西門子S7-300電源模塊

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目前，國內用戶選用的可編程控制器(PLC)仍以國外產品為主，造成這種局面的一個重要原因是歐、美、日等發達工業國家掌握了PLC的核心技術，其硬軟件技術對應用者來說*是封閉的，使用者只能從應用的角度學習PLC，而不能參與PLC的開發[1-2]。近年來，IEC61131-3標準的頒布和實施為各PLC生產廠家提供了統一的軟件開發準則，開放的高性能單片機技術的發展，為硬件開發提供了有效的物質基礎[3]。在這樣的背景下，研制開放的PLC系統無論對于科學研究還是促進PLC行業的發展都有積極的現實意義。西門子S7-300電源模塊

　PLC是一種于工業控制的計算機，其硬件主要由*處理器、存儲器、輸入/輸出接口等組成[4]，其硬件結構如圖1所示。

1 開放式可編程控制器

　開放式PLC硬件結構采用CPU+外圍模塊+接口構成，各個接口都按標準設計，大大提高了PLC的開放性，使其能方便地與大系統連接。編程語言遵循標準IEC61131-3，并將基于PC的編程軟件作為PLC*編程工具。系統硬件部分采用高性能51內核處理器STC89C51，其為模塊化設計，采用濾波、隔離電路，以降低成本。主要電路有：微控制器STC89C51RC、開關量輸入電路、繼電器輸出電路、晶體管輸出電路、RS232通信接口電路、電源電路、時鐘復位電路和USB通信接口電路等，PLC硬件系統框圖如圖2所示，軟件采用Borland公司集成開發軟件C++ Builder，通過集成平臺對51內核處理器指令集進行解釋、編譯，使梯形圖語言轉換為能被51內核處理器識別的代碼。

2 系統硬件設計

　可編程控制器單片機部分電路圖如圖3所示。

　USB通信部分選擇Philips公司的PDIUSBD12[5]芯片作為系統的USB接口器件，片內集成了高性能USB接口電路、SIE、FIFO存儲器、收發器以及電壓調整器等，可與任何外部控制器或微處理器實現高速并行通信，其速率為2 Mb/s，完*夠滿足設計所要求的數據傳輸速度。USB通信接口模塊電路如圖4所示。

3 系統軟件設計

　系統軟件結構如圖5所示。圖中，系統編輯模塊為用戶提供編輯環境，接收用戶的梯形圖程序輸入，并將其存儲為相應的文件。梯形圖語言為一種圖形語言，要直接對其進行編譯十分困難，因此并不是直接對梯形圖程序進行編譯，而是先將其翻譯成指令語言的文本形式，再對指令語言進行編譯。圖形語言編譯問題的解決，提高了代碼的利用率[6-7]。通過提取數據結構中的數據，形成C語言程序文件，經過C51編譯器、連接器、轉換器的編譯、連接、轉換過程，生成能夠在PLC硬件上運行的可執行文件。

3.1 用戶界面

　PLC用戶界面是實現可編程人機交互的重要部分，它以梯形圖語言的形式錄入用戶控制程序，以二進制形式通過串口下載到PLC硬件，其梯形圖表示的用戶編程區如圖6所示。

PLC在進行邏輯運算之前，必須對外部信號進行采樣[8]，若要實現指令的功能，首先要設置外部I/O在梯形圖中的地址，系統才能夠對用戶程序中所使用的I/O地址與單片機的引腳地址相匹配。本設計在I/O設置對話框底層設計了如表1所示的數據處理函數。

3.2 USB通信

　PDIUSBD12的固件設計成*的中斷驅動，當CPU處理前臺任務時，USB的傳輸可在后臺進行；后臺中斷服務程序和前臺主程序循環之間的數據交換可以通過事件標志和數據緩沖區來實現。當PDIUSBD12從USB收到一個數據包，即對CPU產生一個中斷請求，CPU立刻響應中斷。在中斷服務程序中，固件將數據包從PDIUSBD12內部緩沖區移到循環數據緩沖區，并將PDIUSBD12的內部緩沖區清零，以便接收新的數據包，使CPU可以繼續執行當前的前臺任務直到完成。本文利用PDIUSBD12的端點1進行命令的傳輸和應答，端點1每次接收計算機發送過來的8 B指令，其指令格式如表2所示。例如，接收到十六進制碼52 01 00 03 00 07 00 50，表示讀24C01器件從03字節開始的7個字節的數據。52H為R的ASCII碼，57H為W的ASCII碼。端點2用于數據的傳輸。

　本文在了解PLC國內外研究狀況以及其市場需求的基礎上，提出了研發開放式PLC的概念，完成了PLC集成開發系統的C51模塊實現方案的設計，將USB通信方式引入PLC領域，所設計的梯形圖編輯器提供了梯形圖編輯平臺，實現了PLC的基本邏輯指令，完成計算機與控制器的USB通信。

西門子可為用戶提供自動化、驅動和低壓開關技術以及工業軟件，從豐富的標準產品到整體的解決方案，無所不包。 工業軟件可以讓用戶的整個價值鏈達到*，貫穿產品的設計開發、生產銷售以及售后服務的整個過程。 我們的電氣和機械部件能夠為整個驅動鏈提供集成技術，從聯軸器到齒輪箱、從電機到控制和驅動解決方案，非常全面，可應用于所有工業領域。 我們的全集成能源管理 (TIP) 技術平臺可對能源的輸送提供強有力的解決方案。西門子出色的產品質量樹立了業界。 對環保的高要求是我們環境管理的目標，我們始終貫徹執行。 從產品設計初期，我們便對產品可能對環境造成的影響進行考量， 因而我們的產品符合 RoHS（有害物質限令）標準。 同樣地，我們的生產環境通過了 DIN EN ISO 14001 認證。但對于西門子而言，環境保護不只是這些，它還意味著我們要充分利用有價值的資源。 我們的節能型驅動產品便是有力證明，它們可以節約高達 60% 的能源。敬請了解西門子自動化與驅動解決方案為您帶來的機遇， 從中發現經濟有效的解決之道。攜手西門子，提高您的競爭力。SIMATIC S7-300 一種通用型PLC，能適合自動化工程中的各種應用場合，尤其是在生產制造工程中的應用。模塊化、無排風扇結構、易于實現分布式的配置、以及用戶易于掌握等特點，使得S7-300 PLC在以下工業部門中實施各種控制任務時，成為一種既經濟又切合實際的解決方案：西門子PLC串口通訊方法

1、RS485串口通信第三方設備大部分支持，西門子S7 PLC可以通過選擇自由口通信模式控制串口通信。zui簡單的情況是只用發送指令（XMT）向打印機或者變頻器等第三方設備發送信息。不管任何情況，都必須通過S7 PLC編寫程序實現。當選擇了自由口模式，用戶可以通過發送指令（XMT）、接收指令（RCV）、發送中斷、接收中斷來控制通信口的操作。

2、PPI通信

PPI協議是S7-200CPUzui基本的通信方式，通過原來自身的端口（PORT0或PORT1）就可以實現通信，是S7-200 CPU默認的通信方式。 PPI是一種主-從協議通信，主-從站在一個令牌環網中。在CPU內用戶網絡讀寫指令即可，也就是說網絡讀寫指令是運行在PPI協議上的。因此PPI只在主站側編寫程序就可以了，從站的網絡讀寫指令沒有什么意義。

3、MPI通信 MPI通信是一種比較簡單的通信方式，MPI網絡通信的速率是19.2Kbit/s~12Mbit/s，MPI網絡zui多支持連接32個節點，zui大通信距離為50M。通信距離遠，還可以通過中繼器擴展通信距離，但中繼器也占用節點。 MPI網絡節點通常可以掛S7-200、人機介面、編程設備、智能型ET200S及RS485中繼器等網絡元器件。

西門子PLC與PLC之間的MPI通信一般有3種通信方式： PROFIBUS-DP現場總線是一種開放式現場總線系統，符合歐洲標準和標準。PROFIBUS-DP通信的結構非常精簡，傳輸速度很高且穩定，非常適合PLC與現場分散的I/O設備之間的通信。

5、 以太網通信 以太網的核心思想是使用共享的公共傳輸通道，這個思想早在1968年來源于廈威爾大學。 1972年，Metcalfe和David Boggs（兩個都是網絡專家）設置了一套網絡，這套網絡把不同的ALTO計算機連接在一起，同時還連接了EARS激光打印機。這就是世界上*個個人計算機局域網，這個網絡在1973年5月22日運行。Metcalfe在運行這天寫了一段備忘錄，備忘錄的意思是把該網絡改名為以太網（Ethernet），其靈感來自于“電磁輻射是可以通過發光的以太來傳播”這一想法。 1979年，DEC、In和Xerox共同將網絡標準化。 1984年，出現了細電纜以太網產品，后來陸續出現了粗電纜、雙絞線、CATV同軸電纜、光纜及多種媒體的混合以太網產品。 以太網是目前世界上zui流行的拓樸標準之一，具有傳傳播速率高、網絡資源豐富、系統功能強、安裝簡單和使用維護方便等很多優點。