南京西門子代理商 

設(shè)備與系統(tǒng)描述

    在某煙草企業(yè)的制絲工藝段中，PLC采用西門子S7-300系列PLC。S7-300系列PLC處理速度更快、系統(tǒng)資源裕量更大、通訊能力更強(qiáng)、性能更加穩(wěn)定可靠，全面支持等時(shí)模式和運(yùn)行中配置等功能，由此大幅降低了工程、培訓(xùn)等費(fèi)用，是各種自動(dòng)化功能的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性解決方案。機(jī)架上增加一個(gè)CP 343-1以太網(wǎng)模塊，用于系統(tǒng)和上位調(diào)度計(jì)算機(jī)通訊。

現(xiàn)場(chǎng)分布式I/O采用具有Profinet接口的西門子的ET200S系列，用于采集現(xiàn)場(chǎng)的傳感器信號(hào)（如光電開關(guān)、接近開關(guān)、限位開關(guān)等）和按鈕指示燈信號(hào)。

　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用西門子ET200S的單相啟動(dòng)器、雙相啟動(dòng)器或軟啟動(dòng)器，每個(gè)ET200S從站帶有一個(gè)IM151-3PN接口模板（雙網(wǎng)口），可以支持Profinet總線的級(jí)聯(lián)方式，IM151-3PN接口模板的供電采用單獨(dú)供電方式，保證切斷控制電源時(shí)，Profinet網(wǎng)絡(luò)不受影響，通過它就可以和PLC之間建立網(wǎng)絡(luò)通信。

　　對(duì)于需要精確定位的設(shè)備或一些專機(jī)設(shè)備，系統(tǒng)采用變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在該方案中，采用丹佛斯帶Profinet總線通訊接口的現(xiàn)場(chǎng)安裝的變頻器FC302 IP55系列產(chǎn)品。采用Profinet總線的級(jí)聯(lián)方式。配置輸入輸出電抗器、RFI濾波器。變頻器的動(dòng)力輸出線纜采用屏蔽電纜，動(dòng)力輸出線纜和通訊電纜的屏蔽層可靠接地。Profinet總線模板的供電采用單獨(dú)供電方式，保證切斷動(dòng)力電源時(shí)，Profinet網(wǎng)絡(luò)不受影響。

　　在現(xiàn)場(chǎng)操作員終端，操作人員通過觸摸屏終端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障或需要進(jìn)行維護(hù)時(shí)，可以通過終端操作來完成模式轉(zhuǎn)換、故障處理、信息維護(hù)等操作。該方案采用的是西門子觸摸屏MP377，通過Profinet和PLC通訊。

　　對(duì)于不支持Profinet總線的器件，該方案采用Profibus總線進(jìn)行通信，并由IE/PB LINK 將現(xiàn)有的Profibus設(shè)備透明地連接到Profinet的設(shè)備。

2.

系統(tǒng)特點(diǎn)

    現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在控制過程的應(yīng)用，節(jié)省了大量的線纜、槽架、連接件，減少了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試、維護(hù)時(shí)間，方便地實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備之間以及設(shè)備與控制管理層之間的聯(lián)系，為控制信息進(jìn)入公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造了條件。與地點(diǎn)無關(guān)的控制、高速通信、靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、真正的可互操作性和開放性等高級(jí)功能的特征，使其具有強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)和廣闊的發(fā)展前景。

　　采用基于工業(yè)以太網(wǎng)的開放式、跨供應(yīng)商標(biāo)準(zhǔn)的Profinet，可實(shí)現(xiàn)從公司管理層直到現(xiàn)場(chǎng)層直接、透明的訪問。Profinet基于現(xiàn)有成熟IT標(biāo)準(zhǔn)，并提供對(duì)TCP/IP的全面支持，用戶能夠毫不費(fèi)力的與現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展及便捷集成。

3.

系統(tǒng)配置步驟

接下來，我們就以一個(gè)實(shí)例，一步一步教大家如何配置組態(tài)一個(gè)PROFINET IO系統(tǒng)。本實(shí)例項(xiàng)目是由一個(gè)S7-300 PLC ， CP343-1（支持PROFINET IO Controller）和具有PN接口的ET200S組成。

第1步，新建一個(gè)項(xiàng)目，插入一個(gè)Simatic 300站，如圖3-1所示：

第2步，在硬件組態(tài)中插入一個(gè)CP343-1，新建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接Ethernet (1)，并且配置IP地址，如圖3-2所示：

第3步，在CP343-1的右鍵中選擇“插入PROFINET IO系統(tǒng)"，如圖3-3所示：第4步，在右邊的PROFINET IO設(shè)備欄內(nèi)，選擇實(shí)際的遠(yuǎn)程IO設(shè)備，在PROFINET IO總線上插入一個(gè)ET200S站IM151-3PN，并且給給IM151-3PN配置它的設(shè)備名“IM151-3PN"，如圖3-4所示：第5步，在IM151-3PN中插入相應(yīng)的DI和DO模塊，如圖3-5所示：

第6步，選中PROFINET IO總線，然后右鍵菜單選擇“目標(biāo)屬性"，如圖3-6所示：

第7步，在PROFINET IO總線的屬性中，在Communication allocation(PROFINET IO)選項(xiàng)內(nèi)可配置PROFINET IO通訊占比，當(dāng)有PROFINETCBA通訊存在時(shí)，必須給PROFINETCBA通訊預(yù)留一部分通訊比例，如圖3-7所示：

第8步，配置IM151-3PN的更新時(shí)間，這個(gè)更新時(shí)間是根據(jù)設(shè)備的性能決定的，性能好的設(shè)備更新時(shí)間可達(dá)1ms，有的廠商提供的PROFINET IO設(shè)備最多也只能有8ms的更新時(shí)間，如圖3-8所示：

第9步，配置IM151-3PN的屬性，分配設(shè)備名，本例就為“IM151-3PN"；設(shè)備號(hào)碼本例配置為“1"，Step7會(huì)自動(dòng)分配，當(dāng)你有2個(gè)以上的遠(yuǎn)程IO站時(shí)，設(shè)備號(hào)碼不能重復(fù)，否則無法編譯通過；設(shè)備的IP地址是由Step7自動(dòng)分配的，你也可以手動(dòng)指派IP地址；如圖3-9所示：

第10步，編譯硬件組態(tài)，如圖3-10所示：

第11步，打開PST軟件，掃描網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如圖3-11所示：

第12步，按照在Step7中的實(shí)際組態(tài)，分配IP地址，如圖3-12所示：

第13步，下載IP地址至設(shè)備中，如圖3-13所示：

第14步，下載后，設(shè)備已經(jīng)有了IP地址了，如圖3-14所示：

第15步，給IM151-3PN也分配IP地址，如圖3-15所示：

第16步，下載硬件組態(tài)，如圖3-16所示：

第17步，在線監(jiān)視硬件組態(tài)，發(fā)現(xiàn)CP343-1有故障，原因是遠(yuǎn)程站IM151-3PN的設(shè)備名還未分配，如圖3-17所示：

第18步，給IM151-3PN也分配指派設(shè)備名，如圖3-18所示：

第19步，在彈出來的對(duì)話框中，選中你要指派設(shè)備名的設(shè)備，然后點(diǎn)擊右邊的“Assign name/指派名稱"按鈕，如圖3-19所示：

第20步，可以看到IM151-3PN已經(jīng)有了設(shè)備名（與硬件組態(tài)的設(shè)備名相同，PN IO 控制器才能依靠此設(shè)備名找到它），如圖3-20所示：

第21步，再次在線監(jiān)視硬件組態(tài)，發(fā)現(xiàn)此時(shí)PN IO系統(tǒng)工作正常，如圖3-21所示：

    至此，如何組態(tài)PN IO系統(tǒng)已經(jīng)介紹完畢。還有一些注意點(diǎn)，如果你用的PLC是S7-300系列的，使用CP卡作為PN IO控制器，都需要在程序里調(diào)用PN_SEND和PN_RECV來驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程IO設(shè)備。而S7-400的PLC是不需要編程的，可以直接驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程IO設(shè)備。

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5.1. S7-200模擬量數(shù)據(jù)格式與尋址

模擬量輸入/輸出數(shù)據(jù)是有符號(hào)整數(shù)，占用一個(gè)字長（兩個(gè)字節(jié)），所以地址必須從偶數(shù)字節(jié)開始。模擬量的轉(zhuǎn)換精度為12位，但在PLC中表示為-32000－+32000之間的整數(shù)值（實(shí)際上數(shù)值可以是整個(gè)16位有符號(hào)整數(shù)的范圍，但輸入如10V/20mA被標(biāo)定為對(duì)應(yīng)32000，模擬量超過值一點(diǎn)也因此可以表示）。

在S7-200中，單極性模擬量輸入/輸出的數(shù)值范圍是 0 - 32000；雙極性模擬量的數(shù)值范圍是 -32000－+32000。

格式：

1. ? 輸入：AIW[起始字節(jié)地址]——如AIW6

2. ? 輸出：AQW[起始字節(jié)地址]——如AQW0

每個(gè)模擬量輸入模塊，按模塊的先后順序和輸入通道數(shù)目，以固定的遞增順序向后排地址。 例如： AIW0、AIW2、AIW4、AIW6、AIW8等。

對(duì)于EM231 RTD（熱電阻）兩通道輸入模塊，不再占用空的通道，后面的模擬量輸入點(diǎn)是緊接著排地址的。

每個(gè)有模擬量輸出的模塊占兩個(gè)輸出通道。即使*個(gè)模塊只有一個(gè)輸出AQW0，第二個(gè)模塊的輸出地址也應(yīng)從AQW4開始尋址（AQW2被*個(gè)模塊占用），依此類推。

溫度模擬量輸入模塊（EM231 TC、EM231 RTD）也按照上述規(guī)律尋址，但是所讀取的數(shù)據(jù)是溫度測(cè)量值的10倍（攝氏或華氏溫度）。如520相當(dāng)于52.0度。

注意： 每一模塊的起始地址都可在STEP 7-Micro/WIN中的菜單“PLC > Information"里在線讀到。

5.2. 模擬量濾波器

S7-200允許你為每一路模擬量輸入選擇濾波器。一般情況下選用S7-200的模擬量濾波功能就不必再另行編制用戶的濾波程序。

如果對(duì)某個(gè)通道選用了模擬量濾波，CPU將在每一程序掃描周期前自動(dòng)讀取模擬量輸入值，這個(gè)值就是濾波后的值，是所設(shè)置的采樣數(shù)的平均值。模擬量的參數(shù)設(shè)置（采樣數(shù)及死區(qū)值）對(duì)所有模擬量輸入通道有效。

如果對(duì)某個(gè)通道不濾波，則CPU不會(huì)在程序掃描周期開始時(shí)讀取平均濾波值，而只在用戶程序訪問此模擬量通道時(shí)，直接讀取當(dāng)時(shí)實(shí)際值。

模擬量濾波器使用步驟如下：

1. 在Micro/Win 中進(jìn)入View>Component>System Block，并選擇Analog Input Filters選項(xiàng)，進(jìn)入模擬量濾波器。

2. 設(shè)置模擬量濾波器：

圖1. 模擬量通道濾波設(shè)置

1. a.

   設(shè)置模擬量采樣數(shù)，例：此處設(shè)置的64表示模擬量濾波后的值為包括當(dāng)前采樣的前64個(gè)采樣值的平均值。

2. b.

   死區(qū)值，定義了計(jì)算模擬量平均值的取值范圍

   ?

   如果采樣值都在這個(gè)范圍內(nèi)，就計(jì)算采樣數(shù)所設(shè)定的平均值；如果當(dāng)前采樣的值超過了死區(qū)的上限或下限，則該值立刻被采用為當(dāng)前的新值，并作為以后平均值計(jì)算的起始值（如圖2所示）

   ?

   這就允許濾波器對(duì)模擬量值的大的變化有一個(gè)快速響應(yīng)

   ?

   死區(qū)值設(shè)為0，表示禁止死區(qū)功能，即所有的值都進(jìn)行平均值計(jì)算，不管該值有多大的變化

   ?

   對(duì)于快速響應(yīng)要求，不要把死區(qū)值設(shè)為0，而把它設(shè)為可預(yù)期的zui大的擾動(dòng)值（320為滿量程32000的1％）

3. c.

   選擇需要濾波的模擬量通道，打鉤的為使能的模擬量輸入，缺省設(shè)置是為所有的模擬量輸入使用濾波器

4. d.

   CPU224XP上的AIW0、AIW2（CPU本體上的模擬量輸入通道）不必濾波

圖2. 死區(qū)示意圖

3. OK并下載修改后的塊到S7-200中。

注意：

1. ?

   為變化比較的模擬量輸入選用濾波器可以波動(dòng)

2. ?

   為變化較快的模擬量輸入選用較小的采樣數(shù)和死區(qū)值會(huì)加快響應(yīng)速度

3. ?

   對(duì)高速變化的模擬量值不要使用濾波器

4. ?

   如果用模擬量傳遞數(shù)字量，或者使用熱電阻（EM231 RTD）、熱電偶（EM231 TC）、AS-Interface（CP243-2）模塊時(shí)，不能使用濾波器

5.3. 模擬量比例換算

因?yàn)锳/D（模/數(shù)）、D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，S7-200 CPU內(nèi)部用數(shù)值表示外部的模擬量，兩者之間有一定的數(shù)學(xué)關(guān)系。這個(gè)關(guān)系就是模擬量/數(shù)值量的換算關(guān)系。

例如，使用一個(gè)0 - 20mA的模擬量輸入，在S7-200 CPU內(nèi)部，0 - 20mA對(duì)應(yīng)于數(shù)值范圍0 - 32000；對(duì)于4 - 20mA的，對(duì)應(yīng)的內(nèi)部數(shù)值為6400 - 32000。

如果有兩個(gè)傳感器，量程都是0 - 16MPa，但是一個(gè)是0 - 20mA輸出，另一個(gè)是4 - 20mA輸出。它們?cè)谙嗤膲毫ο?，變送的模擬量電流大小不同，在S7-200內(nèi)部的數(shù)值表示也不同。顯然兩者之間存在比例換算關(guān)系。模擬量輸出的情況也大致相同。

上面談到的是0 - 20mA與4 - 20mA之間換算關(guān)系，但模擬量轉(zhuǎn)換的目的顯然不是在S7-200 CPU中一個(gè)0 - 32000之類的數(shù)值；對(duì)于編程和操作人員來說，具體的物理量數(shù)值（如壓力值、流量值），或者對(duì)應(yīng)物理量占量程的百分比數(shù)值要更方便，這是換算的zui終目標(biāo)。

如果使用編程Micro/WIN32中的PID Wizard(向?qū)В┥蒔ID功能子程序，就不必進(jìn)行0 - 20mA與4 - 20mA之間的換算，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)置。