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西門子Profinet在煙草行業的應用和實例講解

當今的自動化系統種類各不相同，只在有限的范圍內實現兼容，難以滿足用戶設備集成和擴容的需要，從而制約了自動化技術的發展。Profinet是Profibus國際組織提出的基于以太網的自動化標準，能同時以單一一條工業以太網電纜線的解決方案滿足3個自動化領域的需求，包括IT集成化領域、實時自動化領域和同步實施運動控制領域。其目標是為眾多制造商和用戶提供一個統一的、集成了安全技術的行規，同時滿足用語通信總線的機械設備標準化的需求。

在煙草行業中，各個工藝段存在設備多、布局分散的特點，因此采用Profinet工業以太網網絡控制架構來組態系統。系統采用CP343-1 / CP443-1 Advanced以太網通訊模塊與上位調度計算機、監控計算機通訊，接受上位調度計算機下達的各項任務；底層通過Profinet 網絡采集現場的I/O信號和設備狀態，并控制設備的正常運行。

目前，PROFIBUS DP系統已經被大量用戶所采用，用戶可以通過PROFIBUS 實現組態，編程和診斷。PROFINET IO具有PROFIBUS DP類似的組態，編程和診斷方法，而且有比PROFIBUS更高的實時性能。

PROFINET IO在IO控制器和IO設備之間進行過程數據數據交換以及參數數據和診斷數據。IO Supervisor（IO 監視設備）用于HMI和診斷。

設備與系統描述

    在某煙草企業的制絲工藝段中，PLC采用西門子S7-300系列PLC。S7-300系列PLC處理速度更快、系統資源裕量更大、通訊能力更強、性能更加穩定可靠，全面支持等時模式和運行中配置等功能，由此大幅降低了工程、培訓等費用，是各種自動化功能的技術和經濟性解決方案。機架上增加一個CP 343-1以太網模塊，用于系統和上位調度計算機通訊。

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

　　電機驅動采用西門子ET200S的單相啟動器、雙相啟動器或軟啟動器，每個ET200S從站帶有一個IM151-3PN接口模板（雙網口），可以支持Profinet總線的級聯方式，IM151-3PN接口模板的供電采用單獨供電方式，保證切斷控制電源時，Profinet網絡不受影響，通過它就可以和PLC之間建立網絡通信。

　　對于需要精確定位的設備或一些專機設備，系統采用變頻器對電機進行驅動。在該方案中，采用丹佛斯帶Profinet總線通訊接口的現場安裝的變頻器FC302 IP55系列產品。采用Profinet總線的級聯方式。配置輸入輸出電抗器、RFI濾波器。變頻器的動力輸出線纜采用屏蔽電纜，動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供電方式，保證切斷動力電源時，Profinet網絡不受影響。

　　在現場操作員終端，操作人員通過觸摸屏終端對現場設備狀態進行監控，當設備出現故障或需要進行維護時，可以通過終端操作來完成模式轉換、故障處理、信息維護等操作。該方案采用的是西門子觸摸屏MP377，通過Profinet和PLC通訊。

　　對于不支持Profinet總線的器件，該方案采用Profibus總線進行通信，并由IE/PB LINK 將現有的Profibus設備透明地連接到Profinet的設備。

2.

系統特點

    現場總線技術在控制過程的應用，節省了大量的線纜、槽架、連接件，減少了系統的設計、調試、維護時間，方便地實現了現場控制設備之間以及設備與控制管理層之間的聯系，為控制信息進入公共數據網絡創造了條件。與地點無關的控制、高速通信、靈活的拓撲結構、真正的可互操作性和開放性等高級功能的特征，使其具有強大優勢和廣闊的發展前景。

　　采用基于工業以太網的開放式、跨供應商標準的Profinet，可實現從公司管理層直到現場層直接、透明的訪問。Profinet基于現有成熟IT標準，并提供對TCP/IP的全面支持，用戶能夠毫不費力的與現有系統進行擴展及便捷集成。

3.

系統配置步驟

接下來，我們就以一個實例，一步一步教大家如何配置組態一個PROFINET IO系統。本實例項目是由一個S7-300 PLC ， CP343-1（支持PROFINET IO Controller）和具有PN接口的ET200S組成。

第1步，新建一個項目，插入一個Simatic 300站，如圖3-1所示：

第2步，在硬件組態中插入一個CP343-1，新建一個網絡連接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”，如圖3-3所示：第4步，在右邊的PROFINET IO設備欄內，選擇實際的遠程IO設備，在PROFINET IO總線上插入一個ET200S站IM151-3PN，并且給給IM151-3PN配置它的設備名“IM151-3PN”，如圖3-4所示：第5步，在IM151-3PN中插入相應的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)選項內可配置PROFINET IO通訊占比，當有PROFINETCBA通訊存在時，必須給PROFINETCBA通訊預留一部分通訊比例，如圖3-7所示：

第8步，配置IM151-3PN的更新時間，這個更新時間是根據設備的性能決定的，性能好的設備更新時間可達1ms，有的廠商提供的PROFINET IO設備最多也只能有8ms的更新時間，如圖3-8所示：

第9步，配置IM151-3PN的屬性，分配設備名，本例就為“IM151-3PN”；設備號碼本例配置為“1”，Step7會自動分配，當你有2個以上的遠程IO站時，設備號碼不能重復，否則無法編譯通過；設備的IP地址是由Step7自動分配的，你也可以手動指派IP地址；如圖3-9所示：

第10步，編譯硬件組態，如圖3-10所示：

第11步，打開PST軟件，掃描網絡設備，如圖3-11所示：

第12步，按照在Step7中的實際組態，分配IP地址，如圖3-12所示：

第13步，下載IP地址至設備中，如圖3-13所示：

第14步，下載后，設備已經有了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，如圖3-16所示：

第17步，在線監視硬件組態，發現CP343-1有故障，原因是遠程站IM151-3PN的設備名還未分配，如圖3-17所示：

第18步，給IM151-3PN也分配指派設備名，如圖3-18所示：

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

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

第21步，再次在線監視硬件組態，發現此時PN IO系統工作正常，如圖3-21所示：

    至此，如何組態PN IO系統已經介紹完畢。還有一些注意點，如果你用的PLC是S7-300系列的，使用CP卡作為PN IO控制器，都需要在程序里調用PN_SEND和PN_RECV來驅動遠程IO設備。而S7-400的PLC是不需要編程的，可以直接驅動遠程IO設備。

4.

總結

    系統的profinet網絡集成了強大功能，從網絡安裝到基于web診斷的整個自動化解決方案的實現；profinet的模塊化結構可非常容易地擴展和包含其他功能；profinet提供標準化的獨立于制造商的工程接口，它能夠方便地把各個制造商的設備和組件集成到單一系統中。人機界面友好，不僅使現場的監控更便捷，同時其通訊功能使車間總控室可以實時監視現場生產情況。

    新的控制系統將網絡通訊協議簡化為一種，極大地節約了構建成本、未來維護成本。同時為未來柔性制絲系統的構建打下了良好的基礎。