西門(mén)子CPU1517T-3PN/DP控制器

S7-1500 自動(dòng)化系統(tǒng)具有模塊化的結(jié)構(gòu)，可包含zui多 32 個(gè)模塊。 它擁有豐富的模塊，且這些模塊均可以獨(dú)立地組合使用。S7-1500 自動(dòng)化系統(tǒng)支持單層配置，其中的所有模塊均安裝在一個(gè)安裝導(dǎo)軌上（請(qǐng)參見(jiàn)手冊(cè)以了解前提條件）。

一個(gè)系統(tǒng)包含下列組件：

• 控制器：
  CPU 具有不同性能等級(jí)，并具有集成 PROFINET 接口或 PROFINET 和 PROFIBUS 接口，用于連接分布式 I/O 或用于編程設(shè)備、操作裝置、其它 SIMATIC 控制器或第三方設(shè)備間的通信。

• 高級(jí)控制器尤其適用于具有中等和較高復(fù)雜程度的應(yīng)用。*來(lái)看，SIMATIC S7-1500 控制器在離散自動(dòng)化領(lǐng)域是 SIMATIC S7-300 和 SIMATIC S7-400 控制器的替代產(chǎn)品，是未來(lái)工廠的標(biāo)準(zhǔn) – 憑借*的性能表現(xiàn)和創(chuàng)新的設(shè)計(jì)與操作方式，提供令人信服的結(jié)果。具有模塊化擴(kuò)展能力的 SIMATIC S7 控制器具有*兼容性，免維護(hù)且可以擴(kuò)展，當(dāng)然也能在 TIA 博途中進(jìn)行組態(tài)。它們是任何自動(dòng)化任務(wù)的理想解決方案。

  

• 模塊化、可擴(kuò)展通用系統(tǒng)，IP20 防護(hù)等級(jí)

• 適用于離散自動(dòng)化領(lǐng)域中各種自動(dòng)化應(yīng)用的系統(tǒng)解決方案

• 具有*性能和可用性

• 可專(zhuān)門(mén)通過(guò) Totally Integrated Automation Portal 平臺(tái)中的 STEP 7 Professional V12 及更高的型號(hào)進(jìn)行組態(tài)

• 西門(mén)子CPU1517T-3PN/DP控制器

• 性能 

• 提高性能

• 高速指令執(zhí)行:

• 語(yǔ)言擴(kuò)展

• 新數(shù)據(jù)類(lèi)型

• 更快速的背板總線

• 經(jīng)過(guò)優(yōu)化的代碼生成

• 功能強(qiáng)大的通信：

• 以 PROFINET IO（雙端口開(kāi)關(guān)）作為標(biāo)準(zhǔn)接口；
  從 CPU 15-2 PN 開(kāi)始支持，以一個(gè)或多個(gè)額外的集成 PROFINET 接口作為輸入設(shè)備，用于網(wǎng)絡(luò)隔離或用于連接更多的 PROFINET 設(shè)備或高速通信設(shè)備

• OPC UA 數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)器作為運(yùn)行時(shí)選件，可輕易將 SIMATIC S7-1500 連接至第三方設(shè)備/系統(tǒng)

• 可針對(duì)總線系統(tǒng)和點(diǎn)到點(diǎn)連接，通過(guò)通信模塊進(jìn)行擴(kuò)展

• 集成技術(shù)

• 無(wú)需附加模塊就可集成運(yùn)動(dòng)控制功能：

• 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的塊 (PLCopen) 來(lái)連接模擬驅(qū)動(dòng)器和 PROFIdrive 驅(qū)動(dòng)器

• 運(yùn)動(dòng)控制功能支持速度控制軸、定位軸、相對(duì)同步操作（在沒(méi)有位置同步規(guī)范的條件下實(shí)現(xiàn)同步）以及外部編碼器、凸輪和探頭。

• CPU 技術(shù)中還集成了諸如同步操作（利用位置同步規(guī)范進(jìn)行同步）凸輪系統(tǒng)等擴(kuò)展的運(yùn)動(dòng)控制功能。

• 全面跟蹤所有 CPU 標(biāo)簽，以進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷和間歇錯(cuò)誤檢測(cè)；
  擁有有效調(diào)試和快速優(yōu)化驅(qū)動(dòng)器和控制裝置

• 廣泛的控制功能：
  例如，可輕松組態(tài)的塊可進(jìn)行控制參數(shù)的自動(dòng)優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)*控制質(zhì)量

• 通過(guò)提供的工藝模塊獲得附加功能：
  例如，高速計(jì)數(shù)、位置檢測(cè)或高達(dá) 1 MHz 信號(hào)的測(cè)量

• IO-Link 規(guī)范的原則

  根據(jù) IO-Link 規(guī)范，通信功能如下：

• 通信是通過(guò)長(zhǎng)度不超過(guò) 20 m 的無(wú)屏蔽三線電纜進(jìn)行的，電纜種類(lèi)是通常用于標(biāo)準(zhǔn)傳感器的電纜。

• 通過(guò)所謂 C/Q 電纜進(jìn)行 0-24 V 范圍的數(shù)字化通信

• 傳輸大多數(shù)值是來(lái)自包含這些單元的傳感器的測(cè)量值。

• 傳感器和執(zhí)行器由 IO 設(shè)備描述 (IODD) 來(lái)描述。

• 原則上，只能將一個(gè) IO-Link 設(shè)備連接到主站的 IO-Link 端口（點(diǎn)到點(diǎn)連接）。

• IO-Link 主站與各設(shè)備之間的傳輸速率如下：

• 通過(guò) COM1：4 800 Bd

• 通過(guò) COM2：38 400 Bd

• 通過(guò) COM3：230 400 Bd

• 在 38400 Bd 傳輸速率下，讀/寫(xiě) 16 個(gè)數(shù)據(jù)位的平均循環(huán)時(shí)間為 2 ms。

• IO-Link 協(xié)議

  IO-Link 協(xié)議支持標(biāo)準(zhǔn) IO 模式 (SIO) 和 IO-Link 通信模式 (COM)。

  

  協(xié)議及其報(bào)文幀的設(shè)計(jì)取決于要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類(lèi)型。

  數(shù)據(jù)類(lèi)型

  IO-Link 規(guī)范區(qū)分了以下數(shù)據(jù)類(lèi)型：

  過(guò)程數(shù)據(jù)

  設(shè)備的過(guò)程數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)幀中循環(huán)傳輸，過(guò)程數(shù)據(jù)寬度由設(shè)備來(lái)定義。每個(gè)設(shè)備的過(guò)程數(shù)據(jù)可以是 0 - 32 字節(jié)（輸入和輸出）。傳輸*性的寬度不固定，因此取決于主站。

  值狀態(tài)

  每個(gè)端口都具有值狀態(tài) (PortQualifier)。值狀態(tài)顯示出過(guò)程值是否有效。值狀態(tài)可與過(guò)程數(shù)據(jù)一起循環(huán)傳輸。

  設(shè)備數(shù)據(jù)

  設(shè)備數(shù)據(jù)可以是參數(shù)、標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)和診斷信息。設(shè)備數(shù)據(jù)替換是非循環(huán)的，在響應(yīng)來(lái)自 IO-Link 主站的查詢(xún)時(shí)進(jìn)行?？梢詫⒃O(shè)備數(shù)據(jù)寫(xiě)入設(shè)備 (Write) 并從設(shè)備讀取設(shè)備數(shù)據(jù) (Read)。

SIMATIC S7-300 通過(guò)通訊處理器或通過(guò)配備集成 PROFIBUS DP 接口的 CPU 連接到 PROFIBUS DP 總線系統(tǒng)。帶 PROFIBUS DP 主/從接口的 CPU 可以進(jìn)行分布式自動(dòng)化結(jié)構(gòu)，可以高速通訊并且易于使用。

一系列具有不同功率范圍的CPU，以及具有很多用戶友好功能的一系列擴(kuò)展模塊，可以使用戶根據(jù)不同的應(yīng)用情況選擇相應(yīng)的模塊。 如果控制任務(wù)需要擴(kuò)展，可以隨時(shí)使用附加模塊對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。

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S7-300 具有不同的通訊接口：

1.連接AS-i、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)的通訊處理器。
2.用于點(diǎn)到點(diǎn)連接的通訊處理器
3.多點(diǎn)接口 MPI, 集成在 CPU 中;
4.是一種經(jīng)濟(jì)有效的方案,可以同時(shí)連接編程器/PC、人機(jī)界面系統(tǒng)和其它的SIMATIC S7/C7自動(dòng)化系統(tǒng)。

應(yīng)用范圍：
1.在個(gè)實(shí)例中，SIMATIC S7-300 用于制造工藝中的**性系統(tǒng)解決方案，特別是用于汽車(chē)工業(yè)，一般機(jī)械工程，特別是機(jī)械制造和機(jī)器的連續(xù)生產(chǎn) (OEM)，以及塑料加工、包裝行業(yè)、食品和飲料工業(yè)和加工工程。
2.作為一種多用的自動(dòng)化系統(tǒng)，S7-300 是那些需要靈活的設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)集中和本地組態(tài)的應(yīng)用的理想解決方案。
3.對(duì)于由于環(huán)境條件限制需要的堅(jiān)固性的應(yīng)用，我們可以提供SIPLUS *端設(shè)備。

下面就幾種主流的現(xiàn)場(chǎng)總線做一簡(jiǎn)單介紹。

1、***會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FoundationFieldbus 簡(jiǎn)稱(chēng)FF）

這是以美國(guó)Fisher-Rousemount公司為首的聯(lián)合了橫河、A***、西門(mén)子、英維斯等80家公司制定的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首的聯(lián)合歐洲等地150余家公司制定的WorldFIP協(xié)議于1994年9月合并的。該總線在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，具有良好的發(fā)展前景。

***會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線采用***標(biāo)準(zhǔn)化***ISO的開(kāi)放化系統(tǒng)互聯(lián)OSI的簡(jiǎn)化模型（1，2，7層），即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，另外增加了用戶層。FF分低速H1和高速H2兩種通信速率，前者傳輸速率為31.25Kbit/秒，通信距離可達(dá)1900m，可支持總線供電和本質(zhì)安全防爆環(huán)境。后者傳輸速率為1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距離為750m和500m，支持雙絞線、光纜和無(wú)線發(fā)射，協(xié)議符號(hào)IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。FF的物理媒介的傳輸信號(hào)采用曼切斯特編碼。

2、CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域網(wǎng)）

早由德國(guó)BOSCH公司推出，它廣泛用于離散控制領(lǐng)域，其總線規(guī)范已被ISO***標(biāo)準(zhǔn)***制定為***標(biāo)準(zhǔn)，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN協(xié)議分為二層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。CAN的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，具有自動(dòng)關(guān)閉功能，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。CAN支持多主工作方式，并采用了非***壞性總線仲裁技術(shù)，通過(guò)設(shè)置優(yōu)先級(jí)來(lái)避免沖突，通訊距離遠(yuǎn)可達(dá)10KM/5Kbps/s，通訊速率***可達(dá)40M /1Mbp/s，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個(gè)。已有多家公司開(kāi)發(fā)了符合CAN協(xié)議的通信芯片。

　西門(mén)子DP總線是一種用于工廠自動(dòng)化車(chē)間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)[2-3],可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)到車(chē)間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的解決方案[4].ProfiBus系列由ProfiBus-DP/FMS/PA三個(gè)兼容部分組成。其中ProfiBus-DP和PA的特點(diǎn)如下[1,5]:

　　西門(mén)子DP總線是適用于自動(dòng)控制系統(tǒng)與分散I/O 之間的高速通信；可取代24 V 或4~20 mA 的串聯(lián)式信號(hào)傳輸；使用RS 485傳輸技術(shù)或光纖媒體。

　　西門(mén)子DP總線是專(zhuān)為過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)；可將變送器和執(zhí)行器連接到一根公共總線，可用于本質(zhì)安全領(lǐng)域；數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的ProfiBus-DP協(xié)議，還具有PA行規(guī)。

　　本文將采用ProfiBus-DP和ProfiBus-PA通信協(xié)議來(lái)構(gòu)建過(guò)程控制系統(tǒng)。

　　2 系統(tǒng)架構(gòu)

　　本過(guò)程控制系統(tǒng)用于模擬對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)液位、溫度等信息的采集、處理，PID 控制和控制工藝流程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)通過(guò)西門(mén)子DP總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換，采用MPI通信方式與上位機(jī)進(jìn)行通信和遠(yuǎn)程控制，從而使整個(gè)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

　　系統(tǒng)主要包含上位監(jiān)控機(jī)、CPU、以太網(wǎng)通信模塊、DP鏈路、分布式I/O和變頻器DP從站、溫度和壓力變送器、閥門(mén)***器、電磁流量計(jì)等。CPU 采用Siemens 的S7300 315-2 DP,既具有多點(diǎn)通信功能的MPI 接口，又具有ProfiBus-DP通信功能[6].

　　3 系統(tǒng)組態(tài)

　　3.1 硬件組態(tài)

　　針對(duì)西門(mén)子S7-300 PLC 來(lái)說(shuō)，其硬件組態(tài)是通過(guò)Step7 軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。組態(tài)過(guò)程主要包括以下幾個(gè)步驟。

　　（1）新建項(xiàng)目

　　新建項(xiàng)目時(shí)需選擇好存儲(chǔ)路徑和項(xiàng)目名稱(chēng)。

　?。?）添加工作站

　　右鍵點(diǎn)擊新建的站點(diǎn)名字，選擇插入SIMATIC300 Station.

　?。?）硬件配置[7]

　　雙擊Hardware 進(jìn)入硬件配置界面，從右側(cè)硬件列表中拖入機(jī)架，并按實(shí)際機(jī)架上模塊的順序依次添加電源、CPU（315-2DP）、AI/AO模塊。DP/PA link等。根據(jù)每個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的不同，有選擇的在PA層掛入變頻器、流量計(jì)、變送器和電磁閥等對(duì)象。圖2是組態(tài)完的結(jié)果。