siemens西門子S7-200EM232CN數字量AO模塊

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軟起動控制器中PROFIBUS-DP通訊接口的硬件設計

??在軟起動控制器的PROFIBUS-DP硬件接口電路設計方案上，采用單片機+ 集成芯片SPC3 + RS485驅動的方案。

??2.1 SPC3簡述

??SPC3（SIEMENS PROFIBUS CONTROLLER）為的智能PROFIBUS-DP從站，集成有PROFIBUS-DP物理層的數據收發功能，可處理PROFIBUS-DP協議。SPC3的內部有RAM、寄存器、狀態寄存器、中斷寄存器以及各種緩沖器指針和緩沖區等。SPC3有8根數據線和11根地址線，其中8根數據線與地址線復用，可以接80C32、80C166、80C196、HC196等單片機。SPC3內部集成了1.5KB的雙口RAM作為SPC3與/程序的接口，能自動9.6K到12M波特率。

??2.2 PROFIBUS-DP通信接口硬件設計

??PIC16F877與PROFIBUS-DP網絡的連接通過一個PROFIBUS-DP網絡的協議芯片SPC3和RS-485驅動電路組成。PROFIBUS-DP接口主要由處理器接口和串行總線接口組成。

??處理器接口電路如圖1示：80C32通過P0口和P2口擴展外部存儲器，將SPC3內部的雙口RAM作為自己的外部RAM，通過對雙口RAM的讀寫來完成對SPC3的初始化和有關數據的交換。圖中P1是指用雙PIC16F877設計的軟起動控制器，作為通訊的從站，PIC16F877集成了SPI接口，可以和協議芯片SPC3結合，以及MAX485ESA完成到PROFIBUS-DP總線網絡上的連接。

??圖1 處理器接口電路

??圖2串行總線接口電路

??SPC3芯片通過請求發送（RTS），發送數據（TXD），接收數據（RXD）,通過高速光耦HCPL7720和總線收發器ADM1485相連，構成串行總線接口。如圖2所示，盡管SPC3已經集成了物理層的數據傳輸功能，但它不具備RS-485的驅動接口，因此添置了RS-485的驅動電路。目前能12M波特率的驅動器芯片為數不多，有SN65ALS176，SN75ALS176，ADM1485等，本中選用的是ADM1485。另外為了避免總線上的對電路的影響，在SPC3與RS-485總線驅動電路之間采用光電隔離。TXD、RXD的隔離器件選用Hewlett Packar公司的12M高速光耦HCPL7720，RTS的隔離器件選用HCPL0601。

??3 通訊接口的設計

??PROFIBUS-DP的ASIC芯片SPC3集成了PROFIBUS-DP協議，能夠處理PROFIBUS-DP狀態機構，因此80C32不用參與處理PROFIBUS-DP狀態機。80C32的主要任務是對SPC3進行合理的配置、初始化及對各種報文的處理。

??對SPC3的操作主要包括兩個部分：SPC3的初始化和SPC3的中斷處理。主程序和中斷程序流程圖分別如圖3和圖4所示。

??圖 3 主程序流程圖 圖4中斷程序流程圖

??SPC3的初始化程序應主程序的前面，而中斷處理程序完成CPU對SPC3中斷輸出的響應。 SPC3上電復位之后.在正常工作之前必須進行初始化，以配置各個寄存器。中斷處理程序用于處理SPC3發生的各種事件，這些事件包括新的參數報文事件：全局控制命令報文事件，進入或退出數據交換狀態事件，新的配置報文事件，新的地址設置報文事件，監測到波特率事件和看門狗溢出事件。SPC3在接收到由PROFIBUS主站傳送的不同輸出數據時會產生輸出標志位，CPU通過在應用循環中輪詢標志位來進行接收主站數據。對于特定應用的診斷信息需要實時傳遞到主站。主應用程序在應用循環中判斷是否有可用的診斷BUF存在一當有空閑BUF時應用程序輸入診斷信息，并請求更新。對于實時性要求嚴格的，應采用中斷進行輸出數據和診斷數據處理。

PLC開關量和模擬量如何轉換
PLC開關量、模擬量轉換，首先要明了三層含義:設備信號層、PLC軟件應用層、PLC內部處理層。
設備層:開關量是通斷信號，模擬量是線性電壓信號或線性電流信號。
PLC軟件應用層:開關量是0、1開關節點以二進制形式存放在PLC內部寄存器中，模擬量是工程量(如255、32767、65535)以16進制形存放在PLC用戶寄存器中。
內部處理層:全部都是從寄存器中調出采取二進制運算。
開關量模擬量轉換在PLC軟件應用層只要利用相關指令(如三菱K1M0等)將開關量二進制轉換成16進制存放在PLC用戶寄存器就可以。
開關量和模擬量的轉換一般都經過保持以及數字化的，比如開關量，有干擾吧，要排除這種干擾，可以軟件排除干擾，比如隔幾毫秒讀取一次開關狀態，兩次都讀到才認為開關關閉了，不然認為是干擾，當然干擾也可以用硬件排除干擾，如果施密特觸發器等。
對于模擬量，也是經過量化的，比如0809AD轉換，對于轉換方法，在這里也說不清楚，可以查詢芯片資料，0809芯片有控制轉換引腳，使能引腳，轉換地址等控制引腳，用8051單片機可以控制其轉換，當然，還有**的單片機，如MSP430，AVR等單片機，更好的轉換芯片，如DSP的STM32系列芯片，是專門的數模轉換芯片。轉換的原理是根據轉換芯片的精度劃分轉換量，如，轉換芯片的位數為8位，再假定轉換的模擬量為5伏電壓，那么還可以把5伏分為256(因為8位芯片只能是2的8次方)等分，這樣就可以算出它的數字量了，反之亦然。
常見的模擬量信號有電壓和電流信號，有輸入信號對設備進行控制的，比如變頻器的調速、氣壓比例閥等，輸出信號多見與各種傳感器和其他輸出設備。它們之間的轉換關系需要參考AD、DA模塊與設備量程來確定。

AD模塊
在模塊端10v模擬量對應4000數字量，按照此關系完成轉換。在設施端例如位置傳感器距離與模擬量電壓信號之間的關系是：200mm量程對應10v模擬量輸出，那里在PLC程序要得到準確的位置，位置與數字量之間的關系就是1mm=20數字量或者1數字量=0.05mm，加入我們檢測了2000的數字量，經過換算就知道位置是100mm。
 
至于開關量與模擬量之間的轉換關系，應該說是模擬量怎么控制開關量，比如說電機轉速超過某值就要關掉電機、溫度大于多少就要終止加熱或小于多少要加熱，此刻我們經過AD模塊監控這些數據，在PLC中進行比較，根據比較結果來輸出相應的開關動作。

4步教你輕松調試PLC控制系統
PLC控制系統
調試工作是檢查PLC控制系統能否滿足控制要求的關鍵工作，是對系統性能的一次客觀、綜合的評價。系統投用前必須經過全系統功能的嚴格調試，直到滿足要求并經有關用戶代表、監理和設計等簽字確認后才能交付使用。調試人員應受過系統的專門培訓，對控制系統的構成、硬件和軟件的使用和操作都比較熟悉。
調試人員在調試時發現的問題，都應及時聯系有關設計人員，在設計人員同意后方可進行修改，修改需做詳細的記錄，修改后的軟件要進行備份。并對調試修改部分做好文檔的整理和歸檔。調試內容主要包括輸入輸出功能、控制邏輯功能、通信功能、處理器性能測試等。
一、輸入輸出回路調試
 (1)模擬量輸入(AI)回路調試。要仔細核對I0模塊的地址分配;檢查回路供電方式(內供電或外供電)是否與現場儀表相*;用信號發生器在現場端對每個通道加入信號，通常取0、50%或*三點進行檢查。對有報警、聯鎖值的AI回路,還要在報警聯鎖值(如高報、低報和聯鎖點以及精度)進行檢查,確認有關報警、聯鎖狀態的正確性。
(2)模擬量輸出(AO)回路調試?？筛鶕芈房刂频囊螅檬謩虞敵?即直接在控制系統中設定)的辦法檢查執行機構(如閥門開度等)，通常也取0、50%或*三點進行檢查;同時通過閉環控制,檢查輸出是否滿足有關要求。對有報警、聯鎖值的AO回路，還要在報警聯鎖值(如高報、低報和聯鎖點以及精度)進行檢查，確認有關報警、聯鎖狀態的正確性。
(3)開關量輸入(DI)回路調試。在相應的現場端短接或斷開,檢查開關量輸入模塊對應通道地址的發光二極管的變化，同時檢查通道的通、斷變化。