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)場的傳感器信號(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。
電機(jī)驅(qū)動采用西門子ET200S的單相啟動器,、雙相啟動器或軟啟動器,,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)采用變頻器對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動,。在該方案中,,采用丹佛斯帶Profinet總線通訊接口的現(xiàn)場安裝的變頻器FC302 IP55系列產(chǎn)品。采用Profinet總線的級聯(lián)方式,。配置輸入輸出電抗器,、RFI濾波器。變頻器的動力輸出線纜采用屏蔽電纜,,動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,保證切斷動力電源時(shí),,Profinet網(wǎng)絡(luò)不受影響,。
在現(xiàn)場操作員終端,操作人員通過觸摸屏終端對現(xiàn)場設(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功能的特征,,使其具有強(qiáng)大優(yōu)勢和廣闊的發(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)備號碼本例配置為“1",Step7會自動分配,,當(dāng)你有2個(gè)以上的遠(yuǎn)程IO站時(shí),,設(shè)備號碼不能重復(fù),否則無法編譯通過,;設(shè)備的IP地址是由Step7自動分配的,,你也可以手動指派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)動遠(yuǎn)程IO設(shè)備,。
南京西門子代理商
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位有符號整數(shù)的范圍,但輸入如10V/20mA被標(biāo)定為對應(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:
? 輸入:AIW[起始字節(jié)地址]——如AIW6
? 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)對所有模擬量輸入通道有效,。
如果對某個(gè)通道不濾波,則CPU不會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
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,。
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大的擾動值(320為滿量程32000的1%)
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
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:
?
為變化比較的模擬量輸入選用濾波器可以波動
?
為變化較快的模擬量輸入選用較小的采樣數(shù)和死區(qū)值會加快響應(yīng)速度
?
對高速變化的模擬量值不要使用濾波器
?
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對應(yīng)于數(shù)值范圍0 - 32000,;對于4 - 20mA的,對應(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,。它們在相同的壓力下,,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)行簡單的設(shè)置,。