西門子模塊6ES7522-5HF00-0AB0

時(shí)間：2023-04-06作者：潯之漫智控技術(shù)(上海)有限公司瀏覽：24

西門子模塊6ES7522-5HF00-0AB0

SIMATIC S7-1500， 數(shù)字量輸出模塊 DQ 8xAC 230V/5A ST；繼電器； 8 通道，分成組，每組 1； 5A 每組； 診斷；替換值: 開關(guān)操作循環(huán)計(jì)數(shù)器用于 集成繼電器， 模塊支持 安全 斷開負(fù)載組 至 SIL1 根據(jù) ENIEC 62061:2021 和 Category 2 / PL c 根據(jù) EN ISO 13849-1:2015。 前連接器（螺釘型接線端子 或直插式）單獨(dú)訂貨

近年來，嵌入式系統(tǒng)以其體積小、和功能專一等特點(diǎn)在工控領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。本文實(shí)現(xiàn)了嵌入式遠(yuǎn)程測(cè)控終端與西門子S7-200 PLC的通信，并基于此完成了對(duì)PLC數(shù)據(jù)的采集。通過嵌入式系統(tǒng)的擴(kuò)展網(wǎng)口將PLC與Internet相聯(lián)，突破了串行通信速率的限制，節(jié)省了采用PLC 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)測(cè)控的經(jīng)費(fèi)投入。在從PLC采集數(shù)據(jù)功能的實(shí)現(xiàn)過程中，避開了以往使用PLC 自由端口通信需要改寫PLC梯形圖的問題，而直接利用PLC廠家制定的通信協(xié)議來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，*對(duì)PLC編程，方法簡(jiǎn)單可靠，為今后實(shí)現(xiàn)多品牌PLC與上位機(jī)通信開辟了新的途徑。同時(shí)，基于嵌入式操作系統(tǒng)μClinux及其多線程機(jī)制實(shí)現(xiàn)了一套中央空調(diào)遠(yuǎn)程測(cè)控終端系統(tǒng)。



    1、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

    1.1 硬件構(gòu)成

    系統(tǒng)采用1片三星公司推出的基于ARM7TDMI精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)的32位高速處理器S3C44B0X作為嵌入式微處理器，擴(kuò)展了一個(gè)RS485串口、兩個(gè)RS232串口和一個(gè)以太網(wǎng)口。如圖1所示，嵌入式微處理器通過擴(kuò)展的RS485串口與西門子S7-200 PLC進(jìn)行通信，一個(gè)RS232口通過調(diào)制解調(diào)器連接到公眾電話網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)串行通信，擴(kuò)展的以太網(wǎng)口則將整個(gè)嵌入式系統(tǒng)接入Internet，拓展了PLC的通信方式。考慮到與現(xiàn)存本地監(jiān)控系統(tǒng)的兼容，在S7-200的串口上可同時(shí)并接西門子的文本顯示器TD200，三者組成一個(gè)PPI令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)。


圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和連接示意圖

    1.2 軟件總體設(shè)計(jì)

    本系統(tǒng)采用μClinux嵌入式操作系統(tǒng)作為應(yīng)用軟件的運(yùn)行平臺(tái)。μClinux系統(tǒng)是近年迅速發(fā)展起來的一種專門用于微控制領(lǐng)域的嵌入式操作系統(tǒng)，內(nèi)核要比原Linux 2．0內(nèi)核小得多(內(nèi)核小于512KB，內(nèi)核加上工具小于900KB)，但保留了Linux操作系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性，優(yōu)異的網(wǎng)絡(luò)能力以及優(yōu)秀的文件系統(tǒng)支持，同時(shí)提供通用的Linux AP1支持完整的TCP／IP協(xié)議棧和大量其它的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

    中央空調(diào)遠(yuǎn)程測(cè)控終端的功能主要是動(dòng)態(tài)地采集中央空調(diào)的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)并將這些參數(shù)實(shí)時(shí)地發(fā)送給位于遠(yuǎn)程的監(jiān)控中心，并且具備提供歷史數(shù)據(jù)、故障報(bào)警和某些控制功能。為了提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率， 利用μClinux對(duì)多線程機(jī)制的支持，將遠(yuǎn)程終端的軟件系統(tǒng)分為四個(gè)并發(fā)的線程實(shí)現(xiàn)。分別為：數(shù)據(jù)采集線程、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)線程、數(shù)據(jù)發(fā)送線程和故障報(bào)警線程。軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。


圖2 軟件系統(tǒng)總體框架

    為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)線程之間的通信，設(shè)置一個(gè)數(shù)組作為共享區(qū)域。其中，數(shù)據(jù)采集線程主要是嵌入式測(cè)控終端與PLC的通信過程，所有的數(shù)據(jù)都從PLC的寄存器中讀取，并存儲(chǔ)在測(cè)控終端的內(nèi)存共享區(qū)域中。在本系統(tǒng)中，根據(jù)所監(jiān)控的中央空調(diào)的不同型號(hào)，由數(shù)據(jù)字典文件讀入所需采集的參數(shù)地址，采用循環(huán)方式將各個(gè)參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)值從PLC中采集，再一并存人數(shù)據(jù)共享區(qū)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)線程在本地創(chuàng)建文件，并將數(shù)據(jù)共享區(qū)中的參數(shù)值每隔一定時(shí)間保存在FLASH中，使之作為分析一段時(shí)間內(nèi)中央空調(diào)運(yùn)行狀況的歷史數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)*診斷系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)源?；讦藽linux對(duì)TCP／IP協(xié)議棧的完整封裝，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送和故障報(bào)警線程從共享存儲(chǔ)區(qū)中讀取數(shù)據(jù)后，利用socket通信機(jī)制，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和故障報(bào)警信息從本地發(fā)送到遠(yuǎn)程的主控中心，實(shí)現(xiàn)在不同地點(diǎn)對(duì)中央空調(diào)運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

    由于西門子S7—200系列PLC通常配合西門子TD200文本顯示器一同使用以構(gòu)成本地監(jiān)控，與本系統(tǒng)共用一條總線時(shí)沖突不可避免。本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上根據(jù)PPI協(xié)議和PROFIBUS規(guī)定的令牌環(huán)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了主站之間的令牌傳遞功能，保了令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，使TD200與本系統(tǒng)組成的雙主站網(wǎng)絡(luò)通過對(duì)令牌的占有來實(shí)現(xiàn)各自的通信功能，互不干擾。

    2、軟件實(shí)現(xiàn)
 
    2.1 通信方式和通信協(xié)議的選擇

    S7—200 CPU支持多種通信協(xié)議，為用戶實(shí)現(xiàn)多種不同的網(wǎng)絡(luò)配置提供了便利，包括：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(Point-to-Point)接口協(xié)議(PPI)、多點(diǎn)(Multi～Point)接El協(xié)議(MP1)和Profibus協(xié)議。這些協(xié)議是非同步的字符協(xié)議，有1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位偶校驗(yàn)位和1位停止位。通信結(jié)構(gòu)依賴于特定的起始字符和停止字符、源和目的站地址、報(bào)文長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)校驗(yàn)和。

    目前通常采用自由口通信模式控制S7—200 CPU的通訊端El實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)通信。用戶可以在自由El模式下使用自定義的通信協(xié)議來實(shí)現(xiàn)PLC與多種類型智能設(shè)備的通信。但由于需要對(duì)PLC現(xiàn)有程序進(jìn)行修改，對(duì)于不熟悉PLC編程語言并要在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)西門子PLC 的監(jiān)控功能的軟件開發(fā)者來說，這種修改存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

    本系統(tǒng)采用PPI協(xié)議作為嵌入式系統(tǒng)與S7—200 CPU之間的通信協(xié)議，由于C語言的性，采用C語言進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)通信，*對(duì)PLC本身的程序進(jìn)行修改，保了工業(yè)控制系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。

    2.2 PPI協(xié)議數(shù)據(jù)格式

    PPI協(xié)議是一種主一從通信協(xié)議：通信的設(shè)備分為主站和從站。PLC默認(rèn)為從站，嵌入式系統(tǒng)和TD200文本顯示器作為主站。主站設(shè)備發(fā)送請(qǐng)求到從站設(shè)備，從站設(shè)備響應(yīng)，從站不主動(dòng)發(fā)起通信，只是等待主站的數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令和對(duì)該命令作出響應(yīng)。PPI協(xié)議并不限制與任意一個(gè)從站通信的主站數(shù)量，但是在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，主站的個(gè)數(shù)不能過32。協(xié)議的數(shù)據(jù)格式如圖3所示，圖3(a)是PPI主站發(fā)送的命令幀和從站發(fā)送的數(shù)據(jù)幀格式，圖3(b)是PPI主站發(fā)送給從站的確認(rèn)幀格式。











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