南京西門子代理商

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設備與系統(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、性能更加穩(wěn)定可靠，全面支持等時模式和運行中配置等功能，由此大幅降低了工程、培訓等費用，是各種自動化功能的技術(shù)和經(jīng)濟性解決方案。機架上增加一個CP 343-1以太網(wǎng)模塊，用于系統(tǒng)和上位調(diào)度計算機通訊。

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、接近開關、限位開關等）和按鈕指示燈信號。

　　電機驅(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ET200S從站帶有一個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供電方式，保證切斷控制電源時，Profinet網(wǎng)絡不受影響，通過它就可以和PLC之間建立網(wǎng)絡通信。

　　對于需要精確定位的設備或一些專機設備，系統(tǒng)采用變頻器對電機進行驅(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供電方式，保證切斷動力電源時，Profinet網(wǎng)絡不受影響。

　　在現(xiàn)場操作員終端，操作人員通過觸摸屏終端對現(xiàn)場設備狀態(tài)進行監(jiān)控，當設備出現(xiàn)故障或需要進行維護時，可以通過終端操作來完成模式轉(zhuǎn)換、故障處理、信息維護等操作。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總線進行通信，并由IE/PB LINK 將現(xiàn)有的Profibus設備透明地連接到Profinet的設備。

2.

系統(tǒng)特點

    現(xiàn)場總線技術(shù)在控制過程的應用，節(jié)省了大量的線纜、槽架、連接件，減少了系統(tǒng)的設計、調(diào)試、維護時間，方便地實現(xiàn)了現(xiàn)場控制設備之間以及設備與控制管理層之間的聯(lián)系，為控制信息進入公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡創(chuàng)造了條件。與地點無關的控制、高速通信、靈活的拓撲結(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、跨供應商標準的Profinet，可實現(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標準，并提供對TCP/IP的全面支持，用戶能夠毫不費力的與現(xiàn)有系統(tǒng)進行擴展及便捷集成。

3.

系統(tǒng)配置步驟

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

第1步，新建一個項目，插入一個Simatic 300站，如圖3-1所示：

第2步，在硬件組態(tài)中插入一個CP343-1，新建一個網(wǎng)絡連接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設備欄內(nèi)，選擇實際的遠程IO設備，在PROFINET IO總線上插入一個ET200S站IM151-3PN，并且給給IM151-3PN配置它的設備名“IM151-3PN"，如圖3-4所示：第5步，在IM151-3PN中插入相應的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)選項內(nèi)可配置PROFINET IO通訊占比，當有PROFINETCBA通訊存在時，必須給PROFINETCBA通訊預留一部分通訊比例，如圖3-7所示：

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

第9步，配置IM151-3PN的屬性，分配設備名，本例就為“IM151-3PN"；設備號碼本例配置為“1"，Step7會自動分配，當你有2個以上的遠程IO站時，設備號碼不能重復，否則無法編譯通過；設備的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)絡設備，如圖3-11所示：

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

第13步，下載IP地址至設備中，如圖3-13所示：

第14步，下載后，設備已經(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，原因是遠程站IM151-3PN的設備名還未分配，如圖3-17所示：

第18步，給IM151-3PN也分配指派設備名，如圖3-18所示：

第19步，在彈出來的對話框中，選中你要指派設備名的設備，然后點擊右邊的“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)有了設備名（與硬件組態(tài)的設備名相同，PN IO 控制器才能依靠此設備名找到它），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，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)動遠程IO設備。而S7-400的PLC是不需要編程的，可以直接驅(qū)動遠程IO設備。

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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)是有符號整數(shù)，占用一個字長（兩個字節(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（實際上數(shù)值可以是整個16位有符號整數(shù)的范圍，但輸入如10V/20mA被標定為對應32000，模擬量超過值一點也因此可以表示）。

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是緊接著排地址的。

每個有模擬量輸出的模塊占兩個輸出通道。即使*個模塊只有一個輸出AQW0，第二個模塊的輸出地址也應從AQW4開始尋址（AQW2被*個模塊占用），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，這個值就是濾波后的值，是所設置的采樣數(shù)的平均值。模擬量的參數(shù)設置（采樣數(shù)及死區(qū)值）對所有模擬量輸入通道有效。

如果對某個通道不濾波，則CPU不會在程序掃描周期開始時讀取平均濾波值，而只在用戶程序訪問此模擬量通道時，直接讀取當時實際值。

模擬量濾波器使用步驟如下：

1. 在Micro/Win 中進入View>Component>System Block，并選擇Analog Input Filters選項，進入模擬量濾波器。

2. 設置模擬量濾波器：

圖1. 模擬量通道濾波設置

1. a.

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

2. b.

   死區(qū)值，定義了計算模擬量平均值的取值范圍

   ?

   如果采樣值都在這個范圍內(nèi)，就計算采樣數(shù)所設定的平均值；如果當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前的新值，并作為以后平均值計算的起始值（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快速響應

   ?

   死區(qū)值設為0，表示禁止死區(qū)功能，即所有的值都進行平均值計算，不管該值有多大的變化

   ?

   對于快速響應要求，不要把死區(qū)值設為0，而把它設為可預期的zui大的擾動值（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

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)值會加快響應速度

3. ?

   對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，不能使用濾波器

5.3. 模擬量比例換算

因為A/D（模/數(shù)）、D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換之間的對應關系，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)學關系。這個關系就是模擬量/數(shù)值量的換算關系。

例如，使用一個0 - 20mA的模擬量輸入，在S7-200 CPU內(nèi)部，0 - 20mA對應于數(shù)值范圍0 - 32000；對于4 - 20mA的，對應的內(nèi)部數(shù)值為6400 - 32000。

如果有兩個傳感器，量程都是0 - 16MPa，但是一個是0 - 20mA輸出，另一個是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之間換算關系，但模擬量轉(zhuǎn)換的目的顯然不是在S7-200 CPU中一個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。

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