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摘要：西门子S7-200 PLC已经退市，提出了一种基于S7-1200和S7-200 SMART改造自动化生产线实训装备的方案，论述了PLC选型、运动控制、系统通信和触摸屏组态，使系统控制和通信更合理，展现新技术的应用。
关键词：自动化生产线；PLC；通信
本文引用格式：刘元永,等.基于S7-1200和S7-200 SMART的自动化生产线实训装备改造[J].教育现代化,2019,6(32):77-78.
高职院校的人才培养目标，除了让学生掌握一定的专业知识外，更重要的是让学生具备较强的动手操作能力、技术应用能力和职业素质能力，即“培养高素质技能应用型人才”[1]。YL-335B型自动化生产线实训考核装备（以下简称YL-335B）是亚龙智能装备集团股份有限公司为全国高职院校自动化生产线技能大赛和各院校综合实训开发的产品。目前，全国已有近2000所院校使用这套装备。YL-335B的PLC控制系统主要有三种：西门子S7-200、三菱和汇川。2010年，西门子公司推出了S7-200的升级产品S7-1200，在中国推出性价比更高的过渡产品S7-200 SMART，2012年S7-200停产，编程软件也不再更新，2015年退市，现在生产中新项目不再用S7-200 PLC。本文用S7-1200和S7-200SMART替代YL-335B中的S7-200，并改造为以太网通信，编写程序，使控制和通信更先进，体现出现代控制技术和通信网络技术在自动化生产线中的最新应用，使教学内容紧跟技术发展步伐，使YL-335B继续焕发活力。
一YL-335B简介
YL-335B在导轨式实训台上安装供料、加工、装配、输送、分拣等工作站，构成典型的自动化生产线平台[2,3]。YL-335B综合应用了机械、气动、传感器、PLC、变频器、伺服等多种知识和技术，模拟一个与实际生产十分接近的控制过程[3]。系统的控制方式采用每一工作站由一台PLC控制，各PLC之间采用PPI协议通过RS485串行通讯实现互连的分布式控制，YL-335B各站所需IO点数和S7-200 PLC型号如表1中所示。
二改造方案
本着科学、先进、适用、经济、简洁、发展的原则进行改造。
（一）硬件改造
1.PLC选型
S7-200 SMART的性价比高于S7-1200，但仅是过渡产品，本文选用S7-1200。根据表1中各站所需IO点数和原PLC型号，考虑到扩展余量。供料站和加工站选用S7-200 SMART CPU SR30，它有18点输入12点继电器输出，比原PLC的IO点数多。分拣站在2017全国职业院校技能大赛中更换为步进电机拖动的新站，使知识和技能更全面、更科学，考虑到将来机械更新。装配站和输送站分别选用晶体管输出的S7-200 SMART CPU ST40，它与原PLC的IO点数相同，有3路高速脉冲输出可实现步进或伺服的位置控制[4]。为实现触摸屏显示设定和输出频率，PLC模拟量给定变频器频率，分拣站需选用具有模拟量IO的PLC。S7-200 SMART CPU无模拟量IO，本文选用S7-1200 CPU 1215C DC/DC/DC，它与原PLC数字IO点数相同，有模拟量2路电压输入2路电流输出，还有4路高速脉冲输出[5-6]。即可模拟量控制变频器，也可脉冲控制步进和伺服。改造好的PLC如表1最右列所示。
2.电气接线
分拣站所用MM420变频器的模拟量是电压输入、电流输出。PLC的模拟量接口都不能直接连接变频器，高精度测控需要变送器转换。本文用并联500Ω高精度电阻实现电流电压转换，达到实训要求。与S7-200相反，S7-200 SMART和S7-1200的输入在PLC的上侧、输出在下侧，在画图和接线时要注意。
3.系统通信
YL-335B原通讯方式没有体现最新的工业控制系统结构网络理念[2]。S7-200 SMART和S7-1200的CPU都有集成的以太网口，支持TCP和S7通信[4-6]。S7-200 SMART只有1个网口，需要加交换机和网线。5台PLC加编程电脑需6个网口，考虑到将来触摸屏和变频器也可改造为有以太网通信功能的产品以及和外部的连接，本文选用造瑞ZRS310-2GF8T-D交换机，它有8个网口、2个光口。
（二）软件设计
S7-200 SMART的编程软件STEP 7-MicroWIN SMART与S7-200的编程软件相似，向下兼容可以打开S7-200的程序，指令集的相似度高达97.8%。供料、加工和装配站的控制程序可以直接移植，此处不再详述。
1.输送站运动控制编程
S7-200 SMART有三种运动控制方式。一是脉冲串输出（PTO），使用PLS指令；二是脉宽调制(PWM)，使用PLS指令或PWM向导都可实现；三是运动轴,S7-200 SMART的运动控制向导综合了S7-200的PTO向导、MAP库和EM253位控模块的各大功能[4]。一二两种方式的编程与S7-200相似，本文选用运动轴编程实现输送站工作台运动控制。
2.系统通信
本文用S7协议实现系统通信，S7-200 SMART和S7-1200仅支持S7单向连接。单向连接的客户机是向服务器请求服务的设备，调用GET/PUT指令读、写服务器的存储区。服务器是通信中的被动方，不用编程，由操作系统完成[5]。
（1）S7-200 SMART为客户机
以输送站的PLC做客户机为例，在编程软件中用GET/PUT向导建立主动连接，在第1页（操作）生成名为读和写的8个操作。S7-200 SMART间的通信，填写远程IP，读写相应的V地址。而S7-1200没有V区，可以读写其M区，客户机调用子程序NET_EXE即可。
分拣站TIA博图的项目中，设置与客户机对应的IP地址和子网掩码。博图V14中组态固件版本V4.0及以上的S7-1200 CPU为服务器时，选中设备视图中CPU，在“常规”-“防护与安全”-“连接机制”中勾选允许PUT/GET访问。
（2）S7-1200为客户机
在TIA博图中设置S7-1200的IP地址和子网掩码，生成以太网，添加一个S7连接。连接伙伴为“未指定”，在该连接的属性视图的“属性”选项卡中，设置S7-200 SMART的以太网端口的IP地址和通信双方的TSAP。以分拣站S7-1200数据区DB2中的5个字节发送到输送站S7-200 SMART的VB15-VB19的数据区，S7-1200读取S7-200 SMART数据区的VB10-VB14到数据区DB2为例。创建数据块DB1和DB2（S7-200 SMART的V区只对应DB1），在“属性”中取消“优化的块访问”。在OB1中调用GET和PUT功能块来读写S7-200 SMART的数据区即可实现。
3.触摸屏组态
通讯线一端连接MCGS触摸屏的串口COM，另一端连接S7-200 SMART CPU集成的RS485串口。因此，MCGS组态软件中设备组态与组态S7-200相同，用户窗口根据具体项目来组态，此处不再详述。
三 结束语
本文选用西门子最新的PLC产品改造各院校普遍应用的YL-335B，改造后的装备运行稳定、良好，实现了自动化最新技术在教学中的应用。如果将触摸屏和变频器也改造为具有以太网通信功能的产品，可实现全系统以太网通信。
参考文献
[1]陆敏智.基于YL-158GA1实训装置的专业综合实践课程开发[J].教育现代化,2018,5(53):176-177,181.
[2]陶权.基于Profibus-DP现场总线的自动化生产线实训装置改造[J].工业控制计算机,2010,23(2):27-30.
[3]张同苏,李志梅.自动化生产线安装与调试实训和备赛指导[M].北京:高等教育出版社,2015.
[4]廖常初.S7-200 SMART PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2015.
[5]廖常初.S7-1200 PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2017.
[6]侍寿永.西门子S7-1200 PLC编程及应用教程[M].北京:机械工业出版社,2019.
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