宜昌市西門子電纜*總代理商

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   上海啟水自動化科技有限公司
 
   ：邵澤春
 

1.3光纖

按光在光纖中的傳輸模式不同，光纖可分為單模光纖和多模光纖。
多模光纖：中心玻璃芯較粗(50或62.5μm)，可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數(shù)字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸?shù)木嚯x就比較近，一般只有幾公里。
單模光纖：中心玻璃芯較細(芯徑一般為9或10μm)，只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠程通訊，但其色度色散起主要作用，這樣單模光纖對光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要求， 即譜寬要窄，穩(wěn)定性要好。
光纖技術(shù)只允許點對點的連接，即一個發(fā)送裝置只對應(yīng)一個接收裝置。因而兩個站點之間需要有發(fā)送和接收兩根光纖進行連接。所有SIMATIC NET 標準的光纜都是兩根光纖。光纖的連接頭有很多種如圖7所示：

圖7 光纖的連接頭

其中各種連接頭都有各自的優(yōu)點，例如：ST 連接頭安裝簡易，比較適合于現(xiàn)場連接，（西門子BFOC接頭就是ST 接頭）；FC 接頭有一個不固定的套環(huán)，可以提供較好的機械的隔離；SC 連接頭適合緊密連接，其推拉設(shè)計可以避免在安裝過程中的光纖平面受損，應(yīng)用比較普遍。在西門子的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，大多光纖鏈路設(shè)備使用BFOC接頭。
光纖通訊應(yīng)用于工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)點：
隔離電氣的站點或網(wǎng)段
沒有電氣的接地問題
沒有屏蔽電流
數(shù)據(jù)傳輸不受外界電磁干擾
不受雷電的影響
不會產(chǎn)生電磁干擾
重量輕
根據(jù)光纖的類型不同，長距離的通訊依然可以保持高的通訊波特率
帶有RJ45接頭的SIMOTION 可以直接連接到交換機的電氣接口上，交換機之間可以通過光纖連接，增加通信距離和抗干擾性。

西門子CP5613通訊處理器西門子CP5613通訊處理器西門子CP5613通訊處理器
2．SIMOTION工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)
通過西門子交換機組成的以太網(wǎng)有三種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)：1）總線型；2）星型；3）冗余環(huán)網(wǎng)。圖8所示為SCALANCE 200組成的冗余環(huán)網(wǎng)。 

圖8 冗余環(huán)網(wǎng)示例

4．編寫通信程序
通過以太網(wǎng)進行站點間的通信有兩種方式：1）UDP；2)TCP。

4.1 UDP通信方式

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UDP通信協(xié)議不需要在通信前建立連接，在發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)報文中帶有通信方的IP地址和端口號。通信函數(shù)存儲于在“Communication”->“Data transfer”目錄下，在發(fā)送方調(diào)用發(fā)送函數(shù)的示例程序如圖12所示（使用LAD編寫）：

圖12 UDP發(fā)送程序

發(fā)送函數(shù)參數(shù)解釋如下：
SourcePort
發(fā)送方的端口號，數(shù)據(jù)類型UINT，例如2001。

DestinationAddress
接收方的IP地址，數(shù)據(jù)類型為數(shù)組，ARRAY [0..3] OF USINT，在4個字節(jié)中輸入接收方的IP地址，例如192、168、0、122，表示IP地址為192.168.0.122。

DestinationPort
接收方的端口號，數(shù)據(jù)類型UINT，例如2000。

CommunicationMode
通信模式，“EnumUdpCommunicationMode”枚舉數(shù)據(jù)類型，有兩種選擇:
(1)“CLOSE_ON_EXIT”，通信完成后釋放通信資源；
(2) “DO_NOT_CLOSE_ON_EXIT”， 通信完成后仍占用通信資源。

DataLength
發(fā)送的數(shù)據(jù)長度，數(shù)據(jù)類型UDINT，大長度1400字節(jié)。

Data
發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)，數(shù)據(jù)類型為數(shù)組，ARRAY [0..1399] OF BYTE。

OUT

發(fā)送函數(shù)狀態(tài)信息，數(shù)據(jù)類型DINT。
在數(shù)據(jù)接收方調(diào)用接收函數(shù)的示例程序如圖13所示：

圖13 UDP接收程序

接收函數(shù)參數(shù)解釋如下：
Port
定義本方的端口號，數(shù)據(jù)類型為UINT。定義的端口號必須與發(fā)送方參數(shù)“DestinationPort”的端口號相同。

CommunicationMode
通信模式，與發(fā)送函數(shù)通信模式相同。

NextCommand
枚舉數(shù)據(jù)類型，元素中包括“IMMEDIATELY ”、“WHEN_COMMAND_DONE”和“ABORT_CURRENT_COMMAND”。
“IMMEDIATELY”：接收命令與后續(xù)所要執(zhí)行的命令同步執(zhí)行。
“WHEN_COMMAND_DONE”：接收命令執(zhí)行或失敗后執(zhí)行后續(xù)的命令，異步執(zhí)行。
“ABORT_CURRENT_COMMAND”：終止當前的任務(wù)后執(zhí)行執(zhí)行后續(xù)的命令。

ReceiveVariable  數(shù)據(jù)接收區(qū)，數(shù)據(jù)類型為數(shù)組，ARRAY [0..1399] OF BYTE。

接收函數(shù)信息，包括接收數(shù)據(jù)的源地址和端口、狀態(tài)信息等，數(shù)據(jù)類型為結(jié)構(gòu)體，接收函數(shù)信息參考表1：

表1：接收函數(shù)信息

用于編程器/PC 的系統(tǒng)連接

帶內(nèi)置微處理器的 PC

建議設(shè)置：

• 基于 PC 的控制系統(tǒng)
  軟件控制，PLC，數(shù)控，機械手控制

• 過程控制系統(tǒng)

• 操作員控制和監(jiān)視系統(tǒng) (HMI)

• PROFIBUS DP 從站連接 (CP 5614 A3, CP 5624)

• PROFIBUS 設(shè)備，具有大量框架（8 個以上的站）

• 多協(xié)議運行

• 在一個系統(tǒng)中使用幾個通訊處理器

不帶內(nèi)置微處理器的 PC

建議設(shè)置：

網(wǎng)卡的用處：

• 組態(tài)工具（例如 STEP 7）

• PROFIBUS DP 診斷站 (例如，作為 DP 主站，Class 2)

• PROFIBUS-DP 從站連接

• PROFIBUS 系統(tǒng)，帶有 8 個站

• 單協(xié)議模式

以下通訊處理器可用于將編程器或 PC 連接。

• 帶內(nèi)置微處理器的 CP： 
  CP 5613 A3 (PCI), CP 5614 A3 (PCI), CP 5623 (PCIe), CP 5624 (PCIe), CP 5603 (PCI-104)

• 不帶內(nèi)置微處理器的 CP： 
  CP 5612 (PCI), CP 5622 (PCIe), CP 5711 (USB)

PROFIBUS CP 性能

		6ES7326-1BK02-0AB0 SIMATIC S7，數(shù)字輸入 SM 326，F(xiàn)-DI 24xDC 24V， 故障安全型數(shù)字輸入 針對 SIMATIC S7 F 系統(tǒng) 帶診斷報警， 至 4 類線(EN 954-1)/ SIL3(IEC61508)/PLE（ISO13849）， 1個 40針	顯示價格
		6ES7326-1RF01-0AB0 SIMATIC S7，數(shù)字輸入 SM 326，8 數(shù)字輸入；24V DC，NAMUR， 故障安全型 NAMUR 輸入 針對 SIMATIC S7 F 系統(tǒng)， 至 4 類線(EN 954-1)/ SIL3(IEC61508)/PLE（ISO13849）， 1個 40針	顯示價格

性能表示 1ms 內(nèi) PROFIBUS-CP 應(yīng)用程序（不考慮總線物理特性）能讀出或?qū)懭攵嗌佥斎?輸出的數(shù)據(jù)。

• • • •  

        • 
          雖然帶有 STEP 7 的編程器/PC 或 OP 是總線上的主站，但是只使用 MPI 功能，另外通過 PROFIBUS DP 也可部分提供 OP 功能。

          通過 PROFINET IO 進行過程通信

          SIMATIC S7-300 通過通信處理器或通過配備集成 PROFINET 接口的 CPU 連接到 PROFINET IO 總線系統(tǒng)。通過帶有 PROFIBUS 接口的 CPU,可構(gòu)建一個高速的分布式自動化系統(tǒng)，并且使得操作大大簡化。

          從用戶的角度來看，PROFINET IO 上的分布式I/O處理與集中式I/O處理沒有區(qū)別（相同的組態(tài)，編址及編程）。

          可將下列設(shè)備作為 IO 控制器進行連接：

        • • 故障安全的自動化系統(tǒng)，可滿足高度安全要求
          • 符合安全要求，可達 SIL 3（IEC 61508 標準）、AK6（DIN V 19250 標準） 以及4 類標準（EN 954-1 標準）
          • 如果需要，也可通過冗余設(shè)計而實現(xiàn)容錯
          • 故障安全 I/O 不增加接線：
            通過采用 PROFIsafe 行規(guī)的 PROFIBUS DP 進行安全通訊
          • 基于帶有故障安全模塊的 S7-400H 和 ET 200M
          • 標準模塊可應(yīng)用在自動化系統(tǒng)的非故障安全型應(yīng)用場合
          • 隔離模板，用于在一個 ET 200M 的安全模式中故障安全和標準模塊的組合使用。

          

          

          應(yīng)用

          SIMATIC S7-400F/FH 故障安全型自動化系統(tǒng)可使用在對安全要求很高設(shè)備中。 它控制著各種過程，如果直接停機，這些過程也不會對人員或環(huán)境構(gòu)成威脅。 S7–400 F/FH 有兩種基本型號：

          • S7-400F: 
            故障安全型自動化系統(tǒng)。 如果在控制系統(tǒng)中發(fā)生出錯，生產(chǎn)過程就轉(zhuǎn)移到安全狀態(tài)，并中斷。
          • S7-400FH: 
            故障安全型和故障容錯型自動化系統(tǒng)。 如果在某個控制系統(tǒng)中發(fā)生出錯，則冗余控制機構(gòu)被激活，使得生產(chǎn)過程繼續(xù)下去。

          使用其它的標準模塊，可是使其建立一個對故障安全和非故障安全都能進行控制的全集成控制系統(tǒng)。 使用相同的標準應(yīng)用程序?qū)φ麄€系統(tǒng)進行組態(tài)和編程。

          

          

          設(shè)計

          S7-400F/FH 故障安全自動化系統(tǒng)可以根據(jù)需要進行不同的組態(tài)：

          S7-400F的單通道單側(cè)I/O

          此系統(tǒng)需要一個故障安全的 PLC。 但是不一定是容錯的。 需要下列部件：

          • 1 個 CPU 414-4H/417-4H，帶 F 運行*
          • 1 條 PROFIBUS-DP 線路
          • ET 200M ，帶 IM 153-2
          • 無冗余設(shè)計的故障安全信號模塊

          當發(fā)生故障時，可以訪問 I/O。 故障安全信號模塊鈍化。

          單通道，S7-400FH 有可切換的 I/O

          此系統(tǒng)需要一個故障安全的 PLC。 對于 CPU 需要容錯。 需要下列部件：

          • 2 個 CPU 414-4H/417-4H，帶 F 運行*
          • 2 條 PROFIBUS-DP 線路
          • 1 個 ET 200M ，帶 2 個 IM 153-2 (冗余)。
          • 無冗余設(shè)計的故障安全信號模塊

          當一個 CPU、IM 153-2 或 PROFIBUS-DP 發(fā)生故障時，PLC 可繼續(xù)工作。 當故障安全信號模塊或者 ET 200M 發(fā)生故障時，I/O 不再使用。 故障安全信號模塊鈍化。

          S7-400FH 有冗余切換的 I/O

          此系統(tǒng)需要一個故障安全的 PLC。 CPU 和 I/O 需要是容錯的。需要下列部件：

          • 2 個 CPU 414-4H/417-4H，帶 F 運行*
          • 2 條 PROFIBUS-DP 線路
          • 2 個 ET 200M ，帶 2 個 IM 153-2 (冗余)。
          • 冗余設(shè)計的故障安全信號模塊

          如果CPU、IM 153-2、PROFIBUS-DP、故障安全信號模塊或 ET 200M 發(fā)生故障，此 PLC 繼續(xù)可用。

          在S7-400F/FH自動化系統(tǒng)中也可以使用標準模板。 但是不能與ET 200M一起使用。

          通訊

          *控制器和ET200M之間通過PROFIBUS DP進行故障安全通訊和標準通訊。 經(jīng)過特殊開發(fā)，PROFISafe PROFIBUS 可以在標準數(shù)據(jù)報文楨中進行安全功能的數(shù)據(jù)通訊。 需要諸如特殊安全總線的其它硬件組件。 所需的軟件既可以作為操作系統(tǒng)的一個擴展軟件集成在硬件組件中，也可以作為一個認證的軟件塊裝載到CPU中。

          帶隔離模板的安全等級

          在ET200M中使用隔離模板具有以下優(yōu)勢：

          • PROFIBUS DP組態(tài)使用銅總線電纜。 不需要光纖電纜。
          • 可使用任何 IM 153-X
          • 在安全模式中故障安全信號模塊的混合運行，以及在一個ET 200M中S7-300標準模塊的混合運行

          如果達到SIL2安全等級，則不需要隔離模塊。

          

          

          功能

          S7-400F/FH 滿足下列安全要求：

          • 等級需求：AK 1 to AK 6 to DIN V 19250/DIN V VDE 0801
          • 安全要求等級：SIL 1 to SIL 3 to IEC 61508
          • 等級 1 to 4 to EN 954-1

          運行模式

          CPU的F程序和故障安全信號模板中包含有S7-400F/FH的安全功能。

          使用差異分析和測試信號，信號模板可以監(jiān)視輸出和輸入信號。

          CPU通過常規(guī)的自檢、監(jiān)測和邏輯命令以及程序定時檢測，檢查運行的正確性。 此外，通過申請信號進行檢測。

          當系統(tǒng)診斷出一個故障時，系統(tǒng)將進入安全狀態(tài)。

          F 運行版*

          CPU 417-4H必須裝在F運行*才能運行S7-400F/FH。每個 S7-400F/FH 系統(tǒng)需要 1 個*。

          編程

          S7-400F/FH 的編程方法同其他 SIMATIC S7 編程方法相同。 通過諸如STEP 7編程工具編寫非故障安全用戶程序。

          S7 F 系統(tǒng)選件包

          "S7 F Systems" 軟件包用來編寫故障安全程序。 軟件包包含生成F程序所需的所有功能和部件。 S7 F系統(tǒng)運行必須將下列軟件包裝載到PG或PC：

          • STEP 7 V5.1 以上
          • CFC V5.23 或新版本
          • S7-SCL V5.1 SP 1 或新版本
          • S7 H Systems Version 5.1 (S7-400FH的選件)

          特殊功能塊通過CFC從F庫中進行調(diào)用，并為包含安全功能的F程序互連。