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工业以太网(Industrial Ethernet)用于工厂管理和单元层的通信系统,符合IEEE802.3**标准,用于对时间要求不太严格、需要传送大量数据的通信场合,可以通过网关来连接远程网络。它支持广域的开放型网络模型,可以采用多种传输媒体。西门子的工业以太网传输速率为10/100Mb/s,较多1024个网络节点,网络的较大范围为150km。
西门子的S7和S5这两代PLC通过PROFIBUS(FDL协议)或工业以太网ISO协议,可以利用S5和S7的通信服务进行数据交换。
CP通信处理器不会加重CPU的通信服务负担,S7-300较多可以使用8个通信处理器,每个通信处理器较多能建立16条链路。
工业现场总线PROFIBUS是用于车间级监控和现场层的通信系统,它符合EC61158标准(该标准中的类型3),具有开放性,符合该标准的各厂商生产的设备都可以接入同一网络中。S7-300/400 PLC可以通过通信处理器或集成在CPU上的PROFIBUS-DP接口连接到PROFIBUS-DP网络上。
带有PROFIBUS-DP主站/从站接口的CPU能够实现高速和使用方便的分布式I/O控制,如图6-2所示。对于用户来说,系统组态和编程方法与处理集中式I/O完全相同。
图6-2 S7-300/400 PLC的通信网络
图6-2 S7-300/400 PLC的通信网络
PROFIBUS的物理层是RS-485,较高传输速率为12Mb/s,较多可以与127个网络上的节点进行数据交换。网络中较多可以串接10个中继器来延长通信距离。使用光纤作为通信介质,通信距离可达90km。
如果PROFIBUS网络采用FMS协议,工业以太网采用TCP/IP或ISO协议,S7-300可与其他公司的设备实现数据交换。
可以通过CP342/343通信处理器将SMATIC S7-300 PLC与PROFIBUS-DP或工业以太网总线系统相连。可以连接的设备包括S7-300/400,S5-115U/H、编程器、个人计算机、SIMATIC人机界面( HMI)、数控系统、机械手控制系统、工业PC、变频器和非西门子装置。
S7中可以作为主站设备的有:
①带有PROFIBUS-DP接口的S7-300/400的CPU;
②CP443-5 IM467, CP342-5或CP343-5;
③编程器PG;
④操作员面板OP。
S7中可以作为从站设备的有:
①分布式I/O设备;
②ET200B/L/M/S/X:
③通过通信处理器CP342的S7-300;
④带DP接口的S7-300 CPU;
⑤S7-400(只能通过CP443-5):
⑥带EM277通信模块的S7-200。
MPI是多点接口(MultiPoint Interface)的简称,S7-300/400 CPU都集成了MPI通信协议,MPI的物理层是RS-485,较高传输速率为12Mb/s。PLC通过MPI能同时连接运行STEP7的编程器、计算机、人机界面(HIvll)及其他SIMATIC S7、M7和C7。STEP 7的用户界面提供了通信组态功能,使通信的组态简单*。
联网的CPU可以通过MPI接口实现全局数据(GD)服务,周期性地相互进行数据交换,每个CPU可以使用的MPI连接总数为6~64个,具体数量与CPU的型号有关。
现场设备层的主要功能是连接现场设备,如分布式I/O、传感器/驱动器、执行机构和开关设备等,完成现场设备控制及设备间连锁控制。主站(PLC、PC或其他控制器)负责总线通信管理及与从站的通信。总线上所有设备生产工艺控制程序存储在主站中,并由主站执行。
西门子的SIMATIC NET网络系统如图6-1所示,它将执行器/传感器单独分为一层,主要使用AS-I(执行器/传感器接口)网络。
图6-1 SIMATIC NET网络系统
梯形图中的状态位指令以常开触点或常闭触点的形式出现。这些触点的通断取决于状态字中的状态位BR、OV、OS、CCO和CC1的状态(如表3-16所示)。数学运算的结果等于0、不等于O、大于0、小于0、大于等于0、小于等于O都有对应的状态位常开触点和常闭触点。CCO和CC1均为1时,表示数学运算指令有错误,UO常开触点闭合。
以标有OV的触点为例,OV(溢出位)为1时,标有OV的常开触点闭合,常闭触点断开。
图3-61中的I0.6为1时,执行整数减法指令SUB_I,如果运算结果有溢出(**出允许的范围),状态位OV为1,梯形图中OV的常开触点闭合。若I0.2的常开触点也闭合,Q4.0被置位。
西门子逻辑控制指令是指逻辑块中的跳转和循环指令。在没有执行跳转和循环指令之前,各语句按先后顺序执行,这种执行方式称为线性扫描。而逻辑控制指令终止了线性扫描,跳转到地址标号( Label)所*的目的地址。然后,程序再次开始线性扫描。需要注意的是:跳转指令不执行跳转指令和标号之间的程序;跳转可以是从上至下,也可以反向;跳转指令只能在同一逻辑块内跳转,而不能在不同逻辑块之间跳转;在同一块中,跳转目的地址只能出现一次,否则,程序将不知道究竟往哪里跳转。
跳转和循环指令的操作数是地址标号,标号较多有四个字符,*一个字符必须是字母,其余的可以是字母或数字。由于标号是指目的地址,所以又称为目的地址标号。在语句表
中,目的标号与目的指令之间用“:”分隔,而在梯形图中目的地址标号必须在一个网络的开始。
跳转指令有几种形式:无条件跳转指令、多分支跳转指令、与RLO和BR有关的跳转指令、与信号状态位有关的跳转指令、与条件码CCO和CC1有关的跳转指令。
西门子模块是通过触摸在屏幕画面上的按钮即可进行直观操作的装置,它可以对要监控的机器和生产过程进行真实的图形显示。触摸屏TP27、TP37的主要功能有:①显示过程变量;②监控变量域的极限值;③带有静态元素、曲线、图形和条形图表的过程显示;④带有信息状态的记录和故障信息的管理;⑤定义信息优先级别;⑥显示信息、变量和过程中的帮助及信息文本;⑦口令保护;⑧菜单管理;⑨3种在线语言选择;⑩TP37可采用内存卡(PCMCIA/Jeida卡)存储组态参数和菜单;⑥内置打印机接口。
(1) SIWAREXU称重模块
SrWAREX U是紧凑型电子秤,用于化学工业和食品工业等行业中测定料仓和储斗的料位,对起重机载荷进行监控,对传送带载荷进行测量或对工业提升机、轧机**载进行安全防护等。可以作为功能模块集成到S7/M7- 300中,也可以通过ET200M连接到S7系列PLC。
SIWAREX U具有下列功能:衡器的校准、重量值的数字滤波、重量测定、衡器置零、极限值监控和模块的功能监视,模块有多种诊断功能。
SIWAREX U有单通道和双通道两种型号,分别连接1台或2台衡器。SIWAREX U有两个串行接口,RS-232C接口用于连接设置参数用的计算机,TTY接口用于连接较多4台数字式远程显示器。模块的参数可以用组态软件SIWATOOL设置,并存入磁盘。
(2) SIWAREX M称重模块
SIWAREX M是有校验能力的电子称重和配料单元。可以用它组成多料秤称重系统。可以准确无误地关闭配料阀,达到较佳的配料精度。它可以作为功能模块集成到S7/M7-300,也可以通过ET200M连接到S5/S7系列PLC。
SIWAREX M具有下列功能:置零和称皮重、自动零点追踪、设置极限值(Min/Max空值/过满)、操纵配料阀(粗/精料)、称重静止报告和配料误差监视。
SIWAREX M可以安装在易爆区域,可选的Ex.i接口**对称重传感器的馈电符合本征安全条件。SIWAREX M还可以作为独立于PLC的现场仪器使用。它有一个称重传感器通道,3个数字输入端和4个数字输出端用于选择称重功能,1个模拟量输出端用于连接模拟显示器或在线记录仪等。RS-232C串行接口用于连接PC机或打印机,TTY串行接口用于连接有校验能力的数字远程显示器或主机。
定位模块可以用编码器来测量位置并向编码器供电,使用步进电动机的位置控制系统一般不需要位置测量,但如果时钟脉冲频率高且对动态调节特性要求高的定位系统,建议选用FM353步进电动机定位模块。对于不仅要求很高的动态性能,还要求高精度的定位系统,较好使用FM354伺服电动机定位模块。
FM357可以用于较多4个插补轴的协同定位,既能用于伺服电动机,也能用于步进动机。
在定位控制系统中,定位模块控制步进电动机或伺服电动机的功率驱动器,CPU模块用于顺序控制和启动、停止定位操作,计算机用集成在STEP 7中的参数设置屏幕格式,对定位模块进行参数设置,并建立运动程序,设置的数据存储在定位模块中。操作面板在运行时用来实现人机接口和故障诊断功能。CPU或组态软件选择目标位置或移动速度,定位模块完成定位任务,用模块集成的数字量输出点来控制快速进给、慢速进给和运动方向等。根据与目标的距离,确定慢速进给或快速进给,定位完成后给CPU发出一个信号。定位模块的定位功能独立于用户程序。
(1)快速进给/慢速驱动定位模块FM351
FM351是用于快速进给和慢速驱动的双通道定位模块,每个通道具有4个数字输出点,用于电动机控制,可进行增量或同步串行位置检测;该模块较好通过接触器或变频器控制的标准电动机为调整轴或设定轴定位。
FM351具有以下特性。
①每个通道配置有4个数字输入端,用于控制快速进给、慢速进给、顺时针转动和逆时针转动。
②根据与控制目标的距离,确定慢速进给或快速/慢速进给。
③当到达关断点,模块监控目标运转达到目标区域之后,向CPU发送1个信号。
FM351具有以下定位功能。
①设**动方式:按点动键来移动快速进给轴或慢速进给轴。
②**增量方式:轴移动到一个**的目标位置,数值存储在FM351的表格中。
③相对增量方式:轴移动到一个预先设定的距离。
④参考点方式:通过增量编码器,使模块接通控制器后保持同步。
FM351具有以下特殊功能。
①设定实际值。
②设定参考点。
③删除剩余行程。
FM351的连接如图2-39所示。
(2)电子凸轮控制器FM352
FM352是非常高速的电子凸轮控制器,是一个低成本的替代机械式凸轮控制器的模块,用于增量或同步串行位置检测。FM352有32个凸轮轨迹,13个集成的可直接输出的数字输出端。它通过一个传感器检测轴的位置,然后通过集成的数字输出端触发控制指令;也可以通过光栅来检测零件,然后根据实际值设定输出端来触发动作。