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西門子S7-200網(wǎng)絡(luò)的通訊設(shè)置和元件選擇

S7-200的端口是不隔離的，如果想使網(wǎng)絡(luò)隔離，應(yīng)考慮使用RS-485中繼器或者EM277。

注意：

●具有不同電位的互聯(lián)設(shè)備有可能導(dǎo)致不希望的電流流過連接電纜。

●這種不希望的電流可能導(dǎo)致通訊失敗或者設(shè)備損壞。

●要確保用通訊電纜連接的所有設(shè)備有相同的參考電位，或者彼此隔離，來避免產(chǎn)生這種不希望的電流。

為網(wǎng)絡(luò)確定通訊距離、通訊速率和電纜類型

網(wǎng)段的大長度取決于兩個因素：隔離（用RS-485中繼器）和波特率。但連接具有不同電位的設(shè)備是需要隔離。當(dāng)接地點之間的距離很遠(yuǎn)時，有可能具有不同的地電位。即使距離較近，大型機(jī)械的負(fù)載電流也能導(dǎo)致地電位的不同。

表1 網(wǎng)絡(luò)電纜的大長度

1 如果不是用隔離端和中繼器，允許的大距離為50m。測量該距離時，從網(wǎng)段的第一個節(jié)點開始。到網(wǎng)段的后一個節(jié)點。

在網(wǎng)絡(luò)中使用中繼器

RS-485中繼器為網(wǎng)段提供偏壓電阻和終端電阻。目的是為了：

●增加網(wǎng)絡(luò)的長度：在網(wǎng)絡(luò)中使用一個中繼器可以使網(wǎng)絡(luò)的通訊距離擴(kuò)展50m。如果使用兩個中繼器而且中間沒有其他節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)的通訊距離按照所使用的波特率擴(kuò)展一個網(wǎng)段的長度。在一個串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，多可以使用9個中繼器。但網(wǎng)絡(luò)的長度不能超過9600m.

●為網(wǎng)絡(luò)增加設(shè)備：在9600的波特率下。50米距離之內(nèi)，一個網(wǎng)段多可以連接32個設(shè)備，使用一個中繼器允許在網(wǎng)絡(luò)上增加32個設(shè)備。

●在不同的網(wǎng)段之間電隔離：如果不同的網(wǎng)段具有不同的地電位，將他們隔離會提高網(wǎng)絡(luò)的通訊質(zhì)量。

一個中繼器在網(wǎng)絡(luò)中被算作網(wǎng)段的一個節(jié)點，但沒有被指定站地址。

一個方案，3 個平臺

自動化系統(tǒng)主要通過以下特性來識別：

• 系統(tǒng)特定的特性，如功能和工程
• 硬件相關(guān)特性，如性能、設(shè)計和可擴(kuò)展性

但是，機(jī)械工程需求差異非常大，取決于具體的機(jī)器型號。

每個硬件平臺在特定應(yīng)用中使用時都有其優(yōu)點。

不同的平臺之間還可以非常輕松地進(jìn)行組合，這是模塊化機(jī)器和設(shè)備的突出優(yōu)點。因為單個的硬件平臺總是具有相同的系統(tǒng)特性，即不論使用什么平臺，功能和工程總是一樣。

PROFIBUS 或 PROFINET 可以用來創(chuàng)建驅(qū)動和 I/O 之間的遠(yuǎn)程連接。

PROFINET/PROFIBUS 還可以用于 HMI 設(shè)備（如 SIMATIC HMI 或 SIMATIC S7 之類的上位控制器）之間的通信。這就意味著，SIMATIC HMI 面板以及安裝有 WinCC 的 PC 可以用作操作員系統(tǒng)。甚至第 3 方應(yīng)用也可以通過 OPC 接口與 SIMOTION 進(jìn)行通信。

SIMOTION D – 緊湊型，集成在驅(qū)動中

在 SIMOTION D 中，SIMOTION 的功能直接集成于 SINAMICS S120 驅(qū)動系統(tǒng)的閉環(huán)控制模塊中。因此，整個系統(tǒng)（包括開環(huán)控制和驅(qū)動）都極其緊湊且響應(yīng)快速。

SIMOTION D 提供兩種型號：

• SIMOTION D410-2 單軸系統(tǒng)，也可選配多軸（模塊型）
• SIMOTION D4x5-2 多軸系統(tǒng)，四種性能型號多提供 128 軸（書本型）

這種性能細(xì)分確保大程度的可擴(kuò)展性和靈活性。應(yīng)用領(lǐng)域從單軸機(jī)器到高性能的多軸機(jī)器。為了實現(xiàn)可視化和操作，SIMATIC HMI 設(shè)備可通過 PROFIBUS、以太網(wǎng)或 PROFINET 進(jìn)行連接，具體取決于SIMOTION D 的型號。通過 PROFINET 或 PROFIBUS 來連接分布式 I/O。

SIMOTION C – 模塊化和靈活性

SIMOTION C 是采用 SIMATIC S7-300 設(shè)計的運(yùn)動控制器。

其提供兩種型號，接口不同，但運(yùn)動控制功能或性能都相同。除了已經(jīng)集成的 I/O 外，兩種控制器還可通過 SIMATIC S7-300 系列的 I/O 模塊加以擴(kuò)展。

SIMOTION C240 是采用模擬量設(shè)定值接口和步進(jìn)驅(qū)動器的應(yīng)用的理想解決方案。它具有四個內(nèi)置驅(qū)動器和編碼器接口，非常適合機(jī)器改裝項目。

SIMOTION C240 PN 可用于基于 PROFINET 的機(jī)器自動化項目。這種控制器具有三個 PROFINET 端口，除支持 TCP/IP 和 RT 通信外，還支持具有 IRT 功能的 PROFINET。它能夠操作采用 PROFIdrive 行規(guī)的 PROFINET 驅(qū)動器以及 PROFINET I/O（如高速 SIMATIC ET 200SP）。

兩種型號都另外配備兩個 PROFIBUS 接口，通過這兩個接口可以連接支持 PROFIdrive 行規(guī)和標(biāo)準(zhǔn) I/O 的驅(qū)動。除此以外，兩個控制器還具有工業(yè)以太網(wǎng)接口，從而提供更多的通信選項。

SIMOTION P – 對其他任務(wù)開放

SIMOTION P 是基于 PC 的運(yùn)動控制系統(tǒng)，具有兩種型號：

• SIMOTION P320-4 E（嵌入式）
  處理器：高性能 Inb i3 處理器
  存儲器：內(nèi)部 CFast/外部可訪問 CFast 
  操作系統(tǒng)：Windows Embedded Standard 7
• SIMOTION P320-4 S（標(biāo)準(zhǔn)型）
  處理器：高性能型 Inb i7 處理器
  存儲器：內(nèi)置固態(tài)硬盤 (SSD)/外部可訪問 CFast
  操作系統(tǒng)：Windows 7 Ultimate

由于 PC 中不含旋轉(zhuǎn)部件，SIMOTION P320-4 系統(tǒng)適用于惡劣環(huán)境中的應(yīng)用。兩個 PC 都配有針對 SIMOTION 的常見實時擴(kuò)展系統(tǒng)。這就意味著，除了 SIMOTION 機(jī)器應(yīng)用程序以外，還可能隨時運(yùn)行其他 PC 應(yīng)用程序，例如 SIMOTION 工程系統(tǒng)、操作員應(yīng)用程序、過程數(shù)據(jù)例程或標(biāo)準(zhǔn)的 PC 應(yīng)用程序。

借助其的處理器性能，SIMOTION P350-4 特別適合對性能要求較高的應(yīng)用（如具有高動態(tài)配置和壓力控制回路的液壓應(yīng)用）。

SIMOTION P320-4 特別適合惡劣的操作環(huán)境。由于其尺寸小，因此對于許多可用空間有限并且需要設(shè)計非常堅固的應(yīng)用均是佳選擇。

SIMOTION P320-4 可通過各種不同的 SIMOTION 工業(yè)平板顯示器來操作 (IFP)。提供了不同的屏幕大小，既可以使用鍵盤和鼠標(biāo)，也可以使用觸摸屏進(jìn)行操作。

這兩個型號都標(biāo)配有一個現(xiàn)場總線接口，其形式為集成式 PROFINET 接口（3 個端口）。IsoPROFIBUS board 板可安裝在擴(kuò)展插槽內(nèi)以實現(xiàn) PROFIBUS 應(yīng)用。IsoPROFIBUS 板具有兩個附加 PROFIBUS 接口。

Overview

SIMOTION 可用于執(zhí)行運(yùn)動控制任務(wù)的所有機(jī)器而不管是從簡單的運(yùn)動控制還是高性能應(yīng)用。重點是要獲得一個可用于完成廣泛的運(yùn)動控制任務(wù)的簡易而靈活的解決方案。

SIMOTION 的運(yùn)行基礎(chǔ)是將運(yùn)動控制與在大多數(shù)機(jī)器上所常見的兩個其他控制功能融合在一起：PLC 和工藝功能。

這種方法意味著可以在同一個系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)軸的運(yùn)動控制和全面機(jī)器控制。對于技術(shù)功能來說也是如此，如對一個液壓軸實施的壓力控制?？梢詫崿F(xiàn)從位置控制定位模式到壓力控制模式的平穩(wěn)切換。

將運(yùn)動控制、PLC 和技術(shù)功能三種開環(huán)控制功能組合在一起具有以下優(yōu)點：

• 工程組態(tài)費(fèi)用降低，機(jī)器性能提高
• 快速的系統(tǒng)響應(yīng) - 不再需要各個部件之間對時間要求嚴(yán)格的接口
• 簡便、統(tǒng)一和透明的編程以及整個機(jī)器的診斷

SIMOTION 系統(tǒng)由三個部分組成：

工程組態(tài)系統(tǒng)

SCOUT 可將運(yùn)動控制、PLC 和技術(shù)功能集中到一個全面的集成系統(tǒng)中，并提供了所有必要工具：編程與參數(shù)化、測試與調(diào)試、診斷。

運(yùn)行軟件

運(yùn)行軟件為循環(huán)任務(wù)和順序任務(wù)提供了高性能的執(zhí)行系統(tǒng)。運(yùn)行軟件模塊提供了各種 PLC 功能、運(yùn)動控制功能和工藝功能。通過選擇合適的模塊，系統(tǒng)的總體功能可與機(jī)器靈活適應(yīng)。

硬件平臺

硬件平臺是 SIMOTION 運(yùn)動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。使用工程組態(tài)系統(tǒng)和相關(guān)運(yùn)行版軟件模塊創(chuàng)建的應(yīng)用程序可在不同硬件平臺上運(yùn)行。

實現(xiàn)自動化解決方案的快途徑

西門子提供了廣泛的特定領(lǐng)域解決方案，可用來降低組態(tài)成本，加快項目完成，并更快速地成功實現(xiàn)自動化系統(tǒng)。

使用 SIMOTION easyProject 項目生成器，用戶可顯著加快機(jī)器應(yīng)用中標(biāo)準(zhǔn)化項目框架的創(chuàng)建。

S7-200 CPU22X 系列PLC I/O 點數(shù)擴(kuò)展和編址

  S7-200 CPU22X 系列的每種主機(jī)所提供的本機(jī)I/O點的I/O地址是固定的，進(jìn)行擴(kuò)展時，可以在CPU右邊連接多個擴(kuò)展模塊。如圖所示，每個擴(kuò)展模塊的組態(tài)地址編號取決于各模塊的類型和該模塊在I/O鏈中所處的位置。輸入與輸出模塊的地址不會沖突，模擬量控制模塊地址也不會影響數(shù)字量。

    編址方法是同樣類型輸入或輸出點的模塊在鏈中按所處的位置而遞增，這種遞增是按字節(jié)進(jìn)行的，如果CPU或模塊在為物理I/0點分配地址時未用完一個字節(jié)，那些未用的位也不能分配給I/O鏈中的后續(xù)模塊。

    例如，某一控制系統(tǒng)選用CPU224，系統(tǒng)所需的輸入／輸出點數(shù)為：數(shù)字量輸入24點、數(shù)字量輸出20點、模擬量輸入6點和模擬量輸出2點。

本系統(tǒng)可有多種不同模塊的選取組合，并且各模塊在I/O鏈中的位置排列方式也可能有多種，圖2所示為其中的一種模塊連接形式。表1所示為其對應(yīng)的各模塊的編址情況。

    表1  各模塊的編址

● 同類型輸入或輸出的模塊按順序進(jìn)行編制。 
● 數(shù)字量模塊總是保留以8位（1個字節(jié)）遞增的過程映象寄存器空間。如果模塊沒有給保留字節(jié)中每一位提供相應(yīng)的物理點，那些未用位不能分配給I/O鏈中的后續(xù)模塊。對于輸入模塊，這些保留字節(jié)中未使用的位會在每個輸入刷新周期中被清零。
● 模擬量I/O點總是以兩點遞增的方式來分配空間。如果模塊沒有給每個點分配相應(yīng)的物理點，則這些I/O點會消失并且不能夠分配給I/O鏈中的后續(xù)模塊。

CPU 417-4 具有：

• 功能強(qiáng)大的處理器： 
  CPU 執(zhí)行每條二進(jìn)制指令時間僅為 0.018μs 。
• 30 MB RAM（其中程序和數(shù)據(jù)各使用 15 MB）；
  用于執(zhí)行用戶程序的快速 RAM。
• 靈活擴(kuò)展： 
  多達(dá) 262144 點數(shù)字量和 16384 點模擬量輸入/輸出。
• MPI 多點接口： 
  通過 MPI，可在高達(dá) 12 Mbit/s 的數(shù)據(jù)傳輸速率下，建立包含多 32 個站的簡單網(wǎng)絡(luò)。CPU 可與通信總線（C 總線）和 MPI 的站建立多 44 個連接。
  注意：
  如果同時使用 PROFIBUS DP 接口和 MPI 接口，則只能將以下總線連接器與 MPI 接口相連：
  
  • 帶插口： 6ES7 972-0BB42-0XA0
  • 不帶插口：6ES7 972-0BA42-0XA0
• 模式選擇開關(guān)： 
  撥動開關(guān)設(shè)計。
• 診斷緩沖區(qū)： 
  后的 120 個故障和中斷事件保存在一個環(huán)形緩沖區(qū)中，用于進(jìn)行診斷（可擴(kuò)展）。
• 實時時鐘： 
  在 CPU 的診斷消息后面附加日期和時間。
• 存儲卡： 
  用于對集成的裝載存儲器進(jìn)行擴(kuò)展。存儲在裝載存儲器中的信息包括 S7-400 參數(shù)數(shù)據(jù)以及程序，因此需要 2 倍的存儲空間。 其結(jié)果是：
  
  • 內(nèi)置的裝載存儲器不能滿足大程序量的要求，因此需要存儲卡。 
    可使用 RAM 和 FEPROM 卡（FEPROM 卡用于保持性存儲）。
• PROFIBUS DP 接口： 
  通過 PROFIBUS DP 主站接口，可以實現(xiàn)分布式自動化組態(tài)，從而提高了速度，便于使用。對用戶來說,分布式 I/O 單元可作為一個集中式單元來處理（相同的組態(tài)、編址和編程）。 
  混合組態(tài)： SIMATIC S5 和 SIMATIC S7 作為符合 EN 50170 的 PROFIBUS 主站。
  注意：
  如果同時使用 PROFIBUS DP 和 MPI 接口，則只能將以下總線連接器連接至 MPI 接口：
  
  • 帶插口： 6ES7 972-0BB42-0XA0
  • 不帶插口：6ES7 972-0BA42-0XA0
• 兩個附加插槽： 
  可用 IF 964-DP 接口子模塊連接兩個附加的 PROFIBUS DP 主站系統(tǒng)。

• 3 個故障安全 CPU（CPU 414F-3 PN/DP、CPU 416F-2、CPU 416F-3 PN/DP）
• 具有不同性能等級，滿足不同的應(yīng)用要求。

西門子MASTERDRIVES系列驅(qū)動器

• 用于簡單、方便地連接傳感器和執(zhí)行器
• 當(dāng)更換模塊時可保留接線
• 更換模塊時通過編碼避免發(fā)生模塊類型錯誤

SIMATIC S7 I/O 模塊與傳感器/執(zhí)行器之間的接線是關(guān)系成本高低、配置、控制柜加工、購置和維修方便性的關(guān)鍵因素。

通過 SIMATIC TOP connect 系統(tǒng)電纜連接技術(shù)，可簡便而快速地建立 SIMATIC S7-300/400 的可靠連接。

使用 TIA Selection Tool，只需點擊鼠標(biāo)，即可組態(tài)從 SIMATIC S7 模塊到 I/O 的連接。程序會自動檢查合理性，并生成所選連接組件的部件列表，隨后就可以在西門子工業(yè)產(chǎn)品網(wǎng)上商城中進(jìn)行訂購。

兩種布線形式可用于十分廣泛的控制柜設(shè)計：

模塊化連接

單獨插入每個組件。

該系統(tǒng)包括：

• 前連接器模塊
• 連接電纜
• 連接模塊，分為以下三種：基本模塊、信號模塊、功能模塊。

從而可以幾乎排除連接錯誤，并將安裝費(fèi)用降到低。可系統(tǒng)性地連接 SIMATIC 系統(tǒng)。電纜按米銷售，并且電纜經(jīng)過預(yù)組裝或者可方便地進(jìn)行組裝，從而顯著降低連接電纜的組裝開銷。

完全模塊化連接設(shè)計（以 16 通道為例）

柔性連接

包括：

• 前連接器采用螺釘式或壓接式觸點
• 單芯前連接器
• 單芯線符合 UL/CSA 標(biāo)準(zhǔn)。

藍(lán)色單芯線上有編號，分別連接到控制柜內(nèi)的各個元件上。單芯線上的編號與前連接器的針腳編號對應(yīng)。

與常規(guī)單一布線方式相比，組裝成本節(jié)約 50%，因為固定各個線芯時，已在接頭上對它們進(jìn)行過檢查。

因此，無需對每個模塊多達(dá)兩倍的 46 個線芯進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)組裝。