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产品描述

产地德国 品牌西门子

西门子6ES7214-1HG40-0XB0型号规格

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 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


 

什么是电力宽带PLC

PLC(Power Line Communication)即电力线通信是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。迄今,PLC技术已经有几十年的发展历史,在技术发展的各个阶段,电力系统已经得到了不同的应用。在高压输电网(35kV以上)、中压输电网(10kV-35kV)以及低压(10kV以下)的各个领域,数据传输的通讯数率不断提高。现阶段,在低压配电网上传输数率已由1Mbps发展到2Mbps、14Mbps、24Mbps、45Mbps甚至达到100Mbps和200Mbps的高速率,传输距离可达300米。在中压配电网传输技术方面,高于10Mbps数据信号的设想和方案也日益引起人们的重视并开发成功。

PLC

电力线是一个极其不稳定的高躁声、强衰减的传输通道,要实现可靠的电力线高速数据通信,必须解决低压配电网上各种因素如:噪声、阻抗波动、配电网结构、电磁兼容性以及线路阻抗和容性负载引起的信号衰减等主要因素对数据传输的影响。

为了解决以上低压配电网中各因素对数据传输的影响,在国际范围内,低压配电网的高速数据通信普遍选择了正交频分复用技术OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)作为核心调制技术。OFDM技术采用多路窄带正交子载波,同时传输多路数据,每路信号的码元时间较长,可以避免码元间干扰。通过动态选择可用的子载波,该技术可以减少窄带干扰和频率的谷点的影响。OFDM技术起源于二十世纪六十年代,主要用于通信系统。70年代,随着离散傅立叶变换来实现多载波调制技术的提出,以及近年来数字信号处理(DSP)技术的飞速发展,OFDM作为一种可以有效对抗信号波形间干扰的高速传输技术被广泛应用于民用通信系统中。目前在无线局域网已经采用了该技术,第四代移动通信(4G)中采用OFDM技术。

                                          电力宽带PLC

电力线接入就是把户外通信设备插入到变压器用户侧的输出电力线上,该通信设备可以通过光纤与主干网相连,向用户提供数据、语音和多媒体等业务。通信质量的好坏与通信信道直接相关,很大程度上取决于接收端的噪音水平和不同频率信号的衰减。噪音越大,在接收端将越难提取出有用的信号;同样,如果信号从发送端到接收端的传输过程中发生衰减,在接收端,信号可能被淹没在噪音之中,也很难提取出有用的信号。

电力线上网在电压稳定的情况下还是非常不错的,能够达到申请时承诺的带宽,不过由于北京电压不稳定,电弧现象明显,再加上当夜间用电量一大对PLC上网影响巨大,一方面不容易拨号成功,另一方面即使连接成功速度也是非常缓慢的。

另外由于国内很多楼宇在建设时电力线走向和规格都不符合标准,所以线路虚接线路串扰的现象还是非常普遍的,在日常用电时不觉得,一旦网络数据从电线中流过则会发现所有隐患问题。而且当家中有大功率电器,诸如空调热水器工作时网络也很容易掉线。

电力线通信的噪音主要来源于与低压电网相连的所有负载以及无线电广播的干扰等,由于负载的开关会引起电力线上电流的波动,使得电力线的周围会产生电磁辐射,所以,沿电力线传送数据时,会出现许多意想不到的问题。另外,信号衰减与信道的物理长度和低压电网的阻抗匹配情况有关,由于低压电网上负载的开关是随机的,因此,其阻抗是随时间而变化的,很难进行匹配。所以,电力线通信的环境极为恶劣,在这样恶劣的环境下,很难保证数据传输的质量,必须采用许多相关的技术加以解决



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