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KNX/EIB将网络分为区域、线路以及每条线路上的节点。一个网络较多包含15个区域、14000个节点。线路的较大总长度为1000m。
耦合器可以用作线路放大器、线路耦合器和区域耦合器。线路耦合器用来对各线路彼此进行电隔离。此外,线路耦合器还可以过滤报文,只将允许的报文发送到其他线路,这将使总线负载降至较小程度。组态工具ETS可以创建过滤表,然后将这些过滤表装载到耦合器。区域耦合器将一个区域的主线路与整个网络的区域线路连接起来。
在通信负载很大的系统中(例如用于可视化或与管理级进行通信的系统),通过网关将主线路连接至以太网,可以增加传输量,建立带有更多节点的系统。
在KNX/EIB中,数据以串行方式传输,传输速率为9.6kbit/s。节点收到报文后将发送一个确认信息。KNX/EIB支持以下传输媒体:双绞线(铜缆)、无线电、红外、光纤导线、Internet和ISDN等。无线电和红外媒体是对楼宇进行改造的理想选择。
KNX/EIB通过类似于以太网的报文执行数据交换,即各个总线节点可以相互独立地发送报文。如果发生冲突,各个报文将重新发送,发送节点将收到确认接收的报文。
通过DP/EIB连接器,可将KNX/EIB网络作为子网连接到PROFIBUS-DP。也可以通过相应的接口将KNX/EIB连接到其他系统,例如其他楼宇自动化系统的控制中心和公共电话网络,例如ISDN。
KNX/EIB采用CSMA/CA(带冲突避免的载波侦听多路访问)方式,与以太网的区别在于采用冲突避免( Collision Avoidance,CA)而不是冲突检测的方式。在每次发送之前,每个节点都会检查媒体是否空闲。
KNX/EIB和互联网之间的连接变得日益重要,尤其是在家庭领域。这种连接使得即使不在家里也可以检测重要数据,例如室内温度,必要时还可以调节室内的温度值。
1) CP 343 -1是用于S7 - 300的全双工以太网通信处理器,有一个RJ - 45插座。通信服务包括TCP/IP、UDP、S7通信和S5兼容通信。
2) CP 343 -1 IT通信处理器除了具有CP 343 -1的功能外,还可以实现信息技术(Information Technology,IT)通信。
3) CP 343 -1 PN有15针的ITP/AUI接口和RJ -45接口。除了具有CP 343 -1的功能外,还有PROFINET控制器和PROFINET CBA(基于组件的自动化)功能。
4) CP 343 -1 Advanced同时具有CP 343 -1 IT和CP 343 -1 PN的功能。
5) CP 443 -1的功能与CP 343 -1基本上相同,此外有15针的ITP/AUI接口和RJ 45接口。可以实现冗余通信,有时钟同步功能。
6) CP 443 -1 Advanced的功能与CP 343 -1 Advanced基本上相同,此外集成了4端口的RJ - 45交换机。
7) CP 444将S7 - 400连接到工业以太网,根据MAP 3.0(制造自动化协议)标准提供MMS(制造业信息规范)服务,包括环境管理(启动、停止和紧急退出)、VMD(设备监控)和变量访问服务。
冗余系统用于减少停机时间,系统中重要的自动化组件(例如CPU、网络和CP等)都有备份。在双绞线电缆连接成的冗余环中(见图8-4),SCALANCE X400交换机作为冗余管理器。如果网络中的某个组件(例如电缆)发生故障,冗余管理器将使备用(冗余)的连接路径自动接管通信任务,连接不会中断。
SCALANCE X005是非网络管理型交换机,有5个RJ - 45接口,价格低廉。
2) SCALANCE X-100系列是非网络管理型交换机,带有冗余电源和信号触点。
3) SCALANCE X-200系列是网络管理型交换机,可以用于环形冗余网。
4) SCALANCE X- 2001RT是网络管理型交换机,可以用于具有严格的实时要求的网络。
5) SCALANCE X-300是网络管理增强型千兆交换机。
6) SCALANCE X-400是高性能模块化的千兆交换机,可扩展。
如果在系统的快速性和冗余控制方面没有什么要求,现场环境较好,工业以太网可以使用普通的交换机和普通的网卡,反之则应选用西门子公司的交换机和网卡。
程序采用模块化设计,分为主程序、子程序和中断程序3大部分。主程序根据不同的条件随时调用不同的子程序,例如采样子程序、温度控制子程序、PID调用子程序等。在具体调用这些子程序时,只需赋予子程序接口的具体参数和存储地址,这样可大大提高代码的使用效率,并减少代码的编写量,提高程序的可移值性。由于本生产线对实时性要求较强,所以中断采用了优先级较高的硬件中断( OB40),即当印刷信号、糊口信号、色标信号、定位信号中任何一个到来时,立即产生硬件中断并调用高速定时器定时,以计算2个信号之间的时间差,调用同步调速控制算法,实现印刷与糊口部、底贴色标与糊口部传动电动机的同步。其算法如图7-22所示。
由于该包装机生产线比较复杂,切刀、凸轮等不规则器件比较多。所以每次停车这些器件所处的位置都不一样。从而导致再次开车时的负载不尽相同。例如停机停在切刀的刀口处时,开机时的负载就比平时大,反之则小。而通常的PID控制算法针对恒负载对象,其参数一旦整定好就固定不变。对于这条生产线,若采用传统PID控制器就难以满足工艺要求,而且整定出的参数只能是针对包装机某次停车时的负载较优,并不能使得全局较优。为此,通过反复摸索和试验,采用模糊控制技术与PID控制相结合的控制思想(即所谓的模糊PID控制算法),用于对电动机转速的准确控制,收到比较满意的控制效果。
模糊PID控制器是一种在常规PID控制器的基础上,应用模糊集合理论建立参数并通过查表的方法,以实现对于不同的误差和误差变化率在线调整比例、积分和微分系数,使其根据对象的变化而变化以满足工业控制的要求。由于模糊PID可以根据实际被控对象的变化,通过其规则库不断地自动整定PID参数,因此可以解决本套设备负载变化较大的问题。为此选用增量式旋转编码器与变频器形成闭环控制,PLC通过PROFIBUS-DP总线从变频器速度通信口上读取实际转速,并与给定转速比较产生误差|e|,误差变化率|ec|,模糊推理机通过误差和误差变化率得出新的比例、积分和微分系数,再经过PROFIBUS-DP修改变频器的PID参数以实现模糊PID控制。
对于模糊控制规则的制定,需要以实际的工程经验为依据,对于不同的|e|和|ec|,被控对象对参数Kp、Ki和Kd有不同的要求。
根据实际的工程经验得出的、不同负载下较优的PID参数为依据,建立数据块(DBl),PLC通过查表的方式,根据模糊化后的不同的误差和误差变化率:按照规则If |e| is A and|ec| is B,then Kpis c,Kiis D,Kd isE(其中A和B为实际转速与给定转速的比较值,C、D、E为新的PID参数)。从DB1中找出新负载下的PID参数。通过西门子专用功能块SFC 15 DPWR-DAT(写参数功能块),将整定后的PID参数写入到变频器中,达到优化控制,满足工业要求。其流程如图7-21所示。
在该系统中,由于控制精度要求较高。因此电动机速度必须从通信口给定,这样控制精度可以达到两万分之一,选用PROFIBUS-DP作为通信媒介。
以糊口操作台为主站,印刷操作台、5台变频器为从站,分别设置不同的站地址,使得PLC和变频器、操作台之间建立主、从关系。由于CPU313C-2DP有自带的DP通信口,因此触摸面板可以通过PROFIBUS-DP与PLC进行通信,即从触摸面板输入工艺参数,由TP270B经过MPI口传递给PLC,PLC经过数据运算处理,通过PROFIBUS-DP将数据发送给各个变频器来控制各电动机转速。PLC再从变频器、温度变送器等采集有关数据,通过计算传给TP270B进行显示。