项目7 水箱水位控制

项目7水箱水位控制任务7.1S7-200的网络通信技术理论S7-200PLC的通信1．概述S7-200的通信功能强，有多种通信方式可供用户选择。在运行Windows或WindowsNT操作系统的个人计算机（PC）上安装了编程软件后，PC可作为通信中的主站。（1）单主站方式单主站与一个或多个从站相连，如图7-1-1所示。SETP-Micro/WIN32每次和一个S7-200CPU通信，但是它可以访问网络上的所有CPU。（2）多主站方式通信网络中有多个主站，一个或多个从站。图7-1-2和图7-1-3中带CP通信卡的计算机和文本显示器TD200、操作面板OP15是主站，S7-200CPU可以是从站或主站。（3）使用调制解调器的远程通信方式利用PC/PPI电缆与调制解调器连接，可以增加数据传输的距离。串行数据通信中，串行设备可以是数据终端设备（DTE），也可以是数据发送设备（DCE）。S7-200系列PLC单主站通过11位调制解调器（Modem）与一个或多个作为从站的S7-200CPU相连，或单主站通过10位调制解调器与一个作为从站的S7-200CPU相连。（4）S7-200通信的硬件选择表7-1-1给出了可供用户选择的SETP-Micro/WIN32支持的通信硬件和波特率。2．利用PPI协议进行网络通信PPI通信协议是西门子专为S7-200系列PLC开发的一个通信协议，可通过普通的两芯屏蔽双绞电缆进行联网，波特率为9.6kbit/s19.2kbit/s和187.5kbit/s。S7-200系列CPU上集成的编程口同时，就是PPI通信联网接口利用PPI通讯协议进行通信非常简单方便，只用NETR和NETW两条语句，即可进行数据信号的传递，不需额外再配置模块或软件。3．利用MPI协议进行网络通信MPI协议总是在两个相互通信的设备之间建立逻辑连接。MPI协议允许主／主和主／从两种通信方式。选择何种方式依赖于设备类型。如果是S7-300CPU，由于所有的S7-300CPU都必须是网络主站，所以进行主／主通信方式。如果设备是S7-200CPU，那么就进行主／从通信方式，因为S7-200CPU是从站。4．利用PROFIBUS协议进行网络通信PROFIBUS是世界上第一个开放式现场总线标准，目前技术已成熟，其应用领域覆盖了从机械加工、过程控制、电力、交通到楼宇自动化的各个领域。在S7-200系列PLC的CPU中，CPU22X都可以通过增加EM277PROFIBUS-DP扩展模块的方法支持PROFIBUSDP网络协议。最高传输速率可达12Mbit/s。采用PROFIBUS的系统，对于不同厂家所生产的设备不需要对接口进行特别的处理和转换，就可以通信。西门子S7通过PROFIBUS现场总线构成的系统，其基本特点如下：①PLC、I/O模板、智能仪表及设备可通过现场总线连接，特别是同厂家的产品提供通用的功能模块管理规范，通用性强，控制效果好。②I/O模板安装在现场设备（传感器、执行器等）附近，结构合理。③信号就地处理，在一定范围内可实现互操作。④编程仍采用组态方式，设有统一的设备描述语言。⑤传输速率可在9.6kb／s～12Mb／s间选择。⑥传输介质可以用金属双绞线或光纤。（1）PROFIBUS的组成①PROFIBUS-DP（DistributedPeriphery分布I/O系统）PROFIBUS-DP是一种优化模板，是制造业自动化主要应用的协议内容，是满足用户快速通信的最佳方案，每秒可传输12兆位。可以用于设备级的高速数据传输，远程I/O系统尤为适用。②PROFIBUS-PA（ProcessAutomation过程自动化）是为PA主要用于过程自动化的信号采集及控制，它是专为过程自动化所设计的协议，可用于安全性要求较高的场合及总线集中供电的站点。③PROFIBUS-FMS（FieldbusMessageSpecification现场总线信息规范）FMS是为现场的通用通信功能所设计，主要用于非控制信息的传输，传输速度中等，可以用于车间级监控网络。（2）PROFIBUS协议结构PROFIBUS协议以ISO／OSI参考模型为基础。第一层为物理层，定义了物理的传输特性；第二层为数据链路层；第三层至第六层PROFIBUS未使用；第七层为应用层，定义了应用的功能。（3）传输技术①RS-485RS485是PROFIBUS使用最频繁的传输技术，具体论述参见前面有关章节。②IECll58-2根据IECll58-2在过程自动化中使用固定波特率31.25kb/s的同步传输，它可以满足化工和石化工业对安全的要求，采用双线技术通过总线供电，这样PROFIBUS就可以用于危险区域了。③光纤在电磁干扰强度很高的环境和高速、远距离传输数据时，PROFIBUS可使用光纤传输技术。（4）PROFIBUS介质存取协议PROFIBUS通信规程采用了统一的介质存取协议，此协议由OSI参考模型的第二层来实现。在PROFIBUS协议设计时充分考虑了满足介质存取控制的两个要求，即：在主站间通信时，必须保证在分配的时间间隔内，每个主站都有足够的时间来完成它的通信任务，在PLC与从站（PLC或其他设备）间通信时，必须快速、简捷地完成循环，进行实时的数据传输。为此，PROFIBUS提供了两种基本的介质存取控制：令牌传递方式和主/从方式。（5）S7-200CPU接入PROFIBUS网络S7-200CPU必须通过PROFIBUS-DP模块EM277连接到网络，不能直接接入PROFIBUS网络进行通信。EM277经过串行I/O总线连接到S7-200CPU。PROFIBUS网络经过其DP通信端口，连接到EM277模块。这个端口支持9600b/s～12Mb/s之间的任何传输速率。EM277模块在PROFIBUS网络中只能作为PROFIBUS从站出现。5．利用ModBus协议进行网络通信STEP7Micro/WIN指令库包含有专门为Modbus通信设计的预先定义的专门的子程序和中断服务程序，从而与Modbus主站通信简单易行。Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言，具有较广泛的应用。在Modbus网络上转输时，标准的Modbus口是使用与RS-232C兼容的串行接口，它定义了连接口的引脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直接或经由Modem组网。ModBus查询—回应周期：①查询消息包括功能代码、数据段、错误检测等几部分。②回应消息包括功能代码、数据段、错误检测等几部分。③ModBus数据传输模式。6．S7-200通信部件介绍（1）通信端口S7-200系列PLC内部集成的PPI接口的物理特性为RS-485串行接口，为9针D型，该端口也符合欧洲标准EN50170中PROFIBUS标准。在进行调试时，将S7-200与接入网络时，该端口一般是作为端口1出现的，作为端口1时端口各个引脚的名称及其表示的意义见表7-1-2。（2）PC／PPI电缆用计算机编程时，一般用PC/PPI(个人计算机/点对点接口)电缆连接计算机与可编程序控制器，这是一种低成本的通信方式。PC／PPI电缆外型如图7-1-4所示。6．S7-200PLC通信功能实现（1）自由端口通信实现S7-200系列PLC的串行通信口可以由用户程序来控制，这种由用户程序控制的通信方式称为自由端口通信模式。通信所使用的波特率、奇偶校验以及数据位等由特殊存储器位SMB30（对应端口0）和SMB130（对应端口1）来设定。特殊存储器位SMB30和SMB130的具体内容图7-1-7所示。例7-1-1】当输入信号I0.0接通并发送空闲状态时，将数据缓冲区VB200中的数据信息发送到打印机或显示器。分析：首先利用首次扫描脉冲，进行自由端口通信协议设置，初始化自由端口；然后再发送空闲时执行发送命令。对应梯形图如图7-1-8所示。（2）网络模式下的通信实现①S7-200系列PLC的网络连接形式点对点通信网络：这种形式采用一根PC/PPI电缆，将计算机与PLC连接在一个网络中，PLC之间的连接则采用网络连接器完成，这种网络使用PPI协议进行通信。如图7-1-11所示。多点网络在计算机或编程设备中插入一块MPI卡或CP卡，可以将计算机或编程设备直接通过RS-485电缆与S7-200系列PLC进行相连，这种网络使用MPI通信协议。如图7-1-12所示。PROFIBUS网络S7-200网络系列PLC通过EM277PROFIBUS-DP模块可以方便的与PROFIBUS现场总线连接，进而实现抵挡设备的网络运行。如图7-1-13所示。②网络读/写通信指令在SIMATICS7的网络中，S7-200被默认为从站。只有在采用PPI通信协议时，有些S7-200系列的PLC允许工作于PPI主战模式。网络读写指令格式及功能如表7-1-7所示。任务7.2使用文本显示器技术理论使用TD400C文本显示器1．概述TD400C与设备的连接。图7-2-1给出了连接编程设备、S7-200CPU和TD400C的实例。TD400C的组态是在编程设备上使用的组态软件来创建的。在组态后，TD400C即可与S7-200CPU进行通信。TD400C面板及其说明：TD400C的功能：①显示报警②允许调整指定的程序变量③允许强制/取消强制输入/输出点④允许为具有实时时钟的CPU设置时间和日期⑤查看层级用户菜单及屏幕，以便于和应用程序或过程进行交互⑥查看CPU状态TD400C功能键说明如表7-2-1所示。2．组态画面创建自定义面板的步骤：启动STEP7-Wicro/WIN，点击工具窗口中的KeypadDesigner图标或者，启动面板设计窗口，在窗口中选择“文件”菜单中的“新建”来创建新的布局。如图7-2-3所示TD400最多具有15个可定义的按键。3．使用“文本显示向导”为TD400C组态S7-200CPU使用“文本显示向导”组态TD400C在工具窗口中“向导”下选择“文本显示”命令，或者在“工具”菜单使用“文本显示向导”命令，打开“文本显示向导”窗口。在接下来的配置键盘按键窗口中，可以创建自己定义的键盘，并将该组态保存为一个文件（*.td），可以将该组态文件载入“文本显示向导”，来更新按键表和按键符号。接下来的步骤是选择“用户菜单”，下一步进入“定义用户菜单“窗口：成TD400C的组态前，系统需要为组态分配311个字节的V存储区，输入起始地址或接受建议地址。在完成TD400C的组态后，文本显示向导会列出一些该向导生成的组件，可以用于用户自己的程序中。输入TD组态的名称，则STEP7-Micro/WIN将在项目树中为TD组态创建条目。TD_CTRL_x（其中，x是TD组态编号）：该子程序确保可以立即实施对TD400C的所有更新，每次扫描时，用户程序应使用SM0.0来调用子程序。TD_ALM_x（其中，x是TD组态编号）：用户程序使用此子程序通过符号名来调用报警。工作任务实施1．分析本项目是一个简单的实现文本显示器与PLC通信的程序，按要求正确连接设备，然后再软件配置环境实现组态即可。并编写一个PLC程序实现对文本显示器调整的值进行使用即可。2．设计按任务要求完成设计，需要灵活并创新。编写相关控制程序，并予以测试。本项目的相关解答不予提供。3．施工①断电状态下进行设备安装和接线。②连接PC/PPI电缆，运行STEPMicro/WIN32编程软件，检测通讯是否正常。③组态控制画面。④编写控制程序，编译、下载并运行，检查测试系统是否按要求工作。4．评价（1）考核学生实践活动，并给以成绩评价。（2）汇总整理并编制报告。巩固与拓展训练PLC连接TD400C文本显示器，实现通过文本显示器实现密码控制的系统。要求：系统内有4个字节单元存储4位密码，通过文本显示器4个输入窗口输入四位密码，按确认件后，PL