东营市西门子S7-1500模块西门子代理商
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西门子6ES7515-2TN03-0AB0详细说明
一、 背景
2002年开始开发焦炉四大机车自动化系统(见下图)的时候,遇到了无线通信的难题,众所周知目前的电台不能直接支持PPI协议,别的的无线通信的方案要么成本过高,要么性能不稳定,不**。
所以早期的时候,都是用自由口,自己编写基于主、从通信协议的通信程序,不过很不灵活,协议一旦确定就很难更改,如果有升级和变动,都需要大量的修改代码,维护极不方便。
后来西门子推出了Micro Win32引入了库的概念,可以直接提供Moubus Rtu Slave库供开发人员使用,但是只提供Moubus Slave,没有提供Moubus Client,所以PLC直接通过Moubus协议访问还是有问题。
二、 实施方案
Modbus是一个公开协议,包括ASCII、RTU和TCP几种,很显然我选择了Rtu,因为西门子提供的Slave就是基于Rtu协议的。
我们知道Modbus支持好多功能,如下表:
如果在PLC中把所有的功能都实现了,不光代码编写较为繁琐,对PLC本身的程序和容量空间都是考验。所以根据需要我仅实现3和16号指令,详细的协议如下:
1、 读取保持寄存器(单个和多个,以字为*小单位)
发送命令帧:
返回命令帧:
说明:
命令正确:
1) 设备地址相同Addr0=Addr1
2) 功能码相同
3) 返回的数据字节数N=DataNum×2 DataNum的范围(0~120)
4) 返回数据的意义
a=HoldStart
n= DataNum-1
命令有误:
1) 没有任何返回
2) 返回异议帧
2、 设置保持寄存器(多个,以字为*小单位)
发送命令帧:
返回命令帧:
说明:
数据字节数:bytN= DataNum×2
命令正确:
1) 设备地址相同Addr0=Addr1
2) 功能码相同
3) 地址相同
4) 数据量相同
命令有误:
1) 没有任何返回
2) 返回异议帧
有了协议,有知道了西门子库的开发方法,剩下的事,就是开工,下面详细介绍*终的完成成果:
Modbus RTU客户程序由于建立在PLC中,所以它的读写函数的处理方法和一般上位机的读写程序不一样,PLC内部的程序执行是扫描式的,而读写数据时的通信却是过程的需要一定时间来等待的,所以读写的函数不是独立的,它需要一个专门的服务程序来反馈执行的结果。同时需要注意的是,读写操作在某一时刻只允许一个执行(*好读写操作之间留一定时间间隔)。
此外,西门子提供的Modbus RTU Slave程序不支持广播命令。
I、地址定义
1、 V变量区的占用
一共需要V变量区786个字节。在程序设计时,用户程序不要占用该内存区。
特别注意:V变量区的占用地址是相对的,通过修改库内存地址,可以改变使用V变量区的范围。
2、 定时器的占用
占用了定时器T100,用户程序不要再使用T100了。
变量名 说明 备注
T100 10ms定时器
II、接口函数说明
1、YFMBUS_INIT
a. 名称:YFMBUS_INIT
b. 类型:
c. 功能:Modbus RTU Client初始化
d. 参数:
2、YFMBUS_ Server
a. 名称:YFMBUS_Server
b. 类型:
c. 功能:Modbus RTU Client服务程序,负责通信后台的处理
d. 参数:
名 称 类 型 说 明 备 注
Done BOOL 0 - 服务空闲 1 - 正在服务 输出
3、YFMBUS_ReadVW
a. 名称:YFMBUS_ ReadVW
b. 类型:
c. 功能:读取*VW变量区的数据
d. 参数:
inErrorAddr的反馈信息:
4、YFMBUS_WriteVW
a. 名称:YFMBUS_ WriteVW
b. 类型:
c. 功能:写*VW变量区的数据
d. 参数:一、 概述
DCS系统,英文名称为DISTRIBUTOR CONTROL SYSTEM,它是目前*自动控制行业主流系统,它广泛应用在化工厂、电厂、变电所、炼油厂、煤矿等自动控制系统中,实现数据的集中采集、集中控制和自动控制等功能。现在,各大电气公司纷纷推出自己的DCS产品,西门子公司的S7-300PLC和WINCC v6构成的DCS系统,是比较**气自动控制系统,此系统在我们淮南矿业集团已有多套应用在煤矿压风机车间。此系统应用在压风车间后,改变了以往压风车间分散仪表控制,简化了控制线路,提高了压风车间的稳定性,而且使得压风车间控制的灵活性增加,使得压风车间有更加完善的控制。下面以我个人的实践经验来介绍一下煤矿压风机车间的DCS系统。
二、 DCS系统的结构
一般DCS系统分为二大部分:上位机部分和下位机部分,西门子公司的DCS系统的上位机部分为WINCC V6,下位机部分为S7-300PLC。上位机含有HMI/SA软件系统WINCC V6,它是一种组态软件,它的英文名称为bbbbbbs Control Center(视窗控制中心),它不仅具有监控和数据采集(SA)功能,而且具有组态、开发和开放功能。下位机分为CPU部分和模块部分,S7-300PLC的CPU模块含有电源,它*大的优点是含有I/O模块,另外它还带有三种模块,分别为模拟量输入模块(AI模块)、开关量输入模块(DI模块)、开关量输出模块(DO模块),这三种模块通过底部总线与CPU模块进行通讯,把采集来的压风机的模拟量信号、开关量信号送入CPU,一般一个CPU带8个模块,每个模块的每个通道,CPU都通过*的软件分配有地址,这些地址为CPU内寄存器地址,例如DI模块分配地址为I12.0--I12.7,DO模块分配地址为O124.0—O124.7。
三、DSC系统具体控制原理
DCS系统上位机系统的主要功能为数据采集、数据历史记录、报警记录、报表系统,下位机系统主要为PLC的软件编程。
(一)上位机软件控制原理
数据采集(SA)功能是Wincc V6*基本的功能,它把压风车间所有设备的运行数据上来,供给压风司机监控。以压风机的温度显示为例,说明DCS系统采集数据的过程, 压风机温度测量是采用Pt100热电阻,此热电阻采集来的温度信号通过三芯屏蔽传输到PLC的AI模块的一个通道,AI模块把此温度信号转换成数字量,然后通过底板总线传到CPU模块,CPU接到此信号后,把此信号存入到一个相应的寄存器中,然后通过Profibus协议与上位机进行通讯,上位机中的Wincc V6采集到这一地址寄存器中的数据后,通过一定的转换在上位机的界面中显示出来,使压风司机看到这一温度值。数据采集过程图解如下:
压力、流量、电压、电流、电机开停状态数据都是通过此过程把数据采集上来的。
数据历史记录是把设备运行数据记录下来,以供以后查询用,当设备出现故障时,可以记录设备当时的运行数据,以方便对设备的故障分析。报警记录是指设备运行数据出现报警值时,把报警值记录下来,以方便对系统的故障分析,另外还可以提醒运行人员及时排除故障,以防事故的扩大。报表功能是可以按时打印运行数据,不需人工抄运行数据,这大大提高了运行效率。
(二)下位机控制原理
下位机的PLC的编程,为压风机和自动控制的核心。现以压风机的二级排气压力自动调节为例,说明压风机的自动调节过程。智能压力变送器把压风机排气压力信号转换成4—20mA电流信号,然后通过屏蔽电缆把此信号传输到PLC的AI模块,AI模块把此信号传输到CPU模块,CPU接到此信号后,把此信号通过PLC的梯形图,与相应的卸荷值和增荷值进行比较,当测量值大于卸荷值时,PLC会输出一个量,通过DO模块来控制相应的卸荷电磁阀动作,使压风机卸荷,从而二级排气压力下降;当测量值小于增荷值时,PLC会输出一个量,通过DO模块来控制相应增荷电磁阀动作,使压风机增荷,从而二级排气压力上升。这一系列的过程都不需人干预,完全是自动化。调节过程示意图如下:
集中控制是指我们可以在上位机集中控制高低压开关柜合分,水泵的起停以及压风机的起停。水泵自动控制一般为水泵的联锁控制,打入联锁的情况下,当一台水泵故障停止后,另外一台水泵会自动起来,*压风机不会因为水泵的停止而跳机。
三、 DCS系统的扩展
DCS系统通过PLC的I/O模块来采集数据,另外通过总路线技术,还可以与压风车间的数显仪表进行通讯,监控这些数显仪表。我们压风车间水泵电机综保采用的是MPC数字式电机综合保护器,具有MODBUS通讯协议,通过这一协议,上位机Wincc可以读取电机各相电流、报警类型、故障类型等。我们压风车间高压开关柜上的DMR301数字式多功能继电器,可以通过MODBUS协议与上位机进行通讯,上位机通过此继电器可以获得开关柜电压、电流、电度、报警类型、故障类型等信息。压风车间的励磁柜、直流屏、以及变压器上数显温度表也具有通讯功能,通过MODBUS协议,与上位机Wincc进行通讯,Wincc可以把励磁柜、直流屏以及变压器上数据上来,提供给压风机司机看,从而达到监控这些设备的目的。利用总线技术,DCS系统可以形成一个大网络,通过这个大网络,上位机中的Wincc可以监控整个压风车间所有设备,获得这些设备的信息,从而保压风车间设备的正常运转。另外,压风车间的系统还可以向外拓展,与全矿的管理信息网联在一块,从全矿的每台计算机上都可以监控到压风车间的运行情况,我们也可以在我们矿调度室进行集中控制压风机的起动和停止,实现压风车间的无人化车间。我们还可以把此系统拓展到整个Internet网,从全世界各个角落都可以看到我们矿压风车间的运行情况。(网络示意图如下)
压风车间采用DCS系统后,提高了压风车间的自动化程度,基本上可以达到无人化车间,极大的提高了压风车间的运行效率,为煤矿创造了**的经济效益
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