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Profinet/Profibus在烟草行业的应用和实例讲解
作者:管理员    发布于:2015-05-19 23:49:15    文字:【】【】【
摘要:项目主要设备、元件采用高质量的西门子产品 可整合其它品牌产品、提供灵活的价格组合 强有力的项目管理确保项目全过程的高质、高效 正规的操作流程和施工程序使项目按照国际标准执行

当今的自动化系统种类各不相同,只在有限的范围内实现兼容,难以满足用户设备集成和扩容的需要,从而制约了自动化技术的发展。Profinet是Profibus国际组织提出的基于以太网的自动化标准,能同时以单一一条工业以太网电缆线的解决方案满足3个自动化领域的需求,包括IT集成化领域、实时自动化领域和同步实施运动控制领域。其目标是为众多制造商和用户提供一个统一的、集成了安全技术的行规,同时满足用语通信总线的机械设备标准化的需求。在烟草行业中,各个工艺段存在设备多、布局分散的特点,因此采用Profinet工业以太网网络控制架构来组态系统。系统采用CP343-1 / CP443-1 Advanced以太网通讯模块与上位调度计算机、监控计算机通讯,接受上位调度计算机下达的各项任务;底层通过Profinet 网络采集现场的I/O信号和设备状态,并控制设备的正常运行。目前,PROFIBUS DP系统已经被大量用户所采用,用户可以通过PROFIBUS 实现组态,编程和诊断。PROFINET IO具有PROFIBUS DP类似的组态,编程和诊断方法,而且有比PROFIBUS更高的实时性能。PROFINET IO在IO控制器和IO设备之间进行过程数据数据交换以及参数数据和诊断数据。IO Supervisor(IO 监视设备)用于HMI和诊断。

  1.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最佳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。

  4. 总结

  系统的profinet网络集成了强大功能,从网络安装到基于web诊断的整个自动化解决方案的实现;profinet的模块化结构可非常容易地扩展和包含其他功能;profinet提供标准化的独立于制造商的工程接口,它能够方便地把各个制造商的设备和组件集成到单一系统中。人机界面友好,不仅使现场的监控更便捷,同时其通讯功能使车间总控室可以实时监视现场生产情况。

  新的控制系统将网络通讯协议简化为一种,极大地节约了构建成本、未来维护成本。同时为未来柔性制丝系统的构建打下了良好的基础。

  参考文献:

  1.西门子工业网络通信指南(上下册),机械工业出版社

  2.西门子工业网络通讯技术详解 ,机械工业出版社

图一:PROFINET IO的现场设备分布图

图二:在Step 7中新建一个S7-300站

图三:在硬件组态中插入一个CP343-1

图四:插入PROFINET IO系统

 

图五:在PROFINET IO总线上插入一个ET200S站IM151-3PN

图六:在IM151-3PN中插入相应的DI和DO模块

图七:配置PROFINET IO总线的属性

 

图八:选项内可配置PROFINET IO通讯占比

图九:配置IM151-3PN的更新时间

图十:配置IM151-3PN的属性

图十一:编译硬件组态

图十二:PST软件扫描网络设备

图十三:分配IP地址

图十四:下载IP地址至设备中

图十五:IP地址下载后的CP343-1

 

图十六:给IM151-3PN分配IP地址

图十七:下载硬件组态

图十八:CP343-1有故障,原因是远程站IM151-3PN的设备名还未分配

图十九:给IM151-3PN也分配指派设备名

图二十:给IM151-3PN也分配指派设备名

图二十一:IM151-3PN已经有了设备名

图二十二:PN IO系统工作正常

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脚注信息
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