基于西門子S7-200的電動(dòng)窗控制系統(tǒng)

摘要：采用S7-200 PLC建立PPI網(wǎng)絡(luò)，并使用組態(tài)軟件組態(tài)王與PPI網(wǎng)絡(luò)中的主站進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)某大樓電動(dòng)窗進(jìn)行監(jiān)控的PLC分布式系統(tǒng)。從控制要求、硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、編程和組態(tài)等方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。實(shí)踐表明：通過這種方式建立的PLC監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性較好，有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：PLC網(wǎng)絡(luò)；PPI；主控PLC；組態(tài)王

0 引言
西門子工控產(chǎn)品在工控領(lǐng)域應(yīng)用市場(chǎng)中有較高的占有率，S7-200系列PLC是西門子SIMATIC PLC家族中的成員之一，在西門子工控領(lǐng)域應(yīng)用中占有重要地位。S7-200系列PLC體積小，軟硬件功能強(qiáng)大，系統(tǒng)配置方便，一推向市場(chǎng)就在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。但是在實(shí)際工程應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)遇到監(jiān)控計(jì)算機(jī)與S7-200系列PLC通信的問題。由于西門子公司的監(jiān)控組態(tài)軟件WinCC中沒有集成S7-200系列PLC的通信驅(qū)動(dòng)程序，所以S7-200不能直接和WinCC相連；S7-200系列PLC的通信協(xié)議也不公開，應(yīng)用第三方軟件編制監(jiān)控程序也有問題。這些問題給S7-200系列PLC的應(yīng)用帶來了一定的限制，本文通過某一工程實(shí)例探索了一些使用S7-200作為下位控制器，使用國(guó)產(chǎn)組態(tài)軟件組態(tài)王作為上位監(jiān)控軟件進(jìn)行通信的方法。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介
某大樓共有19層，在每個(gè)樓層上都安裝了幾個(gè)電動(dòng)開窗器用于通風(fēng)和消防安全。出于集中管理和消防安全的需要，采用分布式控制系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理，在中央控制室設(shè)置了一臺(tái)管理計(jì)算機(jī)，用于管理和監(jiān)控。窗的開關(guān)信號(hào)和實(shí)際開關(guān)反饋狀態(tài)接到了現(xiàn)場(chǎng)控制器上，通過中央控制室的計(jì)算機(jī)就能監(jiān)視窗的開關(guān)狀態(tài)，遠(yuǎn)程對(duì)電動(dòng)窗進(jìn)行開啟、關(guān)閉操作，方便管理；另有一路雨量感應(yīng)信號(hào)和消防控制信號(hào)接到現(xiàn)場(chǎng)控制器上，用于下雨時(shí)自動(dòng)關(guān)窗，有火災(zāi)報(bào)警時(shí)自動(dòng)開窗。對(duì)控制對(duì)象和要求進(jìn)行分析后決定采用西門子S7-200系列PLC作為現(xiàn)場(chǎng)控制器組成PLC網(wǎng)絡(luò)，每臺(tái)PLC作為一個(gè)分布式控制器對(duì)相應(yīng)的電動(dòng)窗進(jìn)行監(jiān)控。在中控計(jì)算機(jī)上安裝組態(tài)軟件組態(tài)王和PLC網(wǎng)絡(luò)通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)窗的管理和監(jiān)控工作。

2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
整個(gè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，每臺(tái)PLC負(fù)責(zé)3個(gè)樓層的電動(dòng)窗的開關(guān)和狀態(tài)監(jiān)視，PLC的安裝位置為3個(gè)樓層的中間層。在系統(tǒng)中使用了6臺(tái)S7-200CPU224作為現(xiàn)場(chǎng)控制器。由于S7-200 PLC不能直接通過PPI端口互連組成網(wǎng)絡(luò)與主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，若要增加連網(wǎng)功能必須要增加通信模塊，如增加EM 277進(jìn)行Proffbus通信，這樣勢(shì)必會(huì)增加項(xiàng)目的成本。出于滿足功能和控制成本的考慮，在控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的構(gòu)成上采用了一臺(tái)PLC作為主控PLC與其他PLC進(jìn)行通信，采集其他PLC的信息，發(fā)送指令給其他PLC；主控PLC又與上位機(jī)通信，將采集到的其他PLC
的信息傳送到主控計(jì)算機(jī)，同時(shí)將主控計(jì)算的指令發(fā)送到其他PLC。

在PLC型號(hào)的選擇上，主控PLC選用CPU224XP，其余PLC選用CPU 224。如圖1所示，1號(hào)PLC作為主控PLC不僅要完成自身樓層的邏輯控制，還要完成跟其他PLC之間的通信用于數(shù)據(jù)采集，以及與上位管理計(jì)算機(jī)的通信。CPU 224XP有2個(gè)PPI口，其中port0通過PC／PPI電纜與主控計(jì)算機(jī)連接，port1以菊花鏈的連接方式與其他PLC連成一個(gè)PLC網(wǎng)絡(luò)。由于PLC與PLC之間的通信電纜的長(zhǎng)度不是很長(zhǎng)，PLC的端口電氣特性上為RS 485信號(hào)，所以PLC與PLC的連接直接使用通信電纜連接，未進(jìn)行信號(hào)放大。在PLC網(wǎng)絡(luò)的起始站點(diǎn)和最后一個(gè)站點(diǎn)上安裝了終端電阻。
在主控計(jì)算機(jī)上使用PC／PPI編程電纜直接與主控PLC相連進(jìn)行通信。軟件上安裝了組態(tài)軟件組態(tài)王，使用PPI協(xié)議驅(qū)動(dòng)與主控PLC建立通信。主控PLC利用S7-200的網(wǎng)絡(luò)讀／寫指令直接讀／寫其他PLC的寄存器區(qū)，以此進(jìn)行信息交換和完成控制功能。
3 控制程序和組態(tài)
電動(dòng)窗控制系統(tǒng)的控制要求如下：
(1)當(dāng)本層發(fā)生火警時(shí)，控制本樓層的所有窗打開(其他樓層窗不開)，此時(shí)其他任何控制(如開關(guān)、風(fēng)雨信號(hào)、中控等)都不能關(guān)窗；當(dāng)火警撤銷時(shí)，其他任何控制可正常工作。
(2)當(dāng)刮風(fēng)下雨時(shí)，控制本棟樓的所有窗關(guān)閉，此時(shí)開關(guān)和中控不能開窗，但當(dāng)此時(shí)本層有火警發(fā)生時(shí)，本層所有窗要打開；當(dāng)風(fēng)雨停后，開關(guān)和總控可正常工作。
由此可見，消防信號(hào)的級(jí)別最高，當(dāng)某層有消防信號(hào)過來時(shí)，不論此時(shí)窗戶處于何種狀態(tài)都必須打開，其他操作無效；其次為風(fēng)雨信號(hào)，若沒有消防信號(hào)，所有的窗戶都應(yīng)該關(guān)閉，其他操作無效；最后是正常的開關(guān)信號(hào)，包括就地開關(guān)的信號(hào)和來自中控計(jì)算機(jī)的信號(hào)。
根據(jù)上述要求，編寫了相應(yīng)的PLC程序，以某扇窗戶為例，其控制程序如圖2所示。