SIMATIC840D系統主板 

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西門子模塊6ES7291-8GF23-0XA0

通訊處理器 CP243-1，用于將 SIMATIC S7-22X 連接至工業以太網；FTP 客戶端通訊；HTTP 服務器；FTP 服務器； 客戶端

產品 名稱： 西門子S7-200模塊

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SIMATIC840D系統主板  

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一．關于布線

　　1．信號線與動力線必須分開走線

　　使用模擬量信號進行遠程控制變頻器時，為了減少模擬量受來自變頻器和其它設備的干擾，請將控制變頻器的信號線與強電回路（主回路及順控回路）分開走線。距離應在30cm以上。即使在控制柜內，同樣要保持這樣的接線規范。該信號與變頻器之間的控制回路線zui長不得超過50m。

　　2．信號線與動力線必須分別放置在不同的金屬管道或者金屬軟管內部

　　由于水系統的兩臺富士變頻器離控制柜較遠分別為30m和20m，因此連接PLC和變頻器的信號線如果不放置在金屬管道內，極易受到變頻器和外部設備的干擾；同時由于變頻器無內置的電抗器，所以變頻器的輸入和輸出級動力線對外部會產生*的干擾，因此放置信號線的金屬管或金屬軟管一直要延伸到變頻器的控制端子處，以保證信號線與動力線的*分開。

　　3．模擬量控制信號線應使用雙股絞合屏蔽線，電線規格為0.5～2mm2。在接線時一定要注意，電纜剝線要盡可能的短（5-7mm左右），同時對剝線以后的屏蔽層要用絕緣膠布包起來，以防止屏蔽線與其它設備接觸引入干擾。

　　4．為了提高接線的簡易性和可靠性，*信號線上使用壓線棒端子。壓接端子選擇如下圖：

　　5．如無使用壓線端子，接線時請注意：

　　二．關于接地

　　1．變頻器的接地應該與PLC控制回路單獨接地，在不能夠保證單獨接地的情況下，為了減少變頻器對控制器的干擾，控制回路接地可以浮空，但變頻器一定要保證可靠接地。在控制系統中建議將模擬量信號線的屏蔽線兩端都浮空，同時由于在機組上PLC與變頻器共用一個大地，因此建議在可能的情況下，將PLC單獨接地或者將PLC與機組地絕緣開來。

　　2．變頻器的接地

　　·400V級：C種接地（接地電阻10Ω以下）。

　　·接地線切勿與焊機及動力設備共用。

　　·接地線請按照電氣設備技術基準所規定的導線線徑規格。

　　如35KW的變頻器接地線線徑*為22mm2，87KW的接地線線徑*為50mm2。

　　·接地線在可能范圍內盡量短。由于變頻器產生漏電流，與接地點距離太遠則接地端子的電位不安定。

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　　·使用兩臺以上變頻器的場合，請勿將接地線形成回路。如圖：

　　3．變頻器與電機間的接線距離。

　　變頻器與電機間的接線距離較長的場合，來自電纜的高次諧波漏電流，會對變頻器和周邊設備產生不利影響。因此為減少變頻器的干擾，需要對變頻器的載波頻率進行調整。

本系統應用廣泛，適用于需要熱水供應的場合，比如辦公大樓，賓館洗浴等，尤其適合太陽能資源比較豐富的地區。控制系統采用臺達DVP40ES2 PLC、DVP04PT-E2、DVP04AD-E2，臺達人機界面 HMI B07S515。本系統工作性能穩定，自動化程度高，尤其是恒溫出水的設計節約了大量水資源，集熱循環的設計使得太陽能熱水高效循環進入水箱，輔助熱源的加入很好的解決了太陽能資源不足天氣情況下的熱水供應。

　　2 系統構成

　　臺達系列人機界面，臺達ES2系列CPU、臺達PT-E2系列溫度控制模塊，臺達AD-E2系列模擬量轉數字量模塊、太陽能集熱器、電熱絲(或空氣源熱泵等其它輔助熱源)、保溫水箱、洗浴控制泵、集熱循環泵、電磁閥、溫度傳感器、液位傳感器、功率變送器等，如圖1所示。

　　3 系統工作原理及循環過程

　　(1)自動上水

　　水箱內裝液位傳感器p，水箱內水低于一定值時(20%)，自動補水閥上電，水箱自動補水，水位達到設定值時(90%)，自動補水閥斷電，自動補水停止。

　　(2)集熱循環

　　當集熱器出水口水溫(出水口安裝溫度傳感器)高于水箱內水溫，達到PLC設定啟動溫差(6-10攝氏度)時，集熱循環泵啟動;集熱水箱中的低溫水進入到真空管集熱器組中，集熱器中的相對高溫水循環到集熱水箱中，使水箱中的水溫升高。當溫差值降低到系統設定停止溫差時(1-3攝氏度)，循環泵停止，集熱循環停止。如此反復進行，逐漸將熱量傳遞到水箱，使水箱中的水溫度逐漸提升，直到達到洗浴要求的溫度。

　　(3)管路恒溫出水

　　恒溫回水管路循環主要是針對室內的洗浴熱水管道而言，為了保證洗浴時一開噴頭閥門即有熱水，同時減少無效冷水的浪費，必須安裝熱水回水管路，采取管路循環措施。管路循環采用定溫循環方式，在室內熱水回水管路中適當位置安裝溫度檢測傳感器和循環泵，設置一個溫度范圍來控制泵的運行。當管道內水溫低于設定值時，啟動洗浴管道循環泵，將管路中的低溫熱水打入保溫水箱，當水溫達到設定值時，管道循環泵停止運行。

　　(4)恒溫控制

　　當水箱內水溫低于一定值時，集熱器不能達到洗浴熱水的溫度要氣，此時開啟水箱內電加熱或其它輔助熱源(空氣源熱泵)，以實現任何天氣條件下都能保證有熱水供應的要氣。

　　(5)冬季防凍循環

　　室外管道(保溫水箱和集熱器之間)在寒冷的冬天可能被凍，因此必須有防凍循環功能;當集熱器溫度(檢測傳感器測溫)低于一定值(2-5攝氏度)時，啟動集熱循環泵，將保溫水箱中的熱水打進集熱器，防止管路結凍。

　　4 電氣控制系統設計

　　系統上位機選用HMI b7s515型號觸摸屏以實現系統運行的可視化監測與控制，下位機選用臺達系列PLC，主機CPU選用DVP40ES2，溫度模塊選用04PT-E2，AD模塊選用04AD-E2。擴展模塊還可加入功率變送器，監測電磁閥，循環泵以及輔助熱源的功率，如圖2所示。

　　(1)溫度傳感器所測得溫度相關信號經PT模塊轉化為數字量后傳回PLC的CPU，PLC的狀態反應到觸摸屏上，實現數據的實時監控，如圖3所示。

　　圖3 溫度傳感器PT100與DVP04PT模塊的外部接線圖

　　(2)水箱液位傳感器測得電信號后，經液位變送器將電信號轉化為4-20mA的標準電流信號后，經AD模塊轉換為數字量信號傳回PLC，PLC根據設定值做出判斷，控制水箱電磁閥的開啟與斷開，如圖4所示。

　　圖4 液位變送器與04AD-E2模塊的外部接線圖

　　另外，各溫度傳感器的測量溫度直接代表各個組成部分的溫度，以此來控制系統的運行，因此，溫度傳感器的安裝位置極其重要。溫度傳感器安裝處的水溫必須能代表所測部分的平均溫度。

　　5 電氣控制系統軟件開發

　　(1)WPL Soft開發PLC控制程序

　　WPL Soft為臺達電子可編程控制器DVP系列在Windows存在系統環境下所使用的程序編程軟件，臺達PLC采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。

　　系統控制的關鍵是溫度、液位的比較，通過PLC的比較指令可方便的實現。

　　各擴展模塊讀取參數的頻率、精度是本控制系統的關鍵，臺達PLC提供的溫度控制模塊、AD轉換模塊可以輕松的實現系統的自動化精確控制。

　　(2)觸摸屏人機界面(HMI)程序

　　觸摸屏替代鼠標及鍵盤部分功能，安裝在顯示屏前端的輸入設備，是人與控制系統之間傳遞、交換信息的媒介和對話接口，包括遠距離的信息傳遞與控制，是控制系統的重要組成部分。在PLC控制程序中加入開關量，與HMI的寄存器相關聯，實現HMI與PLC的關聯，如圖5所示。

　　圖5 PLC程序控制集熱循環泵的啟動與停止

　　6 結論

　　本應用通過臺達PLC及其觸摸屏實現了對熱水系統的自動化控制及其監測，輔助熱源的加入解決了單一太陽能受天氣狀況影響大的缺點(若輔助熱源選用空氣源熱泵，則系統較之電加熱具有顯著的耗電量低、安全、舒適、綠色環保、低碳的優點)。

　　控制系統上，加入了溫度、液位、功率等多個參數，反映到觸摸屏上實現了運行系統的重要參數可視化監控。使用戶對水箱內水溫度，洗浴熱水溫度、水箱內水量，系統耗電量等多項參數有明確的掌握。實際系統運行穩定，維護保養方便,可推廣性*，尤其適合賓館洗浴、辦公大樓等場合的熱水供應。此外，還可根據冬季室內取暖的要求，自動控制適宜溫度的熱水進入暖氣管道，實現洗浴、采暖兼容的熱水控制系統，如附表所示。

臺達DVP系列PLC各型主機均內建2個通訊口的標準配置，即一個RS232和一個RS485通訊口，其RS232口主要用于上下載程序或作為與上位機、觸摸屏通訊，而RS485口主要用于組建485網絡，實現通訊控制。尤其值得一提的是EH機型可通過通訊功能卡擴充一個RS232或RS485通訊口，使得在組建多重通訊網絡更加方便。

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　　相對于通訊口的硬件配置，臺達PLC在軟件指令上對通訊的支持也是相當豐富和便利，主要通過以下三種方式完成485通訊功能：

　　3.1自由通訊方式

　　該方式通過串行數據傳輸指令RS來完成主站與從站之間的數據交換，可以實現無協議的自由通訊。許多接口設備如變頻器、儀表等…若配備RS-485串行通訊，且該設備之通訊格式也有公開即可由PLC使用者以RS指令設計程序來傳輸PLC與接口設備之間數據。

　　3.2MODBUS通訊方式（GB/Z 19582）

　　MODBUS協議是目前上公開的標準串行通迅協議，也是中華人民共和國國家標準化指導性技術文件GB/Z 19582：基于Modbus協議的工業自動化網絡規范。臺達PLC通訊符合MODBUS協議，并且臺達其它產品如變頻器、溫控儀、司服控制器等485通訊均符合MODBUS協議，對于符合MODBUS之通訊格式的產品，臺達PLC提供了更加便利的通訊指令MODRD 、MODWR、MODRW來實現數據的讀寫，程序編寫中不需關注傳送的字符，校驗碼的轉換等等，只需要確定通訊地址及寫入讀出的數據即可，不過在多指令讀寫時需要考慮通訊時序問題，避免通訊沖突。

　　3.3臺達PLCzui有特色的通訊命令EASY LINK

　　基于MODBUS通訊協議，臺達EP/EH系列PLC機型提供了更為方便快捷的通訊方式——EASYLINK。EASY LINK通訊是臺達PLCzui有特色的通訊命令，可以提供主站與32個從站通訊，每個從站讀寫各100項數據的能力，且不需要復雜編程即可高速快捷的完成通訊控制，節省大量的編程時間。

　　綜合比較上述三種通訊方式，自由通訊方式的編程zui為復雜，但它可以與非MODBUS協議的設備通訊，設備選擇自由靈活不受限制；MODBUS通訊方式的編程則簡單的多，且也具有一定的編程靈活性，如可優先與某個從站通訊；而EASY LINK通訊方式是針對符合MODBUS協議互連設備zui簡單的通訊方式，幾乎不需要編程即可完成，不需要考慮半雙工通訊方式中通訊時序問題，只需要讀出寫入數據的寄存器和數據項數，啟動LINK連接即可完成設備之間的數據通訊。因此對于符合MODBUS協議的設備建議采用LINK通訊方式。

　　3.4串行通訊工程要點問題

　　在工業自動化控制中，有許多數據信號需要采集、處理，特別對于遠距離的設備，一般的傳感器電壓訊號如果傳輸距離過遠的話，會造成訊號的衰減，如此一來，將得不到正確的結果，因此，采用傳感器訊號就地處理，而數據傳輸通過數字通訊方式能夠有效的解決這一問題，保證數據的正確性與準確性；但通訊同樣也會受到外界的干擾，使得通訊質量下降，甚至根本無法建立通訊。要保證通訊正常，在組建通訊網絡時應該注意以下幾點：

　　（1）保證通訊協議*，所有聯機之從站接口設備波特率及通訊格式需與主站相同，合理分配各從站的站地址，避免地址沖突。

　　（2）合理布線，減少外界干擾對通訊的影響。走線走得好，可以很大程度減少干擾的影響，提高通訊的可靠性，走線應遵循兩個原則：遠離電源線，變頻器等干擾源；當網線不能與電源線等干擾源避開時應與電源線垂直，不能平行，并采用質量高的雙絞線走線

　　（3）通訊速率的選擇，一般來說提高通訊波特率能夠提高通訊效率，但并非一味的提高就肯定好，傳輸速率的提高同時加大了傳輸錯碼率，使傳輸質量下降，特別是在工業控制場合外界干擾比較大的情況下，有時適當降低傳輸速率會得到更好的傳輸效率。

油壓車床操作界面設計

　　基于臺達機電自動化平臺的油壓車床操作界面是本項目區別于傳統油壓車床*的標志，為小型機床運行帶來人性化的透明操作功能。

　　開機后，在人機界面初始界面圖2上點擊進入主菜單畫面圖3，根據工藝需要按加工工藝選擇手動單步圖4或全自動圖5等進入不同的加工方式，選擇手動單步情況下總共列有五種工藝程序流程，在選擇下一個加工工藝時，前一工藝過程自動運行完成后，才執行下*程。在單步運行情況下，當選擇完單步程序鎖定圖3設置后，此時程序只能運行鎖定的當前程序，其他四種程序不能運行，若要運行其他程序，請先解除程序鎖定功能。

　　泵電機具有自動保護功能，機器在30分鐘內無任何動作，泵電機將停止工作，若要繼續使用請先啟動泵。主軸的高低速選擇在全自動人機界面圖5上操作完成。除手動外，其他程序的運行都是以外部啟動按鈕為給定信號的。當設備運行過程中，將主菜單人機界面如圖2畫面上點擊運行監控畫面觸摸按鈕，將畫面切換到運行監控畫面圖6進行運行監控。

　　圖2初始界面

　　圖3 主菜單畫面

　　圖4手動單步加工畫面

　　圖5全自動加工畫面

4.1 ES系列PLC的I/O接口

　　（1）行程開關（開關量輸入）定義：SL1—X11下托板前進到位；SL2—X12下托板慢進；SL3—X13下托板回位；SL4—X14上托板前進到位；SL5—X15上托板慢進；SL6—X16上托板回位。

　　（2）閥件（開關量輸出）定義：YV1—Y14下托板前進閥；YV2—Y15下托板慢進閥；YV3—Y16上托板前進閥；YV4—Y17上托板慢進閥。

　　4.2 工藝流程設計

　　該機種具有五種單步固定工藝流程，用于五種不同規格產品的加工。

　　圖7 托板延時設置畫面

　　（1）單步工藝流程1描述：開車啟動，恢復原點，閥YV1得電，下托板前進碰到下托板慢進限位SL2后開始慢進進行，下托板慢進碰到前進到位限位SL1后執行下托板延時（圖7）的設定值，時間到后YV1，YV2斷電，下托板回原位。

　　（2）單步工藝流程2描述：開車啟動，恢復原點，閥YV1得電，下托板前進碰到下托板慢進限位SL2后閥YV2得電下托板開始慢進，下托板慢進碰到前進到位限位SL1后執行下托板延時（圖六）的設定值，時間到后閥YV1，YV2斷電下托板回退，碰到回退到位限位SL3信號后上托板前進閥YV3得電上托板前進，上托板前進碰到上托板前進到位SL4限位后，下托板前進閥YV1再次得電，下托板前進碰到下托板慢進限位SL2后閥YV2得電下托板開始慢進，下托板慢進碰到前進到位限位SL1后執行下托板延時（圖7）的設定值，時間到后閥YV1，YV2斷電下托板回退，碰到回退到位限位SL3信號后上托板前進閥YV3斷電，上托板回位。

　　（3）單步工藝流程3描述：開車啟動，恢復原點，閥YV1得電，下托板前進碰到下托板慢進限位SL2后閥YV2得電下托板開始慢進，下托板慢進碰到前進到位限位SL1后閥上托板前進閥YV3得電上托板前進，上托板前進碰到上托板慢進SL5限位后，上托板慢進閥YV4得電，上托板慢前進碰到前進到位限位SL4后閥YV1，YV2斷電下托板回退，碰到回退到位限位SL3信號后上托板前進閥YV3，YV4斷電，上托板回位。

　　（4）單步工藝流程4描述：開車啟動，恢復原點，閥YV1得電，下托板前進碰到下托板慢進限位SL2后閥YV2得電下托板開始慢進，下托板慢進碰到前進到位限位SL1后閥上托板前進閥YV3得電上托板前進，上托板前進碰到上托板慢進SL5限位后，上托板慢進閥YV4得電，上托板慢前進碰到前進到位限位SL4后執行上托板延時（圖7）的設定值，時間到后閥YV3，YV4斷電上托板回退，上托板回退碰到回退到位限位SL6信號后下托板前進閥YV1，YV2斷電，下托板回位。

　　（5）單步工藝流程5描述：開車啟動，恢復原點，閥YV1得電，下托板前進碰到下托板慢進限位SL2后閥YV2得電下托板開始慢進，下托板慢進碰到前進到位限位SL1后閥上托板前進閥YV3得電上托板前進，上托板前進碰到上托板慢進SL5限位后，上托板慢進閥YV4得電，上托板慢前進碰到前進到位限位SL4后執行上托板延時（圖7）的設定值，時間到后閥YV3，YV4斷電上托板回退，下托板前進閥YV1，YV2保持前進位不動。

　　（6）全自動工藝流程：開車啟動，恢復原點，閥YV1得電，下托板前進碰到下托板慢進限位SL2后閥YV2得電下托板開始慢進，下托板慢進碰到前進到位限位SL1后執行下托板延時（圖六）的設定值，時間到后閥YV1，YV2斷電下托板回退，碰到回退到位限位SL3信號后上托板前進閥YV3得電上托板前進，上托板前進碰到上托板慢進SL5限位后，上托板慢進閥YV4得電，上托板慢前進碰到前進到位限位SL4后執行上托板延時（圖7）的設定值，時間到后閥YV3，YV4斷電上托板回退，上托板回退碰到回退到位限位SL6信號后下托板前進閥YV1再次得電進入下一個循環。

在人機界面內通過宏指令讀出系統設定時間，分別賦值給不同的數據寄存器，如圖8所示，運行過程中通過自定義輸入時間年月日和系統本身時間進行監控比較，程序判斷當系統時間超過設定時間時，系統自動停止運行，如圖9所示。

　　圖8系統設定時間賦值

　　圖9自定義運行時間

5 結束語

　　本項目已經通過設備調試，各項性能指標達到設計指標。臺達PLC，人機界面在表殼等小五金加工油壓車床設備當中的成功應用，得到客戶的好評。

3.3 PLC連接設置
    　（1） 將DVP28SV+DVPEN01-SL連接上，然后連接路由器LAN口（IP:192.168.0.100）與EN01-SL.
    　（2）通過EN01-SL上的RS232端口將EN01-SL的IP地址修改為DHCP（動態獲取IP）,則該EN01-SL的IP地址自然就是192.168.0.100
    　（3）在互聯網另一端，PC2（不同于PC1）接入網絡.

　　3.4無線網卡設置
    　1，不論是網卡，還是ADSL寬帶方式，只要能直接進入互聯網（由于防火墻等網絡限制，不要經過代理服務器）就可以。
   　 2, 在PC2上打開3G網絡，網絡連接如圖7所示。

圖7  3G無線上網設置圖

　　3.5 WPL程序通訊設置及程序上載
    　（1）在PC2上打開WPL軟件，在通訊設置中，選擇“Ethernet”，選擇IP為ADSL的IP地址：218.82.145.059。如果該IP地址下連接了多臺設備（RS485）,則可通過圖8中的通訊站號來區分。可實現分別對各臺設備進行監控操作。

圖8  通信設置圖

    　（2）點擊“IP查找按鈕”，如圖9。若搜索成功，則在左側通訊欄中，會顯示EN01-SL的IP為192.168.0.100。

圖9  IP搜索圖

    　（3）點中左側“192.168.0.100”字樣，會出現一個“√”，此時點擊“上載”，即可實現程序上載、監控及下載。如圖10：
   

圖10  程序上載圖

    　（4）若希望遠程修改EN01-SL的基本參數，可點擊“DCISOFT”按鈕，通過DCISOFT進行遠程搜索EN01-SL，并進行參數修改及設置，操作方法與WPL軟件類似，如圖11。

圖11  遠程修改EN01-SL的設置圖