小型PLC网络监控系统的安装和调试设计方案

1、小型PLC网络监控系统的安装和调试设计方案PLC的简介随着计算机工业控制技术的不断发展，计算机监控技术日趋完善，PLC（ Programmable logic Control程序逻辑控制）工业控制系统为各式各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用，其主要原因在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案。可编程序控制器（又称可编程控制器）是以自动控制技术、微计算机技术和 通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，目前已被广泛应用于各个领 域。由于早期的可编程序控制器只能进行计算、定时以及对开关量的逻辑控制， 因此，它被称为可编程序逻辑控制器（Programmable Logi

2、c Controller ）,简称 PLC后来，可编程序控制器采用微处理器作为其控制核心，它的功能已经远远 超出逻辑控制的范畴，于是人们又将其称为 Programmable Controller,简称PG 但个人计算机（Personal Computer）也常简称PC,所以为了避免混淆，可编程 序控制器仍被称为PLC 1987年，国际电工委员会（IEC）在可编程序控制器国 际标准草案第三稿中，对可编程序控制器定义如下：可编程序控制器是一种数字 运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器， 用来在其内部存储执行逻辑运算、 顺序控制、定时、技计数和算术运算等操作的 指令，

3、并通过数字式、模拟式的输入和输出控制各种机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体， 易于扩充其 功能的原则设计。PLC是生产力发展的必然产物。20世纪60年代初，美国的汽 车制造业竞争激烈，产品更新换代的周期越来越短，其生产线必须随之频繁地变 更。传统的继电器控制对频繁变动的生产线很不适应，因此人们对控制装置提出 了更高的要求，即经济、可靠、通用、易变、易修。自从1969年美国数字设备公司（DEC研制出了世界上第一台PLC,并在美 国GM公司的汽车自动装配生产线上获得试用成功以来，由于PLC优越的性能，其技术得到了飞跃的发展。1971年，日本引进了这项

4、技术并开始生产 PLC 1973 年，原西德和法国也研制出自己的 PLC随着微电子技术的迅猛发展，到 20世 纪80年代中期，PLC的处理速度和可靠性大大提高，不仅增加了多种特殊功能， 而且体积进一步缩小，成本大幅度的下降。到 20世纪90年代中期之后，PLC几 乎完全计算机化，其速度更快，功能更强，PLC的各种智能化模块不断被开发出 来。为了推进PLC的应用，一些厂家还推出了 PLC的计算机辅助编程软件。现在，PLC不仅能进行逻辑控制，还在模拟量的闭环控制、数字量的智能控 制、数据采集、监控、通信联网及集散控制等方面都得到了广泛的应用。如今大 中型，甚至小型PLC都配有A/D、D/A转换及算

5、术运算功能，有的还具有 PID功 能。这些功能使PLC的应用具有了硬件基础。另外还具有较强的通信功能，可与 计算机或其他智能装置进行通信和联网，从而方便地实现集散控制。目前，世界上一些著名电器生产厂家几乎都在生产 PLC产品功能日趋完善， 换代周期越来越短。为了进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围，适应大、 中、小型企业的不同需要，PLC产品大致向两个方向发展：小型PLC向体积缩小， 功能增强，速度加快，价格低廉的方向发展，使之能对大规模、复杂系统进行综 合性的自动控制。我国从20世纪70年代中期开始研制和开发国产 PLC，许多企 业PLC的应用方面进行了积极的探索，取得了成功的饿经验和

6、良好的效益。 随着 PLC产品性能价格比的不断提高，中小企业普及应用PLC的投资已经完全可以承 受。可以预见，PLC技术的推广应用会使我国的工业自动化水平产生极大的飞跃。一套完整的PLC主要由6个模块构成：电源模块、CPU模块、热备模块（可选）、开入/开出（I/O ）模块、A/O模块、通讯模块。其中电源模块向PLC提供直流24V工作电源；CPU是微型处理器（PLC 的核心部位）；热备模块是在两套PLC均为在线方式下互为热备用， 并且可以人为任意切换至工作或备用状态，提高安全可靠性；开入/开出（I/O ）模块是指外围回路向 PLC输入高电平（或低电平）和 PLC向外围回路输出高电平（或低电平）；

7、模数转换（A/0）模块是 将外围设备输入的电信号转换成数字信号，以供PLC进行计算、判断、比较和传输（配置如图1所示）LD SM0.1/第一个扫描周期接通MOVB 9, SMB30 / 初始化 portO 口ATCH INT_0, 8/指定port0 口接收事件由中断 0处理MOVD &VB101, VD96 / 指针 VD96指向 VB101 开始的 V寄存器区MOVD&VBO, VD36/VD36 也指向 VB101 开始的 V寄存器区MOVB 0, VB41 /接收字符个数清0图1由于PLC容易与工业控制系统连成一个整体，易于扩展功能，具有 接口简单快捷、工作量小、适合于较为恶劣的运行环

8、境、故障率低、 可靠性好、抗电气干扰能力强，维护方便等优点。工业中有许多控制系统需要多台PLC或 PLC与其他智能设备协同控 制，所以PLC之间就必须要实现信息交换，即网络通信技术，西门子 S7-200微型PLC具备较强的网络通信功能，在配料生产线、装备生 产线等控制系统中，广泛应用 PLC网络通信技术，各控制单元采用 S7-200分别控制，通过PPI网络交换信息，同时为了提高可靠性和 操作的便捷性，以采样触摸屏或计算机做主站，来监控系统的运行和 生产数据的设定等。2.2PLC的通信内容提要：本节首先介绍了 PLC通信及网络的基本概念，然后介绍了 S7-200 PLC通信与网络方面的知识，最后

9、主要讲解了S7-200 PLC通信和网络功能的实现。2.1.1PLC的通信内容提要：本章首先介绍了 PLC通信及网络的基本概念，然后介绍了 S7-200PLC通信与网络方面的知识，最后主要讲解了S7-200 PLC通信和网络功能的实现。2.1.2 PLC通信的基本概念PLC 通信是指PLC与 PLG PLC与计算机、PLC与现场设备或远程I/O之间的 信息交换。也就是说，任意两台设备之间发生了信息交换就是产生了通信。如当用户用编程器向PLC输入程序时，编程器与PLC之间有信息传送，这就是最简单 的PLC通信。PLC通信的任务是将地理位置不同的 PLC计算机、各种现场设备 用通信介质连接起来，按

10、照规定的通信协议，以某种特定的通信方式高效地完成 数据的传送、交换和处理。2.1.3 通信系统的构成通信系统一般由传送设备、传送控制设备、通信介质、通信协议和通信软件 等部分构成，图9-1所示是一个通信系统的基本组成示意图。图迺佶采统的基本组成示帝阳传送设备主要是用来发送或接收信息的， 一个通信系统中至少有两个，其中 有的是发送设备，有的是接收设备。对于多台设备之间的数据传送，有时还有主 从之分。主设备起控制、发送和处理信息的主导作用，从设备被动地接收、监视 和执行主设备的信息。主从关系是在实际通信时由数据传送旳结构来确定。在 PLC通信系统中，传送设备可以是 PLC计算机或各种外围设备。传送

11、控制设备主要用于控制发送与接收之间的同步协调，以保证信息发送与 接收的一致性。通信介质是信息传送的基本通道，是发送设备与接收设备之间的桥梁。通信协议是通信过程中必须遵守的各种数据传送规则， 是通信得以进行的法 律。通信软件用于对通信的软件、硬件进行统一调度、控制和管理。2.1.4通信方式1 .基本通信方式数据的基本通信方式有两种：并行通信方式和串行通信方式。并行通信方式 是指9-2送数据的所有位同时发送或接收。并行传送的数据有多少位，传输线就 需要多少根。图9 2所示是8位二进制数同时由设备A传送到设备B。闍弘2井行通宿示总国并行通信的特点是传送速度快，但如果PLC位数较多，传送距离较远，则会

12、 使得线路复杂且成本高。因此，并行通信方式一般只在PLc内部各元件之间、主 机与扩展模块到智能模块之间使用。E 近距离串行通信方式是指将被传送的数据逐位逐位地顺序传送。不论被传送的数据有多少位只需要I2根传输线分时传送，数据从低位开始一位接一位按顺序程通信示意图。所示是串行TTTTTTT一 一11000101PLC通PLC点是PLC度慢，但传输绒少、成本低，适合长距离通信。串行通信广 泛 9-4 （a）、（b）、（c）所示。半etH全双匸图弘4寧匚 半煤丁列唯取匸通偽方式的示息:厠单工通信是指信息的传递始终保持一个固定的方向，不能进行反方向传送,任 个 半 信 能 据,图企$悴步巾行锻伯朮栽谢

13、一时刻线路总是一 方向的数据在传送。 双工是指在两个通 设备中同一时刻只 有一个设备发送数 而另一个设备接收 数据，至于哪个发送数据哪个接收数据没有限制，但两个设备不能同时发送和接 收数据全双工是指两个通信设备可以同时发送和接收数据， 线路上任一时刻有两个 方向的数据在传送。在串行通信方式中，发送端与接收端之间的同步问题是数据 通信中的一个重要问题，处理不当往往会导致数据传送的失败。 为此，在串行通 信中采用了同步通信与异步通信技术。 异步通信：将被传送的数据编码成一串脉 冲，按照约定好的固定格式，发送设备一帧一帧地发送，接收设备一帧一帧地接 收。在发送数据的同时发送数据的开始和结束标志， 用

14、于控制数据发送的开始与 结束。各部件之间进行通信时没有统一的时间标准，可以有各自的时钟信号。图9-5所示是异步串行通信示意图。在异步串行通信中，通信设备之间必须有两项规定。(1)传送字符的数据格式：图9-5是一个7位字符数据传送格式。每一个字 符数据的开始处加开始位标记“0”，接着是7位字符数据有效位，然后是I位奇 偶梭验位，再加停止位标记“ 1”，共用10位构成一个字符数据。还有其他字符 格式，如字符数据有效位可以是 58位，奇偶校验位可根据需要选择，停止位 可以多于1位。(2)波特率：单位时间内传送二进制数的位数。它用来衡量数据传送速度的快慢，单位是“波特”，也可表示为“ bps”。例如，

15、数据的传送速率为每秒480字符，每个字符为10位，则数据传送的波特率为IObitx480s-仁4800bit/s=4800波特=4800bps传送每一位的时间Td为波特率的倒数，即Td=l/ 波特率=1/4800=0.208ms要想使通信双方能够正常收发数据，则要求发送设备与接收设备的数据传送 速率一致。异步通信方式的硬件结构简单，但传送每一个字节都要加开始位、校验位和 停止位，所以传送效率较低，主要用于中低速数据通信。同步通信：以数据块为单位，在每个数据块的开始加入一个同步字符来控制 同步，而在用于PLc与PLc之间、PLc与计算机之间的数据传送。2. PLC常用的通信接口1. RS-232

16、-C通信接口RS-232-C 是电子工业协会(EIA)于1962年公布的一种标准化接口。它既是 一种通信协议标准，又是一个种电气标准，它规定通信设备之间信息交换的方式 与功能。它采用按位串行通信的方式传送数据，波特率规定为300 bit/s 、600bit/s、1200 bit/s、4800 bit/s、9600 bit/s、19200 bit/s 等几种。电气性 能上，RS-232-C采用负逻辑，规定逻辑“ 1”电平为-5-15V范围内；逻辑“ O 电平为+5+15 V范围内。机械性能上，RS-232-C接口是标准25针的D型连接器。实际使用时并未将 25个引脚全部用完，最简单的通信只需用3

17、根线，最多用22根。当PLC与计算机通信时，使用的连接器有25针的也有9针的，可根据需要配置。表9-2给出 了 PLC与计算机相连时RS-232-C的引脚使用情况。表乳2PIX芍计算机连接时RSU2-C的引胭便用悄况引稗悄号说明2捏送嶷据3RXD機收裁搦4RTS谓求班送5CTS允许很送6数拯装置准幣奸7偿号地DCD20DTR22扳铃指示响铃信号在通信距离较近(15m)，传送速率要求不高的场合可以直接采用RS-232-C接口，既简单又方便。由于 RS-232-C接口采用单端发送、单端接收，所以在使 用中有传送速率低、通信距离近、抗干扰能力差等不足。2. RS-422-A 遁信接口RS-422-A

18、 是EIA于1977年推出的新接口标准 RS-449的一个子集。它采用 差动发送、差动接收的工作方式，发送器、接收器仅使用+5V的电源，因此在传送速率、通信距离、抗共模干扰等方面较 RS-232-C接口有较大的提高。使用 RS-422-A接口最大数据传送速率可达10 Mbit/s(对应距离为12m),最大通信距 离为1200m对应的传送速率为10 kbit/s)。3. RS-485通信接口RS-485通信接口的信号传送是用两根导线间的电位差来表示逻辑O逻辑I的，这样RS-485接口仅需两根传输线就可完成信号的发送和接收任务。由于传 输线也采用差动接收、差动发送的工作方式，而且输出阻抗低、无接地

19、回路问题， 所以它的抗干扰能力极强，传输距离可达 1200m传送速率可达10 Mbit/s 。3. 通信协议通信协议是通信双方交换信息时所必须遵守的各种规则。它是由国际上公认的标准化组织或其他专业团体集体制定的、已被人们普遍接受的有关通信的各种电气技术、机械技术或软件技术标准。目前国际上公认的标准化组织及其通信协 议主要有如下4个。国际标准化组织(Intemational Organization for Standardization , ISO): 世界上最著名的国际标准化组织之，主要由美国国家标准化组织与其他国家的 标准化组织的代表组成。ISO在通信方面的主要贡献是建立了开放系统互连通信

20、 协议(Open System Interconnection，OSI)。电气电子工程师学会(Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE):世界上最著名的标准化专业组织之一， 它对通信的主要贡献 是建立了 IEEE 802通信协议。这个协议包含了 IEEE 802.1 802.11 等 11 个项目。美国高级研究院(Advaneed Research Projects Agency ，ARPA：色黾美 国国防部的一个标准化组织，20世纪60年代开始致力于不同种类的计算机间豆 连问题的研究，并成功地开发了著名的TCP/IP ( Tran smission Co ntrol Protocol/lnternet Protocol)与 FTP (File TransferProtocol)通信协议，这两个协议已成为当今In ternet的通信标准。美国通