻、接種、菌絲培養(yǎng)、出菇。

培養(yǎng)料預(yù)冷：通過室外低溫空氣對培養(yǎng)料進(jìn)行初步降溫。

冷卻：預(yù)冷后的培養(yǎng)料進(jìn)一步冷卻，如室外環(huán)境溫度滿足降溫需求時，優(yōu)先使用室外

自然冷源，不足部分使用制冷機(jī)組來滿足工藝要求，培養(yǎng)料溫度要求20±2℃。

接種：接種室溫度要求20±2℃。

菌絲培養(yǎng)：培養(yǎng)室環(huán)境溫度要求控制在20-23℃±1℃，濕度60％±5％。

出菇：要求溫度高溫在18-20℃±1℃，低溫10℃±1℃。

3 自動化平臺選型

3.1 控制方案

西門子S7-200 SMART 系列PLC 體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性高?？刂破鞅倔w標(biāo)配以太網(wǎng)接口，集成了強(qiáng)大的以太網(wǎng)通信功能，通過以太網(wǎng)接口還可與其他CPU 模塊、觸摸屏、計算機(jī)進(jìn)行通訊，輕松組網(wǎng)?？刂破骷蒑icro SD 卡插槽，使用市面上通用的Micro SD 卡即可實現(xiàn)程序的更新和PLC 固件升級，*地方便了工程師對終用戶的服務(wù)支持，也省去了因PLC 固件升級返廠服務(wù)的不便。CPU 支持標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP 協(xié)議，可接入以太網(wǎng)，實現(xiàn)集中控制。

本系統(tǒng)主要控制目標(biāo)是溫度、濕度、二氧化碳濃度，根據(jù)功能劃分控制區(qū)域，選擇一套基于S7-200 SMART SR40 CPU 的控制系統(tǒng)用于預(yù)冷室、冷卻室及接種室，一套基于S7-200 SMART SR60 CPU 的控制系統(tǒng)用于三間培養(yǎng)室，一套基于S7-200 SMART SR60 CPU 的控制系統(tǒng)用于五間出菇室。模擬量采集部分因數(shù)量較多，采用模擬量采集模塊。人機(jī)界面選用昆侖通態(tài)7 寸觸摸屏。

上位機(jī)集中監(jiān)控軟件選用三維力控組態(tài)軟件，應(yīng)用CPU 本體標(biāo)配的以太網(wǎng)接口實現(xiàn)通訊。

3.2 I/O 列表

根據(jù)現(xiàn)場需要控制的設(shè)備及監(jiān)測的控制點(diǎn)，各系統(tǒng)I/O 數(shù)量列表如下：

其中1#系統(tǒng)為預(yù)冷室、冷卻室及接種室，2#系統(tǒng)為三間培養(yǎng)室，3#系統(tǒng)為五間出菇室。

3.3 上位機(jī)集中監(jiān)控方案

本工程應(yīng)用三維力控組態(tài)軟件，軟件中集成了S7-200 SMART 系列的PLC 的以太網(wǎng)驅(qū)動程序，如下圖：

根據(jù)設(shè)備配置向?qū)Э赏瓿蒊/O 設(shè)備組態(tài)，如下圖：

各系統(tǒng)CPU IP 地址選擇在同一網(wǎng)段內(nèi)：172.16.1.*（可在HMI 中進(jìn)行修改）。

4 程序設(shè)計

4.1 控制流程圖

控制程序主要對個房間內(nèi)所需參數(shù)進(jìn)行控制，主要控制流程如下圖所示：

4.2 模擬量輸入處理

濕度及二氧化碳的檢測信號為4~20mA，分別對應(yīng)濕度0~*，二氧化碳0~10000ppm，通過S7-200 SMART 控制器的組態(tài)、編程和操作軟件STEP 7-Micro/WIN SMART 可以方便的創(chuàng)建添加用戶庫文件，將具有通用功能的程序塊封裝為用戶庫程序，方便調(diào)用，提高編程效率。模擬量處理程序如下所示：

4.3 IP 地址修改

如果有多臺同樣的設(shè)備需要進(jìn)行組網(wǎng)，則需要對所有設(shè)備CPU 進(jìn)行IP 地址的修改，可通過獲取 IP 地址（GIP_ADDR 指令）和設(shè)置 IP 地址（SIP_ADDR 指令）對CPU 進(jìn)行設(shè)置，本項目中使用了此功能，如下圖：

4.4 與人機(jī)界面通訊

本系統(tǒng)就地操作面板選用昆侖通態(tài)7 寸觸摸屏，S7-200 SMART 控制器通過串口與觸摸屏實現(xiàn)通訊，通訊設(shè)置如下：

控制器端：

HMI 端：

4.5 上位機(jī)組態(tài)

本系統(tǒng)可實現(xiàn)就地控制及上位機(jī)集中控制，上位機(jī)集中控制可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，設(shè)備遠(yuǎn)程操控，系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等功能。部分實時監(jiān)控畫面如下：

5 結(jié)束語

西門子S7-200 SMART 系列PLC 在本工程中的成功應(yīng)用，保證了空調(diào)設(shè)備的高效穩(wěn)定安全運(yùn)行，各項受控指標(biāo)均達(dá)到用戶工藝要求。西門子S7-200 SMART 系列PLC 全系標(biāo)配的集成以太網(wǎng)接口帶來了便捷的 組網(wǎng)方式、穩(wěn)定高速的通信；控制器集成Micro SD卡插槽為用戶應(yīng)用程序的升級更新帶來*便利，提高了工程設(shè)計人員的工作效率。

湖南艾歐曼自動化設(shè)備有限公司轉(zhuǎn)載:

使用 FB125 程序來判斷系統(tǒng)中的錯誤,FB125 可以診斷總線上站點(diǎn)的各種故障信息。FB125 是一個中斷驅(qū)動功能塊，它可以檢測到從站的組態(tài)，掉站等故障，并且給出詳細(xì)的報錯信息。使用 FB125 來診斷故障必須在 OB1, OB82 和 OB86 中調(diào)用FB125。

組態(tài)軟件和硬件：

所用軟件：STEP7 V5.2

所用硬件：

1.PROFIBUS-DP 主站 S7-400 CPU414-3

2. PROFIBUS-DP 從站 IM 153-2 (redundant) 、ET 200S / CPU、Diagnostic Repeater。

3. MPI 網(wǎng)卡 CP5611

4.PROFIBUS 電纜及接頭

配置完畢的系統(tǒng)組態(tài)圖如下：

下面通過 FB125 來診斷系統(tǒng)中的各種故障

首先，插入功能塊 OB82、OB86。在 Step 7 界面下選中 Blocks,在右側(cè)空白區(qū)域點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在下拉菜單中選擇 Insert New Object->Organization Block，插入所需的 OB82 和 OB86 組織塊，如下圖所示。

由于在程序中要使用 DB125 存儲故障信息,所以按照添加 OB 塊的步驟添加 OB125。

分別打開 OB1,OB82 和 OB86，在其中調(diào)用 FB125 和 DB125，輸入程序，例子程序如

下：

程序為診斷信息分配了存儲空間，下面對每條語句的診斷功能做進(jìn)一步的說明。

以下參數(shù)從 1-8 均為輸入量

1、DP_MASTERSYSTEM (INT)表示配置的 DP 主站系統(tǒng)的個數(shù)，在本例中為 1。

2、EXTERNAL_DP_INTERFACE（BOOL）：=0，CPU 主站的集成 DP 接口；=1，外部接口，如 CP/IM。

3、MANUAL_MODE (BOOL)：=0，自動模式，此模式下不支持單個從站的診斷；=1，手動模式，可以進(jìn)行單個從站的診斷。

4、SINGLE_STEP_SLAVE (BOOL)：轉(zhuǎn)到下一個出錯的 DP 從站。

5、SINGLE_STEP_ERROR（BOOL）：轉(zhuǎn)到正在顯示的 DP 從站的下一個錯誤。

6、RESET (BOOL)：=1，復(fù)位，初始化系統(tǒng)。

7、SINGLE_DIAG (BOOL)：只在手動模式下（MANUAL_MODE=1）有效。=1，讀 DP 從站的診斷?？稍?SINGLE_DIAG_ADR 配置該從站的站號。

8、SINGLE_DIAG_ADR (BYTE)：只在手動模式下（MANUAL_MODE=1）有效。與 SINGLE_DIAG 配合使用，在其中設(shè)置單獨(dú)診斷的從站的站號。

以下參數(shù) 9-25 均為輸出量。

9、ALL_DP_SLAVES_OK (BOOL)：=0，系統(tǒng)中從站存在故障；=1，系統(tǒng)中從站運(yùn)行正常。

10、SUM_SLAVES_DIAG (BYTE)：出錯的 DP 從站的數(shù)目。

11、SLAVE_ADR (BYTE)：出錯的 DP 從站的站號。

12、SLAVE_STATE (BYTE)

13 、SLAVE_IDENT_NO (WORD)：與 SLAVE_ADR 有關(guān)。

14、ERROR_NO (BYTE)：與當(dāng)前 SLAVE_ADR 參數(shù)指示的從站相對應(yīng)的錯誤編號，每個編號都有一個與之相對應(yīng)的故障信息。

15、ERROR_TYPE (BYTE)

16、MODULE_NO (BYTE)：與當(dāng)前 SLAVE_ADR 參數(shù)指示的從站相對應(yīng)的模塊編號，指示出錯的從站對應(yīng)的槽或模塊。

17、MODULE_STATE (BYTE)：與當(dāng)前 SLAVE_ADR 參數(shù)指示的從站相對應(yīng)的模塊狀態(tài)。

18、CHANNEL_NO (BYTE)：與當(dāng)前 SLAVE_ADR 參數(shù)指示的從站相對應(yīng)的故障模塊的通道編號。

19、CHANNEL_TYPE (BYTE)：與當(dāng)前 SLAVE_ADR 參數(shù)指示的從站相對應(yīng)的模塊中出錯通道的類型。

20、CHANNEL_ERROR_CODE (INT)：與當(dāng)前 SLAVE_ADR 參數(shù)指示的從站相對應(yīng),每一個錯誤的通道都明確地給出了錯誤信息，每條信息對應(yīng)著一個標(biāo)號，具體標(biāo)號對應(yīng)的故障信息參見手冊 P4-P8 表格。

21、CHANNEL_ERROR_INFO_1(DWORD)：與當(dāng)前 SLAVE_ADR 參數(shù)指示的從站相對應(yīng)，故障通道上的位錯誤信息，不同的錯誤信息對應(yīng)不同的錯誤類型(ERROR_TYPE)。

22、CHANNEL_ERROR_INFO_2(DWORD)：與當(dāng)前 SLAVE_ADR 參數(shù)下，與上文中 ERROR_TYPE 中的編號 4（S7 診斷）相對應(yīng)，提供了滿zu S7 模塊 DS0 數(shù)據(jù)記錄的特殊錯誤信息，詳見手冊 P11 表格。

23、DIAG_COUNTER (BYTE)：顯示的診斷 DP 從站的總數(shù)。

24、DIAG_OVERFLOW (BOOL)：同時接受診斷的總數(shù)大于 32 個，從站超過了 FB125 可以處理的上限，需要執(zhí)行RESET 復(fù)位。

25、BUSY (BOOL)：FB125 正在診斷 DP 系統(tǒng)。DB125 的功能：在程序中，用到了數(shù)據(jù)塊 DB125,其作用如下：

下圖為從站編號的分配表。

通過以上兩個表格，可以判斷出系統(tǒng)中從站的狀態(tài)，下面通過一個例子來說明。

在編程界面下選擇菜單欄中 PLC->Monitor/Modify Variables。

在 23 欄中，起始地址為 1176 字節(jié)，已組態(tài)的從站為 3，4，5，6 和 16 號從站。

在 24 欄中，起始地址為 1192 字節(jié)，已檢測到的從站為 3,4 和 16 號從站。

在 25 欄中，起始地址為 1208 字節(jié)，檢測不到的從站為 5，6 號從站。

在 26 欄中，起始地址為 1224 字節(jié)，*從站。

在 27 欄中，起始地址為 1240 字節(jié)，受影響的從站為 5，6 號從站。

可以看到，通過 FB125 可以獲得一個詳細(xì)的診斷結(jié)果，從故障站點(diǎn)，故障模塊，故障通道，逐步明確故障的發(fā)生地點(diǎn)；根據(jù)故障信息，有助于找出故障原因，從而排除故障。同時數(shù)據(jù)存儲區(qū)可以做為接口被其它程序讀取和調(diào)用（如 WINCC），更直觀的找出故障從站和錯誤信息。

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