西门子模块6ES7321-1FF10-0AA0

西门子扩充了旗下Simatic HMI（人机界面）面板中高性能精智面板家族的产品阵容，推出极其坚固的全新设备，以供在环Simatic HMI TP700和Simatic HMI TP1500精智系列户外面板正面采用防紫外线材料，防护等级达IP65，是冷藏间、船舶和石油天然气行业的理想之选。全新的精智系列户外面板的工作环境温度范围为-30℃到60℃，环境湿度可达90%，几乎能应用于任何环境和行业。7英寸和15英寸宽屏高亮显示屏，在各种光线条件下都清晰易读，可自动调节亮度在日光下可读的高分辨率7英寸和15英寸宽屏显示屏，其宽高比为16:9，屏幕色彩高达1600万色，能清晰地显示复杂的工艺参数和整个工厂的生产全景。高度防眩、广角可视及自动亮度调节功能使操作人员能轻松可靠地监控设备。这使得用户在多变的天气或光线条件下也可以正常读取数据。

可垂直安装并能存储足够的电能为优化工厂的空间利用，满足特殊的机器设计需要，新面板还可以实现垂直安装，方便以纵向模式进行操作。因为储存有足够的电能，即使在意外断电的情况下，几乎无需任何维护的精智系列户外面板也能够确保的数据安全，，保证所有的归档进程能够正常退出，并对数据进行备份。WINCC组态，旧操作画面可轻松导入目前，该系列面板正在申请应用于危险区域的Ex2/22和FM Class I Div.2认证以及船级社认证。我们通过工业以太网（Profinet）将面板集成到自动化解决方案中，并使用TIA 博途（TIA Portal）工程软件平台中的Simatic WinCC工程工具进行组态。此前为其他精智系列面板开发的操作画面可以便捷地应用到新款面板中，只需针对户外应用进行特定补充。此外，西门子还为这些坚固的设备提供长达22年的服务和支持。

凡是参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。目前，人机界面HMI在各个领域有着广泛的应用，但在使用人机面过程中，常常会遇到很多问题。针对这些情况，本文总结了人机界面在日常工作中常出现的故障及其处理的方法。
一、人机界面无响应，按触摸任何部位都无响应。
处理方法：遇到这种情况，首先检查各接线接口是否出现松动，然后检查串口及中断号是否有冲突，如果是由于冲突引起的，那么应调整资源，避开冲突。其次，检查人机界面表面是否出现裂缝，如发现有裂缝应及时更换。此外，还需要检查人机界面表面是否有尘垢，若有，用软布进行清除。观察检查控制盒上的指示灯是否工作正常，正常时，指示灯为绿色，并且闪烁。如果上面的部分均正常，可用替换法检查人机界面，先替换控制盒，再替换触摸屏，最后替换主机。
二、人机界面正常但电脑不能操作。一台人机界面，经试验其本身一切正常，但接上主机后，电脑不能操作。
处理方法：对于这种情况，原因有二。其一，可能是人机界面驱动程序版本过低，需要安装的驱动程序。其二，可能是在主机启动装载人机界面驱动程序之前，人机界面控制卡接收到操作信号，只需重新断电后，再启动计算机即可。
三、触摸不准。一台表面声波人机界面，用手指触摸显示器屏幕的部位不能正常地完成对应的操作。
处理方法：这种现象有2种原因。一种可能是声波屏的反射条纹受到轻微破坏，如果遇到这种情况则将无法*修复；第二种可能是声波人机界面在使用一段时间后，屏四周的反射条纹上面被灰尘覆盖，可用一块干的软布进行擦拭，然后断电、重新启动计算机并重新校准。

变频器一开，仪表信号乱跳。变频器干扰问题四大解决方案对变频器产生的谐波进行抑制处理，可选的滤波产品有变频器输入滤波器变频器输出滤波器变频器输入电抗器变频器输出电抗器等。在输入电路内串入电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法。变频器一开，仪表信号乱跳。变频器干扰问题四大解决方案此外，为防止变频器干扰信号和控制回路，需要给控制器仪表和工控机采用单独的隔离电源进行供电。其实在现场简单方法是将仪表远离变频器。。

　一个控制系统的规模有时按照它大能够控制的I/O点的数量来定的。模拟量和开关量在控制系统中，另一个常见的术语就是模拟量和开关量。不论输入还是输出，一个参数要么是模拟量，要么是开关量。模拟量指控制系统量的大小是一个在一定范围内变化的连续数值，比如温度，从-度，压力从-MPA，液位从-米，电动阀门的开度从-%，等等，这些量都是模拟量。而开关量指该物理量只有两种状态，如开关的导通和断开的状态，继电器的闭合和打开，电磁阀的通和断，等等。

　　对控制系统来说，由于CPU是二进制的，数据的每位有“"和“"两种状态，因此，开关量只要用CPU内部的一位即可表示，比如，用“"表示开，用“"表示关。而模拟量则根据精度，通常需要位到为才能表示一个模拟量。常见的模拟量是位的，即精度为-，高精度约为万分之二点五。当然，在实际的控制系统中，模拟量的精度还要受模拟/数字转换器和仪表的精度限制，通常不可能达到这么高。控制回路通常是针对模拟量的控制来说，一个控制器根据一个输入量，按照一定的规则和算法来决定一个输出量，这样，输入和输出就形成一个控制回路。

　　但是由于RS-常常要与PC机的RS-口通信，所以实际上一般高Kbps。又由于太高的速率会使RS-传输距离减小，所以往往为bps左右或以下；RS-接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰性好；RS-接口的大传输距离标准为米bps时，实际上可达米，RS-接口在总线上是容许连接多达个收发器即RS-具有多机通信功能，这样用户可以利用单一的RS-接口方便的建立起网络。因为RS-接口组成的半双工网络，一般只需二根信号线，所以RS-接口均采用双绞线传输。 　　RS-的标准并没有规定RS-的接口连接器标准所以采用接线端子或者DB-DB-等连接器都可以。在使用RS-接口时，对于特定的传输线径，从发生器到负载其数据信号传输所容许的大电缆长度是数据信号速率的函数，这个长度数据主要是受信号失真及噪声等影响所限制。大电缆长度与信号速率的关系曲线是使用AWG铜芯双绞电话电缆线径为mm，线间旁路电容为PF/M，终端负载电阻为欧时所得出的。引自GB附录A。当数据信号速率降低到Kbit/S以下时，假定大容许的信号损失为dBV时，则电缆长度被限制在m。。

　　控制回路有开环和闭环的区别。开环控制回路，指输出是根据一个参考量而定，输入和输出量没有直接的关系。而闭环回路则将控制回路的输出再反馈回来作为回路的输入，与该量的设定值或应该的输出值作比较。闭环回路控制又叫反馈控制，是控制系统中常见的控制方式。下面介绍几种常规的反馈控制的模式。二位控制这是简单的反馈控制，有时也叫开关控制。这种控制是当被测量达到高值或低值的时候，就给出一个开关的信号。虽然被测量可能是模拟量，但控制输出是开关的，所以叫两位控制。

　　在工业现场，有许多温控器和液位开关控制是采用这种方式的。比例控制控制器的输出值与被控参数的测量值和设定值或某个参考点的偏差是一个比例关系。比例控制比二位控制要平滑一些，了二位控制时会产生的被控量上下振荡的情形。比如，对一个反应罐的液位，如果设定的液位值是毫米，当液位降低时，进料管道上的阀门就要增加开度，而液位偏高时，则要将开度减小。增加和减小的比例与液位和设定值的偏差大小成比例关系。积分控制在积分控制中，被控变量的值的变化与控制系统输出控制到实际生效的时间有一个预先设定的关系。

　　一台三垦IPKW变频器在保修期内损坏，上电无显示。打开机器盖子，仔细的观察各个部分，发现充电电阻烧坏，接触器线圈烧断而且外壳焦糊。经过追问，原来用户电源电压低，变频器常常因为欠压停机，就专门给变频器配了一个升压器。但是用户并没有注意到在夜间电压会恢复正常，结果首先烧坏接触器然后烧坏充电电阻。由于整流桥和电解电容耐压相对较高而幸免于难。更换损坏器件修复。升降温检查法此法对于一些特殊的故障非常见效。人为地给一些温度特性较差的元件加温或降温，产生“病症"或“病症来查找故障原因。。

　　起动制动比较频繁，要求有较大的起动制动转矩的生产机械，如桥式起重机矿井提升机空气压缩机不可逆轧钢机等，应采用绕线式异步电动机。无调速要求，需要转速恒定或要求改善功率因数的场合，应采用同步电动机，例如中大容量的水泵，空气压缩机提升机磨机等。调速范围要求在∶以上，且需连续稳定平滑调速的生产机械，宜采用他励直流电动机或用变频调速的鼠笼式异步电动机或同步电机，例如大型精密机床龙门刨床轧钢机提升机等。要求起动转距大，机械特性软的生产机械，使用串励或复励直流电动机，例如电车电机车重型起重机等。

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Modbus TCP通信概述

MODBUS/TCP是简单的、中立厂商的用于管理和控制自动化设备的MODBUS系列通讯协议的派生产品，显而易见，它覆盖了使用TCP/IP协议的“Intranet"和“Internet"环境中MODBUS报文的用途。协议的用途是为诸如PLC’s，I/O模块，以及连接其它简单域总线或I/O模块的网关服务的。

MODBUS/TCP 使MODBUS_RTU协议运行于以太网，MODBUS TCP使用TCP/IP和以太网在站点间传送MODBUS报文，MODBUS TCP结合了以太网物理网络和网络标准TCP/IP以及以MODBUS作为应用协议标准的数据表示方法。MODBUS TCP通信报文被封装于以太网TCP/IP数据包中。与传统的串口方式，MODBUS TCP插入一个标准的MODBUS报文到TCP报文中，不再带有数据校验和地址。

1. 通讯所使用的以太网参考模型

Modbus TCP传输过程中使用了TCP/IP以太网参考模型的5层：

第一层：物理层，提供设备物理接口，与市售介质/网络适配器相兼容

第二层：数据链路层，格式化信号到源/目硬件址数据帧

第三层：网络层，实现带有32位IP址IP报文包

第四层：传输层，实现可靠性连接、传输、查错、重发、端口服务、传输调度

第五层：应用层，Modbus协议报文

2. Modbus TCP数据帧

Modbus数据在TCP/IP以太网上传输，支持Ethernet II和802.3两种帧格式，Modbus TCP数据帧包含报文头、功能代码和数据3部分，MBAP报文头(MBAP、Modbus Application Protocol、Modbus应用协议)分4个域，共7个字节，如图1所示：

图1： MODBUS TCP报文

由于使用以太网TCP/IP数据链路层的校验机制而保证了数据的完整性，MODBUS TCP 报文中不再带有数据校验"CHECKSUM"，原有报文中的“ADDRESS"也被“UNIT ID"替代而加在MODBUS应用协议报文头中。

3. Modbus TCP使用的通讯资源端口号

在Modbus服务器中按缺省协议使用Port 502 通信端口，在Modbus客户器程序中设置任意通信端口，为避免与其他通讯协议的冲突一般建议2000开始可以使用。

4. Modbus TCP使用的功能代码

按照使用的通途区分，共有3种类型分别为：

1) 公共功能代码：已定义好功能码，保证其性，由Modbus.org认可；

2) 用户自定义功能代码有两组，分别为65～72和100～110，无需认可，但不保证代码使用性,如变为公共代码，需交RFC认可；

3) 保留功能代码，由某些公司使用某些传统设备代码，不可作为公共用途。

按照应用深浅，可分为3个类别：

1) 类别0，客户机/服务器最小可用子集：读多个保持寄存器(fc.3)；写多个保持寄存器(fc.16)。

2) 类别1，可实现基本互易操作常用代码：读线圈(fc.1)；读开关量输入(fc.2)；读输入寄存器(fc.4)；写线圈(fc.5)；写单一寄存器(fc.6)。

3) 类别2，用于人机界面、监控系统例行操作和数据传送功能：强制多个线圈(fc.15)；读通用寄存器(fc.20)；写通用寄存器(fc.21)；屏蔽写寄存器(fc.22)；读写寄存器(fc.23)。

5. Modbus TCP通讯应用举例

在读寄存器的过程中，以Modbus TCP请求报文为例,具体的数据传输过程如下：

1) Modbus TCP客户端实况，用Connect()命令建立目标设备TCP 502端口连接数据通信过程；

2) 准备Modbus报文，包括7个字节MBAP内请求；

3) 使用send()命令发送；

4) 同一连接等待应答；

5) 同recv()读报文，完成一次数据交换过程；

6) 当通信任务结束时，关闭TCP连接，使服务器可以为其他服务。

S7-300/400 的CPx43-1 MODBUS TCP 通讯(STEP7)

下面章节将介绍如何使用软件选项包" ModbusTCP CP V4.3 "的功能块库配置S7-300/400单站系统通过CP343-1/CP443-1与第三方模拟软件进行Modbus/TCP进行通讯的详细步骤

1.“ ModbusTCP CP V4.3"块库使用说明

1) 该功能块库可以用于S7-300单站通过CP343-1或S7-400单站通过CP443-1进行ModbusTCP通讯。

2) 由于需要在SIMATIC站与其他通讯伙伴之间建立TCP连接用于Modbus通讯，因此需要调用SIMATIC S7标准功能块，对于S7-300/400的CP来说，需要调用FC5(AG_SEND)，FC6(AG_RECV)功能块。

3) 对于主要功能块FB106、107和108来说，包含了V1.x和V2.x，它们管脚参数并没有更改，只是在V2.x中增加了FC10"AG_CNTRL"功能块用于管理TCP连接，是否支持功能块与CP的型号和固件版本有关，如下图1所示：

图1 功能块V1.x和V2.x版本区别

当将软件选项包安装完集成到Step7时，可以在Step7安装文件的相应目录中找到块库、例程、英文手册，另外还可找到用CFC语言编程的功能快库，供读者选用，如下图2~4所示，在实际的项目调试过程中由于例子程序的各项功能比较完善，因此可以直接使用例子程序根据项目的实际情况修改相应的参数即可，可以节省大量的参数设置时间，以下主要描述了使用软件选项包" ModbusTCP CP V4.3 "配置S7-300/400站的详细配置和编程步骤。

图2 块库、例程、英文手册和软件注册的文件夹位置

图3 例程(注:当找不到例程时可以通过"Browse.."按钮来进行查找)

图4 功能块库(注:当找不到块库时可以通过"Browse.."按钮来进行查找)

2. 配置S7-400单站系统通过CP443-1 作为Server进行Modbus TCP通讯

以S7-400单站系统及Modscan32软件为例，详细介绍如何将S7-400单站系统通过CP443-1配置为Server，Modscan32为Client进行Modbus TCP通讯，在本例中将使用带FC10"AG_CNTRL"版本的功能块，下图5为服务器功能块库的程序结构及各功能块完成的功能：

图5 服务器功能块库程序结构

注意：Modscan32软件可以从网上免费下载得到，本例中使用的版本为V7.0版，由于各版本的功能不尽相同，因此需要注意版本问题。

2.1 例子中使用的硬件设备及软件

本例中所用的硬件设备如下表：

表1 服务器硬件清单

所用到软件如下表：

表2 服务器软件清单

2.2 S7-400系统及Modscan32软件组态

打开Step7软件，新建一个工程项目文件，命名为“M_TCP_CP_V43(Server)"， 在项目下插入一个S7-400站，如下图6所示：

图6 新建S7-400 Station

双击插入的SIMATIC 400 Station的“Hardware"，打开硬件组态，在硬件组态界面下分别插入机架，电源PS407、CPU414-3PN/DP、CP443-1,本例中将CP的IP地址设为192.168.70.2，如下图7所示：

图7 硬件组态并设置CP443-1的IP地址

打开Netpro网络组态，选中CPU414-3PN/DP，插入一个新连接，连接伙伴为Unspecified，连接类型为TCP Connection，如下图8所示：

图8 网络组态-新建TCP connection

打开连接属性对话框中的“General Information"，由于CP443-1做Server被动连接，因此不勾选“Active connection estabishment"选项，ID保持缺省即可，在“Address"栏中同样由于CP443-1做Server，因此填入连接的Port号设置为502，组态完成后，编译保存，将例程站点“SIMATIC 400(Server)"中的程序（System data不需要拷贝）拷贝到该项目中并下载（注意：OB100中调用的FB108的id和laddr需根据组态确认）。对于通讯伙伴Remote的IP地址可以不填，即允许任意IP地址的客户端发起连接，如下图9所示：

图9 S7-400为服务器的TCP connection参数设置

对于服务器和客户端的端口号(下述中以Port代替)的选择需要注意以下几点:

1)一般情况下服务器端的Port号modbus TCP规范缺省为502，客户端的Port号设置为客户端允许的号即可，另外各厂商产品也有一些限制，对于SIMATIC产品一般从2000之后开始。

2）对于一个系统来说，当创建多个TCP连接时，要保证IP地址和Port号不重合，即同一个IP地址下创建多个TCP连接时Port号必须不同，而不同的系统因IP地址不同可以使用相同的Port号，例如本例中如果需要创建多个TCP连接作为Server时因只有一个IP，因此Port号必须不同。