西门子PLC以太网通讯模块

西门子6SL3210-1SB11-0UA0

西门子科学家正在参与一项新的科研项目，该项目可就大数据的多种商业应用方式进行分析。欧盟的BYTE项目旨在制定一份路线图，为实现在2020年以前提高欧洲在大数据市场所占份额提供行动方案。BYTE将重点开发政治措施和技术措施，这些举措既能大程度利用大数据的优势，又可以小化隐私等方面的不利影响。欧盟的BIG项目为大数据应用找到了业务模式和相应技术，BYTE项目是在BIG项目基础上的进一步推进。除西门子以外，此项目还聚集了其他十家来自工业和科研领域的合作伙伴。

海量数据的智能分析以及更重要的对分散信息的融合蕴含着巨大潜力。举例而言，工业企业已经在利用大数据技术来寻找节能空间。当涉及多个数据源时，大数据分析的难度会更大，例如，要研究特定地区的工厂和家庭用户的能源消耗数据就比较困难。分析此类信息可以得出工厂的生产情况或个人的使用行为，因而必须对这类信息的使用加以精确和安全的规范。由多数据源融合而来的数据量越大，数据使用所带来的正面或负面的影响就越多样化。BYTE团队中聚集了自然科学、工程、计算机编程、法律、社会学和经济学领域的*，*们通过开展各种案例研究以分析大数据的方方面面。

西门子*研究院的科学家们在BYTE项目中对智能城市展开了案例研究。来自城市、工厂和发电厂等特殊环境的信息，经过特定的处理方式实现关联，西门子称其为智能数据（Smart Data）。例如，手机可以提供用户行动轨迹的匿名数据，汽车可以生成交通路况的数据，智能电表提供的数据可用于预测未来的能源需求。城市可以利用此类数据疏导交通，改善碳足迹，又不侵犯市民的隐私。为实现这一愿景，需进一步制定相关法律并开发数据保护技术。

西门子研究人员与欧洲城市携手合作，对能源与交通交集领域的大数据应用展开研究。他们走访了能源供应商、**当局和公共运输公司的*，努力推进各个方面的研究。西门子的一些业务部门已经在开发智能城市解决方案，包括智能电表、楼宇和能源管理系统以及电动交通基础设施。此外，西门子*研究院于2013年夏季在维也纳启动了“Aspern智能城市”（Aspern Smart City）研究项目，目前该项目正在推进过程中。

说明

SIMATIC TDC是一个多处理器的高性能自动化系统，特别用于大型设备中的过程控制、快速响应以及多驱动同步等方面。

SIMATIC TDC还在单一平台上通过大数量框架和小循环时间解决了复杂的驱动、控制和技术任务，因此在高级性能范围内对SIMATIC S7是一个理想的补充，解决S7-400无法完成的任务。
SIMATIC TDC是集成到SIMATIC中的技术和驱动自动化系统，通过使用经广泛应用测试的标准SIMATIC编程、通讯和诊断技术。

硬件组态 STEP7

图形化组态 CFC（工艺图）和SFC（流程图）；

PROFIBUS DP和工业以太网

SIMATIC WinCC和SIMATIC Operator Panels

应用领域

SIMATIC TDC的高速循环周期使得TDC能够在以下的应用领域发挥优势
SIMATIC TDC的小循环周期为0.1ms

对于传动的闭环控制（转矩、转速、位置、角度/角差、速度），特别是如果对多个驱动器进行协调或者驱动器之间存在着复杂的关系

用于调节多个/不同的物理变量（例如张力，压力）

用于计算若干过程/设备变量（例如：温度）

SIMATIC TDC有助于缩短计算周期（100微秒），具有功能性储备和**的灵活性。

SIMATIC TDC的应用示例包括：

金属生产，金属加工和金属机加工，冷轧、热轧、高速带线材、高速棒材、拉矫平整等，例如：自动辊缝控制、飞剪、开卷卷取、小车定位

用于远距离高压直流输电、智能电网、柔直风电场接入，例如：晶闸管或者IGBT通断控制

用于稳定电力传输的无功功率补偿，例如：电容器单元，电容器组

优点

由于具有高的计算能力因而提高了产能和竞争力

由于降低了组件密度并简化了备件储备而降低了采购成本

由于使用了通用的标准工具和重复使用现有软件而降低了工程组态成本

使用**标准

设计和功能

SIMATIC TDC 包括了一个或多个机架，机架上可以插入所需的模块。多处理器运行使性能几乎可以无限扩展。

使用可扩缩硬件的模块式系统结构

实时操作系统小采样循环周期100us

由于具有 64 位构架的 CPU，能够实现高的性能

每个机架多可以配备 20 个 CPU 进行同步多处理

由于使用了 VME 总线系统可以在 CPU 之间实现较高的通讯性能

同步耦合多 44 个机架

使用 STEP 7 工程组态工具实现了图形组态连续功能图（CFC）和顺序功能图 SFC（顺序功能图）

C语言，功能块生成器

SIMATIC TDC 是一款模块式多处理器系统，由一个或多个机架构成。机架配备有 CPU、I/O 模块和通讯模块

UR5213 机架

电磁屏蔽 19" 的 UR5213 机架允许具有大能力储备的硬件的可扩缩式的扩展。适合于安装在墙上和机柜安装，带有一个集成电源，电源带有有源冷却和内部监视装置。通过插入多 20 个 CPU 或者把多 44 个机架连接起来以提高性能。

*处理单元 CPU551

*处理单元 CPU551 适用于具有非常高的计算要求的开环和闭环控制任务。CPU 根据可调的扫描间隔可以确保实现严格的循环处理。

I/O 模块 SM 500

SM500 I/O 模块可以为连接数字和模拟 I/O提供丰富的选件。此外，还可以连接增量位置编码器和值编码器。

CP50M1、CP51M1通讯模块

CP50M0 和 CP51M1 通讯模块可以为试运行、过程控制和 HMI 提供高性能的通讯。它们可以处理 MPI、PROFIBUS DP 协议，以及使用 TCP/IP 和/或 UDP 协议的以太网。

全局数据存储器 GDM

通过全局数据存储器（GDM），一系列带有 CP52x0 的机架可以相互通讯，能够扩展出几乎无限的计算能力。通过光缆和共享存储器多有 44 个机架可以互联。除了机架间的通讯，GDM 还可以实现同步（扫描时间、时钟时间）和报警功能。更新时间设置为 < 1 ms。

框架连接模块 CP53M0

CP53M0 框架连接模块可以提供以下功能：

把 SIMATIC TDC 系统耦合到 SIMADYN 
D 系统

把 SIMATIC TDC 系统耦合到另外两个 SIMATIC TDC 机架上

用于 CPU 模块与机架间数据交换通讯缓冲器

1. 概述

西门子驱动装置（SIMOVERT MasterDrives VC，MicroMaster 4 以及SIMOREG DC Master）除了具有与驱动基本应用有关的功能外，还具有强大的通讯功能。驱动通讯可以分为三种方式：

? PROFIBUS DP协议
? USS协议
? SIMOLINK协议（一般用来代替Peer to Peer协议，实现从站到从站的通讯）

PROFIBUS DP和USS协议属于主/从通讯，需要有PLC作为主站，驱动装置作为从站。

USS协议的主要优点是，其接口集成在基本装置中，不需要额外费用；主要缺点是通讯速度慢，只有基本通讯功能（PKW+PZD），多31个从站。

PROFIBUS DP协议的主要优点是，通讯速度快，除了基本功能之外还有一些附加功能（例如：非循环通讯，交叉通讯），站点数更多；主要缺点是需要另外购买作为选件的通讯模板（例如：CBP2或PROFIBUS模板）。

SIMOLINK协议（代替Peer to Peer协议）主要用来实现驱动装置与驱动装置之间的通讯。SIMOLINK协议也可以是主/从通讯，主站是S7-400（FM458+EXM448）或SIMADYN D。

这里我们主要介绍S7 PLC与驱动装置采用PROFIBUS DP协议进行通讯。
采用PROFIBUS DP协议通讯时，既可以利用STEP 7本身提供的功能，也可以使用TIA软件Drive ES。

本文档只介绍STEP 7本身提供的功能。有关Drive ES的功能将根据需要在以后的文档中再做介绍。

（关于 DriveES，可以参加西门子自动化与驱动培训中心的培训课程D2403）

2. *条件

下面以S7-300 PLC与MasterDrives CUVC变频器的通讯为例：

主站：S7-300 CPU315-2DP可编程序控制器
从站：MasterDrives CUVC变频器 + CBP2 通讯模板
编程装置：PC + STEP 7 V5.4 + MPI接口（MPI Adapter 或CP5611卡）

装有STEP 7 V5.4 的PC机用于S7 CPU315-2DP的硬件组态与编程，通过MPI电缆与CPU315-2DP的MPI接口连接，用于硬件组态数据及程序的下载。CPU315-2DP的DP接口通过PROBIBUS 电缆与CUVC 变频器的CBP2 上的DP 接口连接，用于S7-300 与变频器的通讯。

网络连接如图1 所示。

西门子6SL3210-1SB11-0UA0

图1：PC机、CPU315-2DP 与驱动装置的连接

3. 硬件组态

3.1. 新建项目
在SIMATIC Manager 中新建一个项目，名称为Drives_Comm。如图2 所示。

图2：新建项目，名称为Drives_Comm

3.2. 插入一个S7-300 主站
在项目名称Drives_Comm 下插入SIMATIC 300 Station，如图3 所示。

图3：在项目下插入一个S7-300 站

接下来对该站进行硬件组态：从硬件组态目录中依次插入机架、电源、CPU，设置CPU上PROFIBUS DP 接口的网络参数（可采用缺省设置，即：地址2，高地址126，波特率1.5 Mbps，协议DP）。如图4 所示。

图4：设置CPU 上PROFIBUS DP 接口的参数

按OK 键确认后得到主站的组态结果，如图5所示。

图5：主站的组态

3.3 插入一个MASTERDRIVE 从站
在PROFIBUS(1): DP master system (1) 总线上挂上MasterDrives 从站。

从站路径为：PROFIBUS DP >
                        SIMOVERT >
                        MASTERDRIVES/DC MASTER CBPx                 或
                        MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1

MASTERDRIVES/DC MASTER CBPx 与MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 的区别是，前者只能按照PPO 类型选择报文结构（即CBP 功能：循环通讯），后者还能选择更多的报文结构，以配合CBP2 的一些扩展功能（DPV1功能）。

（关于CBP2 模板的报文结构参见下面*7 部分）
（关于MM4 PROFIBUS 模板的报文结构参见下面*8 部分）

选择MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 作为从站，地址设成3。如图6 所示。

图6：选择MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 作为3 号站

3.4. 在从站中插入“模板”
在驱动装置从站中插入类似于ET 200M 从站中的模板，以确定报文结构。
将右边窗口硬件目录中MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1 下面的 PPO 3: 0PKW, 2PZD插入左下窗口中的**行（Slot 1）。该选项共占两行。意思是：PPO类型3，即：0个字参数数据（又叫PKW），2 个字过程数据（又叫PZD）。参数数据用于PLC 读/写变频器的参数，过程数据用于PLC 控制和监视生产过程。0 个字参数数据表示PLC 不能读/写驱动装置的参数，参数数据也不占用S7 的外设地址；2 个字过程数据表示PLC 和驱动装置交换2 个字过程数据，各占用S7-300 PLC 四个字节的外设地址。地址范围是输入字节256 - 259，输出字节256 -259。如图7 所示。

通常S7 传送到驱动装置的*1 个字是控制字，*2 个字是频率设定值；驱动装置传送到S7的*1 个字是状态字，*2 个字是频率实际值。这是简单的应用。

(关于CBP2 模板的其他选项的含义参见下面*7 部分)
(关于MM4 PROFIBUS 模板选项的含义参见下面*8 部分)

图7：驱动装置的输入/输出地址

3.5 查看从站中“模板”的属性
双击左下窗口中的*二行（Slot 2），打开其属性。如图8 所示。

图8：驱动装置的输入/输出地址的属性

属性中给出驱动装置占用S7-300 PLC 外设地址的情况，包括：输出/输入地址，长度，单位，连续性范围。这里除了地址之外，其他属性都是由PPO3 决定的，只能读，不能改写。

当字长不大于 2 或选择“以字为单位传送”时：用 MOVE 指令（L/T 指令）编程
当字长大于 2 且选择“所有字一起传送”时：用 SFC14/15 编程

4. 编程

根据前面的组态，由于输入/输出各占四个字节，可以使用两次MOVE 指令（L/T 指令）。由于程序简单，程序可以直接编写在OB1 中。数据从MB0 - MB3（即：MW0和MW2）写入驱动装置，从驱动装置读回的数据放入MB4 - MB7（即：MW4和MW6）。如图9所示。

图9：PLC程序

传送到驱动装置的*1 个字（MW0）是控制字（控制指令）：
当 MW0 = 0000 0100 0000 0000 B = 0400 H 时，驱动装置处于运行准备状态；
当 MW0 = 0000 0100 0000 0001 B = 0401 H 时，驱动装置进入运行状态1）

1） 相应于*5部分参数设置，PLC 只控制驱动装置起/停。若要传送所有指令应设置：
MW0 = 1001 1100 0111 1110 B（9C7EH）<-> 运行准备
MW0 = 1001 1100 0111 1111 B（9C7FH）<-> 运行
同时设置：P555~P575 = 3101~3115

传送到驱动装置的*2 个字（MW2）是频率设定值：
当MW2 = 0100 0000 0000 0000 B = 4000 H= 16384 D 时，相当于50Hz。

5. 参数设置

在驱动装置侧，驱动装置应处于可以运行的状态。为了实现与PLC 之间的通讯，以及从PLC 接收起/停指令和设定值，向PLC 传送状态字（驱动装置状态）和实际值，应如下更改参数：

参数设置可以通过操作面板PMU，也可以通过DriveMonitor 软件进行。

6. 测试

启动STEP 7的Monitor/Modify Variables 功能，填写变量。如图10 所示。

图10：用监视和修改变量功能控制驱动装置起动和调速

当控制字（Control Word1）为W#16#0400 时，驱动装置应显示O009，表示运行准备状态。将控制字从W#16#0400 改成W#16#0401 时，驱动装置起动。除了状态字（Status Word1）会发生变化外，速度实际值（Actual Value）也会逐渐上升，上升速度取决于参数P462.01 的数值，后达到W#16#4000（50Hz）。状态字的含义如图11 所示。其中Bit 2 表示运行状态。将控制字改回W#16#0400 时，驱动装置首先减速，减速时间取决于P464.01 的数值，然后停止运行。