西門子CP443-1以太網(wǎng)通訊模塊

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西門子CP443-1以太網(wǎng)通訊模塊

概述

優(yōu)勢(shì)

應(yīng)用

設(shè)計(jì)

功能

集成

技術(shù)規(guī)范

概述

通信處理器，用于將 SIMATIC S7-400 連接到工業(yè)以太網(wǎng)，也可用作 PROFINET IO 控制器或用于 SIMATIC H 系統(tǒng)中。

CP 支持：

• 編程器/OP 通信

• S7 通信

• 開放式通信 (SEND/RECEIVE)

• PROFINET 通訊

• IT通訊

通信處理器可用于在 SIMATIC H 系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)冗余 S7 通信，并且通過與 S7-400 F-CPU 連接，用于實(shí)現(xiàn)故障安全應(yīng)用 (PROFIsafe)。

優(yōu)勢(shì)

• 通過集成的 2 端口實(shí)時(shí)交換機(jī)而非常適合在具有總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中使用

• 單寬模板，帶有集成交換機(jī)，可節(jié)省機(jī)架和控制柜中的空間。

• 通過利用 S5 兼容通訊完成對(duì) SIMATIC S7-400 的集成，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有安裝進(jìn)行投資保護(hù)。

• 帶PROFINET 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與工業(yè)以太網(wǎng)的連接

• 安全性：
  通過面向設(shè)備的 IP 地址列表，無需更改密碼，即可實(shí)現(xiàn)保護(hù)

• STEP 7 中的診斷功能，具有基于 Web 的診斷和 SNMP V2

• 部件更換無需使用編程設(shè)備，因?yàn)樗行畔⒍即鎯?chǔ)在 CPU 中。

• 一種模板、多種應(yīng)用： 編程器/PC，HMI系統(tǒng)，SIMATIC S5/S7（高優(yōu)先級(jí)）

• 經(jīng)過TCP/IP的WAN性能，利用連接(如ISDN)的遠(yuǎn)程編程。

• 通過 NTP 以及路徑選擇或 SIMATIC 協(xié)議進(jìn)行系統(tǒng)范圍的同步

• 無需使用 STEP 7 即可調(diào)整系列機(jī)器的固有 IP 參數(shù)

• 與 SIMATIC S7-400 CPU 416F-3PN/DP 結(jié)合使用時(shí)，支持故障安全可編程控制器

• 通過自由的用戶數(shù)據(jù)報(bào)文協(xié)議 （UDP） 連接或多點(diǎn)傳送功能實(shí)現(xiàn)多用戶訪問。

• 在可能不帶 RFC 1006 的對(duì)方系統(tǒng)中使用插槽接口。

應(yīng)用

CP 443-1 是用于工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)的 SIMATIC S7-400 的通訊模板。 由于其自身備有處理器，從而解除了 CPU 的通訊任務(wù)并有助于另加連接。

CP 443-1 允許 S7-400 和以下設(shè)備通訊：

• 編程設(shè)備、計(jì)算機(jī)、HMI 設(shè)備

• 主機(jī) PC

• 其它 SIMATIC S7 系統(tǒng)

• SIMATIC S5 PLC

• 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（PROFINET IO 設(shè)備）

• 第三方設(shè)備

注:
CP 443-1已經(jīng)過認(rèn)證，可與帶有 FW 5.1（或更高版本）的 SIMATIC S7-400 CPU 或帶有 FW V4.5 （或更高版本）的 H-CPU 的結(jié)合使用。與 CPU V4.x 或 V5.x 或 H-CPU V 4.0 結(jié)合使用時(shí)，CP 443-1 (EX20) 可使用其先前型號(hào) CP 443-1 (EX11) 的功能。有關(guān)兼容性問題，請(qǐng)參見手冊(cè)。

設(shè)計(jì)

CP 443-1 提供了 SIMATIC S7-400 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)：

• 緊湊型設(shè)計(jì);
  堅(jiān)固的塑料外殼，正面有：

• 用于連接到 100 MBit/s 工業(yè)以太網(wǎng)的兩個(gè) RJ45 接口，可通過“自動(dòng)檢測(cè)/自動(dòng)協(xié)商"功能來自動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸速率；
  RJ45 接口具有工業(yè)兼容性，帶有附加套管，用于連接到 IE FC RJ45 插頭 180 或標(biāo)準(zhǔn)插接線

• 用于指示出每個(gè)交換機(jī)端口的運(yùn)行與通訊狀態(tài)診斷的 LED

• 安裝容易：
  CP 443-1 安裝在 S7-400 子機(jī)架上，并經(jīng)過背板總線連接到其它模板 S7-400。

• CP 443-1可以不用風(fēng)扇運(yùn)行

• 與 IM 460/461 一起，CP 443-1 也可用于擴(kuò)展機(jī)架內(nèi)

• 模塊的更換無需使用編程設(shè)備 (PG)

• 用于指示出運(yùn)行與通訊狀態(tài)的通用 LED 和端口 LED

功能

• 兩個(gè) RJ45 端口，10/100 Mbps 全雙工/半雙工，通過集成式 2 端口交換機(jī)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)交叉

• 接口的通信服務(wù)：

• 開放式通信（TCP/IP 和 UDP）：使用 UDP 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)傳送，包括兩個(gè)接口之間的路由

• 編程器/OP 通信：通過 S7 路由實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間通信

• S7 通訊（客戶端、服務(wù)器、多路復(fù)用），包括兩個(gè)接口之間的路由

• S7-400 H 系統(tǒng)的 S7 H 通信，現(xiàn)在還可以跨越網(wǎng)絡(luò)邊界 (ISO-on-TCP)

• 經(jīng)認(rèn)證的 PROFINET IO 控制器，具有實(shí)時(shí)性能（RT 和 IRT）

• 通過 DHCP、簡(jiǎn)易 PC 工具或通過程序塊（例如 HMI）進(jìn)行 IP 地址分配

• 介質(zhì)冗余 (MRP)：

• 在采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)網(wǎng)內(nèi)，CP 支持介質(zhì)冗余程序 MRP。MRP 用作 MRP 管理器和 MRP 客戶端。

• 豐富的診斷功能，可用于機(jī)架中的所有模板（包括圖形診斷，例如，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）

• 支持 SNMP V1/V3，可集成到網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中

• 通過可組態(tài)的 IP 訪問列表進(jìn)行訪問保護(hù)

• 安全固件更新

• 剽竊檢測(cè)

• 按照 Achilles II 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行認(rèn)證
  

• 診斷和網(wǎng)絡(luò)管理：

• 安全機(jī)制：

• 使用 STEP 7 V5.5 SP2 對(duì)所有功能進(jìn)行組態(tài)；
  使用 STEP 7 Professional V11，僅可對(duì)先前型號(hào) CP 443-1 (6GK7 443-1EX20-0XE0) 的有限功能進(jìn)行組態(tài)

• 使用 AG_SSEND (FC53)、AG_SRECV (FC63)、TSEND (FB63)、TRCV (FB64)、TCON (FB65) 和 TDISCON (FB66) 塊時(shí)

• 無需編程器即可進(jìn)行模塊更換:所有信息均可存儲(chǔ)在 CPU 中

集成

上位網(wǎng)絡(luò)與 PROFINET IO 控制器 CP 443-1 的接口

總線結(jié)構(gòu)，作為 PROFINET IO 控制器，帶集成實(shí)時(shí)交換機(jī)

總線結(jié)構(gòu)，在上位控制級(jí)，通過集成雙端口交換機(jī)

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與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號(hào)傳輸線，除了傳輸有效的各類信號(hào)之外，總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器或共用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽略；二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾，這是很嚴(yán)重的。由信號(hào)引入干擾會(huì)引起I/O信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。對(duì)于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)致信號(hào)間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動(dòng)和死機(jī)。PLC控制系統(tǒng)因信號(hào)引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當(dāng)嚴(yán)重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。

　　（5）來自接地系統(tǒng)混亂時(shí)的干擾，并涵蓋著更多更廣泛的內(nèi)容，如語音技術(shù)、有線和無線通信技術(shù)，Web信息服務(wù)技術(shù)等。所以，當(dāng)今“綜合自動(dòng)化"的內(nèi)涵有著更深刻、更廣泛的含義，甚至可以包容我們工作，生活的各個(gè)方面。

　　2 生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)的融合

　　在ISO的六層功能模型中，把從檢測(cè)、執(zhí)行、驅(qū)動(dòng)到公司(總廠)一級(jí)的控制和管理共分成六層功能。構(gòu)成這種多層功能結(jié)構(gòu)的出發(fā)點(diǎn)，是按工廠經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)管理、控制功能的劃分，而不是按控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)來劃分的。只不過過去，特別是七十年代和八十年代初，由于當(dāng)初計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的限制，以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員理解的不充分，長(zhǎng)期以來，把工廠的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)按六層功能模型相對(duì)應(yīng)的分成六級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多層次結(jié)構(gòu)。

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，越來越暴露這種多層次計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集，管理，數(shù)據(jù)和知識(shí)的共享，硬軟件資源共享，數(shù)據(jù)通信，軟件開發(fā)等等中的各種弊端，特別是在設(shè)備控制，過程控制，生產(chǎn)控制之間。以至很早就有人提出管控一體化，或者控制系統(tǒng)就是管理系統(tǒng)的觀點(diǎn)。美國(guó)西屋過程控制的WDPF Ovation系統(tǒng)就是基于這種觀點(diǎn)開發(fā)的，可以預(yù)計(jì)今后更多的工業(yè)過程自動(dòng)化系統(tǒng)將會(huì)朝著這個(gè)方向發(fā)展。

　　3 軟PLC和軟DCS

　　由于計(jì)算機(jī)技術(shù)，特別是芯片技術(shù)的快速發(fā)展，按照摩爾定律微處器芯的速度性能每18個(gè)月將提高一倍。因此，當(dāng)Intel Pentium處理器問世后不久，Pentium 2，3以及主頻為1.4GHz的Pentium 4處理器就相繼提供給市場(chǎng)。當(dāng)廣大用戶還未來得及使用Pentium 4處理器時(shí)，5月29日Intel和HP兩家公司就聯(lián)合推出了64位的Itanium微處理器。自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備制造商和集成商難以跟上硬件技術(shù)的發(fā)展，往往出現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備制造商和集成商的自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備的更新，發(fā)展。滯后于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。

　　另一方面，當(dāng)前的各種PLC和DCS的開發(fā)工具軟件都是和制造商的硬件系統(tǒng)設(shè)備捆綁在一起的，即某一制造商的PLC或DCS的開發(fā)工具軟件，只能在該制造商提供的硬件上使用。對(duì)于使用多種PLC和DCS的用戶就要熟悉和掌握多種PLC和DCS的硬件和軟件，使用戶要投入大量人力和財(cái)力，當(dāng)更換新的第三方的PLC和DCS時(shí)，就得重新進(jìn)行人員培訓(xùn)，造成人力資源極大的浪費(fèi)。同時(shí)也使具有高技術(shù)含量的開發(fā)工具軟件的銷售受硬件設(shè)備銷售的制約。

　　接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯(cuò)誤的接地，反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使PLC系統(tǒng)將無法正常工作。PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂對(duì)PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)加雷擊時(shí)，地線電流將更大。

　　此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場(chǎng)的作用下，屏蔽層內(nèi)有會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號(hào)回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機(jī)。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測(cè)量精度下降，引起對(duì)信號(hào)測(cè)控的嚴(yán)重失真和誤動(dòng)作。