S7-400多子站系統(tǒng)中用IM151-8 PN/DP CPU替換IM151-7 CPU的研究與實(shí)現(xiàn)

徐漢均，田 闊，劉 森，徐 健

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

通訊與網(wǎng)絡(luò)

S7-400多子站系統(tǒng)中用IM151-8 PN/DP CPU替換IM151-7 CPU的研究與實(shí)現(xiàn)

徐漢均，田 闊，劉 森，徐 健

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

隨著工業(yè)控制的發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)逐步成為工廠自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的主流，profinet協(xié)議成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)后，很多工廠為了更高效穩(wěn)定的實(shí)時(shí)通信，希望將老舊的profibus系統(tǒng)更替為profinet系統(tǒng)。針對(duì)在項(xiàng)目整體系統(tǒng)環(huán)境不改變的情況下，把整個(gè)profibus網(wǎng)絡(luò)的局部設(shè)備更替為profinet網(wǎng)絡(luò)的可實(shí)施性進(jìn)行分析和實(shí)現(xiàn)，并對(duì)更換后的系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試，總結(jié)最優(yōu)系統(tǒng)硬件配置方案，對(duì)今后的舊工廠改造項(xiàng)目有一定參考意義。

S7-400；profinet profibus RT通訊

0　引言

本次升級(jí)是將某項(xiàng)目56臺(tái)DP子站系統(tǒng)中的12臺(tái)IM151-7 CPU更換為IM151-8 PN/DP CPU，過(guò)程中經(jīng)過(guò)對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)配置方法的嘗試，闡述在大部分硬件不改變的情況下，更換profinet網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。

1　PROFINET概述

PROFINET是一種近年產(chǎn)生的工業(yè)以太網(wǎng)通訊系統(tǒng)，是由西門子公司和profibus用戶協(xié)會(huì)開發(fā)。針對(duì)分布式智能自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。應(yīng)用可以大大節(jié)省配置和調(diào)試費(fèi)用。PROFINET系統(tǒng)集成是基于profibus和以太網(wǎng)系統(tǒng)，在保持著master和slave模式的同時(shí)，還有包括以太網(wǎng)的星型、樹形、總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以使用如RT，CBA RT，IO IRT等實(shí)時(shí)通訊協(xié)議。具有通訊速度快、等時(shí)精度高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。本文主要討論采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蚏T通訊協(xié)義的profinet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)替換原有串聯(lián)的profibus網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方法。

2　原有profi bus系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布局

原有系統(tǒng)主站cpu型號(hào)為CPU 412/2DP ，包含兩個(gè)DP總線網(wǎng)絡(luò)profibus-1和profibus-2，分別掛有34和22個(gè)DP從站-IM151-7 CPU，總線網(wǎng)絡(luò)均采用串聯(lián)模式，傳輸速率187.5Kbps。同時(shí)cpu還掛了一個(gè)CP443-1用于和項(xiàng)目中其他設(shè)備的以太網(wǎng)控制器進(jìn)行基于RT通道的實(shí)時(shí)通訊，網(wǎng)絡(luò)名稱-Ethernet（1）。布局示意圖和系統(tǒng)配置如圖1、圖2所示。

圖1　布局示意圖

圖2　系統(tǒng)配置圖

3　替換項(xiàng)和實(shí)現(xiàn)方式

3.1實(shí)施目的和要求

將7至18號(hào)共12臺(tái)IM151-7 CPU從站替換為以太網(wǎng)從站IM151-8 PN/DP CPU，實(shí)施過(guò)程中保持其他從站系統(tǒng)原樣不動(dòng)，同時(shí)保證程序更改最小化甚至不更改，為了提高新系統(tǒng)的冗余度，新profinet從站網(wǎng)絡(luò)采用星型拓?fù)?，相互?dú)立的連接結(jié)構(gòu)。

3.2CPU選型及程序移植

為保證在系統(tǒng)新添加PROFINET網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)對(duì)原有的PROFIBUS_DP網(wǎng)絡(luò)不造成任何影響，新系統(tǒng)選用了具有PROFIBUS_DP和PROFINET雙重組網(wǎng)能力的主控器CPU 414-3PN/DP。在程序移植過(guò)程中，為保證系統(tǒng)運(yùn)行的各個(gè)參數(shù)丟失，需要當(dāng)前系統(tǒng)在線的程序拷貝至調(diào)試step7中，更換完CPU之后，再將step7中新系統(tǒng)的所有內(nèi)容下載至新CPU414的運(yùn)行存儲(chǔ)器里，整個(gè)過(guò)程操作需要系統(tǒng)停運(yùn)10分鐘左右，10分鐘以后，升級(jí)內(nèi)容以外的設(shè)備系統(tǒng)即可恢復(fù)正常運(yùn)行。

3.3新系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置

新profinet從站網(wǎng)絡(luò)在拓?fù)渲姓加肅PU 414-3PN/ DP的其中一個(gè)PN口，新建一個(gè)profinet網(wǎng)絡(luò)Ethernet（2），與原有以太網(wǎng)絡(luò)在硬件上分隔開。IM151-8 PN/ DP CPU從站與原IM151-7 CPU從站的通訊模式一致，采用IO通訊，將IM151-8 PN/DP CPU通過(guò)I-device配置設(shè)置為CPU 414-3PN/DP的從站系統(tǒng)，IO硬件接口與原來(lái)一樣，這樣保證了接口程序無(wú)需改變。考慮到IM151-8 PN/DP CPU子站本身具有處理能力，設(shè)備動(dòng)作控制由其本身完成，所以對(duì)主站CPU的等時(shí)通訊的同步率要求并不高，所以從站系統(tǒng)我們依然使用RT的信息通道。硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

4　穩(wěn)定性測(cè)試

升級(jí)后試運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)了CPU的BF燈不定時(shí)閃爍，經(jīng)診斷發(fā)現(xiàn)是從站丟失報(bào)警，經(jīng)過(guò)分析討論，由于系統(tǒng)采用RT通道通訊，通道內(nèi)設(shè)備數(shù)量高達(dá)22臺(tái)，所以在等時(shí)性上無(wú)法達(dá)到特別高的性能，硬件配置時(shí)使用系統(tǒng)默認(rèn)的2ms更新時(shí)間的要求過(guò)高，通道的通訊效率不能滿足。默認(rèn)更新時(shí)間如圖4所示。

因此在程序中加入了統(tǒng)計(jì)從站丟失次數(shù)的程序，并在確定CPU看門狗的時(shí)間為3s的條件下，對(duì)不同固定的更新時(shí)間進(jìn)行1個(gè)小時(shí)的丟站次數(shù)記錄，直到尋找到系統(tǒng)可以穩(wěn)定的配置參數(shù)。

圖3　硬件結(jié)構(gòu)圖

圖4　默認(rèn)更新時(shí)間

診斷塊代碼：

單個(gè)從站的丟站次數(shù)統(tǒng)計(jì)代碼：

【】【】

丟站次數(shù)與更新時(shí)間曲線：

經(jīng)過(guò)測(cè)試當(dāng)選擇的固定更新時(shí)間大于256ms時(shí)，設(shè)備網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。長(zhǎng)時(shí)間觀察，系統(tǒng)運(yùn)行正常，未出現(xiàn)硬件報(bào)錯(cuò)等問(wèn)題。

5　結(jié)束語(yǔ)

profinet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到國(guó)際全方面的認(rèn)可，使用、維護(hù)方便，調(diào)試成本降低，兼容性廣泛，是未來(lái)控制系統(tǒng)的主流發(fā)展趨勢(shì)，profibus系統(tǒng)升級(jí)為profinet系統(tǒng)可實(shí)施性很高，老工廠需要升級(jí)控制系統(tǒng)的市場(chǎng)需求也很廣闊，掌握好系統(tǒng)升級(jí)的方法，不但可以降低企業(yè)的人力成本，還可以在盡量少影響原系統(tǒng)運(yùn)行的條件下完成升級(jí)，提高企業(yè)承攬項(xiàng)目的競(jìng)爭(zhēng)力。

[1] 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信.崔堅(jiān)主編.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2005.6.

[2] 電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的綜合天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所.電氣傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2005.6.

[3] SIMATICPROFINET.系統(tǒng)說(shuō)明[Z].西門子自動(dòng)化設(shè)備部.系統(tǒng)手冊(cè)A5E00879148-05,2010.7.

[4] 陳方良,方文,馬思文,等.關(guān)于Profinet以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線的研究與應(yīng)用[J].控制系統(tǒng),2006(9)：37-39.

Research and realization of the IM151-8 PN/DP CPU to replace the IM151-7 system in S7-400 multi station system

XU Han-jun, TIAN Kuo, LIU Sen, XU Jian

TP273

A

1009-0134(2016)07-0049-03

2016-05-25

徐漢均（1988 -），男，遼寧沈陽(yáng)人，助理工程師，本科，主要從事自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)和調(diào)試工作。