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西門子Profinet在煙草行業(yè)的應(yīng)用和實(shí)例講解

當(dāng)今的自動(dòng)化系統(tǒng)種類各不相同，只在有限的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)兼容，難以滿足用戶設(shè)備集成和擴(kuò)容的需要，從而制約了自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。Profinet是Profibus國(guó)際組織提出的基于以太網(wǎng)的自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)，能同時(shí)以單一一條工業(yè)以太網(wǎng)電纜線的解決方案滿足3個(gè)自動(dòng)化領(lǐng)域的需求，包括IT集成化領(lǐng)域、實(shí)時(shí)自動(dòng)化領(lǐng)域和同步實(shí)施運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域。其目標(biāo)是為眾多制造商和用戶提供一個(gè)統(tǒng)一的、集成了安全技術(shù)的行規(guī)，同時(shí)滿足用語通信總線的機(jī)械設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化的需求。

在煙草行業(yè)中，各個(gè)工藝段存在設(shè)備多、布局分散的特點(diǎn)，因此采用Profinet工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)來組態(tài)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用CP343-1 / CP443-1 Advanced以太網(wǎng)通訊模塊與上位調(diào)度計(jì)算機(jī)、監(jiān)控計(jì)算機(jī)通訊，接受上位調(diào)度計(jì)算機(jī)下達(dá)的各項(xiàng)任務(wù)；底層通過Profinet 網(wǎng)絡(luò)采集現(xiàn)場(chǎng)的I/O信號(hào)和設(shè)備狀態(tài)，并控制設(shè)備的正常運(yùn)行。

目前，PROFIBUS DP系統(tǒng)已經(jīng)被大量用戶所采用，用戶可以通過PROFIBUS 實(shí)現(xiàn)組態(tài)，編程和診斷。PROFINET IO具有PROFIBUS DP類似的組態(tài)，編程和診斷方法，而且有比PROFIBUS更高的實(shí)時(shí)性能。

PROFINET IO在IO控制器和IO設(shè)備之間進(jìn)行過程數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)交換以及參數(shù)數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)。IO Supervisor（IO 監(jiān)視設(shè)備）用于HMI和診斷。

設(shè)備與系統(tǒng)描述

    在某煙草企業(yè)的制絲工藝段中，PLC采用西門子S7-300系列PLC。S7-300系列PLC處理速度更快、系統(tǒng)資源裕量更大、通訊能力更強(qiáng)、性能更加穩(wěn)定可靠，全面支持等時(shí)模式和運(yùn)行中配置等功能，由此大幅降低了工程、培訓(xùn)等費(fèi)用，是各種自動(dòng)化功能的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性解決方案。機(jī)架上增加一個(gè)CP 343-1以太網(wǎng)模塊，用于系統(tǒng)和上位調(diào)度計(jì)算機(jī)通訊。

現(xiàn)場(chǎng)分布式I/O采用具有Profinet接口的西門子的ET200S系列，用于采集現(xiàn)場(chǎng)的傳感器信號(hào)（如光電開關(guān)、接近開關(guān)、限位開關(guān)等）和按鈕指示燈信號(hào)。

　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用西門子ET200S的單相啟動(dòng)器、雙相啟動(dòng)器或軟啟動(dòng)器，每個(gè)ET200S從站帶有一個(gè)IM151-3PN接口模板（雙網(wǎng)口），可以支持Profinet總線的級(jí)聯(lián)方式，IM151-3PN接口模板的供電采用單獨(dú)供電方式，保證切斷控制電源時(shí)，Profinet網(wǎng)絡(luò)不受影響，通過它就可以和PLC之間建立網(wǎng)絡(luò)通信。

　　對(duì)于需要精確定位的設(shè)備或一些專機(jī)設(shè)備，系統(tǒng)采用變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在該方案中，采用丹佛斯帶Profinet總線通訊接口的現(xiàn)場(chǎng)安裝的變頻器FC302 IP55系列產(chǎn)品。采用Profinet總線的級(jí)聯(lián)方式。配置輸入輸出電抗器、RFI濾波器。變頻器的動(dòng)力輸出線纜采用屏蔽電纜，動(dòng)力輸出線纜和通訊電纜的屏蔽層可靠接地。Profinet總線模板的供電采用單獨(dú)供電方式，保證切斷動(dòng)力電源時(shí)，Profinet網(wǎng)絡(luò)不受影響。

　　在現(xiàn)場(chǎng)操作員終端，操作人員通過觸摸屏終端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障或需要進(jìn)行維護(hù)時(shí)，可以通過終端操作來完成模式轉(zhuǎn)換、故障處理、信息維護(hù)等操作。該方案采用的是西門子觸摸屏MP377，通過Profinet和PLC通訊。

　　對(duì)于不支持Profinet總線的器件，該方案采用Profibus總線進(jìn)行通信，并由IE/PB LINK 將現(xiàn)有的Profibus設(shè)備透明地連接到Profinet的設(shè)備。

2.

系統(tǒng)特點(diǎn)

    現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在控制過程的應(yīng)用，節(jié)省了大量的線纜、槽架、連接件，減少了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試、維護(hù)時(shí)間，方便地實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備之間以及設(shè)備與控制管理層之間的聯(lián)系，為控制信息進(jìn)入公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造了條件。與地點(diǎn)無關(guān)的控制、高速通信、靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、真正的可互操作性和開放性等高級(jí)功能的特征，使其具有強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)和廣闊的發(fā)展前景。

　　采用基于工業(yè)以太網(wǎng)的開放式、跨供應(yīng)商標(biāo)準(zhǔn)的Profinet，可實(shí)現(xiàn)從公司管理層直到現(xiàn)場(chǎng)層直接、透明的訪問。Profinet基于現(xiàn)有成熟IT標(biāo)準(zhǔn)，并提供對(duì)TCP/IP的全面支持，用戶能夠毫不費(fèi)力的與現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展及便捷集成。

3.

系統(tǒng)配置步驟

接下來，我們就以一個(gè)實(shí)例，一步一步教大家如何配置組態(tài)一個(gè)PROFINET IO系統(tǒng)。本實(shí)例項(xiàng)目是由一個(gè)S7-300 PLC ， CP343-1（支持PROFINET IO Controller）和具有PN接口的ET200S組成。

第1步，新建一個(gè)項(xiàng)目，插入一個(gè)Simatic 300站，如圖3-1所示：

第2步，在硬件組態(tài)中插入一個(gè)CP343-1，新建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接Ethernet (1)，并且配置IP地址，如圖3-2所示：

第3步，在CP343-1的右鍵中選擇“插入PROFINET IO系統(tǒng)”，如圖3-3所示：第4步，在右邊的PROFINET IO設(shè)備欄內(nèi)，選擇實(shí)際的遠(yuǎn)程IO設(shè)備，在PROFINET IO總線上插入一個(gè)ET200S站IM151-3PN，并且給給IM151-3PN配置它的設(shè)備名“IM151-3PN”，如圖3-4所示：第5步，在IM151-3PN中插入相應(yīng)的DI和DO模塊，如圖3-5所示：

第6步，選中PROFINET IO總線，然后右鍵菜單選擇“目標(biāo)屬性”，如圖3-6所示：

第7步，在PROFINET IO總線的屬性中，在Communication allocation(PROFINET IO)選項(xiàng)內(nèi)可配置PROFINET IO通訊占比，當(dāng)有PROFINETCBA通訊存在時(shí)，必須給PROFINETCBA通訊預(yù)留一部分通訊比例，如圖3-7所示：

第8步，配置IM151-3PN的更新時(shí)間，這個(gè)更新時(shí)間是根據(jù)設(shè)備的性能決定的，性能好的設(shè)備更新時(shí)間可達(dá)1ms，有的廠商提供的PROFINET IO設(shè)備最多也只能有8ms的更新時(shí)間，如圖3-8所示：

第9步，配置IM151-3PN的屬性，分配設(shè)備名，本例就為“IM151-3PN”；設(shè)備號(hào)碼本例配置為“1”，Step7會(huì)自動(dòng)分配，當(dāng)你有2個(gè)以上的遠(yuǎn)程IO站時(shí)，設(shè)備號(hào)碼不能重復(fù)，否則無法編譯通過；設(shè)備的IP地址是由Step7自動(dòng)分配的，你也可以手動(dòng)指派IP地址；如圖3-9所示：

第10步，編譯硬件組態(tài)，如圖3-10所示：

第11步，打開PST軟件，掃描網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如圖3-11所示：

第12步，按照在Step7中的實(shí)際組態(tài)，分配IP地址，如圖3-12所示：

第13步，下載IP地址至設(shè)備中，如圖3-13所示：

第14步，下載后，設(shè)備已經(jīng)有了IP地址了，如圖3-14所示：

第15步，給IM151-3PN也分配IP地址，如圖3-15所示：

第16步，下載硬件組態(tài)，如圖3-16所示：

第17步，在線監(jiān)視硬件組態(tài)，發(fā)現(xiàn)CP343-1有故障，原因是遠(yuǎn)程站IM151-3PN的設(shè)備名還未分配，如圖3-17所示：

第18步，給IM151-3PN也分配指派設(shè)備名，如圖3-18所示：

第19步，在彈出來的對(duì)話框中，選中你要指派設(shè)備名的設(shè)備，然后點(diǎn)擊右邊的“Assign name/指派名稱”按鈕，如圖3-19所示：

第20步，可以看到IM151-3PN已經(jīng)有了設(shè)備名（與硬件組態(tài)的設(shè)備名相同，PN IO 控制器才能依靠此設(shè)備名找到它），如圖3-20所示：

第21步，再次在線監(jiān)視硬件組態(tài)，發(fā)現(xiàn)此時(shí)PN IO系統(tǒng)工作正常，如圖3-21所示：

    至此，如何組態(tài)PN IO系統(tǒng)已經(jīng)介紹完畢。還有一些注意點(diǎn)，如果你用的PLC是S7-300系列的，使用CP卡作為PN IO控制器，都需要在程序里調(diào)用PN_SEND和PN_RECV來驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程IO設(shè)備。而S7-400的PLC是不需要編程的，可以直接驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程IO設(shè)備。

4.

總結(jié)

    系統(tǒng)的profinet網(wǎng)絡(luò)集成了強(qiáng)大功能，從網(wǎng)絡(luò)安裝到基于web診斷的整個(gè)自動(dòng)化解決方案的實(shí)現(xiàn)；profinet的模塊化結(jié)構(gòu)可非常容易地?cái)U(kuò)展和包含其他功能；profinet提供標(biāo)準(zhǔn)化的獨(dú)立于制造商的工程接口，它能夠方便地把各個(gè)制造商的設(shè)備和組件集成到單一系統(tǒng)中。人機(jī)界面友好，不僅使現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控更便捷，同時(shí)其通訊功能使車間總控室可以實(shí)時(shí)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況。

    新的控制系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議簡(jiǎn)化為一種，極大地節(jié)約了構(gòu)建成本、未來維護(hù)成本。同時(shí)為未來柔性制絲系統(tǒng)的構(gòu)建打下了良好的基礎(chǔ)。