西门子6ES7 215-1HG40-0XB0

当今社会处于信息时代，由于计算机技术尤其是网络技术的发展，信息高速公路已经将世界紧密的联系在一起，在这种形势下，利用信息技术将单机的计算机应用扩展为局域网内的计算机应用，进一步扩展为远程世界范围内的计算机广域网控制系统，利用网络数据库进行信息的实时更新和跟踪共享，已经成为当前【地球村】环境下工业控制发展的必然趋势。

      随着工业自动化的要求不断地提高，工业控制网络需要一种高速廉价、实时性和开发性好、稳定性和准确性高的网络，而以太网正具备上述所有的优势特点，随着它进入工业控制领域，工业自动化系统向着分布化、智能化发展的方向更进一步，可以肯定，基于以太网技术的工业控制网络将成为未来工业控制系统的发展方向，并将越来越广泛应用在现代化自动系统的各个领域。

      本文基于台达的自动化产品，提出了一种以D-bbbb路由器、ADSL-MODEM及3G上网卡为基本配置，配合DVP28SV+DVPEN01-SLL实现PC与PLC之间的以太网远程通讯方案。对于同行的工业控制远程通信应用，具备非常重要的应用价值，值得行业借鉴。

2 系统框架

系统框架如图1所示。

图1 系统框架示意图

      系统采用DVP28SV主机+DVPEN01-SL台达PLC以太网通信模块，与D-bbbb路由器、ADSL-MODEM依次连接到中国电信网络服务商的服务器上，再通过上位PC机（通过3G上网卡连接）在网络上的操作实现广域以太网的远程通信。

3 系统设置

3.1 ADSL-MODEM配置

      安装ADSL-MODEM，向电信部门申请宽带业务，索取上网账号和密码。保证PC1可直接通过ADSL-MODEM上的以太网口拨号登录互联网。

3.2 路由器设置

（1）将D-bbbb路由器的WAN口与ADSL-MODEM的以太网口相连。

（2）连接PC1网口与D-bbbb路由器LAN口，如图2所示。

图2 路由器设置连接示意图

（3）根据路由器说明书找出其缺省IP地址，比如为。

（4）在PC1上打开浏览器，键入，回车后即可进入路由器操作界面，见图3所示：

图3 路由器进入主界面

（5）一般在路由器默认状况下，用户名缺省为admin，密码缺省为空格。这样就可直接登录路由器。注意：好保持缺省用户名和密码，否则有可能以太网通讯有可能因为路由器登录需要密码而导致无法连接。

（6）登录后，进入“安装向导”，选择互联网连接方式为动态PPPoE（DSL）,输入用户名和密码（即为向电信申请的账户密码），选择连接模式为总是连接，然后“保存设置”，这样就实现了路由器自动拨号登录上网，而无需手动拨号。这也为后续EN01-SL的联网提供了基础。如图4所示。

图4  路由器安装向导界面1

（7）上述步骤完成后，通过PC1登录一下互联网，如果成功，则表明网络调试成功，此时再次进入D-bbbb路由器操作，进入“状态”选项，如果连接成功，在WAN一栏中会显示DHCP客户端连接，且“IP地址”、“子网掩码”等均会有所显示，请记下此IP地址，该IP为电信运营部门分配给ADSL的IP地址。比如为2。如图5所示。

    注意：该IP地址可能是动态或固态IP，若为固态IP，则不论网络是否断电或断线，一直不会变化，比较方便后续的程序监控，但收费比较昂贵。如果是动态IP，就是每次自动拨号上网，该IP就可能变化，这样每次路由器上电启动自动拨号上网，就必须查看一下ADSL的IP地址是多少；通过进入路由器的状态页面查看是方法之一。或者保证网络不掉线，该动态IP也不会变化。

图5 路由器安装向导界面2

（8）启动远程管理

 进入“维护选项”，“设置管理”栏中启动远程管理

即允许外部网络服务器访问该路由器的WAN口

允许访问IP地址指的是上述ADSL的IP地址（而不是路由器默认的内局域网IP地址）

后“保存设置”。

（9）DMZ映射

      上述设置中，已经完成了ADSL到路由器WAN口的访问，现在问题是，当访问请求到达WAN口时，WAN口如何将访问请求传给某个特定的LAN口。

      一般路由器中，默认选择动态分配IP地址，则对应的LAN口IP会按照接入网络的先后顺序来分配，比如：个为00。第二个为01……

      启动DMZ映射即将某个LAN口与WAN口对应起来，如果WAN口接收到数据，则自动转到该LAN口。也即将该LAN口完全暴露在路由器之外，如图6所示。DMZ IP地址指的是某指定LAN口的IP地址，比如为00.

      设定完成后，点击“应用到列表上”，即成功完成DMZ主机映射。

      注意：DMZ映射是唯一的，无法实现多个LAN口的DMZ映射，所以如果要实现监控多台设备，则要么配置多个ADSL网络，要么在一个ADSL网络内，连接设备不使用EN01-SL(因为其只能一对一)，而使用IFD9506(可实现一个IP地址对应多32个设备【RS485】)。

图6  防火墙和DMZ设置图

3.3 PLC连接设置

（1） 将DVP28SV+DVPEN01-SL连接上，然后连接路由器LAN口（IP:00）与EN01-SL.

（2）通过EN01-SL上的RS232端口将EN01-SL的IP地址修改为DHCP（动态获取IP）,则该EN01-SL的IP地址自然就是00

（3）在互联网另一端，PC2（不同于PC1）接入网络.

3.4无线上网卡设置

1，不论是上网卡，还是ADSL宽带方式，只要能直接进入互联网（由于防火墙等网络限制，好不要经过代理服务器）就可以。

2, 在PC2上打开3G网络，网络连接如图7所示。

图7  3G无线上网设置图

3.5 WPL程序通讯设置及程序上载

（1）在PC2上打开WPL软件，在通讯设置中，选择“Ethernet”，选择指定IP为ADSL的IP地址：2。如果该IP地址下连接了多台设备（RS485）,则可通过图8中的通讯站号来区分。可实现分别对各台设备进行监控操作。

图8  通信设置图

（2）点击“指定IP查找按钮”，如图9。若搜索成功，则在左侧通讯栏中，会显示EN01-SL的IP为00。

图9  IP搜索图

（3）点中左侧“00”字样，会出现一个“√”，此时点击“上载”，即可实现程序上载、监控及下载。如图10：

图10  程序上载图

（4）若希望远程修改EN01-SL的基本参数，可点击“DCISOFT”按钮，通过DCISOFT进行远程搜索EN01-SL，并进行参数修改及设置，操作方法与WPL软件类似，如图11。

图11  远程修改EN01-SL的设置图

4 总结

      该方案可实现设备商对终端用户设备的远程监控和维护，方便快捷、安全可靠。简化了设备的调试及维修，也大大降低了设备商的服务成本。运行实践表明，系统性能稳定，安全可靠，，值得业界同行借鉴和推广。

本系统应用广泛，适用于需要热水供应的场合，比如办公大楼，宾馆洗浴等，尤其适合太阳能资源比较丰富的地区。控制系统采用台达DVP40ES2 PLC、DVP04PT-E2、DVP04AD-E2，台达人机界面 HMI B07S515。本系统工作性能稳定，自动化程度高，尤其是恒温出水的设计节约了大量水资源，集热循环的设计使得太阳能热水高效循环进入水箱，辅助热源的加入很好的解决了太阳能资源不足天气情况下的热水供应。

2 系统构成

台达系列人机界面，台达ES2系列CPU、台达PT-E2系列温度控制模块，台达AD-E2系列模拟量转数字量模块、太阳能集热器、电热丝(或空气源热泵等其它辅助热源)、保温水箱、洗浴控制泵、集热循环泵、电磁阀、温度传感器、液位传感器、功率变送器等，如图1所示。

3 系统工作原理及循环过程

(1)自动上水

水箱内装液位传感器p，水箱内水低于一定值时(20%)，自动补水阀上电，水箱自动补水，水位达到设定值时(90%)，自动补水阀断电，自动补水停止。

(2)集热循环

当集热器出水口水温(出水口安装温度传感器)高于水箱内水温，达到PLC设定启动温差(6-10摄氏度)时，集热循环泵启动；集热水箱中的低温水进入到真空管集热器组中，集热器中的相对高温水循环到集热水箱中，使水箱中的水温升高。当温差值降低到系统设定停止温差时(1-3摄氏度)，循环泵停止，集热循环停止。如此反复进行，逐渐将热量传递到水箱，使水箱中的水温度逐渐提升，直到达到洗浴要求的温度。

(3)管路恒温出水

恒温回水管路循环主要是针对室内的洗浴热水管道而言，为了保证洗浴时一开喷头阀门即有热水，同时减少无效冷水的浪费，必须安装热水回水管路，采取管路循环措施。管路循环采用定温循环方式，在室内热水回水管路中适当位置安装温度检测传感器和循环泵，设置一个温度范围来控制泵的运行。当管道内水温低于设定值时，启动洗浴管道循环泵，将管路中的低温热水打入保温水箱，当水温达到设定值时，管道循环泵停止运行。

(4)恒温控制

当水箱内水温低于一定值时，集热器不能达到洗浴热水的温度要气，此时开启水箱内电加热或其它辅助热源(空气源热泵)，以实现任何天气条件下都能保证有热水供应的要气。

(5)冬季防冻循环

室外管道(保温水箱和集热器之间)在寒冷的冬天可能被冻，因此必须有防冻循环功能；当集热器温度(检测传感器测温)低于一定值(2-5摄氏度)时，启动集热循环泵，将保温水箱中的热水打进集热器，防止管路结冻。

4 电气控制系统设计

系统上位机选用HMI b7s515型号触摸屏以实现系统运行的可视化监测与控制，下位机选用台达系列PLC，主机CPU选用DVP40ES2，温度模块选用04PT-E2，AD模块选用04AD-E2。扩展模块还可加入功率变送器，监测电磁阀，循环泵以及辅助热源的功率，如图2所示。

 图2 系统硬件框架示意图

(1)温度传感器所测得温度相关信号经PT模块转化为数字量后传回PLC的CPU，PLC的状态反应到触摸屏上，实现数据的实时监控，如图3所示。

 图3 温度传感器PT100与DVP04PT模块的外部接线图

(2)水箱液位传感器测得电信号后，经液位变送器将电信号转化为4-20mA的标准电流信号后，经AD模块转换为数字量信号传回PLC，PLC根据设定值做出判断，控制水箱电磁阀的开启与断开，如图4所示。

图4 液位变送器与04AD-E2模块的外部接线图

另外，各温度传感器的测量温度直接代表各个组成部分的温度，以此来控制系统的运行，因此，温度传感器的安装位置极其重要。温度传感器安装处的水温必须能代表所测部分的平均温度。

5 电气控制系统软件开发

(1)WPL Soft开发PLC控制程序

WPL Soft为台达电子可编程控制器DVP系列在bbbbbbs存在系统环境下所使用的程序编程软件，台达PLC采用可以编制程序的存储器，用来在其内部执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

系统控制的关键是温度、液位的比较，通过PLC的比较指令可方便的实现。

各扩展模块读取参数的频率、精度是本控制系统的关键，台达PLC提供的温度控制模块、AD转换模块可以轻松的实现系统的自动化**控制。

(2)触摸屏人机界面(HMI)程序

触摸屏替代鼠标及键盘部分功能，安装在显示屏前端的输入设备，是人与控制系统之间传递、交换信息的媒介和对话接口，包括远距离的信息传递与控制，是控制系统的重要组成部分。在PLC控制程序中加入开关量，与HMI的寄存器相关联，实现HMI与PLC的关联，如图5所示。

6 结论  

本应用通过台达PLC及其触摸屏实现了对热水系统的自动化控制及其监测，辅助热源的加入解决了单一太阳能受天气状况影响大的缺点(若辅助热源选用空气源热泵，则系统较之电加热具有显著的耗电量低、安全、舒适、绿色环保、低碳的优点)。

控制系统上，加入了温度、液位、功率等多个参数，反映到触摸屏上实现了运行系统的重要参数可视化监控。使用户对水箱内水温度，洗浴热水温度、水箱内水量，系统耗电量等多项参数有明确的掌握。实际系统运行稳定，维护保养方便,可推广性极强，尤其适合宾馆洗浴、办公大楼等场合的热水供应。此外，还可根据冬季室内取暖的要求，自动控制适宜温度的热水进入暖气管道，实现洗浴、采暖兼容的热水控制系统，如附表所示。

作者简介

孔令奇（1990-）男 硕士研究生，现就读于山东科技大学，主要研究方向为机械、电气自动化。