西门子6ES7214-2AD23-0XB8选型手册

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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。

摘要：
    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
关键字：Profibus；现场总线；低压电器
    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粕璞钢浼捌涓呖刂乒芾聿阒涞牧怠Ｏ殖∽芟咴谥圃煲怠⒘鞒坦ひ怠⒁苯稹⒌缌Α⒔煌ā⒙ビ畹茸远低持杏凶殴惴旱挠τ们熬啊?
1 Profibus总线技术
Profbus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。针对不同的应用场合，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12Mb／S，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的设计旨在用于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 1／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IECll58－2（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，用以完成以中等传输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（如改变设定多数等）。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协议的结构定问是根据iso7498国际标准以开放式系统互联网络（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Prfibus－DP的基本功能传送测量值和状态，并用扩展的Profibus－DP功能来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 IECI 158－2标准，这种传输技术可确保其本征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。
2 在低压电器中的应用
（1）智能化断路器 3WN6通过 Profibus－DP网关（DP／3WN6接口单元）与 Profibus－DP相连接，从而与上位机S7－300PLC通信。通过这种方法，控制信号和3WN6外围的有用数据可以通过一根简单的两芯电缆或光纤电缆与具有Profibus－DP控制能力的自动化级进行传输，对控制系统而言也就省去了不必要的常规的数据电缆布线。DP／3WN6接口单元组装于一个可安装的标准安装导轨上70mm宽的紧凑外壳之中。单元可以并排安装，甚至垂直安装，彼此之间*任何安装空间。DP／3WN6的九芯SUB－D插座连接。DP／3WN6接口是与3WN6断路器点对点连接的。Profibus－DP配置的更改是在接口完成的。Profibus－DP允许12Mb人的数据速度。在初次使用前，只需预置Profibus－DP的地址。位速率和其他的总线参数则由主控机单元预先设置，接口对该设备自动接受。电源连接以后与断路器的通讯自动地建立起来。Profibus和断路器的接口由接口连接地监视，并且其状态是经过两只发光二极管（红色和绿色）来显示的。Profibus－DP的共享者“DP／3WN6接口”是通过诸如 SIMATIC SS的 COM Profibus参数化软件，SIMATIC S7编程软件或其他主控机供应商提供的软件来策划完成的。断路器既可以通过键盘在过流脱扣器上进行组态池可以手持单元通过应用程序来设置参数。
总线上有用的数据：①模拟量测量值，如相电流、接地故障电流、功率因数。②事件信息，如脱扣类型、欠负荷、相不平衡。③操作状态，如开或关、处于试验位置、合问就绪。④组态数据，如额定工作电流、短路电流、故障保护参数。⑤诊断数据，如上次脱扣电流值、前15min峰值电流。遥控操作，合问或分闸、其他的接口。
（2）AS司总线通过DP／AS－I接口单元（网关）与Profibus－DP相连，从而使AS--I的有用数据可以通过Profibus－DP与自动化系统进行交换。
AS司是一种适用于双工线的执行器和传感器的现场型网络系统，它通过两根电缆进行传输，数据信号和电源共载于双工线上，可以具有任意的拓扑配置，以满足不同的应用场合，较多允许31个站点或从属设备与ASJ相连接，而一个ASJ应用模块可与至多四个标准的双工线传感器和执行器连接，这样ASJ一共提供了124个传感器和124个执行器的较大配置。
接口单元组装于一个可安装在标准安装导轨上的70mm紧凑外壳之中。单元可以并排安装，也可以垂直安装，彼此之间*任何安装空间。接口单元的DP主控机的格式化软件盘上能够为设备提供特殊设置的设备主控文件（GSD）来格式化。在SIMATIC SS中，格式化是通过COM Profibus完成的。对SIMATIC S7而言，Profibus。－DP格式化是STEP7所集成的一部分。