西门子6ES7214-1BD23-0XB8选型手册

西门子6ES7214-1BD23-0XB8选型手册

1  引言  
    现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行，数字式，多点通信的数据总线。它位于生产控制和网络结构的底层，亦称为底层控制网络。它与工厂现场设备直接连接，一方面将现场测量控制设备互联为通信网络，实现不同网段，不同现场通信设备的信息共享;另一方面又将现场运行的各种信号传到远离现场的控制室，并进一步与操作终端，上层控制管理网络连接和信息共享。即可以将一个现场设备的运行参数，状态以及故障信息等送往控制室，又可将各种控制，维护，组态命令甚至现场设备的工作电源等送往各相关的现场设备。从而沟通了生产过程现场控制设备之间及其更高控制管理层之间的联系。现场总线在制造业、流程工业、冶金、电力、交通、楼宇等自动化系统中有着广泛的应用前景。 
    2  PROFIBUS总线技术 
    PROFIBUS是一种不依赖厂家的开放式现场总线标准，采用PROFIBUS的标准系统后，不同厂商所生产的设备不需要对其接口进行特别调整就可通信。PROFIBUS为多主从结构，可方便地构成集中式，集散式和分布式控制系统。针对不同的场合,它分为三  
个系列: 
    （1） PROFIBUS-DP用于传感器和执行器级的高速,它以德国标准DIN1924的**部分为基础,根据其所需要达到的目标对通信功能加以扩充,DP的传输速率可达12Mbps,一般构成单主站系统.主站,从站间采用循环数据传送方式工作.PROFIBUS-DP的设计旨在用与设备级的高速数据传送。中央控制器（PLC/PC）通过高速串行线同分散的现场设备（如I/O、驱动器、阀门等）进行通信，同这些分散的设备进行数据交换多数是周期性的。 
    （2） PROFIBUS-PA适用于安全性要求较高的场合。PA具有本质安全特性，其实现了IEC1158-2（物理层）规定的通信的规程。PROFIBUS-PA的过程自动化解决方案中PA将自动化系统和过程控制系统与现场设备（压力,温度和液位变送器等）连接起来,代替了4～20mA模拟信号传输技术，节约成本,并大大提高了系统功能和性，因此PA尤其适用于化工、石油、冶金等行业的过程自动化控制系统。 
    （3） PROFIBUS-FMS旨在解决车间级通用性通信。FMS提供大量的通信服务，用以完成以中等传送速度进行的循环交换，因此它考虑的主要是系统功能而不是系统响应时间，应用中通常要求的是随机的信息交换（如改变设定参数等）。强有力的FMS服务向人们提供了广泛的应用范围和更大的灵活性，可用于大范围和复杂的通信系统。 
    PROFIBUS协议的结构定向是根据ISO7498国际标准以开放式系统互联网（OSI）作为参考模型的。 
    PROFIBUS-DP使用**层，*二层和用户接口。这种结构确保了的快速和有效进行,直接数据链路映象（DDLM）为用户接口提供*二层功能映象，用户接口规定了用户系统以及不同设备可以调用的应用功能,并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。 
    PROFIBUS-PA使用PROFIBUS-DP的基本功能传送测量值和状态，并用扩展的PROFIBUS-DP功能制定现场设备的参数和进行设备操作。另外它使用了描述现场设备行为的PA行规，根据IEC1158-2的标准，这种传输技术可确保其本质安全性并使现场设备通过总线供电。 
    PROFIBUS-FMS对**，*二和*七层均加以定义,其中应用层包括了现场总线信息规格（Fieldbus Message Specification, FMS）和低层接口（Lower interface, LLI）。FMS向用户提供了广泛的通信服务功能，LLI则向FMS提供了不依赖设备访问*二层（现场总线数据链路层）的能力，*二层主要完成总线访问控制和保持数据的可靠性。 
    PMS服务是ISO9506 MMS（Manufacturing Message Specification，加工制造信息规范）服务项目的子集，这些服务项目在现场总线应用中被优化，而且还加上了通信目标和网络管理功能。 
    PROFIBUS-DP和PROFIBUS-FMS系统使用了同样的传输 技术和统一的总线访问协议，因而这两套系统可在同一电缆上同时操作。 
  
    3 PROFIBUS-DP在润滑油包装生产线上的应用 
    某厂于2002年从意大利引进一条4立升润滑油灌装生产线。它是由灌装机、称重机、封箱机、码垛机组成。控制系统为西门子S7-300 PLC。用PROFIBUS-DP与四个PLC联系。在设备调试中本系统起到很大作用。每班在正常开机时均可在上位机上完成重量设定等功能。提高了自动化程度。
    （1） 灌装机联在 SIEMENS RS485 转换器、封箱机和码垛机联在转换器上。转换器上端通过西门子CP5611连接在计算机上，它们都是通过两芯电缆连接。 
    （2） 称重机通过西门子变换器联到计算机的COM1端，计算机内装调制解调器可以与电话线相连。完成与互联网的相连。通过互联网可以监视本条生产线的运行情况，并可以进行远程修改程序。 
    （3） 计算机可以调整灌装机的运行参数，可以显示本线各机器的运行效率。可以对所发生的故障进行显示。提高了生产自动化程度。 
    （4） 本系统运行两年来，情况良好。曾经通过计算机对码垛机的PLC程序进行修改。已满足生产的要求。 
    （5） 上位机是由DELL奔腾4计算机构成。配置了bbbbbbs 2000 STEP 7 、MOVE控制软件。画面打开后,动态显示整个包装线情况。下部有显示的灌装机、封箱机、码垛机、称重机图标;还可显示产品图表、网络状况、报警记录，并可选择语言（英语/意大利语）显示系统时间。当正常生产时有8个图标分别表示: 
    l 由于容器入口不足停车; 
    l 由于容器出口太多停车; 
    l 由于操作工停车; 
    l 由于内部故障停车; 
    l 由于原材料故障停车; 
    l 由于外部故障停车; 
    l 由于容器在*二入口少停车; 
    l 由于容器在*二出口太多停车。 
    观察这些指示可以直观看到生产线情况。  
    4  结束语 
    （1） PROFIBUS-DP在该厂成功运用以来,提高了该厂润滑油包装线的自动化水平。提高了设备的稳定性。提高了劳动生产率。 
    （2） 目前使用的PROFIBUS网络，以后可以以此为基础，把其它生产线的PLC联在这个网上，使自动化水平整体提高。 
    （3） 还可以利用此网络将条形码扫描仪联上，生产的成品的时间、品种、批次均可自动记录在计算机内。

**部分 前言

在石油的开采、储运等生产过程中，尤其是成品油储运过程的动态监测是生产管理的重要工作内容，也是保证油田正常、安全、经济运行的重要手段，在西方发达国家自动化数据采集与控制（SA）已经成为生产的配套设施。
随着人类科技水平的提高，以及高科技技术的运用。使得对输油管道的实时动态监控成为可能。动态监测的主要内容包括管道及油井的泄漏监测、压力**高保护、温度异常、含水**标等。油田被称为“没有围墙的工厂”，油井、集输站、联合站星罗棋布，偏远分散，而石油的整个生产流程又通过管道连接起来，成为一个压力系统，可谓牵一发而动全身，特别是管道及油井的泄漏事故时有发生，给油田单位造成巨大的经济损失和环境污染。因此，实现油田生产系统的动态监测，对于及时发现泄漏等故障、优化生产运行参数、减少盗油犯罪案件的发生、提高油田的现代化管理水平等具有重要的意义。

*二部分 GPRS网络简介

GPRS是通用分组无线业务(GeneralPacketRadioService)的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的，是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构。这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道较其相似，因此现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种、的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的，也适用于偶尔的大数据量传输。相对原来GSM的拨号方式的电路交换数据传送方式，GPRS是分组交换技术，具有“系统实时在线”、“按流量计费”、“方便快捷登录”、“数据高速传输”、“自如切换”的优点。
*三部分 系统组成

GPRS无线网络油田管道监控系统是国内的远程监控技术，利用计算机技术、移动通信技术、网络通讯技术、数据库技术及测试技术建立的软硬件相结合平台。该系统运用数字移动通信技术，改变了原有传统结构下的模拟信号传输结构并导入移动通信技术，在主机与分机之间实现无线通讯。具备对油田管道数据实施动态检测，泄漏监测、压力**高保护、温度异常、含水**标报警、远程信息传输等功能，同时开展对采集数据进行综合分析等扩充功能的开发与研究。为科学管理设施提供了依据，提高了设备的科学利用率，实现了节能降耗指标。

针对管道及油井的泄漏监测、压力**高保护、温度异常、含水**标等动态监控。以及油井、集输站、联合站星罗棋布，偏远分散，而石油的整个生产流程又通过管道连接起来，成为一个压力系统，可谓牵一发而动全身的特点，我们设计了用GPRS无线网络的方式实现对油田管道现场参数的数据采集和远程传输方案，真正实现了油田数据的多点、远程、实时、同步的现场，方便、快捷、经济、可靠、安全的进行油田管道的分布式集中测控。


（二）系统说明
整个远程监控系统如上图所示由三部分组成：现场采制部分、GPRS 部分、监控室数据中心。通过控制模块完成与 GPRS DTU 的数据交互。PLC（采集设备） 定时将数据发送给 GPRS DTU，同时 PLC 实时接收 GPRS DTU 发来的数据完成相应控制功能。GPRS DTU 在收到 PLC 发来的数据会立即转发到数据中心。
(1) 每个站点里PLC 将各信息参数实时后通过 RS-485 串口通信模块将数据送往 GPRS DTU 通信模块；同时，还可通过该通信模块接收监控中心的指令。
(2) GPRS 部分在对 GPRS DTU 通信模块进行配置时预先输入数据中心的固定 IP 地址GPRS DTU 通信模块收到 PLC 发来的数据后，把这些数据送到设置的 IP 地址网络服务器中，通过端口映射转发到数据中心服务器。GPRS DTU 发送数据的过程为：数据送到中国移动GPRS 网络中，然后再经过 Internet，最后在数据中心通过 ADSL 进行接收。
(3) 监控室数据中心由 ADSL MODEM、网络服务器、防火墙、数据中心服务器、工作站。数据中心服务器通过 ADSL Modem 接收来自每个站点的数据，并对数据进行存储、历史趋势分析、报表打印等。

（三）系统主要功能
• 远程自动监测功能：能根据用户的要求，对油田站点的现场数据进行采集、统计、分析、并自动生成各种报表和图表，建立和存储每个油田站点的历史档案；
• 故障告警和提示功能：能监测现场情况，并上报管理中心，通知管理人员前去处理；
• 遥测功能：能在数据管理中心对辖区内各油田站点的泄漏监测、压力**高保护、温度异常、含水**标、防盗等进行测量；
• 遥控功能：通过I/O控制，能对现场设备进行操作控制，例如启动机泵、卸压处理及安全保护装置，报警、切断电源等；

*四部分 TD-8600型RS485/422转GPRS无线数传 DTU 产品特点
TD-8700S型RS485转GPRS转换器，无线数传终端GPRS DTU为各种带有RS-232、RS-485标准通信接口的传感器、智能设备和工业控制设备提供透明通道。用户不用知道复杂的GPRS通讯原理和TCP/IP协议，不用更改原有程序，就可以让工业用的RS232/485串口设备的串口通信立即转换为GSM/GPRS无线网络通信。变传统串口通讯为GPRS无线网络通讯。TD-8700S内置TCP/IP协议栈透明传输数据，它不对设备上传和下发的数据包进行解释与处理，仅对用户数据包实施TCP/UDP数据封包与拆包处理，从而实现数据透明传输的功能。广泛用于长距离无线通信或远程控制。

>>产品特性：

1. 使用方便、灵活、可靠 、配置维护接口
2. 符合GSM/GPRS通讯标准，支持虚拟数据专用网
3. 数据终端永远在线 ，透明与协议转换
4. 支持点对点、点对多点、多点对中心等短消息数据备用通道
5. 一个RS232串口，支持RS-232/485， 内置GPRS模块
6. 抗干扰设计，适合电磁环境恶劣的应用需求
7. 路由与虚拟转换服务(NAT) 无线、实时、大数据量通信
8. 控制端不需要多用户卡、Modem之类的设备，只需要控制端上网
9. 低端串口设备快速无线联网，大数据量通信
10.通信效果取决于GSM/GPRS网络的建设
11.数据通信稳定，速度快，数据量大的优点。单程<1秒,速度可 达40 kbit/s
12.通过**级终端类似于AT指令方式设置程序，灵活设置通信参数
13.支持静态IP，域名，SMS找IP等多种主机发现方式

>>技术参数：

◆ TCP/IP协议栈支持：TCP、UDP、FTP、SOCKET、bbbNET、POP3、SMTP、HTTP
◆ 天线接口：50Ω/SMA 阴头
◆ 方式：全透明
◆ 支持参数设置：TCP客户、TCP服务器、UDP、设备透明传输等模式
◆ UIM卡：3V
◆ 串行数据接口：RS-232或RS-485
◆ 串行数据接口速率：300到115,200 bits/s
◆ 功能模式：掉线自动重新拨号功能 省电模式
◆ 设备功耗：待发射状态约120mA；发射状态约300mA，范围200mA ~480mA
◆ 工作温度：-10～+50℃
◆ 储存温度：-20～+75℃
◆ 相对湿度：95% (无凝结)
◆ 设备供电： +5V
◆ 工作温度：-20℃ ～ +70℃
◆ 质量保证：三年

>>应用领域：

广泛用于楼宇自动化控制、停车场设备联网控制、交通联网控制、PLC控制与管理、的联网、LED屏幕控制、工厂、车间、矿井、银行、油田监控、电气、航海通信 、其他RS-232/485设备联网应用等遥控领域
*五部分 系统方案
A. 公网方案
中心用一个服务器组作为中心接收，中心采用 ADSL 等 INbbbNET 公网连接，采用公网固定 IP 或者公网 IP+DNS 解析服务。此种方案先向 INTERNET 运营商申请 ADSL 等宽带业务。
1) 中心公网固定IP：监控点直接向中心固定 IP 发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。（固定 IP 费用比较贵）
2) 中心公网 IP+DNS 解析服务：大部分 IP 都是动态的，而且费用相对便宜。监控点先采用域名寻址方式连接 DNS 服务器，再由 DNS 服务器找到中心公网 IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定 IP 的费用，但稳定性受制于 DNS 服务器的稳定，所以要寻找可靠的 DNS 服务商。
B. 专网方案
1、根据客户内部网对网络安全的特殊要求，决定采用中国移动GPRS网络的专用APN形式入网：通过一条2M 专线由信息中心接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有IP地址进行广域连接，在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡仅开通该专用APN，限制使用其他APN客户可自建一套RADIUS服务器和DHCP服务器，GGSN向RADIUS服务器提供用户主叫号码，采用主叫号码和用户账号相结合的认证方式；用户通过后由DHCP服务器分配企业内部的静态IP地址。
端到端加密：移动终端务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。如上图所示。
2．APN业务流程
GPRS专网系统终端上网登录服务器平台的流程为：
1）用户发出GPRS登录请求，请求中包括由移动公司为GPRS专网系统专门分配的专网APN；
2）根据请求中的APN，***N向DNS服务器发出查询请求，找到与企业服务器平台连接的GGSN，并将用户请求通过GTP隧道封装送给GGSN；
3）GGSN将用户认信息（包括码、用户账号、密码等）通过专线送至Radius进行认证；
4）Radius认看到等认信息，确认是合法用户发来的请求，向DHCP服务器请求分配用户地址；
5）Radius认证通过后，由Radius向GGSN发送携带用户地址的确认信息；
6）用户得到了IP地址，就可以携带数据包，对GPRS专网系统信息查询和业务处理平台进行访问。
*六部分 结束语
以GPRS为基础的无线数据系统有很广泛的应用，GPRS使互联网进入无线领域，一直延伸到手机上。除了支持传统的互联网应用，GPRS也可使无线终端支持B2B、B2C的电子商务和电子支付、股票交易、银行转帐等应用。GPRS同样可以应用于公司内部网(INTRANET)，基于IP的远程LAN接入，使无线终端成为LAN的延伸，几乎所有低速率的服务都可以应用，如对电力系统自动化、工业监控、交通管理、气象、金融、环保监测、煤矿、油田、等行业领域的应用

一、 项目简介

能源消耗是企业产品成本中重要的可控部分，降低能源消耗是企业降的重要途径。行业向来是耗能大户， 随着国外先进技术和成套设备的大量引进，生产从过去的低速手工生产发展到高速全自动生产，对能源的需求越来越大，因此降低能源的损耗、合理调配能源将直接提高其生产效益。集团有限公司成立于 1993 年，位于山东省济南市，是一家以为主业、多元化经营的跨地区、跨行业、跨国界的企业集团。其核心企业济南厂拥有目前世界上较先进的设备及技术中心。公司现有员工 5000 余人，总资产 73 亿元，是全国行业 36 家重点企业之一。

本能源监测系统主要用来对济南厂各部门的能源消耗情况进行监测、统计、报表和打印等。本系统的主要监测量包括全厂各部门的电、水、蒸汽、空压气等相关的参数。


二、 系统介绍

本系统由能源统计办公室、锅炉操作室和设备管理处组成三层能源监测管理系统。通过分布于全厂各个车间的传感器将蒸气、空压气、水量和电量233个点的参量采集到服务器中，锅炉操作室和设备管理处负责对实时参数和设备的监测；能源统计办公室实现数据的实时显示、能源消耗的当日和当月累积显示、累积量的日、月、时段数据的查询以及报表打印。统计办公室的能源监测评估程序完成班次的各项指标考核任务，对厂内的能源供应部门的投入、产出及能源使用用户单位的耗能情况进行统计分析，成本核算等，为提高厂内能源管理使用水平提供了可信依据。

本系统CPU主站选用Siemens 的Simatic S7-400的CPU414-2DP和S7-300的CPU314，400PLC主站配置9个ET200M子站。CPU414-2DP集成MPI通讯口和Profibus-DP通讯口，各子站与400PLC主站采用Profibus-DP 方式相连，这样可在保证数据采集性能要求的前提下使硬件费用达到较低；同时400PLC主站通过MPI接口与上位机实现通讯。300PLC主站通过MPI接口与上位机实现通讯。采用Simatic WinCC作为上位软件，采用VB6.0编辑统计办公室的能源监测评估程序 3．统计办公室能源监测评估程序设计方案的选择

能源监测评估程序是用VB6.0开发的应用程序，安装在统计办公室的客户机上，要对各个部门进行月结考核，并据此进行奖金的评定。程序需要记录锅炉房、空压站、薄片车间、总配电室的70多个量的变化并进行相应的数据处理来实现对各部门各班次工人的考核，同时需要计算生产成本并打印详细月报表等，工作量十分大。在实践中，先后使用了以下几种方案实现程序务期间的通讯。

（1）方案一：使用VB6.0开发一个OPC客户端应用程序，利用该程序与服务器进行通讯。

缺点：客户端程序中没有实现较为完善的容错和故障诊断功能，当服务器出现短暂错误时造成OPC连接中段，造成死机。

（2）方案二：在客户端中加入诊断程序，通过不断连接服务器来判断服务器是否出现故障，若服务器状态不正常便重新启动该系统软件，实现故障的诊断和处理。

缺点：客户机与服务器频繁的连接与断开，造成服务器资源消耗大。

（3）方案三：OPC通讯分成两部分：**部分，在客户机上开发一个小型的WinCC客户端应用程序，利用WinCC内部集成的OPC接口进行服务器和客户机之间的；*二部分，利用VB6.0开发一个OPC客户端应用程序，实现该程序与客户机上的WinCC进行通讯。
优点：使用WinCC内部集成的OPC接口进行服务器和客户机之间的，有较好的稳定性和较完善的故障诊断与处理，彻底避免死机。四、 控制系统完成的功能

1．系统主要功能

本系统主要用于采集各生产车间的蒸气、空压气、水量和电量四种参数进行统计计算，为生产安排提供数据依据。具体功能如下：

(1) 实时显示：本系统包括五部分工况图实时显示生产参数，包括系统总工况图、制丝车间工况图、卷接包车间工况图、能车间工况图、非生产部门工况图。

（2）状态曲线：显示各车间采集数据的状态曲线，包括总量、制丝车间、卷接包车间、能和非生产等部门所采集数据瞬时变化趋势。

（3）统计计算：将要考核的各部门的当前半小时库中的数据进行整理、统计、生成8小时数据库和天数据库。

（4）统计报表：将各部门的数据按要求显示报表

（5）参数设置：对本系统用到的参数进行设置，包括：班次参数、班次表、口令设置和曲线参数设置。

2．项目中的技术难点

用户需要记录锅炉房，空压站，薄片车间，总配电室的70多个量的变化并进行相应的数据处理，有多种复杂报表输出要求：日报、旬报、月报、季报、年报，同时各种报表格式也不尽相同，这在wincc实现起来较为复杂，故考虑采用VB的灵活方便报表制作功能。在选择的方案中，WinCC.Client的角色非常特殊，它对于WinCC。Server来说是客户端，而对于能源管理软件来说则成了服务器端。