以S7-200为核心搭建秒级采集控制系统 点击：1837 | 回复：46
发表于：2007-07-03 15:41:00
楼主
西门子S7-200是工控同仁们最为熟悉的小型可编程控制器之一，增加cp243-1以太网模块可上连工业以太网（SIMATIC格式），当它挂接北京西姆宏的S系列I/O产品后，就能轻而易举的扩展为从数十点到几百点的秒级采集控制系统，在常规工业测控应用中，可用较低的成本，很少的工作量实现现场数据的收集和一般的控制工作，数据同时在工业以太网（SIMATIC格式）为多台主机共亨，对于使用组态软件做监控或需要数据上传大系统的用户来说，这是一个能替代大中型PLC，经济省事而有竞争力的方案。
该方案的核心在于以西门子S7-200为系统头脑中枢（中央处理和数据服务器），以S系列I/O产品躯干，经由北京西姆宏公司提供的PLC连接程序（用户无需自己编程！），即可在S7-200的内存中得到所有I/O数据的映像，用户对I/O的操作（读出或写入）也只是对S7-200的内存相应单元进行读或写而已。
西门子S7-200挂接S系列I/O（PORT1，RS485总线）的站个数可从一个站至三十二个站，接入AI及DO点最多可达512点（每个站16点），接入DI点最多可达1024点（每个站32点），接入AO最多可达256点（每个站8点）。西门子S7-200与S系列I/O站之间的通讯速率可达38400bps，1~2秒内可将32个S系列I/O站数据收集或控制输出完毕。
西门子S7-200挂接S系列I/O站系统示意图如下：
特别值得一提的是，S系列I/O是智能化I/O产品，各种常规工业现场信号（电流，电压，热偶，热阻）及两线制变送器信号均可直接输入，简单设置后，用户看到的数据就已是计算处理完毕的工程量值（譬如温度量就是XX摄氏度，压力量就是XX兆帕，整型数），用户在上位机组态时，可直接拿来显示使用，这就大大的减轻了用户组态工作量和使用PLC构建系统时所必须的繁琐恼人的底层编程调度工作。
在上示系统示意图中，S系列I/O是通过S9104转换器接入PLC的，该转换器除了隔离现场的功用外，还有一个重要的功能就是通过切换开关切换为S系列I/O测试状态，用户可脱开PLC而使用普通计算机的RS232口对所挂接的S系列I/O进行功能检查和精度测试，这就大大的方便了现场调试工作。
在上示系统示意图中，西门子S7-200还有一个串口（PORT0）可供用户连接现场监控站使用。
S系列I/O有多种规格可供用户选择，需要分布式安装的可选择S系列I/O前端，需要集中式安装的可选择S3000系列可配置I/O单元，需要模拟量现场数显的可选择S2108或S2116型巡测数采器。
现在很多国内组态软件厂商如亚控，昆仑通态，杰控等都已推出不须SIMATIC NET授权的工业以太网cp243-1驱动，以上方案是很容易实现而经济上也是很合算的。
以上方案已实际应用于诸如通钢焦化厂监控改造等项目中，取的了令人满意的效果。
各位同仁如有问题请留下地址邮编电话，北京西姆宏仪器仪表有限公司有工程师为您提供服务。
恭候您的垂询，
网 址：http://www.xmson.com.cn
邮 箱：xmson@xmson.com.cn
联系电话：010-62250442或010-62241752
联 系 人：李跃文工程师
我们生活在一个物质的世界中。世间所有的物质都包含了化学和物理特性，我们是通过对物质的表观性质来了解和表述物质的自有特性和运动特性。这些表观性质就是我们常说的质量、温度、速度、压力、电压、电流等用数学语言表述的物理量，在自控领域称为工程量。这种表述的优点是直观、容易理解。在电动传感技术出现之前，传统的检测仪器可以直接显示被测量的物理量，其中也包括机械式的电动仪表。
2、标准信号
在电动传感器时代，中央控制成为可能，这就需要检测信号的远距离传送。但是纷繁复杂的物理量信号直接传送会大大降低仪表的适用性。而且大多传感器属于弱信号型，远距离传送很容易出现衰减、干扰的问题。因此才出现了二次变送器和标准的电传送信号。二次变送器的作用就是将传感器的信号放大成为符合工业传输标准的电信号，如0－5V、0－10V或4－20mA（其中用得最多的是4－20mA）。而变送器通过对放大器电路的零点迁移以及增益调整，可以将标准信号准确的对应于物理量的被检测范围，如0－100℃或-10－100℃等等。这是用硬件电路对物理量进行数学变换。中央控制室的仪表将这些电信号驱动机械式的电压表、电流表就能显示被测的物理量。对于不同的量程范围，只要更换指针后面的刻度盘就可以了。更换刻度盘不会影响仪表的根本性质，这就给仪表的标准化、通用性和规模化生产带来的无可限量的好处。
3、数字化仪表
到了数字化时代，指针式显示表变成了更直观、更精确的数字显示方式。在数字化仪表中，这种显示方式实际上是用纯数学的方式对标准信号进行逆变换，成为大家习惯的物理量表达方式。这种变换就是依靠软件做数学运算。这些运算可能是线性方程，也可能是非线性方程，现在的电脑对这些运算是易如反掌。
4、信号变换中的数学问题
信号的变换需要经过以下过程：物理量－传感器信号－标准电信号－A/D转换－数值显示。
声明：为简单起见，我们在此讨论的是线性的信号变换。同时略过传感器的信号变换过程。
假定物理量为A，范围即为A0－Am，实时物理量为X；标准电信号是B0－Bm，实时电信号为Y；A/D转换数值为C0-Cm，实时数值为Z。
如此，B0对应于A0，Bm对应于Am，Y对应于X，及Y=f(X)。由于是线性关系，得出方程式为Y=(Bm-B0)*(X-A0)/(Am-A0)+B0。又由于是线性关系，经过A/D转换后的数学方程Z=f(X)可以表示为Z=(Cm-C0)*(X-A0)/(Am-A0)+C0。那么就很容易得出逆变换的数学方程为X=(Am-A0)*(Z-C0)/(Cm-C0)+A0。方程中计算出来的X就可以在显示器上直接表达为被检测的物理量。
5、PLC中逆变换的计算方法
以S7-200和4－20mA为例，经A/D转换后，我们得到的数值是6400－32000，及C0=6400，Cm=32000。于是，X=(Am-A0)*(Z-6400)/(32000-6400)+A0。
例如某温度传感器和变送器检测的是-10－60℃，用上述的方程表达为X=70*(Z-6400)/25600-10。经过PLC的数学运算指令计算后，HMI可以从结果寄存器中读取并直接显示为工程量。
用同样的原理，我们可以在HMI上输入工程量，然后由软件转换成控制系统使用的标准化数值。
在S7-200中，(Z-6400)/25600的计算结果是非常重要的数值。这是一个0－1.0（100％）的实数，可以直接送到PID指令（不是指令向导）的检测值输入端。PID指令输出的也是0－1.0的实数，通过前面的计算式的反计算，可以转换成6400－32000，送到D/A端口变成4－20mA输出。
以上讲述的是PLC中工程量转换的基本方法，程序的编写则因人、因事而异。但是万变不离其衷。如果大家感兴趣，我可以给出自己编写的程序供大家参考，同时也希望各位网友不吝赐教、互相交流。
以
发表于：2007-09-10 21:56:00
34楼
我们生活在一个物质的世界中。世间所有的物质都包含了化学和物理特性，我们是通过对物质的表观性质来了解和表述物质的自有特性和运动特性。这些表观性质就是我们常说的质量、温度、速度、压力、电压、电流等用数学语言表述的物理量，在自控领域称为工程量。这种表述的优点是直观、容易理解。在电动传感技术出现之前，传统的检测仪器可以直接显示被测量的物理量，其中也包括机械式的电动仪表。
2、标准信号
在电动传感器时代，中央控制成为可能，这就需要检测信号的远距离传送。但是纷繁复杂的物理量信号直接传送会大大降低仪表的适用性。而且大多传感器属于弱信号型，远距离传送很容易出现衰减、干扰的问题。因此才出现了二次变送器和标准的电传送信号。二次变送器的作用就是将传感器的信号放大成为符合工业传输标准的电信号，如0－5V、0－10V或4－20mA（其中用得最多的是4－20mA）。而变送器通过对放大器电路的零点迁移以及增益调整，可以将标准信号准确的对应于物理量的被检测范围，如0－100℃或-10－100℃等等。这是用硬件电路对物理量进行数学变换。中央控制室的仪表将这些电信号驱动机械式的电压表、电流表就能显示被测的物理量。对于不同的量程范围，只要更换指针后面的刻度盘就可以了。更换刻度盘不会影响仪表的根本性质，这就给仪表的标准化、通用性和规模化生产带来的无可限量的好处。
3、数字化仪表
到了数字化时代，指针式显示表变成了更直观、更精确的数字显示方式。在数字化仪表中，这种显示方式实际上是用纯数学的方式对标准信号进行逆变换，成为大家习惯的物理量表达方式。这种变换就是依靠软件做数学运算。这些运算可能是线性方程，也可能是非线性方程，现在的电脑对这些运算是易如反掌。
4、信号变换中的数学问题
信号的变换需要经过以下过程：物理量－传感器信号－标准电信号－A/D转换－数值显示。
声明：为简单起见，我们在此讨论的是线性的信号变换。同时略过传感器的信号变换过程。
假定物理量为A，范围即为A0－Am，实时物理量为X；标准电信号是B0－Bm，实时电信号为Y；A/D转换数值为C0-Cm，实时数值为Z。
如此，B0对应于A0，Bm对应于Am，Y对应于X，及Y=f(X)。由于是线性关系，得出方程式为Y=(Bm-B0)*(X-A0)/(Am-A0)+B0。又由于是线性关系，经过A/D转换后的数学方程Z=f(X)可以表示为Z=(Cm-C0)*(X-A0)/(Am-A0)+C0。那么就很容易得出逆变换的数学方程为X=(Am-A0)*(Z-C0)/(Cm-C0)+A0。方程中计算出来的X就可以在显示器上直接表达为被检测的物理量。
5、PLC中逆变换的计算方法
以S7-200和4－20mA为例，经A/D转换后，我们得到的数值是6400－32000，及C0=6400，Cm=32000。于是，X=(Am-A0)*(Z-6400)/(32000-6400)+A0。
例如某温度传感器和变送器检测的是-10－60℃，用上述的方程表达为X=70*(Z-6400)/25600-10。经过PLC的数学运算指令计算后，HMI可以从结果寄存器中读取并直接显示为工程量。
用同样的原理，我们可以在HMI上输入工程量，然后由软件转换成控制系统使用的标准化数值。
在S7-200中，(Z-6400)/25600的计算结果是非常重要的数值。这是一个0－1.0（100％）的实数，可以直接送到PID指令（不是指令向导）的检测值输入端。PID指令输出的也是0－1.0的实数，通过前面的计算式的反计算，可以转换成6400－32000，送到D/A端口变成4－20mA输出。
以上讲述的是PLC中工程量转换的基本方法，程序的编写则因人、因事而异。但是万变不离其衷。如果大家感兴趣，我可以给出自己编写的程序供大家参考，同时也希望各位网友不吝赐教、互相交流。
以
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