6ES7212-1BB23-0XB8选型手册

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现场总线技术已成为世界自动化技术的热点，近年来在我国纺机自动化中已受到关注并开始推广应用。PROFIBUS－DP是现场总线PROFIBUS中广泛应用的一种方式，主要用于现场级的主从通信，实现现场级控制系统与分布式I／O及其他现场级设备之间的通信（它有较好的抗电磁干扰性能）。近年来我国纺机自动化中也已逐步应用了PROFIBUS－DP现场总线。ABB公司的ACS系列变频器由于其优异的性能，在纺机新产品中得到大量应用。PROFIBUS－DP现场总线控制器（如PLC或DCS系统）的设置，首先安装ABB变频器GSD文件ABB＿0812.GSD，然后在系统PROFIBUS－DP硬件配置的中添加从站ABBDrivesRPBA－01站号为2（或其他地址号），插入PPOTypeModule为4；在*2号从站的参数设置中，将OperationMode改为VendorSpecific（即ABB传动协议），其他为默认配置，最后将配置下载到主站中。

通过以上几步的设置，主站对从站2的输出区（OUTPUT）的数据结构为：Output的**个字是用于ABB传动通信协议的控制字CW；Output的*二个字是变频器的给定值REF1；Output的*三个字是变频器的给定值REF2；Output的*四个字是变频器的给定值REF3（由ACS800变频器参数90.01决定）；Output的*五个字是变频器的给定值REF4（由ACS800参数90.02决定）；Output的*六个字是变频器的给定值REF5（由ACS800参数90.03决定）。

ACS800参数的设置，首先将ACS800变频器Profibus适配器模块安装到变频器上，并按照适配器模块的用户手册调整硬件（如站号，终端电阻等），将参数98.02（Comm．Modulebbbb）改为FIELDBUS；确定参数98.07（COMMPROFILE）为ABBDRIVES。随后修改51组参数。将参数51.04（PPOtype）改为PPO4；将参数51.05（PZD3OUT）改为3；将参数51.06（PZD3IN）改为6；将参数51.07（PZD4OUT）改为7；将参数51.08（PZD4IN）改为10；将参数51.09（PZD5OUT）改为8；将参数51.10（PZD5IN）改为11；将参数51.11（PZD6OUT）改为9；将参数51.12（PZD6IN）改为12。

目前这种方法已在各种PLC（如SiemensS7系列PLC）和DCS（如EmersonDCS）为主机的Profibus控制系统中得到应用，相信对其他控制系统也有借鉴作用。

    在工业控制领域，随着仪器仪表智能化的提高和工业管理自动化的深入，大量的智能设备需要通过网络相互通信，实现智能化现场设备的功能自治性、系统结构的高度分散性以及管控一体化。

现场总线顺应了现场设备智能化的发展趋势，它以具备数字计算与数字通信能力的现场设备作为网络节点，以总线作为节点间实现数字通信的纽带，构成数字式、双向传输、全分散、多分支结构的控制网络［1］。现场总线的出现适应了工业控制系统向分散化、网络化和智能化发展的方向，并且促使目前的自动化仪表、DCS和可编程控制器（PLC）等产品所面临的体系结构和功能结构产生重大变革，导致工业自动化领域的一次更新换代。

从信息集成的角度来看，随着计算机、控制、通信、网络等信息技术的发展，信息交换的领域已经覆盖了工厂、企业乃至世界各地的市场［2］。为实现工业企业的综合自动化，需要建立包含从工业现场设备层到控制层、管理层等各个层次的集成网络平台，不仅为数据信息的纵向传递提供通道，同时保横向设备间的相互通信。

但是现场总线技术在信息集成方面存在许多不足，现有的现场总线标准过多，仅IEC国际标准就包含了8个类型，未能统一到单一标准上来，多种现场总线并存已成定局，不同类型的现场总线设备均配有专用的通信协议，互相之间不能兼容，无法实现互操作［3］，无法协同工作，也无法实现信息的无缝集成［4］［5］。为了解决同一控制系统中多种现场总线的集成问题，在一些工程中通常是利用某种标准技术（如OPC技术等）开发能够连接其现场总线的接口。但各现场总线标准没有完全统一，需要开发大量的接口才能满足不同工控对象的需要。不少企业为了解决来自不同现场总线厂家产品兼容性问题，都投入了巨大的精力和财力，但成效甚微。

交换式以太网技术的发展，提高了Ethernet的实时能力，使得工业以太网成为一种确定网络［6］，而Ethernet/IP、HSE、PROFInet、iLon等新型现场总线标准的推出，更是为较好的解决多现场总线的集成问题提供了技术基础。

针对目前多种现场总线广泛共存的局面，利用交换式以太网技术，提出了一种适合现场总线工业应用现状的集成方案，并讨论了将其应用于变电站自动化系统的几种典型现场总线技术。

    2多现场总线系统的集成趋势

    2.1现场总线发展现状

现场总线是从20世纪80年代以来逐步发展形成的。根据IEC定义，现场总线是安装在生产过程区域的现场设备与控制室内的自动控制装置之间的一种串行、数字式、双向传输、多分支结构的通讯网络。现场总线用数字通信代替了传统的模拟信号传输，大量的减少了仪表之间的连接电缆、接线端子等，降低了系统的硬件成本；它不仅可以传输正常的测控信号，而且还可以状态、报警、趋势等附加信息，甚至可以对仪表进行远程编程和维护，因此被誉为自动化领域的计算机局域网［7］。

由于现场总线技术所蕴涵的巨大经济潜力，世界上不少公司投入了大量的人力、物力、财力*的进行技术研究和应用研究，目前形成了100余种各具特色的现场总线，其中宣称为开放型的总线就有40多种，由此引发了现场总线的国际标准大战。尽管经历了多年的努力，但IEC于2000年通过的现场总线标准却容纳了IEC61158（FF的H1）、ControlNet、Profibus、PNet、Foundation Fieldbus、SwiftNet、WorldFip、InterbusS等8种互不兼容的协议。异构现场总线互连和互操作的问题并未得到解决，用户仍要面临现场总线系统的选择和集成，需要花费大量的精力去解决不同标准系统之间的信息交互问题。另外，传统现场总线的通信速率大都较低，在某些场合无法满足工业网络成倍增加的数据通信量的实时性要求［8］。

    2.2集成是现场总线的必然趋势

由于现场总线种类繁多，且各自在不同领域得到了广泛应用。各种现场总线代表着不同公司多年的研发投资和市场利益，不同总线的技术侧重不同，各有特色，各有相应的应用领域。就目前各种现场总线技术来看，没有哪种现场总线能够完全适用于所有的应用领域［9］。尽管工业以太网因其无可比拟的优势进入现场控制级已成为发展趋势，但至少现在看来，它难以完全取代现场总线而成为实时控制通信的单一标准［10］。因此，多种现场总线共存的局面将在一个很长的时间内存在。在由多种不同类型的现场总线构成的系统中，各种现场总线产品由于协议的不同而无法相互通信，严重妨碍了用户的选择。对用户而言，如果一个系统中每一个智能化产品均选择其专用的通信卡或通信控制器，系统的组态性和灵活性将很差，而且改造升级的成本会很大。

随着工业以太网技术的发展，各现场总线相继推出了捆绑以太网的新一代现场总线技术和产品，以期建立能够让多种现场总线协同工作的控制系统。如Rockwell公司推出了由Ethernet、ControlNet、DeviceNet层总线构成的Ethernet/IP；FF则摒弃了原有的高速总线H2，从1998年开始制定HSE标准；Siemens公司也推出了PROFInet解决方案。这些新型现场总线技术均采用IEEE 802.3物理层和数据链路层标准以及TCP/IP协议组，使用标准以太网传输介质和连接设备，且兼容上一代现场总线系统甚至DCS。不难看出，多种现场总线集成起来协同完成工业企业的测控任务，是目前自动化系统供应商抢夺市场的重要策略，只有这样才能适应目前现场测控设备多态性和用户需求多样性的需要，较大限度的保护用户的利益。

  3多现场总线集成的解决方案

    3.1交换式以太网技术

众所周知，以太网具有全开放、、带宽高、稳定性和可靠性高、应用广泛、共享资源丰富等优点，将其应用到工业网络已经成为国内外工业控制领域研究的热点。但传统以太网的层协议为CSMA/CD，各个节点采用1坚持BEB（Binary exponential backoff）算法处理冲突，具有冲突时延不确定的缺陷［11］，使之无法在工业实时控制系统中得到有效的应用。

随着IT技术的快速发展，Ethernet的传输速度已经从10 Mbit/s提高到100 Mbit/s，以致目前的1 Gbit/s，使得冲突时间大大缩短；而交换式以太网技术的发展，则为彻底解决以太网通信的非确定性问题带来了希望。交换式以太网通过网段的微化增加了每个网段的吞吐量和带宽，为每个节点提供了独占的点到点链路，在体系结构上和简单的点到点的连接完全一样，每个设备都有一个专用的单独信道连接到另一个设备，因此不需要竞争底层传输信道，使不同设备之间产生冲突的可能性大大降低，网络传输的确定性问题得到了妥善解决［12］。

    3.2多现场总线集成系统

在工业网络中引入现场总线，就是在工业现场建立一条高可靠性的开放式数据通信线路，以实现各种智能设备之间以及智能设备和监控单元之间的数据交换。现场总线技术不能实现统一的一个重要原因，就是因为采用了不同的网络技术。由于每种现场总线已经获得很多厂家的支持并拥有众多用户，运用单一的网络技术来实现现场总线的统一已不可能［13］。将交换式以太网技术引入工业控制系统，融合现存的多种现场总线，可构成如图1所示的一种多现场总线集成系统

乳品加工是个多区域、多工艺协调运作的控制过程。因为较终产品和人体健康密切相关，所以对控制系统的精度、可靠性和实时性都提出了很高的要求。本文介绍了某乳品企业在对生产线进行改造时，成功地将A-B设备层、控制层、信息层网络应用到整个生产的自动化管理，大规模应用现场总线技术，并取得了巨大的经济效益。

    2002年，东北地区某乳品厂进行生产线扩建改造。该厂原来曾采用了众多的PLC-5和SLC500系列产品，并通过DH+连接在一起。此次改造，该厂生产能力将扩大一半以上，改造过程涉及到原有控制系统的升级、替换和删除。

    鲜奶是不易保存的，所以整个乳品厂工程中较关键的问题，是如何在不停产的基础上，将原有功能和原有现场I/O设备的控制完整切换到新系统上。其次，是该如何采用一个更为合理、更为先进、更为可靠的方案，以适应变频器、智能化仪表等设备在工程上的大量应用。

    为此该工程选用了ControlLogix系统，通过其强大的网络功能，包括EtherNet、ControlNet和DH+等，成功地实现了不停产切换和扩建改造。竣工后的系统信息层采用快速以太网为纽带，实现了工控信息的发布和共享；控制层则以ControlNet为骨干，兼容DH+，有效地规划了系统负荷，使网络更快速更安全；设备层选用了RIO和DeviceNet，不仅大大节省了用户投资和现场工作量，还使得信息更全面，实现了更灵活、更智能化的控制。

    A-B现场总线技术概述

    乳品加工是一个复杂的多工艺协调控制系统，它包括产品制造系统：奶源、净乳、配方、浓缩、干燥、干混、包装；服务系统，如：蒸汽、热风、制冷、清洗；此外还有：净化水、污水处理等系统。因为较终产品和人体健康密切相关，所以对控制系统的精度、可靠性和实时性都提出了很高的要求。

    与其它品牌自动化产品相比，A-B强大的网络通讯功能是一大显著优势。NetLinx开放式网络结构包含了信息层、控制层和设备层三层网络，NetLinx结构把网络服务、CIP（控制和信息协议）以及开放式软件接口结合在一起。根据特定的应用需求，用户可以混合搭配一层、两层或全部三层网络，并可以在网络间无缝地传送数据。在该网络结构体系下，罗克韦尔自动化的Logix平台为用户提供了不同格式下控制的兼容性。 

    以太网（Ethernet）

    以太网技术在近十几年来发展得非常迅速。由于其应用的广泛性和技术的先进性，不仅了商用计算机的通信领域和过程控制领域中上层的信息管理与通信，而且在工业控制领域也得到了大规模的应用，并且也是今后工业现场网络发展的趋势。EtherNet工业协议（EtherNet/IP）是一个开放式工业网络标准，采用IEEE 802.3物理介质及数据链路标准，提供了实时I/O消息和对等信息通讯。典型情况下，EtherNet/IP网络采用有源星型拓扑结构，设备组按点对点方式连接到交换机。交换机提供虚拟连接，有助于控制网络碰撞并减少网络堵塞。罗克韦尔自动化产品中，PLC-5 E系列和SLC5/05系列及ControlLogix产品都提供了以太网接口。 

    DH+（Data Highway Plus）

    DH+（Data Highway Plus）是一种较早投入使用的工业局域网，可用于PLC、计算机、人机界面产品等之间进行数据传送。所有的增强型PLC-5及SLC5/04都有内置的DH+通讯口，加上DH+使用便宜的网络介质和较长达3000米的传输距离，它在各行业都得到了广泛的应用。但是，由于DH+网采用令牌传送协议，在节点过多时（**过20个）可导致传输实时性的降低，在此情况下，不适合于对安全及连锁控制实时性要求较高的控制场合。 

    ControlNet 

    ControlNet是90年代以后开发和应用的自动化及控制网络，该网络集数种网络的优点于一身，拥有I/O、PLC互锁、信息传输以及在同一网上编程等功能。它是一种用于对信息传送有时间苛刻要求的、高速确定网络。同时它允许传送无时间苛求的报文数据，但不会对有时间苛求的数据传送造成冲击。ControlNet采用了生产者/客户（Producer/Consumer）模式，这种模式允许网络上的所有节点，同时从单个的数据源存取相同的数据。其较主要的特点是：更强的系统功能；更高的效率，因为数据的发送与客户的数量无关；精确的同步化，因为数据同时到达每个节点。

    DeviceNet是一个开放的网络，可以将底层的设备直接与车间级控制器相连，如：限位开关、光电传感器、变频器、电力监控模块及触摸屏等，而*通过硬线将它们与I/O模块连接。这种连接较大的改进了设备间的通讯功能，并可提供诊断、预测故障等功能。

    工程实施过程 

    在此工程中，旧系统核心部分是一个PLC-5/80处理器，其RIO接口连接着十余个Flex I/O节点。切换过程分为三步进行。第一步，在ControlLogix机架上安装一1756-DHRIO模块，通道1组态为DH+类型，与PLC-5/80连接；通道2组态为RIO类型，并按新旧节点之和进行配置。此机架上处理器被称为“IOProcessor”。

    第二步，在生产线清洗间隙将原有节点移到新网络上，程序中作如下改动：屏蔽PLC-5/80程序中的通信错误告警；通过DH+网将设备控制文件传送到IOProcessor进行输出，执行后设备反馈再传回PLC-5/80。重复这一步骤，直到将所有Flex I/O节点全部连接到基于IOProcessor控制的网络上，此时逻辑与I/O控制已分离，在新的人机界面上可以实现所有设备的手动控制。

    第三步，在称作“Logic”的ControlLogix处理器上进行功能测试。调试阶段，新老处理器执行同样的操作员指令，新处理器将输出的与老处理器进行比较、修正。调试通过后，屏蔽老处理器该功能和与IOProcessor的通讯，并将Logic的输出指令通过背板传送到IOProcessor中。同时，按生产工艺变动情况补充新代码。就这样，在保证生产正常进行的前提下，成功完成了系统的升级换代。

    在新上的蒸发器和干燥塔系统中，通过带DeviceNet适配器的Flex I/O实现了限位开关、过程变量等参数的采集和阀门、电机、变频器的控制。

    作为网络扫描器的1756-DNB它较多可以容纳63个节点，输入输出容量分别为124、123个双字。在网络配置中，每个1794-ADN占用1个输入字；开关量模块（1794-IB16和1794-OB16）分别占用1个输入或输出字；模拟量模块（1794-IE8和1794-OE4）每通路占用1个输入或输出字；变频器通过播码或软件设置为3个输入和输出双字，这样，处理器可从变频器上较多采集包括频率在内的5路参数，并且其中4路可通过人机界面进行选择切换并显示。

    Panelview取代了大量的控制按钮和现场指示仪表，整个系统较为简洁和。根据电力监控模块1年来的数据分析，由于变频器等设备的大量采用，新系统生产耗电量较同等规模原系统节省30%以上。 

    调试结束后，按照标准配置组态了数个空节点作为备用。在2个月后进行的新维生素和玉米油项目中，都作到了边生产边扩建，较大限度节省了用户的时间，保证了经济效益。这也充分体现出DeviceNet高度的灵活性。

    通讯网络的重新架构是本工程的一大特色。该厂原有控制系统都采用的是PLC-5或SLC500系列产品，通过DH+网进行连接，网络负荷重，通讯速度慢。以ControlNet为骨干，根据物理分布和逻辑关系将原有网络拆分为3段DH+网络，不同DH+网间传输信息通过ControlLogix的消息指令中转或采用bbbbID方式进行。信息层采用了百兆以太网，通过双绞线和光纤将新老厂区及网管中心连接在一起。主要功能有三： 
    1）与人机界面的通讯，如数据采集、实时监控等。以太网的通用性使人机界面的扩展变得非常简单，且*使用昂贵的专用插件。同时，在软件中可以广泛利用发展中的各种计算机和网络技术，系统具有近乎无限的扩展能力。
    2）与网管中心联网。系统软件采用bbbbbbs 2000 Server和成熟的关系数据库管理软件。通过MSSQL数据库结构，软件将控制系统的实时数据库转化到MSSQL关系数据库中，进而完成全厂关键设备参数、能源材料消耗等信息的统计，为生产、合理调度及设备维修更换提供了科学依据。bbbbbbs 2000 Server的IIS (Internet Inbbbbation Service)功能使全厂的相关部门可通过Web浏览器方式浏览数据库信息及检索数据。
    3）以太网也可作为两厂区控制网络的备用路由