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PROFINET分體式遠程模塊應用介紹
更新時(shí)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(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化總線(xiàn)標準的新一代現場(chǎng)總線(xiàn)。
作為PROFIBUS的升級換代現場(chǎng)總線(xiàn),PROFINET在自動(dòng)化通信領(lǐng)域中提供了一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò )和自動(dòng)化解決方案,借助現有網(wǎng)絡(luò )和設備,能非常廉價(jià)和方便的滿(mǎn)足聯(lián)網(wǎng)、組網(wǎng)、光纖、無(wú)線(xiàn)數傳需求。
近年西門(mén)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(jīng)取消PROFIBUS DP接口,并自帶一個(gè)甚至多個(gè)PROFINET網(wǎng)絡(luò )接口,這雖為下一步PROFINET聯(lián)網(wǎng)和擴展現場(chǎng)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(lái)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(jiǎn)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(mén)位置和行程開(kāi)關(guān)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(mén)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(mén)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(mén)和變頻器                一塊;
開(kāi)關(guān)量輸出模塊:CMDF9-32DOP   遠端指示燈和電動(dòng)閘閥變頻器啟停  一塊;
開(kāi)關(guān)量輸入模塊:CMDF9-32DI     遠端加藥設備和電動(dòng)閘閥位置檢測  一塊;
現場(chǎng)參數顯示表:CMD4A9        現場(chǎng)顯示溫度和流量、液位數據     六塊;
2.2  創(chuàng )建工程:
西門(mén)子S7-1200 PLC V4.0以上是帶有以太網(wǎng)接口的小型PLC并支持PROFINET網(wǎng)絡(luò )連接,適合規模較小的簡(jiǎn)易應用工程,本例其實(shí)也可以選擇性能更好的S7-1500 PLC。
對于TIA Portal軟件聲稱(chēng)推薦的I7/8G RAM,不必太苛求達到,事實(shí)上,我們曾經(jīng)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(jìn)入TIA Portal主界面,創(chuàng )建一個(gè)工程應用:
“污水處理”
當然,你也可以在剛進(jìn)入的主界面的左下角點(diǎn)擊進(jìn)入“項目視圖”去操作:

 
2 . 3 組態(tài)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(jìn)入“項目視圖”中,內容齊全、非常直觀(guān)。
接下來(lái)點(diǎn)擊進(jìn)入“組態(tài)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(diǎn)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(shí)自動(dòng)進(jìn)入到“項目視圖”內。你也可以在任意時(shí)候雙擊左面“設備組態(tài)”菜單進(jìn)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(guān)鍵參數才能讓控制器正常工作。
    點(diǎn)擊“常規”欄目下 “PROFINET 接口”菜單,展開(kāi)“以太網(wǎng)地址”:
    本例選擇常規192.168.0.xxx網(wǎng)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(shí)可以借用辦公以太網(wǎng)絡(luò )而無(wú)需另外布線(xiàn)。
    當然可以根據自己已有的網(wǎng)段自行選擇其他網(wǎng)段。
    至于設備名稱(chēng),采用自動(dòng)生成PROFINET設備名稱(chēng)***好了。
    在“接口連接到”“子網(wǎng)絡(luò ):”中添加一個(gè)PN/IE_1網(wǎng)絡(luò )。其他設置如果沒(méi)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(diǎn)擊“安裝設備描述文件”GSDML菜單,進(jìn)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(shí)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(jiàn)下圖:
 












從GSDML文件名稱(chēng)結構可以了解對應文件的創(chuàng )建或者修改日期以及相應的版本,名稱(chēng)結構示意如下:
GSDML-架構版本-制造商名稱(chēng)-設備族名稱(chēng)-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(mén)子ERTEC200P開(kāi)發(fā)平臺架構。
一旦選擇存放GSDML的文件夾,會(huì )彈出如下界面:







 








這里會(huì )顯示已經(jīng)安裝過(guò)該文件和尚未安裝的文件
選擇一個(gè)需要安裝的GSDML文件點(diǎn)擊安裝后立即開(kāi)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(shí)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(dòng)退出,時(shí)間較長(cháng)不是死機!
2 . 5 組態(tài)CMD系列模塊:
     接下來(lái)按相同方式把PROFINET  I/O設備依次組態(tài)到控制器的網(wǎng)絡(luò )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(diǎn)中“網(wǎng)絡(luò )視圖”按鈕,在硬件目錄里找到“其他現場(chǎng)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(shí)期的設備。
     采用雙擊或拖拽方式把該設備添加到到網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)絡(luò )示意:
\
雙擊CMDF9-8AD進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )設置界面,因為已經(jīng)連接到控制器網(wǎng)絡(luò )中,所以會(huì )自動(dòng)分配遠程寄存器地址:
上圖中I寄存器地址被系統自動(dòng)分配1-16。
當然也可以點(diǎn)擊重新分配允許范圍的地址即IW2-QW16共8個(gè)字:



 

接下來(lái)分配8AD的IP地址和名稱(chēng):
\
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(jiǎn)單使用自動(dòng)生成PROFINET設備名稱(chēng),本例為CMDF9-8AD。如有更多的同類(lèi)設備,會(huì )自動(dòng)生成下劃線(xiàn)序列CMDF9-8AD_1……。
因為該類(lèi)模塊的工作方式需要配置,接下來(lái)在選中模塊以太網(wǎng)口后再單擊-8AD_1槽架,顯示用戶(hù)參數界面如下圖:
\

通道輸入類(lèi)型選擇:

  






模塊的8個(gè)輸入通道輸入信號均可單獨設置3種輸入類(lèi)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(shí)間會(huì )越長(cháng),一般選擇默認的1次濾波。
 通道零點(diǎn)調整:
當外部傳感器輸入信號極小值時(shí),采集的數碼值并不是0的時(shí)候,用戶(hù)可以小范圍調整零點(diǎn),比如液位信號4mA,采集的數碼值是10而非0,這時(shí)可以減少零點(diǎn)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(shí)際輸入信號為4.3mA,說(shuō)明采集的數據值高于標準值77,這時(shí)可以調整零點(diǎn)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(shí)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(shí)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(huì )。
   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(dòng)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(diǎn)開(kāi)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(shí)期的設備。
用雙擊或者拖拽的方式把該設備添加到到網(wǎng)絡(luò )視圖中,右鍵選擇“未分配”處,選擇并加入到PLC_1PROFINET 接口_1,進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )設置界面,因為已經(jīng)連接到控制器網(wǎng)絡(luò )中,所以會(huì )自動(dòng)分配遠程寄存器地址:QW2-QW16。
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繼續分配8DA的IP地址:192.168.0.226。
使用自動(dòng)生成PROFINET設備名稱(chēng),本例為CMDF9-8DA。如有更多的同類(lèi)設備,會(huì )自動(dòng)生成下劃線(xiàn)序列CMDF9-8DA_1……。
     該類(lèi)模塊的工作方式依然需要配置,接下來(lái)選中模塊以太網(wǎng)口后再單擊-8DA_1槽架,顯示用戶(hù)參數界面如下圖:

     零點(diǎn)和幅值同8AD用戶(hù)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(chǎng)合下也可以采用在稍后介紹的PROFINET轉MODBUS網(wǎng)橋來(lái)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(wǎng)絡(luò )中,分配好IP地址和設備名稱(chēng):


8個(gè)熱電阻通道占用IW18-IW32共計8個(gè)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(diǎn)修正:
和8AD采集模塊相似,零點(diǎn)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(shí)采集溫度數據。
一般情況下,廠(chǎng)家已經(jīng)按0.5%精度校準,除非傳感器誤差偏大或者線(xiàn)路等影響才會(huì )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(shí)采集溫度數據。
 輸出類(lèi)型設置:
采集的溫度按無(wú)符號整型數據表示或者按有符號的實(shí)際溫度表示。
無(wú)符號整型數據0-4095,對應-50-200度范圍,需要進(jìn)行工程量轉換才能表示溫度高低。
實(shí)際溫度是經(jīng)過(guò)工程量轉換后的數據,為了提高分辨率且避免在PLC內進(jìn)行浮點(diǎn)數運算增加PLC掃描周期,CMDF9-8ADP表示的溫度數據是實(shí)際溫度乘以10,即:-50-200度對應溫度數據是-500-2000。實(shí)際使用無(wú)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(xiàn)報警設置:

一旦纖細的鉑金絲斷裂或者傳感器外部導線(xiàn)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(huì )發(fā)出報警,***會(huì )讓采集溫度數據偏向某一根方向,同時(shí)發(fā)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(huì )停止加熱。
一旦出現斷線(xiàn)事故,采集的溫度不能真實(shí)反應實(shí)際溫度會(huì )一直加熱,甚至超過(guò)安全溫度到沸騰,釀成安全事故。有了斷線(xiàn)偏向大值報警,會(huì )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(kāi)關(guān)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(shí)對應通道LED綠色指示燈點(diǎn)亮,相應端子輸出DC24V電壓,反之燈滅,輸出24V電源斷開(kāi)。適合驅動(dòng)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(méi)有用戶(hù)參數設置,更為簡(jiǎn)單。但需注意密集型輸出IO模塊一般驅動(dòng)電流較小,所以不能直接驅動(dòng)大電流負載,較大功率負載還是讓中間繼電器、接觸器來(lái)承擔吧!
2. 5. 5 開(kāi)關(guān)量輸入模塊
    安裝方式和前面介紹的模塊相同,也沒(méi)有用戶(hù)參數設置。
    采集現場(chǎng)行程開(kāi)關(guān)和閥門(mén)開(kāi)到位、關(guān)到位的開(kāi)關(guān)信號,一個(gè)CMDF9-32DI模塊分配有2組輸入方式選擇端子,方便現場(chǎng)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(fā)出高限報警和允許設備啟動(dòng)閥門(mén)命令后,對應端子上***有DC24V電源進(jìn)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(mén)行程開(kāi)關(guān)一般是干接點(diǎn)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(mén)上的行程開(kāi)關(guān)閉合,從各輸入通道流出的電流經(jīng)行程開(kāi)關(guān)閉合流回到地(M),完成已到位的狀態(tài)。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(huì )燒毀外部回路的任何元件,推薦現場(chǎng)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(chǎng)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(jīng)有過(guò)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(mǎn)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(gè)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(huán)中斷產(chǎn)生程序塊,系統需要一個(gè)基本的時(shí)序,包括順序脈沖產(chǎn)生和定時(shí)采樣,都以這個(gè)程序塊來(lái)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(gè)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(xiàn)設置
為了關(guān)聯(lián)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(chēng)和IP地址,便于和剛剛在控制器配置的GSDML相關(guān)聯(lián)。
連接好同一網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)絡(luò )等初始化任務(wù)后,在“項目樹(shù)”中的“在線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)”菜單內找到你的計算機網(wǎng)卡點(diǎn)開(kāi):
  
 

















雙擊“更新可訪(fǎng)問(wèn)的設備”等待掃描結果
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在項目樹(shù)欄目下搜索到高亮的可訪(fǎng)問(wèn)設備及特定的MAC地址,并雙擊“在線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)”進(jìn)入診斷分配界面:
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展開(kāi)“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(xiě)192.168.0.xxx,然后再點(diǎn)按“分配IP地址”按鈕:
界面下端顯示“參數已經(jīng)成功傳輸”。
接下來(lái)將分配設備名稱(chēng),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(gè)每一個(gè)顯示表占用4byte的Q輸出字節。
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成功傳輸名稱(chēng)參數后,各模塊和顯示表將自動(dòng)連接到網(wǎng)絡(luò )并接收PROFINET網(wǎng)絡(luò )數據。無(wú)論是在線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)還是設備在線(xiàn)監視下,都能觀(guān)察到各設備已經(jīng)正常工作并且無(wú)任何警告提示(沒(méi)有紅色叉提示)。
如分配名稱(chēng)后設備并沒(méi)有正常工作,可能PLC沒(méi)有清除掉原有的配置數據,需要重新初始化到出廠(chǎng)設置值后斷電5分鐘,重新下載新配置。
特別指出:
PROFINET網(wǎng)絡(luò )設備的名稱(chēng)非常重要,它的優(yōu)先級別高于IP地址,所以如果控制器網(wǎng)絡(luò )中如果已經(jīng)存在工作中的設備并且名稱(chēng)與控制器指定名稱(chēng)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(wǎng)絡(luò )的電纜,要么***先修改轉角指示器的設備名稱(chēng),等待設備離線(xiàn)后你才能重新修改IP地址。
一旦你修改的設備名稱(chēng)與控制器中指定的名稱(chēng)相符,即便是原來(lái)設備的IP地址并不是控制器內相同名稱(chēng)下的IP地址,也會(huì )自動(dòng)關(guān)聯(lián)上IP并開(kāi)始正常工作。
例如:網(wǎng)絡(luò )中的CMD4A9 名稱(chēng)是CMD4A9_1,IP地址是192.168.0.121,并沒(méi)有正常與控制器通訊連接,一旦你修改名稱(chēng)為CMD4A9_1,那么系統會(huì )自動(dòng)關(guān)聯(lián)控制器指定的IP地址為192.168.0.120,這一點(diǎn)非常重要,特別牢記!

2.8  添加監視
接下來(lái)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(jìn)制監視,在線(xiàn)后***能及時(shí)監視采集值是多少數據。
CMDF9-32DI也添加到對應IW區并按二進(jìn)制方式監視,能看到對應位置是否動(dòng)作。
對于CMDF9-8DA模擬量輸出及CMDF9-32DOP開(kāi)關(guān)量輸出模塊,同樣發(fā)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。

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至此,模塊的配置和測試即告完畢,由此可見(jiàn)應用將變得非常簡(jiǎn)單!
下面是網(wǎng)絡(luò )設備示意:
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5.特別說(shuō)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(wǎng)芯片模擬PROFINET是不同的。
4.結論
CMDF9 PROFINET系列產(chǎn)品是分體式模塊,每個(gè)模塊均帶有2個(gè)PROFINET網(wǎng)絡(luò )接口,既可以集中安裝,又能分開(kāi)安裝,靈活方便的優(yōu)點(diǎn),適合各現場(chǎng)級別的數據采集、控制和顯示,彌補PLC在現場(chǎng)顯示某些方面的不足,不失一種廉價(jià)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(jià)值!

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