论S7-200 PLC的自由口通信在水泥厂配料控制系统中的应用

摘要：本文介绍了基于西门子S7-200系列PLC的水泥厂配料控制系统。文中研究了利用PLC自由口通讯协议实现两个S7-200控制站之间以及PLC与上位机之间的通讯。
关键字：自由口通讯  配料控制系统
1 前言
四川省安县银河建化集团有限公司（以下简称银河建化）的水泥熟料粉磨系统有两套配料系统（如图1所示），而且两种系统的控制方式不同，一种为恒速皮带秤间歇式给料系统，另一种是新上的核子秤。

图1 原配料系统结构
两种配料系统控制上相对独立，各自有相应的控制室且相距较远，给操作和管理带来了不便。因此，在产品的产量、质量方面都需要得到进一步提高，在现有系统结构不变的条件下，进行自动化改造可以满足上面目的。
本文给出了基于PLC并且针对水泥工业上不同种类秤混合配料的控制系统，该系统已经投入使用，实践证明此系统自动化程度高、稳定性好、运行可靠。
2 配料控制系统设计
本文设计的配料控制系统是双层式结构，类似一个小型的DCS系统。控制系统结构如图2所示。上层是在工业控制计算机上实现监视管理；下层通过PLC完成配料及负荷控制。西门子PLC中的S7-200系列可以满足多种多样的自动化控制需求。S7-200系列不仅稳定可靠而且还具有紧凑的设计、良好的扩展性、强大的指令，使得其可以近乎完美的满足小规模的控制系统要求。

图2 控制系统硬件结构图
根据实际现场布局，系统是由2套西门子PLC S7-200和一台工控机构成；
因为核子秤控制室和皮带秤控制室距离较远，所以之间采用RS 485总线进行通讯；
因为水泥厂配料系统中数据量较大，实时性要求较高，所以PLC采用自由口通讯，自己定义通讯格式；
考虑整个配料系统的可靠性和安全性，让S7-200_1 作为主站，主要负责7路核子秤的配料控制，让S7-200_2作为从站，负责5路皮带秤的配料控制，上位机作为从站，主要负责生产监控和管理。
3.自由口通信实现
S7-200 CPU内部集成的PPI通讯接口为用户提供了强大的通讯功能。PPI接口的电气特性为RS485，可在三种方式下工作：
（1） PPI方式
（2） MPI方式
（3） 自由通讯口方式  
本系统采用自由通讯口方式，自由口通讯是通过用户程序可以控制S7-200 CPU通讯口的操作模式，利用自由口模式，可以实现用户定义的通讯协议连接多种智能设备。通过使用接受中断、发送中断、发送指令（XMT）和接受指令（RCV），用户程序控制通讯口的操作，通过SMB30（通讯口0）允许自由口模式，而且只有在CPU处于RUN模式时才能允许。当CPU处于STOP模式时，自由口通讯停止，通讯口转换成正常的PPI协议操作。PPI通讯协议是西门子专为S7-200系列PLC开发的一个通讯协议，可通过普通的两芯屏蔽双绞线电缆进行联网。波特率可选。
   S7-200使用STEP-7 MicroWin基本编程软件，因为测点数量较多，功能相对比较复杂，所以程序中大量使用子程序和中断，采用结构化编程。由于PLC采用自由口通讯，所以需要用户自己定义数据通讯协议，PLC通讯初始化子程序梯形图：
上位机软件采用了Borland公司出品的基于Windows平台的软件开发工具C++ Builder 6.0，作为当前最受欢迎的R&D开发工具，C++ Builder 6.0具有以下优点：
VCL可视组件库是当前最为功能完备和高效的Windows基础类库之一。提供对Windows系统平台上开发所需的全方位支持。
基于C＋＋这样一种面向对象的结构化程序设计语言。带有快速C语言编译器。
基于组件设计和可视化的开发环境。
基于组件的设计思路，丰富的属性配置和事件驱动的方法提供了快速开发Windows应用程序的途径。
丰富的数据库组件提供对各种不同类型的数据库的全面支持。独具特色的BDE数据库引擎提供多种数据库的访问支持。
4 结束语
该系统经过现场的运行，结果令人满意，系统显示画面丰富、直观，现场运行可靠，不仅各项指标满足技术要求，同时系统的效益也有很大提高，主要表现在管理成本的降低、岗位的缩减、系统检修周期的延长和检修费用的降低等。
另外，随着PLC技术水平的提高，其计算能力、响应速度、联网能力、灵活性和可维护性已经达到或超过了传统的DCS，性能价格比有了更大的提高，从而进一步推动了PLC控制系统在中小型水泥厂的应用。