西門子觸摸屏6AV6642-0BC01-1AX1

  可編程控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC或PC，是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，它不斷吸收微計算機技術(shù)使之功能不斷增強，逐漸適合復(fù)雜的控制任務(wù) 。

    PLC之所以有生命力，在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場和市場的要求：高可靠性、強抗各種干擾的 能力、編程安裝使用簡便、低價格長壽命。比之單片機，它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場設(shè)備，不需添加太多的中間部件或需要更多的接口，這樣節(jié)省了用戶時間和成本。PLC的下端(輸入端)為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計算機。人們在應(yīng)用它時，可以不必進行計算機方面的專門培訓，就能對可編程控制器進行操作及編程。用來完成各種各樣的復(fù)雜程度不同的工業(yè)控制任務(wù)。

   自1836年繼電器問世，人們就開始用導(dǎo)線將它同開關(guān)器件巧妙地連接，構(gòu)成用途各異的邏輯 控制或順序控制。至今，在PLC的編程語言——梯形圖中還可以看到這些布線的影子。直到60年代末、70年代初可編程控制器問世，隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，以及微處理器的出現(xiàn)，PLC產(chǎn)品朝小型和超小型化方面進行了一次飛躍，最終使早期的PLC從最初的邏輯控制、順序控制，發(fā)展成為具有邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶和算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信及PID回路調(diào)節(jié)等功能的現(xiàn)代PLC。一、可編程控制器的主要功能

　　PLC是應(yīng)用面很廣，發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動化裝置，在工廠自動化(FA)和計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)內(nèi)占重要地位。今天的PLC功能，遠不僅是替代傳統(tǒng)的繼電器邏輯。

　　PLC系統(tǒng)一般由以下基本功能構(gòu)成：· 多種控制功能 · 數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能 · 通信聯(lián)網(wǎng)功能 · 輸入/輸出接口調(diào)理功能 · 人機界面功能 · 編程、調(diào)試功能 1、控制功能邏輯控制：PLC具有與、或、非、異或和觸發(fā)器等邏輯運算功能，可以代替繼電器進行開關(guān)量控制。

　　定時控制：它為用戶提供了若干個電子定時器，用戶可自行設(shè)定：接通延時、關(guān)斷延時和定 時脈沖等方式。

　　計數(shù)控制：用脈沖控制可以實現(xiàn)加、減計數(shù)模式，可以連接碼盤進行位置檢測。

　　順序控制：在前道工序完成之后，就轉(zhuǎn)入下一道工序，使一臺PLC可作為多部步進控制器使用。2、數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能數(shù)學運算功能：

　　基本算術(shù)：加、減、乘、除。

　　擴展算術(shù)：平方根、三角函數(shù)和浮點運算。

　　比較：大于、小于和等于。

　　數(shù)據(jù)處理：選擇、組織、規(guī)格化、移動和先入先出。

　　模擬數(shù)據(jù)處理：PID、積分和濾波。3、輸入/輸出接口調(diào)理功能具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能，通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)。位數(shù)和精度可以根據(jù)用戶要求選擇。

　　具有溫度測量接口，直接連接各種電阻或電偶。4、通信、聯(lián)網(wǎng)功能現(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有RS232或RS485接口，可進行遠程I/O控制，多臺 PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間，實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。

　　通信接口或通信處理器按標準的硬件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程序和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。如西門 子S7-200的Profibus現(xiàn)場總線口，其通信速率可以達到12Mbps。

　　在系統(tǒng)構(gòu)成時，可由一臺計算機與多臺PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。通常所說的SCADA系統(tǒng)，現(xiàn)場端和遠程端也可以采用PLC作現(xiàn)場機。5、人機界面功能提供操作者以監(jiān)視機器/過程工作必需的信息。允許操作者和PC系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用，以便作決策和調(diào)整。

　　實現(xiàn)人機界面功能的手段：從基層的操作者屏幕文字顯示，到單機的CRT顯示與鍵盤操作和 用通信處理器、處理器、個人計算機、工業(yè)計算機的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。6、編程、調(diào)試等使用復(fù)雜程度不同的手持、便攜和桌面式編程器、工作站和操作屏，進行編程、調(diào)試、監(jiān)視 、試驗和記錄，并通過打印機打印出程序文件。

    二、可編程控制器的主要特點

    1、可靠性高PLC的MTBF一般在40000～50000h以上，西門子、ABB、松下等微小型PLC可達10萬h以上，而且均有完善的自診斷功能，判斷故障迅速，便于維護。2、模塊化組合靈活可編程控制器是系列化產(chǎn)品，通常采用模塊結(jié)構(gòu)來完成不同的任務(wù)組合。I/O從8～8192點，有多種機型、多種功能模板可靈活組合，結(jié)構(gòu)形式也是多樣的。3、功能強PLC應(yīng)用微電子技術(shù)和微計算機，簡單型式都具有邏輯、定時、計數(shù)等順序控制功能?；?型式再加上模擬I/O、基本算術(shù)運算、通信能力等。復(fù)雜型式除了具有基本型式的功能外，還具有擴展的計算能力、多級終端機制、智能I/O、PID調(diào)節(jié)、過程監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)通信能力、遠程I/O、多處理器和高速數(shù)據(jù)處理能力。4、編程方便PLC適用針對工業(yè)控制的梯形圖、功能塊圖、指令表和順序功能表圖(SFC)編程，不需要太多 的計算機編程知識。新的編程工作站配有綜合的軟件工具包，并可在任何兼容的個人計算機上編程。5、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境PLC的技術(shù)條件能在一般高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能在強電磁干擾環(huán)境 下可靠工作。這是PLC產(chǎn)品的市場生存價值。6、安裝、維修簡單與計算機系統(tǒng)相比，PLC安裝不需要特殊機房和嚴格的屏蔽。使用時只要各種器件連接無誤，系統(tǒng)便可工作，各個模件上設(shè)有運行和故障指示裝置，便于查找故障，大多數(shù)模件可以帶電插拔，模件可更換，使用戶可以在最短的時間內(nèi)查出故障，并排除，最大限度地壓縮故障停機時間，使生產(chǎn)迅速恢復(fù)。然后再對故障模件進行修復(fù)，這對大規(guī)模生產(chǎn)場合尤為適宜。

　　一些PLC外殼由可在不良工作環(huán)境下工作的合金組成，結(jié)構(gòu)簡單，上面帶有散熱槽，在高溫 下，該外殼不像塑料制品那樣變形，還可抗無線電頻率(RF高頻)電磁干擾、防火等。7、運行速度快隨著微處理器的應(yīng)用，使PLC的運行速度增快，使它更符合處理高速度復(fù)雜的控制任務(wù)，它與微型計算機之間的差別不是很明顯。8、總價格低PLC的重量、體積、功耗和硬件價格一直在降低，雖然軟件價格占的比重有所增加，但是各 廠商為了競爭也相應(yīng)地降低了價格。另外，采用PLC還可以大大縮短設(shè)計、編程和投產(chǎn)周期，使總價格進一步降低。

　　PLC系統(tǒng)與工業(yè)總線計算機和DCS系統(tǒng)相互滲透，互為借鑒，相互競爭而發(fā)展。促進了工業(yè)的 進步。

　　PLC產(chǎn)品面臨現(xiàn)場總線的發(fā)展，將再次革新，滿足工業(yè)與民用控制的更高需要。三、PLC的通信及聯(lián)網(wǎng)PLC的通信包括PLC之間、PLC與上位計算機之間以及PLC與其他智能設(shè)備間的通信。PLC系統(tǒng)與通用計算機可以直接或通過通信處理單元、通信轉(zhuǎn)接器相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動化(FA)系統(tǒng)發(fā)展的需要，各PLC系統(tǒng)或遠程I/O模塊按功能各自放置在生產(chǎn)現(xiàn)場分散控制，然后采用網(wǎng)絡(luò)連接構(gòu)成集中管理的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

　　以西門子公司的SIMATIC NET為例，在其提出的全集成自動化(TIA)的系統(tǒng)概念中，核心內(nèi)容即包括組態(tài)和編程的集成、數(shù)據(jù)管理的集成以及通信的集成。通信網(wǎng)絡(luò)是這個系統(tǒng)重要的、關(guān)鍵的組件，提供了部件和網(wǎng)絡(luò)間完善的工業(yè)通信。

　　SIMATIC NET包含了三個主要層次：

　　AS-I網(wǎng)——傳感器和執(zhí)行器通信的國際標準，掃描時間5ms，傳輸媒體為未屏蔽的雙絞線，線路長度為300m，最多為31個從站。

　　PROFIBUS——工業(yè)現(xiàn)場總線，用于車間級和現(xiàn)場級的國際標準，傳輸率最大12m/s，傳輸媒體為屏蔽雙線電纜(最長9.6km)或光纜(最長90km)，最多可接127個從站。

　　工業(yè)以太網(wǎng)——用于區(qū)域和單元聯(lián)網(wǎng)的國際標準，網(wǎng)絡(luò)規(guī)?？蛇_1024站1.5km(電氣網(wǎng)絡(luò))或200km(光學網(wǎng)絡(luò))。

　　在這一網(wǎng)絡(luò)體系中，尤其值得一提的是PROFIBUS現(xiàn)場總線，PROFIBUS是目前最成功的現(xiàn)場總線之一，已得到廣泛地應(yīng)用。它是不依賴生產(chǎn)廠家的、開放式的現(xiàn)場總線，各種各樣的自動化設(shè)備均可通過同樣的接交換信息。為數(shù)眾多的生產(chǎn)廠家提供了優(yōu)質(zhì)的PROFIBUS產(chǎn)品，用戶可以自由地選擇最合適的產(chǎn)品。PROFIBUS已經(jīng)成為德國國家標準DIN19245和歐洲標準pr EN50170，并在世界擁有了最多的用戶數(shù)量。四、PLC與工業(yè)控制計算機(IPC)和集散控制系統(tǒng)(DCS)的比較1、各自技術(shù)發(fā)展的起源計算機是為了滿足快速大量數(shù)據(jù)處理要求的設(shè)備。硬件結(jié)構(gòu)方面，總線標準化程度高，兼容性強，軟件資源豐富，特別是有實時操作系統(tǒng)的支持，故對要求快速、實時性強、模型復(fù)雜和計算工作量大的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。

　　集散系統(tǒng)從工業(yè)自動化儀表控制系統(tǒng)發(fā)展到以工業(yè)控制計算機為中心的集散系統(tǒng)，所以其在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)方面具有一定優(yōu)勢，初期主要用在連續(xù)過程控制，側(cè)重回路調(diào)節(jié)功能。

　　PLC是由繼電器邏輯系統(tǒng)發(fā)展而來，主要用在離散制造、工序控制，初期主要是代替繼電器控制系統(tǒng)，側(cè)重于開關(guān)量順序控制方面。

　　近年來隨著微電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)等的發(fā)展，PLC在技術(shù)和功能上發(fā)生了飛躍。在初期邏輯運算的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值運算、閉環(huán)調(diào)節(jié)等功能，增加了模擬量和PID調(diào)節(jié)等功能模塊；運算速度提高，CPU的能力趕上了工業(yè)控制計算機；通信能力的提高發(fā)展了多種局部總線和網(wǎng)絡(luò)(LAN)，因而也可構(gòu)成為一個集散系統(tǒng)。特別是個人計算機也被吸收到PLC系統(tǒng)中。

　　PLC在過程控制的發(fā)展將是一智能變送器和現(xiàn)場總線，暨向下拓展功能，開放總線。2、相同點在微電子技術(shù)發(fā)展的背景下，從硬件的角度來看，PLC、工業(yè)計算機、集散系統(tǒng)(DCS)之間的差別正在縮小，都將由類似的一些微電子元件、微處理器、大容量半導(dǎo)體存儲器和I/O模件組成。編程方面也有很多相同點。3、區(qū)別點由于PLC和計算機屬于兩類產(chǎn)品，經(jīng)過幾十年的發(fā)展都形成了自身的裝置特點和軟件工具。實際上的區(qū)別繼續(xù)存在。

　　PLC用編程器或計算機編程，編程語言是梯形圖、功能塊圖、順序功能表圖和指令表等。集散系統(tǒng)自身或用計算機結(jié)構(gòu)形成組態(tài)構(gòu)成開發(fā)系統(tǒng)環(huán)境。

　　特別提出的是與STD總線工控機的區(qū)別，無論從維修、安裝和模件功能都很相似。PLC更適用于黑模式下運行，但在線運行時若要進行較大的程序修改，其能力略遜于STD工控機，但是從開關(guān)量控制而言，PLC的性能優(yōu)于STD工控機。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

本過程控制系統(tǒng)用于模擬對工業(yè)現(xiàn)場液位、溫度等信息的采集、處理，pid 控制和控制工藝流程的實時監(jiān)控。系統(tǒng)通過西門子dp總線進行數(shù)據(jù)傳輸和交換，采用mpi通信方式與上位機進行通信和遠程控制，從而使整個控制系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

系統(tǒng)主要包含上位監(jiān)控機、cpu、以太網(wǎng)通信模塊、dp鏈路、分布式i/o和變頻器dp從站、溫度和壓力變送器、閥門---、電磁流量計等。cpu 采用siemens 的s7300 315-2 dp,既具有多點通信功能的mpi 接口，又具有profibus-dp通信功能[6].

3 系統(tǒng)組態(tài)

3.1 硬件組態(tài)

針對西門子s7-300 plc 來說，其硬件組態(tài)是通過step7 軟件來實現(xiàn)的。組態(tài)過程主要包括以下幾個步驟。

1新建項目。服務(wù)熱線

新建項目時需選擇好存儲路徑和項目名稱。

2添加工作站

右鍵---新建的站點名字，選擇插入simatic300 station.

硬件配置必須和實際plc 上掛的模塊一致，具體的設(shè)置參數(shù)要看模塊左下方的訂貨號。

cpu 地址設(shè)為2,其余模塊地址從4 開始，且不能重復(fù)[8].

設(shè)置profibus網(wǎng)絡(luò)參數(shù)為1.5 mb/sdp。服務(wù)熱線

模塊地址需記住，因為編程的時候要用到。尤其是ai/ao模塊地址要記住，以數(shù)據(jù)的正確通信。

ai/ao模擬量模塊的輸入和輸出通道信號類型此處設(shè)為兩線制4~20 ma.

硬件配置好后可選擇保存編譯。服務(wù)熱線

3.2 通信組態(tài)

在step7 軟件的option 選項里選擇set pg/pc inter-face,把通信協(xié)議改為cp5611mpi，---“diagnostics”

按鈕進入測試頁面。---“test”按鈕顯示正常，然后---“read”按鈕讀到plc地址為2表示通信成功。

軟硬件均編譯通過后，即可---進plc.

3.3 監(jiān)控頁面組態(tài)

本例中用wincc 軟件來驅(qū)動step7 的變量，實現(xiàn)對程序的監(jiān)控。

1新建項目和添加驅(qū)動程序

新建項目時需設(shè)置項目類型、名稱和路徑。

選擇變量管理--新建驅(qū)動程序--插入simat-ic s7 protocol suite.此通信驅(qū)動程序支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和類型，此處選擇mpi和plc 的通信協(xié)議一致，并設(shè)置站地址為2.

2組態(tài)變量

wincc 變量類型主要有過程變量和內(nèi)部變量。其中過程變量是真實值，位于plc的存儲器中。內(nèi)部變量表示在wincc中用來計算或模擬的內(nèi)部值，不與plc之間進行通信。每個變量在組態(tài)時需定義變量名稱和類型。過程變量還需選擇plc中地址和數(shù)據(jù)格式變換。

 西門子觸摸屏6AV6642-0BC01-1AX1

西門子的很多面板沒有時鐘保持功能，這可以通過設(shè)置PLC同面板的時鐘同步來解決，如何同步Protool/Winccflexible組態(tài)操作面板與 S7-200/300/400 控制器的日期和時間可以參照以下鏈接中的描述：79626087

如何同步WinCC Basic 組態(tài)的Basic Panel的日期與時間與 S7-1200 PLC日期和時間可以參照以下鏈接中的描述：

39182145

另外，使用 WinCC flexible 組態(tài)的面板也可以訪問 S7-1200，可以參照以下鏈接內(nèi)容：

38111886

這種情況下，使用的是S7 300/400 PLC的驅(qū)動來訪問S7 1200 PLC的，此時，一般的變量訪問是沒有問題的，但如果實現(xiàn)兩者的時鐘同步就有問題了，因為S7 1200 PLC的系統(tǒng)時鐘格式與S7 300/400 PLC的系統(tǒng)時鐘是不相同的，S7 1200 PLC的系統(tǒng)時鐘由以下12個字節(jié)組成：

而S7 300/400PLC的系統(tǒng)時鐘由以下8個字節(jié)組成：

因此，實現(xiàn)WinCCflexible組態(tài)面板同S7 1200 PLC的時鐘同步的關(guān)鍵在于將S7 1200 PLC的系統(tǒng)時鐘格式轉(zhuǎn)換為符合S7 300/400 PLC的系統(tǒng)時鐘格式。具體實現(xiàn)步驟如下：

1．創(chuàng)建DB塊
創(chuàng)建DB塊,確保“僅符號訪問”選項不使能：

2．創(chuàng)建DB塊變量
在DB塊中創(chuàng)建所需要的變量如下：

3．創(chuàng)建周期中斷塊
創(chuàng)建一個周期中斷塊，將默認的掃描周期100ms改為1000ms,這樣可以減小PLC的負 擔：

1. 為了配置調(diào)制解調(diào)器模塊 EM 241，打開 STEP 7-Micro / WIN 并選擇 調(diào)制解調(diào)器擴展向?qū)А?/span>

圖 1：選擇 Modem Expansion Wizard

2. 選擇“配置EM 241調(diào)制解調(diào)器模塊”并點擊“下一步”確認。
3. 請點擊“Yes”確認符號地址。
4. 輸入 EM 241 的模塊位置或在在線狀態(tài)下執(zhí)行“讀取模塊”并點擊“下一步”。
5. 激活密碼保護并輸入一個密碼或者點擊“下一步”跳過該步。
6. 選擇“調(diào)制解調(diào)器模塊使用PPI協(xié)議”并點擊“下一步”確認。
7. 選擇“在此配置中使能信息傳送功能”并點擊“配置信息傳送”。
8. 在下一個窗口中，點擊選項卡“尋呼信息”并找到“新信息”。
9. 在文本域中輸入您的消息并分配一個符號地址。如果您想要輸入一個附加數(shù)據(jù)，找到“插入數(shù)據(jù)”，定義合適的值并點擊“OK”確認。點擊“保存信息”并保存該信息。
10. 選擇選項卡“”定義。
11. 在“新”輸入數(shù)據(jù)并點擊“保存”確認。

圖 2：Phone Number Properties (屬性) 

12. 在左側(cè)的框中選擇號碼，點擊按鈕“-->”將其傳送到右邊的框中，然后點擊“OK”。
13. 點擊“下一步”然后再點擊“下一步”跳過下個窗口。
14. 在下個窗口中，選擇嘗試的號碼。選擇撥號類型聲音并選擇“使能無撥號音撥號”選項。點擊“下一步”確認選擇。
15. 選擇一個空閑的存儲空間范圍并點擊“下一步”確認。
16. 按照您的配置選擇輸出類型并點擊“下一步”。
17. 點擊“完成”確認項目組件的顯示。
18. 完成配置。
19. 在 STEP 7- Micro / WIN 中，為 EM 241 創(chuàng)建程序鏈接。