西門子CPUST60

1 G120 PROFIBUS通信功能概述
SINAMICS G120第二代控制單元CU240B-2 DP、CU240E-2 DP、CU240E-2 DP F支持基于PROFIBUS的周期過程數(shù)據(jù)交換和變頻器參數(shù)訪問。
> 周期過程數(shù)據(jù)交換--通過該通信PROFIBUS主站可將控制字和主設(shè)定值等過程數(shù)據(jù)周期性的發(fā)送至變頻器，并從變頻器周期性的讀取狀態(tài)字和實際轉(zhuǎn)速等過程數(shù)據(jù)。G120最多可以接收和發(fā)送8個過程數(shù)據(jù)字。該通信使用周期性通信的PZD通道（過程數(shù)據(jù)區(qū)），變頻器不同的報文類型定義了不同數(shù)量的過程數(shù)據(jù)字（PZD）。
> 變頻器參數(shù)訪問--提供PROFIBUS主站訪問變頻器參數(shù)的接口，有兩種方式能夠訪問變頻器參數(shù)：

1. 周期性通信的PKW通道（參數(shù)數(shù)據(jù)區(qū)）：通過PKW通道主站可以讀寫變頻器參數(shù)，每次只能讀或?qū)懸粋€參數(shù)，PKW通道的長度固定為4個字。
2. 非周期性通信：主站采用PROFIBUS-DPV1通信訪問變頻器數(shù)據(jù)記錄區(qū)，每次可以讀或?qū)懚鄠€參數(shù)。

本文通過示例介紹S7-1200與CU240E-2 DP F的PROFIBUS PKW通信，介紹如何通過PKW通信讀P2902[5]參數(shù)值、寫P1121參數(shù)值。

2 參數(shù)通道(PKW)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
PKW通信工作模式：主站發(fā)出請求，變頻器收到主站請求后處理請求，并將處理結(jié)果應(yīng)答給主站。


圖2-1 PKW通信原理

PKW通信的請求和應(yīng)答數(shù)據(jù)總是包含4個字，第1個字和第2個字傳送參數(shù)號、索引以及任務(wù)類型（讀或?qū)懀?，?個和第4個字傳送參數(shù)內(nèi)容。


圖2-2 PKW參數(shù)通道的結(jié)構(gòu) 

> PKE：PKW第1個字

? AK：位 12~15 包含了任務(wù)ID 或應(yīng)答ID，任務(wù)ID參考表2-1，應(yīng)答ID參考表2-2 ；
? SPM：始終為0；
? PNU：參數(shù)號 < 2000 PNU = 參數(shù)號。 參數(shù)號 ≥ 2000 PNU = 參數(shù)號減去偏移，將偏移寫入分區(qū)索引中
（ IND 位 7 … 0 ）。

 
圖2-3 PKW結(jié)構(gòu)
 

表2-1主站發(fā)送給變頻器的任務(wù)ID

表2-2變頻器發(fā)送給主站的應(yīng)答ID

應(yīng)答ID = 7 變頻器會在參數(shù)值PWE1中將錯誤號發(fā)送給主站。

表2-3 應(yīng)答ID = 7時的錯誤編號

注：更多錯誤編號描述請參考《CU240E-2操作手冊》
> 參數(shù)索引IND：PKW第2個字

? 子下標(biāo)（參數(shù)下標(biāo)）：標(biāo)識變頻器參數(shù)的子索引（參數(shù)下標(biāo)）值。例如P840[1]中括號中的“1”即為參數(shù)下標(biāo)。
? 分區(qū)下標(biāo)：變頻器參數(shù)偏移量，配合PNU確定參數(shù)號。例如P2902的分區(qū)下標(biāo) = 0x80，分區(qū)下表查詢請參考表
   2-1。

圖2-4 IND結(jié)構(gòu)

表2-4 分區(qū)下標(biāo)設(shè)置，取決于變頻器參數(shù)范圍

> 參數(shù)值PWE：PKW第3、4個字
參數(shù)值PWE總是以雙字方式（ 32 位）發(fā)送，一條報文只能傳送一個參數(shù)值。

? 32位的參數(shù)值由PWE1（第3個字）和PWE2（第4個字）兩個字組成；
? 16位的參數(shù)值以PWE2表示，PWE1為0；
? 8位的參數(shù)值以PWE2中位0…7表示，高8位和PWE1為0；
? BICO參數(shù)：PWE1表示參數(shù)號，PWE2位10…15為1，PWE2位0…9表示參數(shù)的索引或位號。

3 S7-1200與CU240X-2 DP的PROFIBUS PKW通信實例

3.1 S7-1200組態(tài)
CU240E-2 DP F控制單元支持兩種PKW通信報文：353報文和354報文，它們的區(qū)別在于過程值通道PZD數(shù)量的不同，PKW通道功能完全相同。本示例以組態(tài)353報文為例。
S7-1200與CU240X-2 DP的PROFIBUS通信基本組態(tài)過程以及變頻器通信參數(shù)設(shè)置請參考《S7-1200與G120 CU240X-2 DP的PROFIBUS PZD通信》文檔，在此不做詳細(xì)介紹。

? 組態(tài)與CU240E-2 DP F通信報文

1） 將硬件目錄中“SIEMENS telegr 353, PKW+PZD-2/2”模塊拖拽到“設(shè)備概覽”視圖的第1個插槽中，系統(tǒng)自動分配了輸入輸出地址，本示例中分配PKW的輸入地址IB68~IB75，輸出地址QB64~QW71，分配PZD的輸入地址IW76、IW78，輸出地址QW72、QW74；
2）為方便編程將插槽1的PKW區(qū)重命名為“PKW”（在調(diào)用系統(tǒng)功能DPRD_DAT、DPWR_DAT時將用到此名字），將插槽2的PZD區(qū)重命名為“PZD”。

圖3-1組態(tài)與CU240E-2 DP F通信報文

? 編程：在S7-1200中調(diào)用擴(kuò)展指令“DPRD_DAT”讀取PKW區(qū)數(shù)據(jù)，調(diào)用擴(kuò)展指令“DPWR_DAT”寫入PKW數(shù)據(jù)。

1） 雙擊項目樹下的“Main（OB1）”打開OB1程序編輯窗口；
2） 擴(kuò)展指令目錄中“分布式I/O -> 其它 -> 驅(qū)動器 -> DPRD_DAT和DPWR_DAT ”指令拖拽到程序編輯窗口中。

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圖3-2 S7-1200編程

? 為系統(tǒng)功能“DPRD_DAT”、“DPWR_DAT”分配硬件標(biāo)識：

1） 單擊塊參數(shù)“LADDR”；
2） 在下拉列表中選擇“PKW[AI/AO]”。

圖3-3分配硬件標(biāo)識符

? 為系統(tǒng)功能“DPRD_DAT”、“DPWR_DAT”分配其它參數(shù)：

1） DPRD_DAT讀取緩沖區(qū)從MB100開始的8個字節(jié)；
2） DPRD_DAT發(fā)送緩沖區(qū)從MB200開始的8個字節(jié)；

注意：也可以使用DB塊作為緩沖區(qū)，創(chuàng)建DB時請將塊訪問模式定義為“標(biāo)準(zhǔn)-與S7-300/400兼容”模式。

圖3-4分配其它參數(shù)

3.2示例1：讀取參數(shù)P2902[5]數(shù)值
將MB200~MB207的8個字節(jié)請求數(shù)據(jù)發(fā)送到變頻器，變頻器返回的響應(yīng)數(shù)據(jù)保存在MW100~MB107的8個字節(jié)中。讀取參數(shù)P2902[5]值的請求數(shù)據(jù)格式參考表2.2.1，變頻器響應(yīng)數(shù)據(jù)格式參考表2.2.2。
P2902參數(shù)范圍在2000…3999之間，根據(jù)表2-1設(shè)置分區(qū)索引值為0x80。
PNU = 2902-2000 = 902（十進(jìn)制）= 386 （十六進(jìn)制）。
通過變量表模擬程序讀取參數(shù)P2902[5] = 100.0，參考圖3-4。

圖3-4 S7-1200讀P2902[5]參數(shù)

表3-1讀取參數(shù)P2902[5]值的請求數(shù)據(jù)格式，PLC -> 變頻器

表3-2讀取參數(shù)P2902[5]值的響應(yīng)數(shù)據(jù)格式，變頻器 -> PLC

3.3示例2：修改參數(shù)P1121數(shù)值
將MB200~MB207的8個字節(jié)請求數(shù)據(jù)發(fā)送到變頻器，變頻器返回的響應(yīng)數(shù)據(jù)保存在MW100~MB107的8個字節(jié)中。修改參數(shù)P1121值的請求數(shù)據(jù)格式參考表2.3.1，變頻器響應(yīng)數(shù)據(jù)格式參考表2.3.2。
P1121參數(shù)范圍在0…1999之間，根據(jù)表2-1設(shè)置分區(qū)索引值為0x00。
PNU = 1121（十進(jìn)制）= 461 （十六進(jìn)制）。
通過變量表模擬程序修改參數(shù)P1121 = 5.0，參考圖2-2。

圖3-5 S7-1200寫P1121參數(shù)

如何快速響應(yīng)市場變化的需求，如何早于競爭對手將新產(chǎn)品推向市場，如何增加工廠的靈活性和透明度，如何節(jié)約成本、降低能耗，一直以來，都是企業(yè)孜孜不倦追求的目標(biāo)。這些任務(wù)看似艱巨，但并非是不能夠完成。簡而言之，這些目標(biāo)都可以通過西門子產(chǎn)品、解決方案、服務(wù)及我們在各行業(yè)的專業(yè)技術(shù)來實現(xiàn)?！肮び破涫拢叵壤淦鳌?，西門子產(chǎn)品毫無疑問是工業(yè)用戶的最佳選擇。在撫順石化“千萬噸煉油，百萬噸乙烯”項目中，西門子以其DCS/SIS的一體化無縫集成解決方案和性能優(yōu)良的自動化儀表為項目的順利運(yùn)行提供了堅實的基礎(chǔ)。

“千萬噸煉油，百萬噸乙烯”項目

"千萬噸煉油，百萬噸乙烯”項目是一個特大型煉油化工一體化項目，項目集中原油加工、煉油結(jié)構(gòu)調(diào)整技術(shù)改造工程、100萬噸/年乙烯技術(shù)改造工程、熱電廠“以大代小”擴(kuò)能改造工程及配套項目、石油一廠新區(qū)和化塑廠搬遷工程，是分別立項又相互聯(lián)系的煉油和化工綜合項目。該項目生產(chǎn)流程長、工藝復(fù)雜，又有大量易燃、易爆危險裝置，安全要求極高，對肩負(fù)全廠生產(chǎn)重任的控制系統(tǒng)的性能也提出了更高的要求。控制系統(tǒng)和儀表不僅要采用最新的技術(shù)、確保安全可靠，而且需要滿足石油化工特殊工藝過程的技術(shù)要求，除基本的過程控制和檢測外，還要建立全廠實時數(shù)據(jù)庫，為廠級計算機(jī)信息管理和生產(chǎn)調(diào)度建立基礎(chǔ)。

過程控制與安全控制的融合

面對項目提出的巨大挑戰(zhàn)，西門子利用自己在自動化領(lǐng)域的優(yōu)勢，依靠具有豐富經(jīng)驗的團(tuán)隊，為撫順石化的煉化和化工項目提供了節(jié)能降耗、靈活耐用，便捷高效的自動化系統(tǒng)和儀表。在控制系統(tǒng)方面，撫順石化采用西門子SIMATIC PCS 7作為全廠DCS系統(tǒng)，并與S7-400FH系統(tǒng)聯(lián)合使用，構(gòu)成DCS/SIS的一體化無縫集成解決方案。

為了確保生產(chǎn)裝置的人員和設(shè)備安全、保證裝置在事故情況下的安全聯(lián)鎖和緊急停車，避免災(zāi)難性事故的發(fā)生，項目采用SIS系統(tǒng)對重要裝置進(jìn)行保護(hù)，并與DCS系統(tǒng)一體化集成。西門子的SIS系統(tǒng)選用具有冗余容錯性的SIMATIC S7-400FH控制器，內(nèi)置完全冗余設(shè)計及自診斷功能，能對內(nèi)部及外部的故障進(jìn)行快速而有效的診斷，通過不同的模塊冗余（FMR）方式，對現(xiàn)場儀表和執(zhí)行裝置進(jìn)行單模塊、雙模塊和三重化模塊配置，完成IEC61511安全規(guī)范規(guī)定中的安全儀表功能。這樣SIMATIC PCS 7與S7-400FH系統(tǒng)將基本過程控制系統(tǒng)與安全儀表系統(tǒng)完全整合在一起，這樣既可以減少投資，又可簡化系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)與維護(hù)工作，且能更好地滿足國際安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的等級要求。

上位機(jī)系統(tǒng)采用客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，其中客戶機(jī)用于對現(xiàn)場控制設(shè)備的監(jiān)視和操作，服務(wù)器可完成生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)記錄與歸檔。操作員站、工程師站和自動化系統(tǒng)站與控制系統(tǒng)之間采用西門子SIMATIC NET冗余光纖環(huán)網(wǎng)作為通訊網(wǎng)絡(luò)，通信速率高達(dá)1Gbps，有效保證了海量數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)男枨螅诃h(huán)型網(wǎng)絡(luò)的某一個節(jié)點出現(xiàn)故障時，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)會在0.3秒內(nèi)重建通訊通道。

西門子公司提供的高可靠性并且靈活易用的控制系統(tǒng)已經(jīng)幫助撫順石化的常減壓蒸餾、延遲焦化等裝置陸續(xù)投入生產(chǎn)，產(chǎn)品收率、質(zhì)量均達(dá)到設(shè)計值，確保工廠可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

過程儀表遍布生產(chǎn)流程

控制系統(tǒng)猶如工廠中的“神經(jīng)中樞”，管理著生產(chǎn)過程中的每一個環(huán)節(jié)。而過程中配備的每一個自動化過程儀表，擔(dān)負(fù)著數(shù)據(jù)采集等工作。自動化過程儀表遍布在生產(chǎn)過程中，就好比是生產(chǎn)過程中的“手足”。自動化過程儀表的性能優(yōu)劣對生產(chǎn)過程具有決定性的影響。好的過程儀表，將為企業(yè)帶來更多的收獲與驚喜。

項目總共使用了SIPART PS2智能電氣閥門定位器4000臺，此外還使用了全集成過程儀表，包括溫度變送器模塊SITRANS TH300，雷達(dá)物位計SITRANS LR460，音叉物位開關(guān)SITRANS LVS200和音叉液位開關(guān)SITRANS LVL200，超聲波流量計SITRANS FUS。這些過程儀表在變溫控溫、流量監(jiān)測、過程控制中扮演者不可替代的角色，為企業(yè)節(jié)約了成本，降低了能耗，實現(xiàn)了項目運(yùn)行輕松無憂。

以自動化過程儀表中廣泛使用的閥門定位器為例。在“千萬噸煉油，百萬噸乙烯”項目中，使用的閥門有數(shù)千個，而每一個閥門都要安裝與之配套的閥門定位器。由于閥門定位器以儀表空氣為動力源，在使用過程中消耗大量的儀表空氣。數(shù)千閥門定位器的儀表空氣消耗對于企業(yè)來說是一筆不小的開支。因此，撫順石化方面希望使用的閥門定位器，在保證設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、可靠的同時，具有良好的節(jié)能減排的性能，最大限度的節(jié)約成本。

作為在智能閥門定位器市場占有主導(dǎo)地位的自動化過程儀表供應(yīng)商，西門子的SIPART PS2智能電氣閥門定位器正是為實現(xiàn)該目的，量身定做的自動化過程儀表。

SIPART PS2閥門定位器是由西門子公司開發(fā)研制的智能閥門定位器，在節(jié)能方面具有良好的口碑。SIPART PS2閥門定位器與傳統(tǒng)的電氣閥門定位器相比，是一款可以實現(xiàn)節(jié)能減排的自動化過程儀表，并且具有性能可靠、操作便捷等優(yōu)勢。傳統(tǒng)的閥門定位器采用噴嘴--擋板結(jié)構(gòu)，在穩(wěn)態(tài)時，噴嘴擋板結(jié)構(gòu)中的噴嘴仍然在排氣狀態(tài)，會消耗大量的儀表空氣；而西門子SIPART PS2閥門定位器采用壓電閥結(jié)構(gòu)，在穩(wěn)態(tài)時，關(guān)閉壓電閥，其儀表空氣的消耗量基本為零。這一技術(shù)將使得作為閥門定位器動力源的儀表空氣的消耗大大減少，從根本上解決了儀表空氣能耗的問題，實現(xiàn)了企業(yè)提出的節(jié)約成本的目標(biāo)。

西門子SIPART PS2智能電氣閥門定位器可以對閥門進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，通過檢測閥門各項參數(shù)并實時提供數(shù)據(jù)，通過自動控制系統(tǒng)的處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，報告閥門工作狀態(tài)，工作人員根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)可以對閥門工作是否正常做出判斷，以實現(xiàn)對閥門的預(yù)防性維護(hù)，大大減少了不必要的定期維護(hù)，為企業(yè)節(jié)約了人力物力，降低了成本。

根據(jù)統(tǒng)計，西門子的SIPART PS2智能電氣閥門定位器在儀表空氣支出這一項可以為撫順煉油和化工項目節(jié)約400多萬元，節(jié)能率超過了95%，圓滿的解決了撫順石化的節(jié)能問題。

一體化過程控制系統(tǒng)助企業(yè)騰飛

隨著全球能源成本的不斷提升，越來越多的企業(yè)把目光投向了自動化控制系統(tǒng)，利用先進(jìn)的過程集成技術(shù)來實現(xiàn)優(yōu)化管理，降低運(yùn)營成本。在撫順石化“千萬噸煉油，百萬噸乙烯”項目中，一方面，大型項目的高效運(yùn)行離不開自動化控制系統(tǒng)；另一方面，企業(yè)希望通過在集成自動化方面的投入，實現(xiàn)節(jié)約項目整體運(yùn)行成本的目的。在雙方的通力打造之下，使得這一聯(lián)合煉油廠成為世界上采用 SIMATIC PCS 7 作為主自動化系統(tǒng)的最大型集成式煉油及乙烯工廠。

西門子以其獨有的自動化理念，形成完整解決方案，并且配備以高效穩(wěn)定、節(jié)能降耗的自動化過程儀表，從整體性角度解決用戶的系統(tǒng)性問題?？梢哉f通過西門子控制系統(tǒng)，被集成的不僅僅是兼具模塊化和擴(kuò)展性的執(zhí)行器、傳感器和控制器等產(chǎn)品，還包括從工業(yè)流程、工程組態(tài)到生產(chǎn)線運(yùn)行的集成，以及企業(yè)中所有自動化組件的無縫協(xié)同，必將成為企業(yè)的最佳選擇。

上海朕鋅電氣設(shè)備有限公司是一家專業(yè)從事西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品和數(shù)控系統(tǒng)銷售、技術(shù)服務(wù)及培訓(xùn)的工程服務(wù)公司。
在西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品領(lǐng)域，公司憑借雄厚的技術(shù)實力及多年從事 SIEMENS 產(chǎn)品的銷售經(jīng)驗，本著樹立公司形象和對用戶認(rèn)真負(fù)責(zé)的精神開展業(yè)務(wù)，贏得了 SIEMENS 公司與廣大用戶的好評及大力支持，我公司除了在西門子S7-200/300/400PLC、變頻傳動、直流調(diào)速裝置、網(wǎng)絡(luò)通訊及WinCC人機(jī)界面顯示系統(tǒng)等的產(chǎn)品銷售中擁有較好的價格優(yōu)勢外，同時我們致力于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)、工程配套和系統(tǒng)集成，擁有豐富的自動化產(chǎn)品的應(yīng)用和實踐經(jīng)驗以及雄厚的技術(shù)力量，公司擁有一批充滿創(chuàng)新活力并具有豐富工作經(jīng)驗的員工，致力于為您提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品務(wù)。公司在技術(shù)方面不斷吸收國內(nèi)外先進(jìn)的經(jīng)驗，在工程實施方面為客戶提供全方位的服務(wù)。我們不但是自動化的專業(yè)設(shè)備供應(yīng)商，更是您真誠的合作伙伴，為您提供了SIEMENS的及自動控制的解決方案。
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