S7-400多子站系統中用IM151-8 PN/DP CPU替換IM151-7 CPU的研究與實現

徐漢均，田 闊，劉 森，徐 健

（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

通訊與網絡

S7-400多子站系統中用IM151-8 PN/DP CPU替換IM151-7 CPU的研究與實現

徐漢均，田 闊，劉 森，徐 健

（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

隨著工業控制的發展，工業以太網逐步成為工廠自動化系統網絡的主流，profinet協議成為國際標準后，很多工廠為了更高效穩定的實時通信，希望將老舊的profibus系統更替為profinet系統。針對在項目整體系統環境不改變的情況下，把整個profibus網絡的局部設備更替為profinet網絡的可實施性進行分析和實現，并對更換后的系統進行穩定性測試，總結最優系統硬件配置方案，對今后的舊工廠改造項目有一定參考意義。

S7-400；profinet profibus RT通訊

0　引言

本次升級是將某項目56臺DP子站系統中的12臺IM151-7 CPU更換為IM151-8 PN/DP CPU，過程中經過對不同網絡配置方法的嘗試，闡述在大部分硬件不改變的情況下，更換profinet網絡系統的實現方法。

1　PROFINET概述

PROFINET是一種近年產生的工業以太網通訊系統，是由西門子公司和profibus用戶協會開發。針對分布式智能自動化系統進行了優化。應用可以大大節省配置和調試費用。PROFINET系統集成是基于profibus和以太網系統，在保持著master和slave模式的同時，還有包括以太網的星型、樹形、總線型拓撲結構，可以使用如RT，CBA RT，IO IRT等實時通訊協議。具有通訊速度快、等時精度高、抗干擾能力強等特點。本文主要討論采用星型網絡拓撲和RT通訊協義的profinet網絡結構替換原有串聯的profibus網絡的實現方法。

2　原有profi bus系統網絡布局

原有系統主站cpu型號為CPU 412/2DP ，包含兩個DP總線網絡profibus-1和profibus-2，分別掛有34和22個DP從站-IM151-7 CPU，總線網絡均采用串聯模式，傳輸速率187.5Kbps。同時cpu還掛了一個CP443-1用于和項目中其他設備的以太網控制器進行基于RT通道的實時通訊，網絡名稱-Ethernet（1）。布局示意圖和系統配置如圖1、圖2所示。

圖1　布局示意圖

圖2　系統配置圖

3　替換項和實現方式

3.1實施目的和要求

將7至18號共12臺IM151-7 CPU從站替換為以太網從站IM151-8 PN/DP CPU，實施過程中保持其他從站系統原樣不動，同時保證程序更改最小化甚至不更改，為了提高新系統的冗余度，新profinet從站網絡采用星型拓撲，相互獨立的連接結構。

3.2CPU選型及程序移植

為保證在系統新添加PROFINET網絡的同時對原有的PROFIBUS_DP網絡不造成任何影響，新系統選用了具有PROFIBUS_DP和PROFINET雙重組網能力的主控器CPU 414-3PN/DP。在程序移植過程中，為保證系統運行的各個參數丟失，需要當前系統在線的程序拷貝至調試step7中，更換完CPU之后，再將step7中新系統的所有內容下載至新CPU414的運行存儲器里，整個過程操作需要系統停運10分鐘左右，10分鐘以后，升級內容以外的設備系統即可恢復正常運行。

3.3新系統網絡配置

新profinet從站網絡在拓撲中占用CPU 414-3PN/ DP的其中一個PN口，新建一個profinet網絡Ethernet（2），與原有以太網絡在硬件上分隔開。IM151-8 PN/ DP CPU從站與原IM151-7 CPU從站的通訊模式一致，采用IO通訊，將IM151-8 PN/DP CPU通過I-device配置設置為CPU 414-3PN/DP的從站系統，IO硬件接口與原來一樣，這樣保證了接口程序無需改變?？紤]到IM151-8 PN/DP CPU子站本身具有處理能力，設備動作控制由其本身完成，所以對主站CPU的等時通訊的同步率要求并不高，所以從站系統我們依然使用RT的信息通道。硬件結構圖如圖3所示。

4　穩定性測試

升級后試運行時發現了CPU的BF燈不定時閃爍，經診斷發現是從站丟失報警，經過分析討論，由于系統采用RT通道通訊，通道內設備數量高達22臺，所以在等時性上無法達到特別高的性能，硬件配置時使用系統默認的2ms更新時間的要求過高，通道的通訊效率不能滿足。默認更新時間如圖4所示。

因此在程序中加入了統計從站丟失次數的程序，并在確定CPU看門狗的時間為3s的條件下，對不同固定的更新時間進行1個小時的丟站次數記錄，直到尋找到系統可以穩定的配置參數。

圖3　硬件結構圖

圖4　默認更新時間

診斷塊代碼：

單個從站的丟站次數統計代碼：

【】【】

丟站次數與更新時間曲線：

經過測試當選擇的固定更新時間大于256ms時，設備網絡系統達到穩定運行狀態。長時間觀察，系統運行正常，未出現硬件報錯等問題。

5　結束語

profinet網絡結構已經得到國際全方面的認可，使用、維護方便，調試成本降低，兼容性廣泛，是未來控制系統的主流發展趨勢，profibus系統升級為profinet系統可實施性很高，老工廠需要升級控制系統的市場需求也很廣闊，掌握好系統升級的方法，不但可以降低企業的人力成本，還可以在盡量少影響原系統運行的條件下完成升級，提高企業承攬項目的競爭力。

[1] 工業網絡通信.崔堅主編.西門子工業網絡通信指南[M].機械工業出版社,2005.6.

[2] 電氣傳動控制系統的綜合天津電氣傳動設計研究所.電氣傳動自動化技術手冊[M].機械工業出版社,2005.6.

[3] SIMATICPROFINET.系統說明[Z].西門子自動化設備部.系統手冊A5E00879148-05,2010.7.

[4] 陳方良,方文,馬思文,等.關于Profinet以太網現場總線的研究與應用[J].控制系統,2006(9)：37-39.

Research and realization of the IM151-8 PN/DP CPU to replace the IM151-7 system in S7-400 multi station system

XU Han-jun, TIAN Kuo, LIU Sen, XU Jian

TP273

A

1009-0134(2016)07-0049-03

2016-05-25

徐漢均（1988 -），男，遼寧沈陽人，助理工程師，本科，主要從事自動化倉儲物流系統設計開發和調試工作。