基于西門(mén)子S7-200的電動(dòng)窗控制系統

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)現對某大樓電動(dòng)窗進(jìn)行監控的PLC分布式系統。從控制要求、硬件系統結構、編程和組態(tài)等方面對系統進(jìn)行了詳細介紹。實(shí)踐表明：通過(guò)這種方式建立的PLC監控網(wǎng)絡(luò )，結構簡(jiǎn)單，經(jīng)濟性較好，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(mén)子工控產(chǎn)品在工控領(lǐng)域應用市場(chǎng)中有較高的占有率，S7-200系列PLC是西門(mén)子SIMATIC PLC家族中的成員之一，在西門(mén)子工控領(lǐng)域應用中占有重要地位。S7-200系列PLC體積小，軟硬件功能強大，系統配置方便，一推向市場(chǎng)就在各行各業(yè)得到了廣泛應用。但是在實(shí)際工程應用中經(jīng)常會(huì )遇到監控計算機與S7-200系列PLC通信的問(wèn)題。由于西門(mén)子公司的監控組態(tài)軟件WinCC中沒(méi)有集成S7-200系列PLC的通信驅動(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(kāi)，應用第三方軟件編制監控程序也有問(wèn)題。這些問(wèn)題給S7-200系列PLC的應用帶來(lái)了一定的限制，本文通過(guò)某一工程實(shí)例探索了一些使用S7-200作為下位控制器，使用國產(chǎn)組態(tài)軟件組態(tài)王作為上位監控軟件進(jìn)行通信的方法。

1 系統簡(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(kāi)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進(jìn)行控制和管理，在中央控制室設置了一臺管理計算機，用于管理和監控。窗的開(kāi)關(guān)信號和實(shí)際開(kāi)關(guān)反饋狀態(tài)接到了現場(chǎng)控制器上，通過(guò)中央控制室的計算機就能監視窗的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，遠程對電動(dòng)窗進(jìn)行開(kāi)啟、關(guān)閉操作，方便管理；另有一路雨量感應信號和消防控制信號接到現場(chǎng)控制器上，用于下雨時(shí)自動(dòng)關(guān)窗，有火災報警時(shí)自動(dòng)開(kāi)窗。對控制對象和要求進(jìn)行分析后決定采用西門(mén)子S7-200系列PLC作為現場(chǎng)控制器組成PLC網(wǎng)絡(luò )，每臺PLC作為一個(gè)分布式控制器對相應的電動(dòng)窗進(jìn)行監控。在中控計算機上安裝組態(tài)軟件組態(tài)王和PLC網(wǎng)絡(luò )通信，實(shí)現對電動(dòng)窗的管理和監控工作。

2 控制系統結構
整個(gè)控制系統的結構如圖1所示，每臺PLC負責3個(gè)樓層的電動(dòng)窗的開(kāi)關(guān)和狀態(tài)監視，PLC的安裝位置為3個(gè)樓層的中間層。在系統中使用了6臺S7-200CPU224作為現場(chǎng)控制器。由于S7-200 PLC不能直接通過(guò)PPI端口互連組成網(wǎng)絡(luò )與主控計算機進(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，這樣勢必會(huì )增加項目的成本。出于滿(mǎn)足功能和控制成本的考慮，在控制系統結構的構成上采用了一臺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又與上位機通信，將采集到的其他PLC
的信息傳送到主控計算機，同時(shí)將主控計算的指令發(fā)送到其他PLC。

在PLC型號的選擇上，主控PLC選用CPU224XP，其余PLC選用CPU 224。如圖1所示，1號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之間的通信用于數據采集，以及與上位管理計算機的通信。CPU 224XP有2個(gè)PPI口，其中port0通過(guò)PC／PPI電纜與主控計算機連接，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(cháng)度不是很長(cháng)，PLC的端口電氣特性上為RS 485信號，所以PLC與PLC的連接直接使用通信電纜連接，未進(jìn)行信號放大。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。
在主控計算機上使用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)議驅動(dòng)與主控PLC建立通信。主控PLC利用S7-200的網(wǎng)絡(luò )讀／寫(xiě)指令直接讀／寫(xiě)其他PLC的寄存器區，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)窗控制系統的控制要求如下：
(1)當本層發(fā)生火警時(shí)，控制本樓層的所有窗打開(kāi)(其他樓層窗不開(kāi))，此時(shí)其他任何控制(如開(kāi)關(guān)、風(fēng)雨信號、中控等)都不能關(guān)窗；當火警撤銷(xiāo)時(shí)，其他任何控制可正常工作。
(2)當刮風(fēng)下雨時(shí)，控制本棟樓的所有窗關(guān)閉，此時(shí)開(kāi)關(guān)和中控不能開(kāi)窗，但當此時(shí)本層有火警發(fā)生時(shí)，本層所有窗要打開(kāi)；當風(fēng)雨停后，開(kāi)關(guān)和總控可正常工作。
由此可見(jiàn)，消防信號的級別最高，當某層有消防信號過(guò)來(lái)時(shí)，不論此時(shí)窗戶(hù)處于何種狀態(tài)都必須打開(kāi)，其他操作無(wú)效；其次為風(fēng)雨信號，若沒(méi)有消防信號，所有的窗戶(hù)都應該關(guān)閉，其他操作無(wú)效；最后是正常的開(kāi)關(guān)信號，包括就地開(kāi)關(guān)的信號和來(lái)自中控計算機的信號。
根據上述要求，編寫(xiě)了相應的PLC程序，以某扇窗戶(hù)為例，其控制程序如圖2所示。