PROFINET通信Modbus指令包產(chǎn)品性能

2013年11月5日，西門子在“2013中國(guó)工業(yè)博覽會(huì)(CIIF)上推出了SCALANCEXM-400系列產(chǎn)品，擴(kuò)展其工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)產(chǎn)品組合。新的產(chǎn)品系列由兩款基本設(shè)備(SCALANCEXM416-4C和SCALANCEXM408-8C)構(gòu)成，可連接16或8個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，如SIMATIC系列控制器。這兩款基本設(shè)備都裝配有RJ45電氣端口和光學(xué)SFP插槽，接口帶寬可達(dá)1Gbps。同時(shí)，西門子還可提供與其匹配的端口擴(kuò)展器，實(shí)現(xiàn)無工具連接，為基礎(chǔ)設(shè)備提供更多額外接口，使其zui多可連接24個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。這意味著用戶可根據(jù)不同應(yīng)用要求來調(diào)整交換機(jī)的配置以適用，在減少空間需求的同時(shí)也大大減少了端口成本。使用可選的KEY-PLUG插接模塊可激活西門子交換機(jī)3層功能，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)路由功能，并存儲(chǔ)配置數(shù)據(jù)。

SCALANCEXM-400系列產(chǎn)品用于構(gòu)建工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，并通過工廠網(wǎng)絡(luò)將制造和過程工業(yè)的各自動(dòng)化部件連接起來。典型應(yīng)用行業(yè)包括汽車工業(yè)、制藥、化工、物流、樓宇控制和運(yùn)輸行業(yè)。

·SCALANCEXM-400產(chǎn)品系列包含兩款基本設(shè)備和兩款端口擴(kuò)展器，可靈活配置以滿足各種應(yīng)用需求

·每臺(tái)設(shè)備上都配有光/電兩種接口

·結(jié)構(gòu)外形設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，與SimaticS7-1500保持一致

其中，SCALANCEXM416-4Czui多可連接16個(gè)網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)，裝配有16個(gè)電氣RJ45端口和4個(gè)SFP槽，用以插接光學(xué)插接收發(fā)器。4個(gè)Combo組合端口既可用于電氣接口，也可用于光學(xué)接口。SCALANCEXM408-8C擁有8個(gè)Combo端口(包括8個(gè)RJ45和8個(gè)SFP插槽)可連接8個(gè)網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)。西門子plc端口擴(kuò)展器可實(shí)現(xiàn)熱插拔，在運(yùn)行期間僅需簡(jiǎn)單的幾個(gè)步驟便可連接，還可實(shí)現(xiàn)8個(gè)SFP插槽的擴(kuò)展或8個(gè)電氣RJ45接頭的擴(kuò)展。若使用SFP單模收發(fā)器，zui大傳輸距離可達(dá)到200千米。

SCALANCEXM-400系列產(chǎn)品可通過NFC(近場(chǎng)通訊)技術(shù)就地讀取接收設(shè)備的IP地址，從而使用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器對(duì)交換機(jī)進(jìn)行快速便捷的網(wǎng)絡(luò)診斷(基于WEB瀏覽的管理)。SCALANCEXM-400帶有多種冗余功能，如RSTP(快速生成樹協(xié)議)、MSTP(多生成樹協(xié)議)和環(huán)網(wǎng)冗余，或當(dāng)兩個(gè)HRP(高速冗余協(xié)議)環(huán)在冗余配置中連合時(shí)的耦合功能。該交換機(jī)還可用于虛擬網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，亦稱為VLANs(虛擬局域網(wǎng))。西門子plc

PM1507作為SCALANCEXM-400系列產(chǎn)品的供電單元，可為基本設(shè)備和端口擴(kuò)展器提供24V直流電。由于其簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)外形設(shè)計(jì)與SimaticS7-1500保持一致，該新交換機(jī)可以安裝在標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上，與西門子控制器無縫集成安裝。

流焊（Reflow）是指通過重新熔化預(yù)先分配到印制板焊盤上的膏裝軟釬焊料，實(shí)現(xiàn)表面組裝元器件焊端或引腳與印制板焊盤之間機(jī)械與電氣連接的軟釬焊. 它是通過提供一種加熱環(huán)境，使焊錫膏受熱融化從而讓表面貼裝元器件和PCB焊盤通過焊錫膏合金可靠地結(jié)合在一起的設(shè)備,根據(jù)回流焊的技術(shù)特點(diǎn),又分為氣相回流、紅外回流及熱風(fēng)回流，當(dāng)前主流的設(shè)備均采用熱風(fēng)回流，熱風(fēng)回流是利用熱氣流使膠狀的焊劑(錫膏)在一定的高溫氣流下進(jìn)行物理反應(yīng)達(dá)到SMD的焊接，由于這種熱氣流是在焊機(jī)內(nèi)部循環(huán)流動(dòng)達(dá)到焊接目的，所以，行業(yè)上把這種利用熱回流原原理實(shí)現(xiàn)表面貼裝元件焊接的設(shè)備稱之為回流焊設(shè)備(Reflow Machine)。

Reflow設(shè)備通常是置于SMT貼片設(shè)備的后端，以便完成貼片元件的焊接加工。經(jīng)過近十年的發(fā)展,回流焊設(shè)備從zui初比較簡(jiǎn)單的熱加工設(shè)備發(fā)展成為以PC為人機(jī)對(duì)話窗口,集生產(chǎn)工藝配方于一體自動(dòng)化程序較高的設(shè)備.設(shè)備的控制系統(tǒng)也從簡(jiǎn)單的電氣控制轉(zhuǎn)向以PC為操作平臺(tái),西門子PLC為系統(tǒng)控制核心的系統(tǒng)集成解決方案,以適應(yīng)越來越復(fù)雜的生產(chǎn)焊接工藝.隨著無鉛焊、肋焊劑回收以及節(jié)能環(huán)保等需求的到來，將對(duì)設(shè)備的自動(dòng)化、智能化控制提出更高的要求。

關(guān)鍵詞：Reflow；SMT；PLC; PROFINET,Modbus

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

該部分包括的主要內(nèi)容是對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的簡(jiǎn)單介紹，點(diǎn)明SIMATIC s7-1200使用的環(huán)境和背景及zui終取得的效果。節(jié)能和環(huán)保是當(dāng)今世界的主題，隨著電子技術(shù)的飛速飛展，世界對(duì)環(huán)境的重視，無鉛焊接、節(jié)能環(huán)保、更環(huán)保的新型焊劑等新工藝出現(xiàn)，成為回流焊設(shè)備不斷更新發(fā)展的動(dòng)力。勁拓自動(dòng)化設(shè)備有限公司經(jīng)過十年的高速發(fā)展，已成為電子設(shè)備的大研發(fā)制造商，年生產(chǎn)銷售各種系列回流焊設(shè)備1000臺(tái)以上，勁拓已成為業(yè)內(nèi)zui的品牌。為了滿足客戶越來越苛刻、越來越復(fù)雜的生產(chǎn)工藝要求，擔(dān)當(dāng)起一個(gè)企業(yè)對(duì)世界節(jié)能環(huán)境作出貢獻(xiàn)的企業(yè)責(zé)任，2009年，勁拓公司經(jīng)過反復(fù)的市場(chǎng)調(diào)查，決定投巨資研發(fā)新一代的回流焊設(shè)備，新一代RN（A）D回流焊設(shè)備將滿足當(dāng)前回流焊接工藝需求，在提高設(shè)備生產(chǎn)效率的同時(shí)，將大幅度降低生產(chǎn)能耗，與此同時(shí)，將*顛覆舊機(jī)型的控制系統(tǒng)，打造新一代回流焊控制系統(tǒng)，新一代控制系統(tǒng)可靠性將*達(dá)到或*類進(jìn)口品牌設(shè)備，同時(shí)滿足設(shè)備升級(jí)換代具備相當(dāng)?shù)娜嵝詳U(kuò)展。為了達(dá)到預(yù)設(shè)的研發(fā)目標(biāo)，項(xiàng)目開始之初，對(duì)控制系統(tǒng)的核心控制器PLC品牌的及型號(hào)的選擇，成為影響項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵因素之一。經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)上主流品牌PLC的各種系列PLC的反復(fù)比較，zui終確定選擇Siemens公司推出的小型PLC S7 1200作為新一代回流焊設(shè)備控制系統(tǒng)核心控制器。勁拓新一代RN（A）D回流焊設(shè)備于2010年春推出市場(chǎng)，立即受到了廣大客戶支持。生產(chǎn)效率的大幅提高、能耗的大幅降低、人性化設(shè)計(jì)等諸多*性能受到客戶的好評(píng)，設(shè)備良好的性能必須靠控制系統(tǒng)高度可靠性及良好的支持，推出一年多來，設(shè)備故障率極低，到目前為止，數(shù)百臺(tái)設(shè)備無一例發(fā)生PLC故障。

工藝流程介紹

該部分要將項(xiàng)目的整個(gè)工藝流程進(jìn)行詳細(xì)地介紹，盡量使用工藝流程框圖進(jìn)行相應(yīng)說明

方案確定

該部分闡述此項(xiàng)目是基于何種考慮zui終選擇了SIMATIC S7-1200控制器。

勁拓公司RN(A)D新一代回流焊設(shè)備控制系統(tǒng)選型之初，對(duì)市場(chǎng)上主流的PLC品牌進(jìn)行了反復(fù)對(duì)比，從品牌形象、售后服務(wù)及產(chǎn)品性能等方面進(jìn)行比較，zui終基于以下幾個(gè)方面的考慮，我zui終確定選用SIMATIC S7-1200控制器。

* 品牌形象

SIEMENS公司作為世界工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品制造商，其品牌形象、產(chǎn)品性能已深入人心，選擇SIEMENS公司控制器作為新一代回流焊設(shè)備的控制系統(tǒng)，符合勁拓公司打造回流焊、媲美進(jìn)口同類設(shè)備、塑造新品牌的戰(zhàn)略目標(biāo)。

第二 售后服務(wù)

S7 1200作為SIEMENS公司剛剛推出的新一代控制器，這一產(chǎn)品開發(fā)使用環(huán)境的確與原來的小型PLC S7 200有很大的不同，但是SIEMENS有問必答、強(qiáng)大完善的技術(shù)服務(wù)方式還是更加堅(jiān)定了選用S7 1200的決心。

第三 產(chǎn)品性能

如果說良好的品牌形象和的售后服務(wù)是影響我選擇S7 1200*的原因，那么S7 1200能否達(dá)到本項(xiàng)目應(yīng)用要求，才是zui終確定選用S7 1200的因素，至少以下幾個(gè)S7 1200的特點(diǎn)，是我主要考慮的因素之一。

·1 友好的開發(fā)環(huán)境，為開發(fā)復(fù)雜的高質(zhì)量的程序提供了良好條件。

一個(gè)項(xiàng)目或者一臺(tái)設(shè)備的控制程序的質(zhì)量取決于程序的可維護(hù)性是否良好。程序的可維護(hù)性是指設(shè)備程序在程序修改、日后維護(hù)、程序擴(kuò)充、故障查找、程序調(diào)試等方面的容易性。一個(gè)高質(zhì)量的程序的可維護(hù)性是相當(dāng)好的，把程序交給從未接觸過這一程序的工程師去應(yīng)用維護(hù)時(shí)也很省心省力，要做到這一點(diǎn)，僅僅是靠文字的注釋是做不到的，有的工程師往往走進(jìn)這樣一個(gè)誤區(qū)：認(rèn)為程序只要有注釋就會(huì)沒關(guān)系，或者干脆認(rèn)為程序越復(fù)雜越能體現(xiàn)他編程的高超。事實(shí)上在完成控制目標(biāo)的前提下,程序越“簡(jiǎn)單”越好，越容易維護(hù)越好。S7 1200編程環(huán)境類似于S7 300的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境，這種結(jié)構(gòu)化的友好編程環(huán)境，對(duì)于編寫高質(zhì)量的程序是非常有益的。而其它品牌PLC的編程環(huán)境在這方面與S7 1200的Basic相比要遜色得多，如果要編一個(gè)容易維護(hù)的高質(zhì)量程序，使用沒有良好編程環(huán)境的PLC,就必須依賴編程工程師良好的編程習(xí)慣及高超的編程能力。

2 完善的通信能力

隨著設(shè)備的自動(dòng)化程序越來越高，設(shè)備與第三方通信不可避免，在本項(xiàng)目中，PLC控制器往上與電腦PC通信交換數(shù)據(jù)，往下要與溫控模塊、變頻器、氧氣分析儀等設(shè)備讀寫交換數(shù)據(jù)。S7 1200的通信能力與同檔次的其它PLC相比，要完善和強(qiáng)大的多，除了具備以太網(wǎng)接口、可擴(kuò)充三個(gè)RS-485通信模塊等硬件*條件，還開發(fā)了完善的各種通信指令包，讓工程師很輕松完成與第三方設(shè)備的通信編程。例如，以工程控制中的Modbus通信為例，S7 1200準(zhǔn)備了完善的支持Modbus指令包，工程師只需填寫幾個(gè)參數(shù)，就很容易完成復(fù)雜的通信。如下圖為初始化Modbus指令。

也許有不明就里的工程師提出這樣的質(zhì)疑：其它品牌的PLC也有通信指令包。但如果你有應(yīng)用過其它PLC通信的經(jīng)驗(yàn),然后再應(yīng)用S7 1200進(jìn)行通信編程的話,你很很容易得到這樣一個(gè)體驗(yàn)：的確S7 1200的通信應(yīng)用要比其它品牌的PLC方便和實(shí)用得多。例如不管是三菱的FX3U還是Omron的PLC，應(yīng)用于Modbus通信時(shí)，就有如下方面的不足。

讀取到的從站數(shù)據(jù)，不能直接應(yīng)用。

不管是三菱還是OMRON的PLC，從從站中讀的數(shù)據(jù)，不能直接應(yīng)用，必須要進(jìn)行一定的“處理”。要進(jìn)行高八位、低八位的數(shù)據(jù)交叉交換，再應(yīng)用相應(yīng)指令組合“處理”才能得到zui終的數(shù)據(jù)，例如三菱FX3U對(duì)讀出的數(shù)據(jù)要用XCHP指令進(jìn)行高低位交叉,然后再用BTOWP指令再完成組合功能.OMRON也需要做類似的處理.這樣一來,如果你讀取的從站數(shù)據(jù)較多時(shí)，必須要編程一大堆數(shù)據(jù)處理程序，同時(shí)要浪費(fèi)一大堆的數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)存處理。這是一個(gè)龐大的工作量，假如你處理的數(shù)據(jù)達(dá)到幾十個(gè)的話，這的確是一個(gè)艱苦的編程工作。

讀取數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度受限制

例如OMRON的PLC支持Modbus指令包，其存放數(shù)據(jù)的地址是預(yù)先固定死的，當(dāng)然其長(zhǎng)度也固定死了，**系列只指令96個(gè)字節(jié)（48個(gè)字）的讀寫，這意味著當(dāng)你需要讀取更多的數(shù)據(jù)時(shí)，將無法完成你的需求。S7 1200的通信讀取的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，zui長(zhǎng)能達(dá)到少呢？這一點(diǎn)本人沒有測(cè)試過和查到數(shù)據(jù)，但在這一項(xiàng)目中一次讀取60個(gè)字這一點(diǎn)是通過實(shí)踐證明的。

CPU1214一次從子站中讀取60個(gè)數(shù)據(jù),把溫度模塊所有的設(shè)定溫度、實(shí)際溫度、通道開關(guān)狀態(tài)、PID數(shù)值、補(bǔ)償值等60個(gè)字一次性讀取，完成10個(gè)子站的數(shù)據(jù)讀取不超過1秒。*達(dá)到實(shí)時(shí)采集控制的要求。

其它西門子PLC固定通信數(shù)據(jù)存放地址,應(yīng)用不方便，S7 1200可以給不同的子站定義不同的數(shù)據(jù)地址。

OMRON或者臺(tái)達(dá)等一些PLC的通信指令包，把每次通信讀取到的數(shù)據(jù)固定放在特定的寄存器中，你要使用時(shí)，再?gòu)倪@寄存器中“轉(zhuǎn)移”出進(jìn)行使用。這總味著，當(dāng)PLC讀取同一設(shè)備不同的數(shù)據(jù),或者讀取不同設(shè)備的數(shù)據(jù)時(shí)，你必須要非常有“計(jì)劃“地根據(jù)不同的時(shí)間，把你需要的數(shù)據(jù)從公用固定的數(shù)據(jù)寄存器中“準(zhǔn)確”地“及時(shí)”地“挪”出來，否則公用固定的數(shù)據(jù)寄存器可能被“新的”數(shù)據(jù)刷新取代，造成數(shù)據(jù)混亂。要完成這些工作，你必須有良好的編程習(xí)慣，也需編寫一大堆程序進(jìn)行時(shí)序處理，如果數(shù)據(jù)量大，這對(duì)一個(gè)工程師來說，是個(gè)考驗(yàn)。S7 1200在這方面就輕松靈活多了，你可以把讀到的數(shù)據(jù)放到任意定義的數(shù)據(jù)背景數(shù)據(jù)塊中，非常輕松和簡(jiǎn)單。讀取到的數(shù)據(jù)直接可以應(yīng)用.如下圖所示，所有從站讀取的數(shù)據(jù)可以分配不同的地址，并且可以定義為數(shù)組方式，大大地方便了通信數(shù)據(jù)的“應(yīng)用”，不需要用任何指令進(jìn)行處理，也不需要“及時(shí)”轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)，因?yàn)槊恳粋€(gè)從站都可以定義單獨(dú)的數(shù)據(jù)存放地址。

PROFINET通信

CPU本體上集成了一個(gè)PROFINET通信口,支持以太網(wǎng)和基于TCP/IP的通信標(biāo)準(zhǔn).這樣無論是PC或其它設(shè)備如HMI都很方便地同S7 1200通信,例如本項(xiàng)目中,S7 1200通過PROFINET接口,應(yīng)用SEND/RECEIVE編程接口指令包,很輕松完成與PC的通信,如下圖中,CPU 1214實(shí)時(shí)與上位機(jī)PC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換

A CPU1214從上位機(jī)(PC)中接收數(shù)據(jù)

接收數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度為339個(gè)字節(jié).

B CPU1214發(fā)送數(shù)據(jù)給上位機(jī)(PC)

CPU1214發(fā)送給PC的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是812個(gè)字節(jié)

3 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力

S7 1200支持的數(shù)據(jù)類型很多,例如可直接定義字符串的格式,并配備了相應(yīng)的處理指令,更直得一提的是,S7 1200支持定義數(shù)組,利用數(shù)組的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理非常方便和快捷.在本項(xiàng)目中要通信讀寫的數(shù)據(jù)非常多,均采取了數(shù)組處理,這一點(diǎn)非常好.

4 過程處理工藝包

S7 1200定制了PID、運(yùn)動(dòng)控制指令包，讓工程師比較輕松完成過程及定位控制。

5 自定義軟元件

以往PLC對(duì)軟元件的定義在出廠前就確定了，例如計(jì)數(shù)器、定時(shí)器的數(shù)量等都是無法改變的，往往不同的應(yīng)用場(chǎng)合不同，應(yīng)用軟元件的數(shù)量不一樣，有時(shí)候定時(shí)器用完了，計(jì)數(shù)器剩余一大堆，S7 1200在這一點(diǎn)有不少的優(yōu)勢(shì)，軟元件可以自行定義，想用幾個(gè)就定義幾個(gè)，這樣就靈活方便多了。此外，相信S7 1200還有不少應(yīng)用上的新特點(diǎn)有待大家去開發(fā)體會(huì)。

產(chǎn)品硬件配置

該部分主要對(duì)整個(gè)項(xiàng)目中圍繞SIMATIC s7-1200的產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)作詳細(xì)的說明。配以帶有SIMATIC S7-1200控制柜或者產(chǎn)品的圖片加以說明。

CPU1214作為主站，通過圖中CM1241 RS－485通信模塊，實(shí)時(shí)與11個(gè)子站進(jìn)行通信數(shù)據(jù)交換。

應(yīng)用體會(huì)

SIMATIC S7-1200 控制器的使用對(duì)項(xiàng)目、產(chǎn)品、個(gè)人以及公司等方面有何影響.

由SIMATIC S7-1200作為系統(tǒng)控制核心的RND/RAD的勁拓新一代回流焊設(shè)備從2010春推向市場(chǎng)，到目前為止，已有數(shù)百臺(tái)設(shè)備在運(yùn)行，無一例發(fā)生過PLC故障或者不良現(xiàn)象，整個(gè)控制系統(tǒng)穩(wěn)定、運(yùn)行良好，性能上也*該系列設(shè)備的控制需要。這說明選擇S7 1200作為控制系統(tǒng)的決定是正確的，相信S7 1200的良好表現(xiàn)也將為公司創(chuàng)造更大的利益。

本人通過這個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，對(duì)Siemens公司產(chǎn)品會(huì)有更深的體會(huì)，對(duì)SIEMENS公司的產(chǎn)品也有更多的信心和期待。

意見與建議

在使用SIMATIC S7-1200 控制器的過程中發(fā)現(xiàn)了什么問題，是否有建議提供給我們。您的意見與建議對(duì)我們非常重要和寶貴。

俗話說，沒有的產(chǎn)品只有更好的產(chǎn)品，客觀地說，S7-1200也有一些不足之處，例如S7 1200的CPU只有二路高速脈沖輸出，不能滿足多軸控制的需要，市場(chǎng)上很多小型設(shè)備都需要多軸控制，所以S7-1200需要開發(fā)更多的各種各樣的擴(kuò)展模塊進(jìn)行配套。

另外，S7-1200定義掉電保持的元件時(shí),總是從MB0開始的,這需要編程人員一開始就要做非常詳細(xì)的規(guī)劃,如果能任意確定掉電保護(hù)元件起始地址,那就方便多了.S7 1200掉電保護(hù)的總數(shù)量只有2048個(gè)字節(jié),這似乎太少了,稍為更復(fù)雜需保護(hù)的數(shù)據(jù)就難以滿足.S7 1200的內(nèi)存也略嫌不足.此外,支持S7 1200的HMI并不多,可選擇的機(jī)會(huì)不多.