西門子S7-300/400在酸再生自動生產線中的應用

摘 要: 西門子是提供PLC和DCS自動化技術的先鋒。現代的工業自動化要不斷地面對現場總線、智能現場設備挑戰，本文作者重組現場調試經驗，快捷掌握S7-400 station信息傳輸和數據交換技術，希望能與現場技術支持的工程師經驗公享。

關鍵詞: MPI網絡 PROFIBUS網絡 西門子S7-300/400

S7-300/400 PLC的程序結構復雜，使用者很難全面掌握S7-300/400的功能，實際應用過程較難。以下是我們在做ARP(酸再生)自動生產線時現場調試過程中的部分經驗。

1.SIMATIC NET工業通信網[1-4]

SIMATIC NET 是西門子的工業通信網解決方案的統稱。

1.1 工業通信網絡結構

一般而言，企業的通信網絡可劃分為三級:企業級、車間級和現場級。

1.1.1企業級通信網絡。

企業級通信網絡用于企業的上層管理，為企業提供生產、經營、數據管理等數據，通過信息化的方式優化企業資源，提高企業的管理水平。

1.1.2車間級通信網絡。

車間級通信網絡介于企業級和現場級之間。它的主要任務是解決車間內各需要協調工作的不同工藝段之間的通信，從通信角度來看，要求通信網絡能夠高速傳遞信息數據和少量控制數據，同時具有較強的實時性。對車間級通信網絡，所使用的主要解決方案是工業以太網。

1.1.3現場級通信網絡。

現場級通信網絡處于工業網絡系統的最底層，直接連接現場的各個設備，包括I/O設備、傳感器、變送器、變頻與驅動等裝置，由于連接的設備變化萬千，因此所使用的通信方式也就相對復雜。而且，由于現場級通信網絡直接連接現場的設備，網絡上傳的主要是控制信號，因此對網絡的實時性和確定性要有很高的要求。對現場級通信網絡，PROFIBUS是主要的解決方案。

1.2 SIMATIC NET的現場級通信技術說明

在SIMATIC NET解決方案的范疇內使用許多通信技術，在通信、配置/組態、編程中需要設計一些通信的技術規范。

1.2.1MPI(Multi-Point Interface，多點接口)協議。MPI通信用于小范圍、小點數的現場級通信。MPI是為S7/M7和C7系統提供多點接口，它的設計用于編程設備接口，也可以用來在少數CPU之間傳遞少量的數據(對于S7-300/400 station系列可達32-126個節點)。比如CPU-414-2DP(訂貨號6ES7-2XK05-0AB0)模塊上端接口X1(標有MPI/DP)，有126個節點。

1.2.2PROFIBUS協議。PROFIBUS符合國際標準IEC61158，是目前國際上通用的現場總線標準之一，其技術協議包括三個部分:

1.2.2.1PROFIBUS-DP。主站和從站采用輪詢的通信方式，支持高速的循環數據通信，主要應用于制造業自動化中的現場級的通信。

1.2.2.2PROFIBUS-PA。電源和通信數據通過總線并行傳輸，主要用于面向過程自動化系統中本質安全要求的防爆場合。

1.2.2.3PROFIBUS-FMS。定義了主站和從站之間的通信模型，主要用于自動化系統車間級的數據交換。

1.2.2.4工業以太網。主要為SIMATIC NET提供了一個無逢集成到多媒體世界的途徑。

1.2.2.5PtP(Point-to-Point)連接。在SIMATIC中，點對點連接通過串口(DB9的PIN:2、3、5)連接模式實現。

1.2.2.6AS-Interface。傳感器/執行器接口，是用于自動化系統的最底層的通信網絡。它被專門設計成用來連接二進制的傳感器和執行器，每個從站的最大數據為4bit。

2.SIMATIC NET的現場級全局數據包通信方式[5]

對于PLC之間或PLC的CPU和其他站點之間的數據交換，只需關心數據的發送區和接收區，全局數據包的通信方式是在配置PLC硬件的過程中，配置/組態所要通信的PLC站之間的發送區和接收區，不需要任何編程處理，這種通信方式只適合S7-300/400PLC之間相互通信。

2.1網絡配置

采用端接口X1(標有MPI/DP)-MPI 電纜。

2.2硬件和軟件要求

2.2.1CPU 3xx-2DP。

2.2.2CPU 4xx-2DP。

2.2.3MPI 電纜。

2.2.4STEP 7 V5.2 SP1。

2.3網絡組態與參數設置

2.3.1建立MPI網絡。在STEP 7中建立一個新項目，如名為:MPI_GD，在此項目下插入兩個PLC站，分別為STATION_CPU_4xx_2DP、STATION_CPU_3xx_2DP，并分別插入CPU完成硬件組態，建立MPI網絡的站地址和通信速率(波特率)。例如STATION_CPU_4xx_2DP設置為2號站;STATION_CPU_3xx_2DP設置為4號站，通信速率為187.5Kbit/s(一般不大于12MHz)。

2.3.2組態數據的發送區和接收區。選中MPI網絡，再選擇“Options”-\"Define Global Data\"，進入組態畫面(標題欄:GD-MPI(1))。

2.3.3插入所需要通信的CPU。插入所購的硬件對應的CPU，雙擊所打開組態界面中“GD_ID”右側的CPU欄選擇所需要的CPU。“GD_ID”右側共有15列，表明最多可供15個CPU參與通信(我們這里選擇2個:3xx-2DP和CPU 4xx-2DP)。在每個CPU欄下填上數據的發送區和接收區，例如CPU 4xx-2DP(這里CPU 414-2DP)的發送數據區，如選擇DB1.DBB0-DB1.DB21，則可以填寫:DB1.DBB0:22(DB1.DBB0=起始地址，22=數據長度)，然后在GD-MPI(1)組態界面的命令菜單“Edit”下拉菜單中選擇“Sender”設為發送區。利用同樣方法將CPU 3xx-2DP(這里CPU 315-2DP)的接收區設為:DB1.DBB0:22(DB1.DBB0-DB1.DB21)。發送和接收區的地址區可以為DB、 M 、I、Q區，S7-300地址區最大長度為22 Bytes， S7-400的為54 Bytes。發送區和接收區長度必須一致。所以本例通信區為:DB1.DBB0:22。

2.3.4多CPU通信。多CPU通信，要了解上述組態界面中的一欄的“GD_ID”參數，編譯以后(Save and Sompile)，每行通信區都有GD_ID號，如:GD1.1.1，GD 1.2.1，SR1.1，SR2.1，若通信區選擇M 區，GD_ID號為GST，GDS x.x，如:GDS 2.1。

3.S7 PLC 與HMI產品之間MPI/PROF-IBUS 通信[6-7]

S7300/400與HMI產品之間MPI/PROFIBUS 通信不需要STEP 7軟件組態，也不需要任何程序，只須在HMI組態軟件上設置一下相關的參數即可。這里HMI以WinCC為例。

3.1PC機的PLC方MPI/PROFIBUS 通信參數

PC機上插好網卡，在PC的“控制面板”中雙擊“Setting the PG/PC Interface”，對應硬件準確設置“PG/PC”接口。

3.2在WinCC上添加SIMATIC通信協議

打開WinCC，選擇“Tag Manangement”(變量管理)，右鍵選擇“Add New Driver”，在彈出窗口“SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE”連接驅動，將其添加到“Tag Manangement”下。S7協議組包括在不同網絡上應用的S7協議，這些網絡協議包括MPI網絡、PROFIBUS網絡及工業以太網。

3.3選擇WinCC通信卡

選擇MPI通信協議或PROFIBUS通信協議并右鍵選擇“System Parameter”，選擇邏輯設備名(Select Logical device name)，對應硬件的總線:MPI/PROFIBUS;對應的邏輯設備名:比如，CP5611(MPI)，CP5613(P-ROFIBUS)。

3.4基于MPI/PROFIBUS網絡的WinCC通信連接的建立

分別選擇(若MPI和PROFIBUS網絡都存在)MPI和PROFIBUS通信驅動并右鍵選擇“New Driver Connection”為次連接命名，入Wincc_MPI_PLC， Wincc_PROFIBUS_PLC對應硬件和站號的定義定義Station A-ddress(MPI或PROFIBUS地址)，Seg-ID，Rac-k Number，Slot Number(CPU的槽號)。

3.5通信診斷

在“Setting the PG/PC Interface”中，MPI網絡，一般不具有通訊診斷功能;PROFIBUS網絡和工業以太網有。

我們還可以在激活WinCC時啟動PC機左下角菜單“開始” 按“SIMATIC”-WinCC-“Tools”-\"Channel Diagonis\"啟動WinCC通信通道監測。

4.利用現有相關的STEP 7例程縮短軟件開發周期[8-9]

許多工業控制系統的監控軟件的開發，要求開發者熟悉控制工藝，有些時候，開發者接觸現場機會少，或對工藝不能很快吃透，這種情況下，我們可以借助現有相關例程做程序的移植和升級。

4.1利用STEP 7的硬件組態的“Monitor/Modify”進行強制(Force)電氣打點

對應硬件母板(RACK 0/RACK1)數字I/O和模擬I/O對應的模塊，右鍵選擇Monitor/Modify完成硬件電氣連接的強制測試-電氣打點。

4.2確定新舊程序的地址映象(Image)

根據上步的硬件電氣連接的強制測試結果和工藝要求完成符號表(Symbol Table)的移植和升級:數字I/O的絕對地址按強制測試出的地址修改，至于DB，FC，FB，OB的塊或中間變量M可以采用全盤繼承并根據工藝差別做局部的修改或增/刪。模擬I/O可以不按強制測試出的默認地址，在其精度允許范圍內采用原址繼承。

4.3以“NetWork”為單位——對應拷貝

這種操作，映象與被映象方都最好以梯形圖方式打開，并在此窗口中的“View”菜單下拉菜單中選擇“Display with”-“Symbol Address”，這時在選中所要Copy的“NetWork”粘貼到新建的對應模塊的梯形圖窗口的對應“NetWork”中，自然根據符號表(Symbol Table)中的新地址得到動態更新。

4.4模擬I/O對應的模塊的絕對地址的快速再分配

在符號表(Symbol Table)，首先按照硬件模塊所提供的精度范圍采用原址繼承，然后在對應的硬件組態中，右鍵選擇“Object Properties”將原類型為PIW和PQW地址重新定義為IW和QW的映射地址類型。

5.結語

在PLC與DCS工業技術應用中，一個新的東西，如能夠快速找到切入點，采用現有例程移植與升級，可大大縮短工控業自動化生產線的PLC應用軟件的開發周期。

參考文獻:

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