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        PROFINET分體式遠程模塊應用介紹
        更新時間:2022-05-30 11:24:57 字號:T|T
        1.引言
        PROFINET由PROFIBUS國際組織(PROFIBUS International,PI)推出,是基于工業以太網技術的自動化總線標準的新一代現場總線。
        作為PROFIBUS的升級換代現場總線,PROFINET在自動化通信領域中提供了一個完整的網絡和自動化解決方案,借助現有網絡和設備,能非常廉價和方便的滿足聯網、組網、光纖、無線數傳需求。
        近年西門子推出的S7-1200、S7-1500系列PLC,皆因通訊接口升級換代為PROFINET,其主機已經取消PROFIBUS DP接口,并自帶一個甚至多個PROFINET網絡接口,這雖為下一步PROFINET聯網和擴展現場IO提供了便利,但市面上PROFINET設備還比較少,很多工程人員對此種模式應用也不熟悉,給具體應用帶來一定困難。
        為了更好的幫助工程人員快速了解和熟悉PROFINET應用,這里借助CMDF9系列PROFINET模塊作簡單使用介紹,拋磚引玉以豐富工程應用。
        2.基于CMDF9系列模塊+S7-1200微型PLC在污水處理系統中的設計
          利用TIA Portal軟件配置掛接在S7-1200/S 7-1500系統中的CMDF9-8AD標準模擬量采集電壓、電流和液位信號、CMDF9-32DI采集閥門位置和行程開關信號、CMDF9-8ADP熱電阻采集生化反應溫度、再由CMDF9-8DA模擬量輸出模塊控制溫度調節,并由CMDF9-32DOP輸出報警指示和閘閥連鎖控制。
        2.1系統配置:

        PLC:西門子S7-1200 PLC           一套;
        模擬量采集模塊:CMDF9-8AD     三相電流、電壓、液位、閥門傳感器 一塊;
        溫度采集模塊:CMDF9-8ADP      采集反應池溫度傳感器            一塊;
        模擬量輸出模塊:CMDF9-8DA     控制閥門和變頻器                一塊;
        開關量輸出模塊:CMDF9-32DOP   遠端指示燈和電動閘閥變頻器啟停  一塊;
        開關量輸入模塊:CMDF9-32DI     遠端加藥設備和電動閘閥位置檢測  一塊;
        現場參數顯示表:CMD4A9        現場顯示溫度和流量、液位數據     六塊;
        2.2  創建工程:
        西門子S7-1200 PLC V4.0以上是帶有以太網接口的小型PLC并支持PROFINET網絡連接,適合規模較小的簡易應用工程,本例其實也可以選擇性能更好的S7-1500 PLC。
        對于TIA Portal軟件聲稱推薦的I7/8G RAM,不必太苛求達到,事實上,我們曾經使用G41甚至G31普通電腦主板4G內存都能正常安裝運行,只是速度比較慢而已,推薦使用8G內存。
        進入TIA Portal主界面,創建一個工程應用:
        “污水處理”
        當然,你也可以在剛進入的主界面的左下角點擊進入“項目視圖”去操作:

         
        2 . 3 組態設備
        按照下圖“新手上路“提示,順序完成相應的操作。
        如果對本軟件比較熟悉,還是建議直接進入“項目視圖”中,內容齊全、非常直觀。
        接下來點擊進入“組態設備”:

        按前所述,選擇控制器為CPU 1212C DC/DC/DC:
        選擇 “6ES7 212-1AE40-0XB0”,版本V40。
        點擊右下角的添加按鈕,將你選擇的控制器添加到設備內,同時自動進入到“項目視圖”內。你也可以在任意時候雙擊左面“設備組態”菜單進入到控制器的“設備視圖”中。在下圖中,能看到設備概覽里控制器的詳細數據,也需要設置一些關鍵參數才能讓控制器正常工作。
            點擊“常規”欄目下 “PROFINET 接口”菜單,展開“以太網地址”:
            本例選擇常規192.168.0.xxx網段,一般習慣把192.168.0.1作為路由器IP地址,在調試遠程設備時可以借用辦公以太網絡而無需另外布線。
            當然可以根據自己已有的網段自行選擇其他網段。
            至于設備名稱,采用自動生成PROFINET設備名稱***好了。
            在“接口連接到”“子網絡:”中添加一個PN/IE_1網絡。其他設置如果沒有特殊需要,***采用默認的其他設置即可。
            下面將配置連接在PROFINET的I/O設備,配置它們首先需要安裝設備描述文件:GSDML。
        2.4  安裝GSDML文件
        在工具欄“選項”中點擊“安裝設備描述文件”GSDML菜單,進入安裝界面。
        選擇存放GSDML的文件夾導入文件,將安裝所要用到的CMDF9系列模塊GSDM文件。
         






         






        安裝GSDML文件時存放該文件的文件夾內必須有設備GSDML文件和用于標識該設備的BMP圖形文件,見下圖:
         












        從GSDML文件名稱結構可以了解對應文件的創建或者修改日期以及相應的版本,名稱結構示意如下:
        GSDML-架構版本-制造商名稱-設備族名稱-日期
        其中"架構版本"是指設備行規下的架構版本, V2.31是采用西門子ERTEC200P開發平臺架構。
        一旦選擇存放GSDML的文件夾,會彈出如下界面:







         








        這里會顯示已經安裝過該文件和尚未安裝的文件
        選擇一個需要安裝的GSDML文件點擊安裝后立即開始安裝,請依次安裝CMDF9-8AD、8DA、8ADP、32DO、32DI和CMD4A9。由于每次退出需要一定時間更新,故先安裝完所有的文件后再退出該界面,,請稍微等待自動退出,時間較長不是死機!
        2 . 5 組態CMD系列模塊:
             接下來按相同方式把PROFINET  I/O設備依次組態到控制器的網絡中:
        2. 5. 1標準模擬量采集模塊:
            CMDF9-8AD是標準模擬量采集模塊,它主要是采集4-20mA電流信號。
            首先點中“網絡視圖”按鈕,在硬件目錄里找到“其他現場設備”:


         
        在I/O欄目里找到我們剛剛安裝JIETONG  PN下的CMDF9中的CMDF9-8AD模塊。
        注意:下面的信息/版本選項要選擇對應版本號,便于正確安裝不同時期的設備。
             采用雙擊或拖拽方式把該設備添加到到網絡視圖中,右鍵選擇“未分配”處,選擇并加入到PLC_1PROFINET 接口_1。
        顯示如下的網絡示意:
        \
        雙擊CMDF9-8AD進入網絡設置界面,因為已經連接到控制器網絡中,所以會自動分配遠程寄存器地址:
        上圖中I寄存器地址被系統自動分配1-16。
        當然也可以點擊重新分配允許范圍的地址即IW2-QW16共8個字:



         

        接下來分配8AD的IP地址和名稱:
        \
        IP地址和控制器的IP地址段應該一致,地址范圍可以在1-255中選擇,這里我們分配標準模擬量采集模塊IP地址為192.168.0.222。
           簡單使用自動生成PROFINET設備名稱,本例為CMDF9-8AD。如有更多的同類設備,會自動生成下劃線序列CMDF9-8AD_1……。
        因為該類模塊的工作方式需要配置,接下來在選中模塊以太網口后再單擊-8AD_1槽架,顯示用戶參數界面如下圖:
        \

        通道輸入類型選擇:

          






        模塊的8個輸入通道輸入信號均可單獨設置3種輸入類型:
        a. 電壓輸入端子0-5V,電流輸入端子0-20mA;
        b. 電壓輸入端子1-5V,電流輸入端子4-20mA;
        c. 電壓輸入端子0-10V,這里均設置為4-20mA。
        通道濾波處理:
        濾波處理可消除采集輸入信號雜波,濾波次數越多,消除效果越好,但是采集到的輸入信號時間會越長,一般選擇默認的1次濾波。
         通道零點調整:
        當外部傳感器輸入信號極小值時,采集的數碼值并不是0的時候,用戶可以小范圍調整零點,比如液位信號4mA,采集的數碼值是10而非0,這時可以減少零點數碼值-10左右(偏大減數、偏小加數)。

        如果采集的數碼值93,而實際輸入信號為4.3mA,說明采集的數據值高于標準值77,這時可以調整零點負值16左右。

        通道幅值調整:
        通道幅值是在接近極大值輸入信號附近調整是否為正確數碼值。
        當采集值低于理論數碼值時調整正幅值放大倍數接近理論值;
        當采集值高于理論數碼值時調整負幅值減少放大倍數以接近理論值。
        l  特殊設置:
           特殊設置是為以后擴展功能使用這里不用理會。
           設置所有通道(本例均為4-20mA)編譯下載PLC后模塊工作模式自動生效。
        2. 5. 2 標準模擬量輸出模塊:
            按照2.5.1配置CMDF9-8DA模擬量輸出模塊:
            點開后在I/O欄目里找到剛剛安裝JIETONG  PN下的CMDF9中的CMDF9-8DA,這是8通道標準模擬量輸出模塊。

        注意:下面的信息/版本選項要選擇對應版本號,便于正確安裝不同時期的設備。
        用雙擊或者拖拽的方式把該設備添加到到網絡視圖中,右鍵選擇“未分配”處,選擇并加入到PLC_1PROFINET 接口_1,進入網絡設置界面,因為已經連接到控制器網絡中,所以會自動分配遠程寄存器地址:QW2-QW16。
        \

        繼續分配8DA的IP地址:192.168.0.226。
        使用自動生成PROFINET設備名稱,本例為CMDF9-8DA。如有更多的同類設備,會自動生成下劃線序列CMDF9-8DA_1……。
             該類模塊的工作方式依然需要配置,接下來選中模塊以太網口后再單擊-8DA_1槽架,顯示用戶參數界面如下圖:

             零點和幅值同8AD用戶參數設置相同,只是缺少濾波選擇項目。
            本例除一通道因為是接變頻器控制設置為0-10V輸出外,其余全部設置為4-20mA電流輸出。

            這是因為本系統有多余的模擬量輸出通道,且變頻器僅為一臺,為節約成本,此處采用0-10V模擬量輸出控制變頻器轉速。如果變頻器較多的場合下也可以采用在稍后介紹的PROFINET轉MODBUS網橋來控制多臺變頻設備。
        2. 5. 3熱電阻溫度采集模塊:
        和前面一樣,添加CMDF9-8ADP到網絡中,分配好IP地址和設備名稱:


        8個熱電阻通道占用IW18-IW32共計8個字。
        為該模塊配置相應的工作參數:
         溫度范圍設定:
        由于采集溫度在100攝氏度以下,所有工作溫度范圍段均選-50-200度:
        和其他模塊不同,在此溫度段范圍,模塊分辨率同樣為12bit。

        濾波設置:
            為有效濾除干擾,這里設置為一次濾波,考慮到溫度響應緩慢,也可設置2~3次濾波。
        零點修正:
        和8AD采集模塊相似,零點調整用于對準PT-100傳感器低溫度與采集值。
         -50-200度幅值修正:
        -50-200度幅值修正幅值修正是校準***在高溫度200度時采集溫度數據。
        一般情況下,廠家已經按0.5%精度校準,除非傳感器誤差偏大或者線路等影響才會去調整。
          -50-410度幅值修正:
        -50-410度幅值修正幅值修正是校準在高溫度410度時采集溫度數據。
         輸出類型設置:
        采集的溫度按無符號整型數據表示或者按有符號的實際溫度表示。
        無符號整型數據0-4095,對應-50-200度范圍,需要進行工程量轉換才能表示溫度高低。
        實際溫度是經過工程量轉換后的數據,為了提高分辨率且避免在PLC內進行浮點數運算增加PLC掃描周期,CMDF9-8ADP表示的溫度數據是實際溫度乘以10,即:-50-200度對應溫度數據是-500-2000。實際使用無論是比較或者運算除去采集溫度外其他數據均可以先按10倍處理,這樣可以提高溫度分辨率到0.1度。
        l  斷線報警設置:

        一旦纖細的鉑金絲斷裂或者傳感器外部導線接觸不良、端子螺釘壓接不好,可能造成采集溫度異常。因此,模塊一旦檢測異常會發出報警,***會讓采集溫度數據偏向某一根方向,同時發出診斷故障信息給PLC,避免控制出現嚴重事故:
        例如:反應池溫度60度,工藝要求保持反應池溫度為80度,勢必導致PLC輸出加熱控制信號,直到目標值達到給定值80度,才會停止加熱。
        一旦出現斷線事故,采集的溫度不能真實反應實際溫度會一直加熱,甚至超過安全溫度到沸騰,釀成安全事故。有了斷線偏向大值報警,會使正在加熱的設備停止加熱。
            也有工藝需求不允許溫度太低,從而選擇偏向低端值工作。
        2. 5. 4 開關量輸出模塊
            CMDF9-32DOP是一款密集型PNP型晶體管輸出IO,輸出有效時對應通道LED綠色指示燈點亮,相應端子輸出DC24V電壓,反之燈滅,輸出24V電源斷開。適合驅動信號燈或者小型中間繼電器。
            安裝方式和前面介紹的模塊相同,只是沒有用戶參數設置,更為簡單。但需注意密集型輸出IO模塊一般驅動電流較小,所以不能直接驅動大電流負載,較大功率負載還是讓中間繼電器、接觸器來承擔吧!
        2. 5. 5 開關量輸入模塊
            安裝方式和前面介紹的模塊相同,也沒有用戶參數設置。
            采集現場行程開關和閥門開到位、關到位的開關信號,一個CMDF9-32DI模塊分配有2組輸入方式選擇端子,方便現場不同外部設備需要:
         有源輸入方式(NPN輸入):
        這是帶24V電源的輸入,當外部設備發出高限報警和允許設備啟動閥門命令后,對應端子上***有DC24V電源進入,我們通常選擇的的是有源輸入方式,工程中S1端子短接到模塊M(地),允許通道1-通道16有源輸入。
            有源輸入一般需增加保護電路,例如保險絲,防止輸入電纜誤碰設備外殼(一般設備外殼帶保護地)而燒毀輸入通道回路的外部元件。
         漏輸入方式(PNP輸入):
            普通閥門行程開關一般是干接點輸出,所以我們選擇S2連接到模塊的24V端,這樣通道17-通道32工作在漏輸入方式:一旦閥門上的行程開關閉合,從各輸入通道流出的電流經行程開關閉合流回到地(M),完成已到位的狀態。漏輸入方式因為回路有限流電阻,即使輸入端誤碰機殼地,也不會燒毀外部回路的任何元件,推薦現場盡量選擇這種方式使用。
        2. 5. 6 數據顯示表
            CMD4A9支持PROFINET遠程顯示PLC內數據,特別適合在現場顯示工藝參數和操作監視數據。
            使用方式在連載“PROFINET數據顯示器在工程中的使用”已經有過介紹。
        這里不再贅述。
        2.6  編程控制器
        根據工藝系統需要,控制器添加合適的組織塊滿足編程需要,還可以根據運算的需要添加數據塊等其他塊。
        OB100是整個控制系統初始化用程序塊,包括各設備初始化和運算用寄存器清零和工藝參數設置,PLC上電只執行一次該程序塊。
        OB35是循環中斷產生程序塊,系統需要一個基本的時序,包括順序脈沖產生和定時采樣,都以這個程序塊來處理。
        OB1是主程序塊,很多運算、控制和調用子程序在這里編制,由于各個工程工藝流程不相同,所以這里并不討論工藝流程和詳細的程序處理。
          編輯完成后編譯下載到控制器內。
        2.7  在線設置
        為了關聯所有模塊與控制器,初次使用CMDF9,還需要分別分配它們的名稱和IP地址,便于和剛剛在控制器配置的GSDML相關聯。
        連接好同一網絡即中的CMDF9模塊并送電,等待各模塊完成自檢、初始化設備和連接網絡等初始化任務后,在“項目樹”中的“在線訪問”菜單內找到你的計算機網卡點開:
          
         

















        雙擊“更新可訪問的設備”等待掃描結果
        \
         
        在項目樹欄目下搜索到高亮的可訪問設備及特定的MAC地址,并雙擊“在線訪問”進入診斷分配界面:
        \
        展開“功能”下的“分配IP地址”,按前面控制器分別分配各CMDF9模塊的IP地址填寫192.168.0.xxx,然后再點按“分配IP地址”按鈕:
        界面下端顯示“參數已經成功傳輸”。
        接下來將分配設備名稱,我們依然按前面控制器配置相同,并分別分配各模塊,這里顯示表因為數量比較多,被依次分配為CMD4A9_1、CMD4A9_2、CMD4A9_3……、CMD4A9_6共計6個每一個顯示表占用4byte的Q輸出字節。
        \

        成功傳輸名稱參數后,各模塊和顯示表將自動連接到網絡并接收PROFINET網絡數據。無論是在線訪問還是設備在線監視下,都能觀察到各設備已經正常工作并且無任何警告提示(沒有紅色叉提示)。
        如分配名稱后設備并沒有正常工作,可能PLC沒有清除掉原有的配置數據,需要重新初始化到出廠設置值后斷電5分鐘,重新下載新配置。
        特別指出:
        PROFINET網絡設備的名稱非常重要,它的優先級別高于IP地址,所以如果控制器網絡中如果已經存在工作中的設備并且名稱與控制器指定名稱相符,是不能修改IP地址的,要修改IP地址,要么拔掉控制器連接到網絡的電纜,要么***先修改轉角指示器的設備名稱,等待設備離線后你才能重新修改IP地址。
        一旦你修改的設備名稱與控制器中指定的名稱相符,即便是原來設備的IP地址并不是控制器內相同名稱下的IP地址,也會自動關聯上IP并開始正常工作。
        例如:網絡中的CMD4A9 名稱是CMD4A9_1,IP地址是192.168.0.121,并沒有正常與控制器通訊連接,一旦你修改名稱為CMD4A9_1,那么系統會自動關聯控制器指定的IP地址為192.168.0.120,這一點非常重要,特別牢記!

        2.8  添加監視
        接下來我們將CMDF9-8AD、CMDF9-8ADP對應的IW
        區添加到添加到監控表_1并按10進制監視,在線后***能及時監視采集值是多少數據。
        CMDF9-32DI也添加到對應IW區并按二進制方式監視,能看到對應位置是否動作。
        對于CMDF9-8DA模擬量輸出及CMDF9-32DOP開關量輸出模塊,同樣發方式也可以添加輸出監視區QW,便于強制輸出便于測試輸出。

        \
        至此,模塊的配置和測試即告完畢,由此可見應用將變得非常簡單!
        下面是網絡設備示意:
        \

        5.特別說明
        CMDF9系列模塊和顯示表(器)主芯片是采用PI推薦的ERTC200P,******由該芯片獨立完成PROFINET RT和IRT功能,功能完善、穩定可高,這和市面上某些用普通以太網芯片模擬PROFINET是不同的。
        4.結論
        CMDF9 PROFINET系列產品是分體式模塊,每個模塊均帶有2個PROFINET網絡接口,既可以集中安裝,又能分開安裝,靈活方便的優點,適合各現場級別的數據采集、控制和顯示,彌補PLC在現場顯示某些方面的不足,不失一種廉價的PLC控制系統數據采集、控制、顯示解決方案,具有一定的推廣應用價值!

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