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數(shù)據(jù)通訊概述 
---- S7-300 具有多樣的通訊方式。

• 用全局數(shù)據(jù)通訊進行聯(lián)網(wǎng)的CPU之間數(shù)據(jù)包周期的交換 

• 用通訊功能塊對網(wǎng)絡其他站點進行由事件驅(qū)動的通訊。 
  - 對于聯(lián)網(wǎng)，可以使用MPI， PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)。 
  - 全局數(shù)據(jù)，通過全局數(shù)據(jù)通訊服務，聯(lián)網(wǎng)的CPU可以相互之間周期性地交換數(shù)據(jù)。(大到4gd包，每包有22字節(jié)/周期)。例如：一個CPU可以訪問另一個CPU的數(shù)據(jù)、存儲位和過程映象。全局數(shù)據(jù)通訊只可以通過MPI進行。在step7中的GD表中進行組態(tài)。 
  -通訊功能，對S7/M7/C7的通訊服務可以使用系統(tǒng)內(nèi)部塊建立起來。 

• 通過MPI的標準通訊 

• 擴展通訊通過MPI、K總線、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)(S7-300只能作為服務器) 
  
  對于s5系列及第三方的通訊服務，可以使用非駐留塊建立。 

• 通過PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)S5兼容的通訊 

• 通過PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)標準通訊 (第三方設備)

---- 與全局數(shù)據(jù)進行對比，必須為通訊功能建立通訊連接。 

通過CP的數(shù)據(jù)通訊(點對點) 
---- 用CP 340/CP 341通訊處理模塊可以建立起經(jīng)濟而方便的點到點鏈。在3種通訊接口的基礎上，有多種通訊協(xié)議可以使用。

• 20 mA(TTY) 

• RS 232C/V.24 

• RS 422/RS 485 
  
  可連接下列設備： 

• S7 PLC和S5 PLC及第三方系統(tǒng) 

• 打印機 

• 機器人控制 

• 掃描儀、條碼閱讀器等

通過多點接口(MPI) 的數(shù)據(jù)通訊 
---- 多點接口(MPI)通訊口集成在 S7-300 CPU上。它可以用于簡單聯(lián)網(wǎng)。

• MPI能同時連接幾個帶 STEP 7的編程器/PC、人機界面(HMI) 

• 全局數(shù)據(jù) 
  聯(lián)網(wǎng)的CPU可以利用全局數(shù)據(jù)(GD)服務，周期性地相互進行數(shù)據(jù)交換。 (每個程序周期多允許16個GD包，每包多64字節(jié))。S7-300 cpu每次多可以交換4個含22個字節(jié)的數(shù)據(jù)包，而且多可以有16個CPU參與數(shù)據(jù)交換(用step7 v4.x以上版編程軟件)。全局數(shù)據(jù)通訊只能通過MPI接口。 

• 內(nèi)部通訊總線(K-總線) 
  CPU的MPI是直接與S7-300的K總線連接。即可以用k總線接口從編程器直接通過MPI對FM/CP模塊進行編址。 

• 功能強大的通訊技術 
  - 多32個MPI站 
  - 每個CPU多有8個動態(tài)通 
  - 訊連接用于與SIMATIC S7/M7 300/ 400、C7進行標準通訊 
  - 每個CPU多有4個靜態(tài)通訊連接用于與編程器、PC機、SIMATIC HMI系統(tǒng)和 SIMATIC S7/M7-300/ 400、C7進行擴展通訊 。 
  - 數(shù)據(jù)傳輸速度187.5千位/秒或12兆位/秒 

• 靈活的擴展能力 
  用下列可靠的部件來配置MPI通訊：LAN電纜，LAN連接器和 RS 485中繼器均采用PROFIBUS和"分布式 I/O"系列產(chǎn)品。這些部件保證了的配置。例如，在任意兩個給定的MPI節(jié)點之間可串聯(lián)多10個中繼器來跨越長距離。

西門子SINAUT遠程通訊系統(tǒng)在海上作業(yè)平臺的應用

由于海上作業(yè)平臺的特殊地理位置，及分布在上海且比較分散。傳統(tǒng)的通訊方式是基于衛(wèi)星通訊的方式實現(xiàn)的。但是，作為一些海上作業(yè)平臺的設備供應商，對他們來說專門租用衛(wèi)星系統(tǒng)來做后期的遠程維護工作，成本是非常高昂的。因此，他們希望能有一種成本較低的，又是比較安全可靠的一種通訊方式。這些設備供應商最后找到了西門子，西門子能提供這種經(jīng)濟的安全可靠的解決方案---SINAUT遠程通訊系統(tǒng)。

本文介紹了西門子SINAUT實現(xiàn)遠程通訊的步驟及工程實現(xiàn)方法。

1 .遠程數(shù)據(jù)采集和遠程編程維護的需求和概念

在一些特殊的行業(yè)，比如：水行業(yè)中的泵站遠程監(jiān)控，石油天然氣行業(yè)中的輸油輸氣管線閥室控制，等等。在這些場合中，專門鋪設光纜或是建立衛(wèi)星通訊系統(tǒng)都不是好的選擇。這就提出了一個新的要求，這個遠程通訊系統(tǒng)還必須滿足以下的用戶需求：

※快速、靈活的數(shù)據(jù)通訊

※智能、高效的工程

※基于自動化控制系統(tǒng)的操作員控制和監(jiān)視

※通過OPC 接口連接其它控制中心系統(tǒng)

※遠程編程

※數(shù)據(jù)安全 — 最高優(yōu)先級

※全自動時間戳

※可以升級、經(jīng)濟高效

    那西門子的SINAUT遠程通訊系統(tǒng)，就是好的選擇。它滿足了以上的所有要求，能給客戶帶來直接的利益。

2．基于西門子SINAUT遠程通訊系統(tǒng)的實現(xiàn)

    SINAUT遠程通訊系統(tǒng)是基于SIMATIC自動化平臺的通訊系統(tǒng)，所以它和西門子的PLC或是DCS系統(tǒng)有著很好的系統(tǒng)互通性。在選擇傳輸網(wǎng)絡方面，它不僅可以選擇經(jīng)典的WAN（線，模擬電話網(wǎng)絡，數(shù)字ISDN，等），也可以選擇基于IP的WAN（以太網(wǎng)或IWLAN，DSL 的因特網(wǎng)，GPRS網(wǎng)絡，等）。不僅在調(diào)試階段中，而且在運行過程中也可以通過SINAUT 遠程控制網(wǎng)絡輕松地執(zhí)行 RTU 的程序更改或遠程診斷，無需中斷正在進行的過程數(shù)據(jù)通訊。這可以節(jié)約訪問和部署維護人員，還可形成全新的服務理念基礎。

毫無疑問，SINAUT包括了防止篡改和丟失數(shù)據(jù)的安全組件。每個SINAUT傳輸模塊均具有可存儲幾千個數(shù)據(jù)消息幀的大容量內(nèi)存。這樣可以克服傳輸鏈路暫時故障的問題。撥號網(wǎng)絡的優(yōu)勢：減少不必要的數(shù)據(jù)鏈路數(shù)量。

為了后續(xù)正確歸檔控制系統(tǒng)中的過程數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)消息幀均帶有始發(fā)點時間戳。整個網(wǎng)絡自動同步(DCF77 或GPS 控制)，包括夏令時或冬令時的改變。

基于SIMATIC的*設計可以確保工廠投資的長期性和經(jīng)濟性，保證兼容早期和未來的系統(tǒng)。

下面，結(jié)合實例，我們來說明SINAUT遠程通訊系統(tǒng)的操作步驟。

  我們要實現(xiàn)上圖的通訊模式，我們可以把整個通訊的物理鏈路劃分成如下區(qū)域，每個區(qū)域的網(wǎng)段是不一樣的，如下圖：

   不同網(wǎng)段的通訊，是要靠網(wǎng)管IP實現(xiàn)的。所以，在這個系統(tǒng)里，要涉及的各個網(wǎng)段還是比較多的。因此，我們好做一張IP地址表，如下圖：

  有了這張IP地址表，可以清晰得幫助我們在后面的步驟里，正確得設置相應的IP地址。

2.1 設置S612/613安全模塊和MD741-1 GPRS調(diào)制解調(diào)器。

   這步的主要目的是，通過設置S612/613安全模塊和MD741-1 GPRS調(diào)制解調(diào)器，使它們之間建立基于IPsec加密協(xié)議的VPN通道。這樣就保證了，服務器或是維護站PC和遠程站RTU之間的通訊數(shù)據(jù)在因特網(wǎng)上傳輸時的安全性。

   上圖就是配置S612/613安全模塊的界面，我們可以把VPN的組件，都放在這個界面做參數(shù)設置。然后建立不同的VPN Group，再把屬于不同VPN的組件拖入相對應的VPN Group。通過此界面，我們還可以把配置好的VPN設置信息，下載到S612/613安全模塊。

   那我們?nèi)绾蜗螺dMD741-1模塊的信息呢？我們需要通過MD741-1模塊內(nèi)建的web管理界面，把VPN的信息載入該模塊。如，下圖：

  在正確配置MD741-1的參數(shù)，如：中心站的固定公網(wǎng)IP地址，VPN遠程認證文件，本地網(wǎng)段和遠程網(wǎng)段，等信息后。通過保存按鍵，MD741-1模塊記載了本身的VPN信息和中心站的VPN信息。

待MD741-1模塊內(nèi)的SIM卡（例如，開通GPRS的中國移動SIM卡）工作正常，接入GPRS網(wǎng)絡后，等待大概15 ~ 30s后，你會發(fā)現(xiàn)S612/613安全模塊和MD741-1模塊已經(jīng)建立了VPN連接。這時，登陸MD741-1模塊的web管理界面，你能看到VPN的狀態(tài)，如上圖。

2.2 組態(tài)STEP7硬件配置和組態(tài)SINAUT ST7遠程連接。

     接下來，我們還需要在STEP7的NetPro管理界面，去添加遠程S7-300站的TIM模塊。并且在這個界面，可以組態(tài)各個TIM遠程通訊模塊的通訊連接。編譯之后，可以下載到硬件里面去。這里主要是讓PLC知道，TIM模塊間是怎么連接的。

     接下來，我們就可以在SINAUT ST7的配置軟件里，打開此項目的程序。在這里，我們可以配置中心站和所有子站的連接，也可以配置管理所有子站。

     配置完信息后，SINAUT ST7可以自動的把這些信息編譯保存到STEP7的項目目錄里面。然后，我們可以通過STEP7去下載信息至PLC里面。

    待系統(tǒng)裝載了新的信息，正常運行后，這時你就可以在中心站訪問遠程站的PLC了。可以達到遠程編程和維護的目的了。

2.3 組態(tài)SINAUT ST7cc遠程連接。

   SINAUT ST7cc這個軟件是用來為WinCC變量服務的。接下來，我們就需要在SINAUT ST7cc的管理界面里，配置WinCC需要用到的tag變量了。如圖：

      PLC的變量和ST7cc的變量是要對應的。

各種數(shù)據(jù)都對應PLC的變量。通過這個軟件，可以自動導出excel文件，以供WinCC使用。

2.


4 組態(tài)WinCC項目，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。

    在這一步，我們就可以導入從SINAUT ST7cc導出的excel文件。然后，我們就可以使用這些變量標簽，去組態(tài)我們的HMI畫面。

    我們把WinCC監(jiān)控畫面都做好了之后，我們就可以運行WinCC 操作畫面。這時，我們就可以遠程看到所有遠程站的狀態(tài)，報警，趨勢，還可以遠程操作泵閥等控制目標。至此，我們就完成了SINAUT系統(tǒng)的遠程數(shù)據(jù)采集和遠程維護的配置步驟。

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  小型可編程控制器外殼的4個角上，均有安裝孔。有兩種安裝方法，一是用螺釘固定，不同的單元有不同的安裝尺寸；另一種是DIN（德國共和標準）軌道固定。DIN軌道配套使用的安裝夾板，左右各一對。在軌道上，先裝好左右夾板，裝上PLC，然后擰緊螺釘。為了使控制系統(tǒng)工作可*，通常把可編程控制器安裝在有保護外殼的控制柜中，以防止灰塵、油污、水濺。為了保證可編程控制器在工作狀態(tài)下其溫度保持在規(guī)定環(huán)境溫度范圍內(nèi)，安裝機器應有足夠的通風空間，基本單元和擴展單元之間要有30mm以上間隔。如果周圍環(huán)境超過55C，要安裝電風扇，強迫通風。

    為了避免其他外圍設備的電干擾，可編程控制器應盡可能遠離高壓電源線和高壓設備，可編程控制器與高壓設備和電源線之間應留出至少200mm的距離。

    當可編程控制器垂直安裝時，要嚴防導線頭、鐵屑等從通風窗掉入可編程控制器內(nèi)部，造成印刷電路板短路，使其不能正常工作甚至損壞。

    2.電源接線PLC供電電源為50Hz、220V±10%的交流電。FX系列可編程控制器有直流24V輸出接線端。該接線端可為輸入傳感（如光電開關或接近開關）提供直流24V電源。如果電源發(fā)生故障，中斷時間少于10ms，PLC工作不受影響。若電源中斷超過10ms或電源下降超過允許值，則PLC停止工作，所有的輸出點均同時斷開。當電源恢復時，若RUN輸入接通，則操作自動進行。對于電源線來的干擾，PLC本身具有足夠的抵制能力。如果電源干擾特別嚴重，可以安裝一個變比為1:1的隔離變壓器，以減少設備與地之間的干擾。

    3.接地良好的接地是保證PLC可*工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。接地線與機器的接地端相接，基本單元接地。如果要用擴展單元，其接地點應與基本單元的接地點接在一起。為了抑制加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應給可編程控制器接上地線，接地點應與動力設備（如電機）的接地點分開。若達不到這種要求，也必須做到與其他設備公共接地，禁止與其他設備串聯(lián)接地。接地點應盡可能*近PLC

    4.直流24V接線端使用無源觸點的輸入器件時，PLC內(nèi)部24V電源通過輸入器件向輸入端提供每點7mA的電流。PLC上的24V接線端子，還可以向外部傳感器（如接近開關或光電開關）提供電流。24V端子作傳感器電源時，COM端子是直流24V地端。如果采用擴展船員，則應將基本單元和擴展單元的24V端連接起來。另外，任何外部電源不能接到這個端子。如果發(fā)生過載現(xiàn)象，電壓將自動跌落，該點輸入對可編程控制器不起作用。

    每種型號的PLC的輸入點數(shù)量是有規(guī)定的。對每一個尚未使用的輸入點，它不耗電，因此在這種情況下，24V電源端子向外供電流的能力可以增加。FX系列PLC的空位端子，在任何情況下都不能使用。

    5.輸入接線PLC一般接受行程開關、限位開關等輸入的開關量信號。輸入接線端子是PLC與外部傳感器負載轉(zhuǎn)換信號的端口。輸入接線，一般指外部傳感器與輸入端口的接線。輸入器件可以是任何無源的觸點或集電極開路的NPN管。輸入器件接通時，輸入端接通，輸入線路閉合，同時輸入指示的發(fā)光二極管亮。輸入端的一次電路與二次電路之間，采用光電耦合隔離。二次電路帶RC濾波器，以防止由于輸入觸點抖動或從輸入線路串入的電噪聲引起PLC誤動作。若在輸入觸點電路串聯(lián)二極管，在串聯(lián)二極管上的電壓應小于4V。若使用帶發(fā)光二極管的舌簧開關，串聯(lián)二極管的數(shù)目不能超過兩只。另外，輸入接線還應特別注意以下幾點：

    （1）輸入接線一般不要超過30m。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時，輸入接線可適當長些。

    （2）輸入、輸出線不能用同一根電纜，輸入、輸出線要分開。

    （3）可編程控制器所能接受的脈沖信號的寬度，應大于掃描周期的時間。

    6.輸出接線

    （1）可編程控制器有繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出3種形式。

    （2）輸出端接線分為獨立輸出和公共輸出。當PLC的輸出繼電器或晶閘管動作時，同一號碼的兩個輸出端接通。在不同組中，可采用不同類型和電壓等級的輸出電壓。但在同一組中的輸出只能用同一類型、同一電壓等級的電源。

    （3）由于PLC的輸出元件被封裝在印制電路板上，并且連接至端子板，若將連接輸出元件的負載短路，將燒毀印制電路板，因此，應用熔絲保護輸出元件。

    （4）采用繼電器輸出時，承受的電感性負載大小影響到繼電器的工作壽命，因此繼電器工作壽命要求長。

    （5）PLC的輸出負載可能產(chǎn)生噪聲干擾，因此要采取措施加以控制。此外，對于能使用戶造成傷害的危險負載，除了在控制程序中加以考慮之外，還應設計外部緊急停車電路，使得可編程控制器發(fā)生故障時，能將引起傷害的負載電源切斷。交流輸出線和直流輸出線不要用同一本電纜，輸出線應盡量遠離高壓線和動力線，避免并行。

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