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西门子Profinet在烟草行业的应用和实例讲解

当今的自动化系统种类各不相同，只在有限的范围内实现兼容，难以满足用户设备集成和扩容的需要，从而制约了自动化技术的发展。Profinet是Profibus国际组织提出的基于以太网的自动化标准，能同时以单一一条工业以太网电缆线的解决方案满足3个自动化领域的需求，包括IT集成化领域、实时自动化领域和同步实施运动控制领域。其目标是为众多制造商和用户提供一个统一的、集成了安全技术的行规，同时满足用语通信总线的机械设备标准化的需求。

在烟草行业中，各个工艺段存在设备多、布局分散的特点，因此采用Profinet工业以太网网络控制架构来组态系统。系统采用CP343-1 / CP443-1 Advanced以太网通讯模块与上位调度计算机、监控计算机通讯，接受上位调度计算机下达的各项任务；底层通过Profinet 网络采集现场的I/O信号和设备状态，并控制设备的正常运行。

目前，PROFIBUS DP系统已经被大量用户所采用，用户可以通过PROFIBUS 实现组态，编程和诊断。PROFINET IO具有PROFIBUS DP类似的组态，编程和诊断方法，而且有比PROFIBUS更高的实时性能。

PROFINET IO在IO控制器和IO设备之间进行过程数据数据交换以及参数数据和诊断数据。IO Supervisor（IO 监视设备）用于HMI和诊断。

设备与系统描述

    在某烟草企业的制丝工艺段中，PLC采用西门子S7-300系列PLC。S7-300系列PLC处理速度更快、系统资源裕量更大、通讯能力更强、性能更加稳定可靠，全面支持等时模式和运行中配置等功能，由此大幅降低了工程、培训等费用，是各种自动化功能的技术和经济性解决方案。机架上增加一个CP 343-1以太网模块，用于系统和上位调度计算机通讯。

现场分布式I/O采用具有Profinet接口的西门子的ET200S系列，用于采集现场的传感器信号（如光电开关、接近开关、限位开关等）和按钮指示灯信号。

　　电机驱动采用西门子ET200S的单相启动器、双相启动器或软启动器，每个ET200S从站带有一个IM151-3PN接口模板（双网口），可以支持Profinet总线的级联方式，IM151-3PN接口模板的供电采用单独供电方式，保证切断控制电源时，Profinet网络不受影响，通过它就可以和PLC之间建立网络通信。

　　对于需要精确定位的设备或一些专机设备，系统采用变频器对电机进行驱动。在该方案中，采用丹佛斯带Profinet总线通讯接口的现场安装的变频器FC302 IP55系列产品。采用Profinet总线的级联方式。配置输入输出电抗器、RFI滤波器。变频器的动力输出线缆采用屏蔽电缆，动力输出线缆和通讯电缆的屏蔽层可靠接地。Profinet总线模板的供电采用单独供电方式，保证切断动力电源时，Profinet网络不受影响。

　　在现场操作员终端，操作人员通过触摸屏终端对现场设备状态进行监控，当设备出现故障或需要进行维护时，可以通过终端操作来完成模式转换、故障处理、信息维护等操作。该方案采用的是西门子触摸屏MP377，通过Profinet和PLC通讯。

　　对于不支持Profinet总线的器件，该方案采用Profibus总线进行通信，并由IE/PB LINK 将现有的Profibus设备透明地连接到Profinet的设备。

2.

系统特点

    现场总线技术在控制过程的应用，节省了大量的线缆、槽架、连接件，减少了系统的设计、调试、维护时间，方便地实现了现场控制设备之间以及设备与控制管理层之间的联系，为控制信息进入公共数据网络创造了条件。与地点无关的控制、高速通信、灵活的拓扑结构、真正的可互操作性和开放性等高级功能的特征，使其具有强大优势和广阔的发展前景。

　　采用基于工业以太网的开放式、跨供应商标准的Profinet，可实现从公司管理层直到现场层直接、透明的访问。Profinet基于现有成熟IT标准，并提供对TCP/IP的全面支持，用户能够毫不费力的与现有系统进行扩展及便捷集成。

3.

系统配置步骤

接下来，我们就以一个实例，一步一步教大家如何配置组态一个PROFINET IO系统。本实例项目是由一个S7-300 PLC ， CP343-1（支持PROFINET IO Controller）和具有PN接口的ET200S组成。

第1步，新建一个项目，插入一个Simatic 300站，如图3-1所示：

第2步，在硬件组态中插入一个CP343-1，新建一个网络连接Ethernet (1)，并且配置IP地址，如图3-2所示：

第3步，在CP343-1的右键中选择“插入PROFINET IO系统”，如图3-3所示：第4步，在右边的PROFINET IO设备栏内，选择实际的远程IO设备，在PROFINET IO总线上插入一个ET200S站IM151-3PN，并且给给IM151-3PN配置它的设备名“IM151-3PN”，如图3-4所示：第5步，在IM151-3PN中插入相应的DI和DO模块，如图3-5所示：

第6步，选中PROFINET IO总线，然后右键菜单选择“目标属性”，如图3-6所示：

第7步，在PROFINET IO总线的属性中，在Communication allocation(PROFINET IO)选项内可配置PROFINET IO通讯占比，当有PROFINETCBA通讯存在时，必须给PROFINETCBA通讯预留一部分通讯比例，如图3-7所示：

第8步，配置IM151-3PN的更新时间，这个更新时间是根据设备的性能决定的，性能好的设备更新时间可达1ms，有的厂商提供的PROFINET IO设备最多也只能有8ms的更新时间，如图3-8所示：

第9步，配置IM151-3PN的属性，分配设备名，本例就为“IM151-3PN”；设备号码本例配置为“1”，Step7会自动分配，当你有2个以上的远程IO站时，设备号码不能重复，否则无法编译通过；设备的IP地址是由Step7自动分配的，你也可以手动指派IP地址；如图3-9所示：

第10步，编译硬件组态，如图3-10所示：

第11步，打开PST软件，扫描网络设备，如图3-11所示：

第12步，按照在Step7中的实际组态，分配IP地址，如图3-12所示：

第13步，下载IP地址至设备中，如图3-13所示：

第14步，下载后，设备已经有了IP地址了，如图3-14所示：

第15步，给IM151-3PN也分配IP地址，如图3-15所示：

第16步，下载硬件组态，如图3-16所示：

第17步，在线监视硬件组态，发现CP343-1有故障，原因是远程站IM151-3PN的设备名还未分配，如图3-17所示：

第18步，给IM151-3PN也分配指派设备名，如图3-18所示：

第19步，在弹出来的对话框中，选中你要指派设备名的设备，然后点击右边的“Assign name/指派名称”按钮，如图3-19所示：

第20步，可以看到IM151-3PN已经有了设备名（与硬件组态的设备名相同，PN IO 控制器才能依靠此设备名找到它），如图3-20所示：

第21步，再次在线监视硬件组态，发现此时PN IO系统工作正常，如图3-21所示：

    至此，如何组态PN IO系统已经介绍完毕。还有一些注意点，如果你用的PLC是S7-300系列的，使用CP卡作为PN IO控制器，都需要在程序里调用PN_SEND和PN_RECV来驱动远程IO设备。而S7-400的PLC是不需要编程的，可以直接驱动远程IO设备。

4.

总结

    系统的profinet网络集成了强大功能，从网络安装到基于web诊断的整个自动化解决方案的实现；profinet的模块化结构可非常容易地扩展和包含其他功能；profinet提供标准化的独立于制造商的工程接口，它能够方便地把各个制造商的设备和组件集成到单一系统中。人机界面友好，不仅使现场的监控更便捷，同时其通讯功能使车间总控室可以实时监视现场生产情况。

    新的控制系统将网络通讯协议简化为一种，极大地节约了构建成本、未来维护成本。同时为未来柔性制丝系统的构建打下了良好的基础。