南京西门子代理商

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设备与系统描述

    在某烟草企业的制丝工艺段中，PLC采用西门子S7-300系列PLC。S7-300系列PLC处理速度更快、系统资源裕量更大、通讯能力更强、性能更加稳定可靠，全面支持等时模式和运行中配置等功能，由此大幅降低了工程、培训等费用，是各种自动化功能的技术和经济性解决方案。机架上增加一个CP 343-1以太网模块，用于系统和上位调度计算机通讯。

现场分布式I/O采用具有Profinet接口的西门子的ET200S系列，用于采集现场的传感器信号（如光电开关、接近开关、限位开关等）和按钮指示灯信号。

　　电机驱动采用西门子ET200S的单相启动器、双相启动器或软启动器，每个ET200S从站带有一个IM151-3PN接口模板（双网口），可以支持Profinet总线的级联方式，IM151-3PN接口模板的供电采用单独供电方式，保证切断控制电源时，Profinet网络不受影响，通过它就可以和PLC之间建立网络通信。

　　对于需要精确定位的设备或一些专机设备，系统采用变频器对电机进行驱动。在该方案中，采用丹佛斯带Profinet总线通讯接口的现场安装的变频器FC302 IP55系列产品。采用Profinet总线的级联方式。配置输入输出电抗器、RFI滤波器。变频器的动力输出线缆采用屏蔽电缆，动力输出线缆和通讯电缆的屏蔽层可靠接地。Profinet总线模板的供电采用单独供电方式，保证切断动力电源时，Profinet网络不受影响。

　　在现场操作员终端，操作人员通过触摸屏终端对现场设备状态进行监控，当设备出现故障或需要进行维护时，可以通过终端操作来完成模式转换、故障处理、信息维护等操作。该方案采用的是西门子触摸屏MP377，通过Profinet和PLC通讯。

　　对于不支持Profinet总线的器件，该方案采用Profibus总线进行通信，并由IE/PB LINK 将现有的Profibus设备透明地连接到Profinet的设备。

2.

系统特点

    现场总线技术在控制过程的应用，节省了大量的线缆、槽架、连接件，减少了系统的设计、调试、维护时间，方便地实现了现场控制设备之间以及设备与控制管理层之间的联系，为控制信息进入公共数据网络创造了条件。与地点无关的控制、高速通信、灵活的拓扑结构、真正的可互操作性和开放性等高级功能的特征，使其具有强大优势和广阔的发展前景。

　　采用基于工业以太网的开放式、跨供应商标准的Profinet，可实现从公司管理层直到现场层直接、透明的访问。Profinet基于现有成熟IT标准，并提供对TCP/IP的全面支持，用户能够毫不费力的与现有系统进行扩展及便捷集成。

3.

系统配置步骤

接下来，我们就以一个实例，一步一步教大家如何配置组态一个PROFINET IO系统。本实例项目是由一个S7-300 PLC ， CP343-1（支持PROFINET IO Controller）和具有PN接口的ET200S组成。

第1步，新建一个项目，插入一个Simatic 300站，如图3-1所示：

第2步，在硬件组态中插入一个CP343-1，新建一个网络连接Ethernet (1)，并且配置IP地址，如图3-2所示：

第3步，在CP343-1的右键中选择“插入PROFINET IO系统"，如图3-3所示：第4步，在右边的PROFINET IO设备栏内，选择实际的远程IO设备，在PROFINET IO总线上插入一个ET200S站IM151-3PN，并且给给IM151-3PN配置它的设备名“IM151-3PN"，如图3-4所示：第5步，在IM151-3PN中插入相应的DI和DO模块，如图3-5所示：

第6步，选中PROFINET IO总线，然后右键菜单选择“目标属性"，如图3-6所示：

第7步，在PROFINET IO总线的属性中，在Communication allocation(PROFINET IO)选项内可配置PROFINET IO通讯占比，当有PROFINETCBA通讯存在时，必须给PROFINETCBA通讯预留一部分通讯比例，如图3-7所示：

第8步，配置IM151-3PN的更新时间，这个更新时间是根据设备的性能决定的，性能好的设备更新时间可达1ms，有的厂商提供的PROFINET IO设备最多也只能有8ms的更新时间，如图3-8所示：

第9步，配置IM151-3PN的属性，分配设备名，本例就为“IM151-3PN"；设备号码本例配置为“1"，Step7会自动分配，当你有2个以上的远程IO站时，设备号码不能重复，否则无法编译通过；设备的IP地址是由Step7自动分配的，你也可以手动指派IP地址；如图3-9所示：

第10步，编译硬件组态，如图3-10所示：

第11步，打开PST软件，扫描网络设备，如图3-11所示：

第12步，按照在Step7中的实际组态，分配IP地址，如图3-12所示：

第13步，下载IP地址至设备中，如图3-13所示：

第14步，下载后，设备已经有了IP地址了，如图3-14所示：

第15步，给IM151-3PN也分配IP地址，如图3-15所示：

第16步，下载硬件组态，如图3-16所示：

第17步，在线监视硬件组态，发现CP343-1有故障，原因是远程站IM151-3PN的设备名还未分配，如图3-17所示：

第18步，给IM151-3PN也分配指派设备名，如图3-18所示：

第19步，在弹出来的对话框中，选中你要指派设备名的设备，然后点击右边的“Assign name/指派名称"按钮，如图3-19所示：

第20步，可以看到IM151-3PN已经有了设备名（与硬件组态的设备名相同，PN IO 控制器才能依靠此设备名找到它），如图3-20所示：

第21步，再次在线监视硬件组态，发现此时PN IO系统工作正常，如图3-21所示：

    至此，如何组态PN IO系统已经介绍完毕。还有一些注意点，如果你用的PLC是S7-300系列的，使用CP卡作为PN IO控制器，都需要在程序里调用PN_SEND和PN_RECV来驱动远程IO设备。而S7-400的PLC是不需要编程的，可以直接驱动远程IO设备。

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5.1. S7-200模拟量数据格式与寻址

模拟量输入/输出数据是有符号整数，占用一个字长（两个字节），所以地址必须从偶数字节开始。模拟量的转换精度为12位，但在PLC中表示为-32000－+32000之间的整数值（实际上数值可以是整个16位有符号整数的范围，但输入如10V/20mA被标定为对应32000，模拟量超过值一点也因此可以表示）。

在S7-200中，单极性模拟量输入/输出的数值范围是 0 - 32000；双极性模拟量的数值范围是 -32000－+32000。

格式：

1. ? 输入：AIW[起始字节地址]——如AIW6

2. ? 输出：AQW[起始字节地址]——如AQW0

每个模拟量输入模块，按模块的先后顺序和输入通道数目，以固定的递增顺序向后排地址。 例如： AIW0、AIW2、AIW4、AIW6、AIW8等。

对于EM231 RTD（热电阻）两通道输入模块，不再占用空的通道，后面的模拟量输入点是紧接着排地址的。

每个有模拟量输出的模块占两个输出通道。即使*个模块只有一个输出AQW0，第二个模块的输出地址也应从AQW4开始寻址（AQW2被*个模块占用），依此类推。

温度模拟量输入模块（EM231 TC、EM231 RTD）也按照上述规律寻址，但是所读取的数据是温度测量值的10倍（摄氏或华氏温度）。如520相当于52.0度。

注意： 每一模块的起始地址都可在STEP 7-Micro/WIN中的菜单“PLC > Information"里在线读到。

5.2. 模拟量滤波器

S7-200允许你为每一路模拟量输入选择滤波器。一般情况下选用S7-200的模拟量滤波功能就不必再另行编制用户的滤波程序。

如果对某个通道选用了模拟量滤波，CPU将在每一程序扫描周期前自动读取模拟量输入值，这个值就是滤波后的值，是所设置的采样数的平均值。模拟量的参数设置（采样数及死区值）对所有模拟量输入通道有效。

如果对某个通道不滤波，则CPU不会在程序扫描周期开始时读取平均滤波值，而只在用户程序访问此模拟量通道时，直接读取当时实际值。

模拟量滤波器使用步骤如下：

1. 在Micro/Win 中进入View>Component>System Block，并选择Analog Input Filters选项，进入模拟量滤波器。

2. 设置模拟量滤波器：

图1. 模拟量通道滤波设置

1. a.

   设置模拟量采样数，例：此处设置的64表示模拟量滤波后的值为包括当前采样的前64个采样值的平均值。

2. b.

   死区值，定义了计算模拟量平均值的取值范围

   ?

   如果采样值都在这个范围内，就计算采样数所设定的平均值；如果当前采样的值超过了死区的上限或下限，则该值立刻被采用为当前的新值，并作为以后平均值计算的起始值（如图2所示）

   ?

   这就允许滤波器对模拟量值的大的变化有一个快速响应

   ?

   死区值设为0，表示禁止死区功能，即所有的值都进行平均值计算，不管该值有多大的变化

   ?

   对于快速响应要求，不要把死区值设为0，而把它设为可预期的zui大的扰动值（320为满量程32000的1％）

3. c.

   选择需要滤波的模拟量通道，打钩的为使能的模拟量输入，缺省设置是为所有的模拟量输入使用滤波器

4. d.

   CPU224XP上的AIW0、AIW2（CPU本体上的模拟量输入通道）不必滤波

图2. 死区示意图

3. OK并下载修改后的块到S7-200中。

注意：

1. ?

   为变化比较的模拟量输入选用滤波器可以波动

2. ?

   为变化较快的模拟量输入选用较小的采样数和死区值会加快响应速度

3. ?

   对高速变化的模拟量值不要使用滤波器

4. ?

   如果用模拟量传递数字量，或者使用热电阻（EM231 RTD）、热电偶（EM231 TC）、AS-Interface（CP243-2）模块时，不能使用滤波器

5.3. 模拟量比例换算

因为A/D（模/数）、D/A（数/模）转换之间的对应关系，S7-200 CPU内部用数值表示外部的模拟量，两者之间有一定的数学关系。这个关系就是模拟量/数值量的换算关系。

例如，使用一个0 - 20mA的模拟量输入，在S7-200 CPU内部，0 - 20mA对应于数值范围0 - 32000；对于4 - 20mA的，对应的内部数值为6400 - 32000。

如果有两个传感器，量程都是0 - 16MPa，但是一个是0 - 20mA输出，另一个是4 - 20mA输出。它们在相同的压力下，变送的模拟量电流大小不同，在S7-200内部的数值表示也不同。显然两者之间存在比例换算关系。模拟量输出的情况也大致相同。

上面谈到的是0 - 20mA与4 - 20mA之间换算关系，但模拟量转换的目的显然不是在S7-200 CPU中一个0 - 32000之类的数值；对于编程和操作人员来说，具体的物理量数值（如压力值、流量值），或者对应物理量占量程的百分比数值要更方便，这是换算的zui终目标。

如果使用编程Micro/WIN32中的PID Wizard(向导）生成PID功能子程序，就不必进行0 - 20mA与4 - 20mA之间的换算，只需进行简单的设置。