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设备与系统描述

    在某烟草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，是各种自动化功能的技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。

　　对于需要定位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。

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5.1. S7-200模拟量数据格式与寻址

模拟量输入/输出数据是有符号整数，占用一个字长（两个字节），所以地址必须从偶数字节开始。模拟量的转换精度为12位，但在PLC中表示为-32000－+32000之间的整数值（实际上数值可以是整个16位有符号整数的范围，但输入如10V/20mA被标定为对应32000，模拟量超过值一点也因此可以表示）。

在S7-200中，单极性模拟量输入/输出的数值范围是 0 - 32000；双极性模拟量的数值范围是 -32000－+32000。

格式：

1. ? 输入：AIW[起始字节地址]——如AIW6

2. ? 输出：AQW[起始字节地址]——如AQW0

每个模拟量输入模块，按模块的先后顺序和输入通道数目，以固定的递增顺序向后排地址。 例如： AIW0、AIW2、AIW4、AIW6、AIW8等。

对于EM231 RTD（热电阻）两通道输入模块，不再占用空的通道，后面的模拟量输入点是紧接着排地址的。

每个有模拟量输出的模块占两个输出通道。即使*个模块只有一个输出AQW0，第二个模块的输出地址也应从AQW4开始寻址（AQW2被*个模块占用），依此类推。

温度模拟量输入模块（EM231 TC、EM231 RTD）也按照上述规律寻址，但是所读取的数据是温度测量值的10倍（摄氏或华氏温度）。如520相当于52.0度。

注意： 每一模块的起始地址都可在STEP 7-Micro/WIN中的菜单“PLC > Information"里在线读到。

5.2. 模拟量滤波器

S7-200允许你为每一路模拟量输入选择滤波器。一般情况下选用S7-200的模拟量滤波功能就不必再另行编制用户的滤波程序。

如果对某个通道选用了模拟量滤波，CPU将在每一程序扫描周期前自动读取模拟量输入值，这个值就是滤波后的值，是所设置的采样数的平均值。模拟量的参数设置（采样数及死区值）对所有模拟量输入通道有效。

如果对某个通道不滤波，则CPU不会在程序扫描周期开始时读取平均滤波值，而只在用户程序访问此模拟量通道时，直接读取当时实际值。

模拟量滤波器使用步骤如下：

1. 在Micro/Win 中进入View>Component>System Block，并选择Analog Input Filters选项，进入模拟量滤波器。

2. 设置模拟量滤波器：

图1. 模拟量通道滤波设置

1. a.

   设置模拟量采样数，例：此处设置的64表示模拟量滤波后的值为包括当前采样的前64个采样值的平均值。

2. b.

   死区值，定义了计算模拟量平均值的取值范围

   ?

   如果采样值都在这个范围内，就计算采样数所设定的平均值；如果当前采样的值超过了死区的上限或下限，则该值立刻被采用为当前的新值，并作为以后平均值计算的起始值（如图2所示）

   ?

   这就允许滤波器对模拟量值的大的变化有一个快速响应

   ?

   死区值设为0，表示禁止死区功能，即所有的值都进行平均值计算，不管该值有多大的变化

   ?

   对于快速响应要求，不要把死区值设为0，而把它设为可预期的zui大的扰动值（320为满量程32000的1％）

3. c.

   选择需要滤波的模拟量通道，打钩的为使能的模拟量输入，缺省设置是为所有的模拟量输入使用滤波器

4. d.

   CPU224XP上的AIW0、AIW2（CPU本体上的模拟量输入通道）不必滤波

图2. 死区示意图