摘 要: 西门子是提供PLC和DCS自动化技术的先锋。现代的工业自动化要不断地面对现场总线、智能现场设备挑战,本文作者重组现场调试经验,快捷掌握S7-400 station信息传输和数据交换技术,希望能与现场技术支持的工程师经验公享。
关键词: MPI网络 PROFIBUS网络 西门子S7-300/400
S7-300/400 PLC的程序结构复杂,使用者很难全面掌握S7-300/400的功能,实际应用过程较难。以下是我们在做ARP(酸再生)自动生产线时现场调试过程中的部分经验。
1.SIMATIC NET工业通信网[1-4]
SIMATIC NET 是西门子的工业通信网解决方案的统称。
1.1 工业通信网络结构
一般而言,企业的通信网络可划分为三级:企业级、车间级和现场级。
1.1.1企业级通信网络。
企业级通信网络用于企业的上层管理,为企业提供生产、经营、数据管理等数据,通过信息化的方式优化企业资源,提高企业的管理水平。
1.1.2车间级通信网络。
车间级通信网络介于企业级和现场级之间。它的主要任务是解决车间内各需要协调工作的不同工艺段之间的通信,从通信角度来看,要求通信网络能够高速传递信息数据和少量控制数据,同时具有较强的实时性。对车间级通信网络,所使用的主要解决方案是工业以太网。
1.1.3现场级通信网络。
现场级通信网络处于工业网络系统的最底层,直接连接现场的各个设备,包括I/O设备、传感器、变送器、变频与驱动等装置,由于连接的设备变化万千,因此所使用的通信方式也就相对复杂。而且,由于现场级通信网络直接连接现场的设备,网络上传的主要是控制信号,因此对网络的实时性和确定性要有很高的要求。对现场级通信网络,PROFIBUS是主要的解决方案。
1.2 SIMATIC NET的现场级通信技术说明
在SIMATIC NET解决方案的范畴内使用许多通信技术,在通信、配置/组态、编程中需要设计一些通信的技术规范。
1.2.1MPI(Multi-Point Interface,多点接口)协议。MPI通信用于小范围、小点数的现场级通信。MPI是为S7/M7和C7系统提供多点接口,它的设计用于编程设备接口,也可以用来在少数CPU之间传递少量的数据(对于S7-300/400 station系列可达32-126个节点)。比如CPU-414-2DP(订货号6ES7-2XK05-0AB0)模块上端接口X1(标有MPI/DP),有126个节点。
1.2.2PROFIBUS协议。PROFIBUS符合国际标准IEC61158,是目前国际上通用的现场总线标准之一,其技术协议包括三个部分:
1.2.2.1PROFIBUS-DP。主站和从站采用轮询的通信方式,支持高速的循环数据通信,主要应用于制造业自动化中的现场级的通信。
1.2.2.2PROFIBUS-PA。电源和通信数据通过总线并行传输,主要用于面向过程自动化系统中本质安全要求的防爆场合。
1.2.2.3PROFIBUS-FMS。定义了主站和从站之间的通信模型,主要用于自动化系统车间级的数据交换。
1.2.2.4工业以太网。主要为SIMATIC NET提供了一个无逢集成到多媒体世界的途径。
1.2.2.5PtP(Point-to-Point)连接。在SIMATIC中,点对点连接通过串口(DB9的PIN:2、3、5)连接模式实现。
1.2.2.6AS-Interface。传感器/执行器接口,是用于自动化系统的最底层的通信网络。它被专门设计成用来连接二进制的传感器和执行器,每个从站的最大数据为4bit。
2.SIMATIC NET的现场级全局数据包通信方式[5]
对于PLC之间或PLC的CPU和其他站点之间的数据交换,只需关心数据的发送区和接收区,全局数据包的通信方式是在配置PLC硬件的过程中,配置/组态所要通信的PLC站之间的发送区和接收区,不需要任何编程处理,这种通信方式只适合S7-300/400PLC之间相互通信。
2.1网络配置
采用端接口X1(标有MPI/DP)-MPI 电缆。
2.2硬件和软件要求
2.2.1CPU 3xx-2DP。
2.2.2CPU 4xx-2DP。
2.2.3MPI 电缆。
2.2.4STEP 7 V5.2 SP1。
2.3网络组态与参数设置
2.3.1建立MPI网络。在STEP 7中建立一个新项目,如名为:MPI_GD,在此项目下插入两个PLC站,分别为STATION_CPU_4xx_2DP、STATION_CPU_3xx_2DP,并分别插入CPU完成硬件组态,建立MPI网络的站地址和通信速率(波特率)。例如STATION_CPU_4xx_2DP设置为2号站;STATION_CPU_3xx_2DP设置为4号站,通信速率为187.5Kbit/s(一般不大于12MHz)。
2.3.2组态数据的发送区和接收区。选中MPI网络,再选择“Options”-"Define Global Data",进入组态画面(标题栏:GD-MPI(1))。
2.3.3插入所需要通信的CPU。插入所购的硬件对应的CPU,双击所打开组态界面中“GD_ID”右侧的CPU栏选择所需要的CPU。“GD_ID”右侧共有15列,表明最多可供15个CPU参与通信(我们这里选择2个:3xx-2DP和CPU 4xx-2DP)。在每个CPU栏下填上数据的发送区和接收区,例如CPU 4xx-2DP(这里CPU 414-2DP)的发送数据区,如选择DB1.DBB0-DB1.DB21,则可以填写:DB1.DBB0:22(DB1.DBB0=起始地址,22=数据长度),然后在GD-MPI(1)组态界面的命令菜单“Edit”下拉菜单中选择“Sender”设为发送区。利用同样方法将CPU 3xx-2DP(这里CPU 315-2DP)的接收区设为:DB1.DBB0:22(DB1.DBB0-DB1.DB21)。发送和接收区的地址区可以为DB、 M 、I、Q区,S7-300地址区最大长度为22 Bytes, S7-400的为54 Bytes。发送区和接收区长度必须一致。所以本例通信区为:DB1.DBB0:22。
2.3.4多CPU通信。多CPU通信,要了解上述组态界面中的一栏的“GD_ID”参数,编译以后(Save and Sompile),每行通信区都有GD_ID号,如:GD1.1.1,GD 1.2.1,SR1.1,SR2.1,若通信区选择M 区,GD_ID号为GST,GDS x.x,如:GDS 2.1。
3.S7 PLC 与HMI产品之间MPI/PROF-IBUS 通信[6-7]
S7300/400与HMI产品之间MPI/PROFIBUS 通信不需要STEP 7软件组态,也不需要任何程序,只须在HMI组态软件上设置一下相关的参数即可。这里HMI以WinCC为例。
3.1PC机的PLC方MPI/PROFIBUS 通信参数
PC机上插好网卡,在PC的“控制面板”中双击“Setting the PG/PC Interface”,对应硬件准确设置“PG/PC”接口。
3.2在WinCC上添加SIMATIC通信协议
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 打开WinCC,选择“Tag Manangement”(变量管理),右键选择“Add New Driver”,在弹出窗口“SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE”连接驱动,将其添加到“Tag Manangement”下。S7协议组包括在不同网络上应用的S7协议,这些网络协议包括MPI网络、PROFIBUS网络及工业以太网。
3.3选择WinCC通信卡
选择MPI通信协议或PROFIBUS通信协议并右键选择“System Parameter”,选择逻辑设备名(Select Logical device name),对应硬件的总线:MPI/PROFIBUS;对应的逻辑设备名:比如,CP5611(MPI),CP5613(P-ROFIBUS)。
3.4基于MPI/PROFIBUS网络的WinCC通信连接的建立
分别选择(若MPI和PROFIBUS网络都存在)MPI和PROFIBUS通信驱动并右键选择“New Driver Connection”为次连接命名,入Wincc_MPI_PLC, Wincc_PROFIBUS_PLC对应硬件和站号的定义定义Station A-ddress(MPI或PROFIBUS地址),Seg-ID,Rac-k Number,Slot Number(CPU的槽号)。
3.5通信诊断
在“Setting the PG/PC Interface”中,MPI网络,一般不具有通讯诊断功能;PROFIBUS网络和工业以太网有。
我们还可以在激活WinCC时启动PC机左下角菜单“开始” 按“SIMATIC”-WinCC-“Tools”-"Channel Diagonis"启动WinCC通信通道监测。
4.利用现有相关的STEP 7例程缩短软件开发周期[8-9]
许多工业控制系统的监控软件的开发,要求开发者熟悉控制工艺,有些时候,开发者接触现场机会少,或对工艺不能很快吃透,这种情况下,我们可以借助现有相关例程做程序的移植和升级。
4.1利用STEP 7的硬件组态的“Monitor/Modify”进行强制(Force)电气打点
对应硬件母板(RACK 0/RACK1)数字I/O和模拟I/O对应的模块,右键选择Monitor/Modify完成硬件电气连接的强制测试-电气打点。
4.2确定新旧程序的地址映象(Image)
根据上步的硬件电气连接的强制测试结果和工艺要求完成符号表(Symbol Table)的移植和升级:数字I/O的绝对地址按强制测试出的地址修改,至于DB,FC,FB,OB的块或中间变量M可以采用全盘继承并根据工艺差别做局部的修改或增/删。模拟I/O可以不按强制测试出的默认地址,在其精度允许范围内采用原址继承。
4.3以“NetWork”为单位――对应拷贝
这种操作,映象与被映象方都最好以梯形图方式打开,并在此窗口中的“View”菜单下拉菜单中选择“Display with”-“Symbol Address”,这时在选中所要Copy的“NetWork”粘贴到新建的对应模块的梯形图窗口的对应“NetWork”中,自然根据符号表(Symbol Table)中的新地址得到动态更新。
4.4模拟I/O对应的模块的绝对地址的快速再分配
在符号表(Symbol Table),首先按照硬件模块所提供的精度范围采用原址继承,然后在对应的硬件组态中,右键选择“Object Properties”将原类型为PIW和PQW地址重新定义为IW和QW的映射地址类型。
5.结语
在PLC与DCS工业技术应用中,一个新的东西,如能够快速找到切入点,采用现有例程移植与升级,可大大缩短工控业自动化生产线的PLC应用软件的开发周期。
参考文献:
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