楊飛

（西門子電氣傳動有限公司 天津 300384）

基于上位機與S120直接通訊的自動化系統(tǒng)

楊飛

（西門子電氣傳動有限公司 天津 300384）

SINAMICS S120是西門子公司推出的集V/f、矢量控制及伺服控制于一體的驅(qū)動控制解決方案，由于其性能高和靈活性好，因此具有廣泛的傳動應(yīng)用價值。為了簡化S120的控制系統(tǒng)，提出了基于上位機與SINAMICS S120直接通訊的方案，將原有的上位機、PLC和S120的3層結(jié)構(gòu)簡化為上位機、S120的2層結(jié)構(gòu)，并結(jié)合具體實例詳細(xì)介紹了上位機與西門子S120直接通訊的軟硬件需求和配置過程。

SINAMICS S120；控制單元CU320；過程控制；S7協(xié)議；.NET架構(gòu)

目前，典型的S120控制系統(tǒng)普遍采用上位機、PLC和S120的3層結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)如圖1所示。在這個系統(tǒng)中處于中間層的PLC主要承擔(dān)以下工作：信號采集（PLC I/O）；邏輯運算和數(shù)字運算（PLC CPU）；接收上位機的指令；向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)；向S120發(fā)送數(shù)據(jù)。S120的控制器CU320-2具有以下功能：數(shù)字量輸入/輸出、模擬量輸入/輸出（選件）、自由功能模塊、驅(qū)動控制圖（DCC）編程。其中，驅(qū)動控制圖包括：邏輯運算功能、數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換、閉環(huán)控制、工藝功能和系統(tǒng)功能。在一些控制系統(tǒng)中，CU320-2完全可以取代PLC的信號采集和運算控制功能，這樣不但可以簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且可以降低成本。因此，如果解決了上位機與CU320-2之間的數(shù)據(jù)交換問題，系統(tǒng)就可以簡化為上位機和S120的2層結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 簡化的S120控制系統(tǒng)Fig.2 Simplified S120 control system

2 上位機與S120通訊

2.1 通訊方式

目前，上位機與CU320有以下3種通訊方式：PROFIBUS通訊、PROFINET 通訊、Ethernet通訊。這3種通訊方式的區(qū)別如表1所示。

表1 通訊方式Tab.1 Communication type

PROFIBUS方式只能用于CU320-2 DP，而且上位機需要相應(yīng)的適配器；PROFINET方式用于CU320-2 DP時需要增加選件CBE20。

綜合比較結(jié)果，采用Ethernet通訊方式，通訊協(xié)議為西門子S7協(xié)議。西門子S7協(xié)議是一個專有協(xié)議。它用于建立計算機和西門子自動化系統(tǒng)以及驅(qū)動系統(tǒng)之間的通訊。PROFIBUS，PROFINET和Ethernet通訊系統(tǒng)都可以支持S7協(xié)議。

2.2 準(zhǔn)備工作

1）硬件。包括：SINAMICS S120變頻器、帶以太網(wǎng)口的電腦、網(wǎng)線。

2）軟件。包括：SIMATIC NET V7.1，STEP7 V5.5，STARTER V4.4.1，Windows XP SP3。

如果上位機的操作系統(tǒng)是其他版本的Windows，請選擇與其對應(yīng)的SIMATIC NET，STEP7和STARTER軟件。

3）系統(tǒng)配置。分為3個步驟：通過STARTER配置CU320-2；通過STEP7配置上位機OPC服務(wù)器；通過SIMATIC NET加載上位機OPC服務(wù)器。

3 實例研究

下面以1個發(fā)動機動力測試系統(tǒng)為例詳細(xì)介紹系統(tǒng)的配置過程。

3.1 系統(tǒng)硬件型號

系統(tǒng)硬件型號如表2所示。

表2 硬件型號Tab.2 Hardware type

3.2 系統(tǒng)功能

該測試系統(tǒng)如圖3所示，其主要功能是為被測發(fā)動機提供可調(diào)負(fù)載。上位機和面板2種控制模式可選，通過面板上的開關(guān)進(jìn)行切換。

圖3 實例系統(tǒng)圖Fig.3 System diagram of sample

上位機控制通過與CU320直接通訊實現(xiàn)，通訊協(xié)議為西門子S7協(xié)議。

面板控制通過CU320自帶的I/O端子和TB30選件實現(xiàn)。

3.3 系統(tǒng)配置過程

本例只介紹上位機與CU320通訊相關(guān)的配置過程。

3.3.1 通過STARTER配置CU320-2 DP

用網(wǎng)線連接CU320-2 DP的X127端口和上位機網(wǎng)口，配置CU320-2 DP的X127端口的IP地址，本例采用的默認(rèn)IP地址：169.254.11.22。

3.3.2 通過STEP7配置上位機OPC服務(wù)器

新建STEP7項目，并插入PC Station。在HW Config中選擇對應(yīng)的OPC Server和IE General，如圖4所示。

圖4 硬件配置Fig.4 Hardware config

在IE General中添加Ethernet，并配置PC Station的IP地址，此地址需要和X127的地址在同一個網(wǎng)段，本例設(shè)置為：169.254.11.23。在Windows系統(tǒng)中用于OPC服務(wù)器的網(wǎng)卡IP地址必須與PC Station的IP地址相同，因此也設(shè)置為：169.254.11.23。在NetPro中為OPC Server添加S7連接，并設(shè)置S7連接的Local ID和通訊對象的IP地址，如圖5所示。本例中S7連接的Local ID為默認(rèn)值，通訊對象的IP地址為CU320-2 DP X127的地址：169.254.11.22。編譯并保存PC Station的硬件配置。

圖5 設(shè)置S7連接Fig.5 Set S7 connection

3.3.3 通過SIMATIC NET加載上位機OPC服務(wù)器

打開Station configuration Editor，插入剛剛配置好的PC Station，并啟動OPC服務(wù)器，如圖6所示。

圖6 啟動OPC服務(wù)器Fig.6 Starting OPC Server

3.4 S7協(xié)議

S7協(xié)議的通訊格式如下：

S7：［S7-Connection_1］DB＜參數(shù)號＞，＜數(shù)據(jù)類型＞＜驅(qū)動對ID×1024+下標(biāo)＞

其中，參數(shù)號對應(yīng)于S120的p或r參數(shù)號，數(shù)據(jù)類型是S120參數(shù)的數(shù)據(jù)類型對應(yīng)于S7協(xié)議的數(shù)據(jù)類型；驅(qū)動對象ID對應(yīng)于S120系統(tǒng)配置中的ObjectID。

3.5 測試

配置完成后可以使用SIMATIC NET自帶的OPC Scout測試連接是否成功，還可以測試讀取或?qū)懭雲(yún)?shù)值。

3.6 上位機軟件

上位機控制軟件采用Visual Basic 2010.Net開發(fā)，調(diào)用SIMATIC NET提供的動態(tài)鏈接庫文件OpcRcw.Comn.dll和OpcRcw.Da.dll實現(xiàn)與OPC服務(wù)器的交換數(shù)據(jù)。系統(tǒng)框圖如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)框圖Fig.7 Block diagram of system

4 結(jié)論

采用上位機與西門子S120直接通訊，用CU320取代PLC的信號采集和運算控制功能，將原有的上位機、PLC和S120的3層結(jié)構(gòu)變?yōu)樯衔粰C和S120的2層結(jié)構(gòu)，可以簡化系統(tǒng)，降低成本。此方案對于采用其他型號的西門子變頻器同樣適用。

［1］西門子.SIMATIC NET PC軟件PG/PC工業(yè)通信第1卷——基礎(chǔ)知識［Z］.Siemens AG，2013.

［2］西門子.SIMATIC NET PC軟件PG/PC工業(yè)通信第2卷——接口［Z］.Siemens AG，2013.

［3］西門子.SIMATIC NET PC軟件調(diào)試PC站——手冊和快速入門［Z］.Siemens AG，2013.

［4］西門子.SINAMICS S120參數(shù)手冊［Z］.Siemens AG，2016.

［5］李英杰.VB.NET 2005程序設(shè)計實例教程［M］.天津：天津大學(xué)出版社，2008.

［6］李春葆，金晶，曾平.VB.NET 2005程序設(shè)計教程［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2009.

Automation System Based on PC and S120 Direct Communication

YANG Fei
（Siemens Electrical Drives Co.，Ltd.，Tianjin 300384，China）

SINAMICS S120 is introduced by Siemens company，which combines V/f control，vector control and servo control in one drive control solutions.Due to high performance and good flexibility，it has widespread application value of drive.In order to simplify the S120 control system，one scheme which based on PC and S120 direct communication was proposed.It changed the original three layer structures PC，PLC and S120 to two layers structures PC and S120.It presented in detail about the PC and S120 direct communication hardware and software requirements and configuration process with one specific example.

SINAMICS S120；control unit CU320；process control；S7 protocol；.NET framework

TP29

A

10.19457/j.1001-2095.20171016

1 S120控制系統(tǒng)

圖1 典型的S120控制系統(tǒng)
Fig.1 Typical S120 control system

楊飛（1980-），男，碩士研究生，副高級工程師，Email：yang.fei@siemens.com

2016-10-13

修改稿日期：2016-11-22

SINAMICS S120是西門子公司推出的集V/f、矢量控制及伺服控制于一體的驅(qū)動控制解決方案。它不僅能控制普通的三相異步電動機，還能控制同步電機、轉(zhuǎn)矩電機及直線電機。SINAMICS S120具有模塊化設(shè)計，可以提供高性能的單軸和多軸驅(qū)動，功率范圍涵蓋0.12～4 500 kW，具有廣泛的傳動應(yīng)用價值。由于其具有很高的靈活性能，SINAMICS S120可以完美地滿足應(yīng)用中日益增長的對驅(qū)動系統(tǒng)軸數(shù)量和性能的要求。