PROFINET通信Modbus指令包產品性能

2013年11月5日，西門子在“2013中國工業(yè)博覽會(CIIF)上推出了SCALANCEXM-400系列產品，擴展其工業(yè)以太網交換機產品組合。新的產品系列由兩款基本設備(SCALANCEXM416-4C和SCALANCEXM408-8C)構成，可連接16或8個網絡節(jié)點，如SIMATIC系列控制器。這兩款基本設備都裝配有RJ45電氣端口和光學SFP插槽，接口帶寬可達1Gbps。同時，西門子還可提供與其匹配的端口擴展器，實現無工具連接，為基礎設備提供更多額外接口，使其zui多可連接24個網絡節(jié)點。這意味著用戶可根據不同應用要求來調整交換機的配置以適用，在減少空間需求的同時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3層功能，實現靜態(tài)和動態(tài)路由功能，并存儲配置數據。

SCALANCEXM-400系列產品用于構建工業(yè)以太網網絡，并通過工廠網絡將制造和過程工業(yè)的各自動化部件連接起來。典型應用行業(yè)包括汽車工業(yè)、制藥、化工、物流、樓宇控制和運輸行業(yè)。

·SCALANCEXM-400產品系列包含兩款基本設備和兩款端口擴展器，可靈活配置以滿足各種應用需求

·每臺設備上都配有光/電兩種接口

·結構外形設計簡潔，與SimaticS7-1500保持一致

其中，SCALANCEXM416-4Czui多可連接16個網絡站點，裝配有16個電氣RJ45端口和4個SFP槽，用以插接光學插接收發(fā)器。4個Combo組合端口既可用于電氣接口，也可用于光學接口。SCALANCEXM408-8C擁有8個Combo端口(包括8個RJ45和8個SFP插槽)可連接8個網絡站點。西門子plc端口擴展器可實現熱插拔，在運行期間僅需簡單的幾個步驟便可連接，還可實現8個SFP插槽的擴展或8個電氣RJ45接頭的擴展。若使用SFP單模收發(fā)器，zui大傳輸距離可達到200千米。

SCALANCEXM-400系列產品可通過NFC(近場通訊)技術就地讀取接收設備的IP地址，從而使用網絡瀏覽器對交換機進行快速便捷的網絡診斷(基于WEB瀏覽的管理)。SCALANCEXM-400帶有多種冗余功能，如RSTP(快速生成樹協議)、MSTP(多生成樹協議)和環(huán)網冗余，或當兩個HRP(高速冗余協議)環(huán)在冗余配置中連合時的耦合功能。該交換機還可用于虛擬網絡的運行，亦稱為VLANs(虛擬局域網)。西門子plc

PM1507作為SCALANCEXM-400系列產品的供電單元，可為基本設備和端口擴展器提供24V直流電。由于其簡潔的結構外形設計與SimaticS7-1500保持一致，該新交換機可以安裝在標準導軌上，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先分配到印制板焊盤上的膏裝軟釬焊料，實現表面組裝元器件焊端或引腳與印制板焊盤之間機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合在一起的設備,根據回流焊的技術特點,又分為氣相回流、紅外回流及熱風回流，當前主流的設備均采用熱風回流，熱風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行物理反應達到SMD的焊接，由于這種熱氣流是在焊機內部循環(huán)流動達到焊接目的，所以，行業(yè)上把這種利用熱回流原原理實現表面貼裝元件焊接的設備稱之為回流焊設備(Reflow Machine)。

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

關鍵詞：Reflow；SMT；PLC; PROFINET,Modbus

項目簡介

該部分包括的主要內容是對整個項目的簡單介紹，點明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)保是當今世界的主題，隨著電子技術的飛速飛展，世界對環(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，成為回流焊設備不斷更新發(fā)展的動力。勁拓自動化設備有限公司經過十年的高速發(fā)展，已成為電子設備的大研發(fā)制造商，年生產銷售各種系列回流焊設備1000臺以上，勁拓已成為業(yè)內zui的品牌。為了滿足客戶越來越苛刻、越來越復雜的生產工藝要求，擔當起一個企業(yè)對世界節(jié)能環(huán)境作出貢獻的企業(yè)責任，2009年，勁拓公司經過反復的市場調查，決定投巨資研發(fā)新一代的回流焊設備，新一代RN（A）D回流焊設備將滿足當前回流焊接工藝需求，在提高設備生產效率的同時，將大幅度降低生產能耗，與此同時，將*顛覆舊機型的控制系統，打造新一代回流焊控制系統，新一代控制系統可靠性將*達到或*類進口品牌設備，同時滿足設備升級換代具備相當的柔性擴展。為了達到預設的研發(fā)目標，項目開始之初，對控制系統的核心控制器PLC品牌的及型號的選擇，成為影響項目成敗的關鍵因素之一。經過對系統上主流品牌PLC的各種系列PLC的反復比較，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備控制系統核心控制器。勁拓新一代RN（A）D回流焊設備于2010年春推出市場，立即受到了廣大客戶支持。生產效率的大幅提高、能耗的大幅降低、人性化設計等諸多*性能受到客戶的好評，設備良好的性能必須靠控制系統高度可靠性及良好的支持，推出一年多來，設備故障率極低，到目前為止，數百臺設備無一例發(fā)生PLC故障。

工藝流程介紹

該部分要將項目的整個工藝流程進行詳細地介紹，盡量使用工藝流程框圖進行相應說明

方案確定

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

勁拓公司RN(A)D新一代回流焊設備控制系統選型之初，對市場上主流的PLC品牌進行了反復對比，從品牌形象、售后服務及產品性能等方面進行比較，zui終基于以下幾個方面的考慮，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)自動化產品制造商，其品牌形象、產品性能已深入人心，選擇SIEMENS公司控制器作為新一代回流焊設備的控制系統，符合勁拓公司打造回流焊、媲美進口同類設備、塑造新品牌的戰(zhàn)略目標。

第二 售后服務

S7 1200作為SIEMENS公司剛剛推出的新一代控制器，這一產品開發(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、強大完善的技術服務方式還是更加堅定了選用S7 1200的決心。

第三 產品性能

如果說良好的品牌形象和的售后服務是影響我選擇S7 1200*的原因，那么S7 1200能否達到本項目應用要求，才是zui終確定選用S7 1200的因素，至少以下幾個S7 1200的特點，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)復雜的高質量的程序提供了良好條件。

一個項目或者一臺設備的控制程序的質量取決于程序的可維護性是否良好。程序的可維護性是指設備程序在程序修改、日后維護、程序擴充、故障查找、程序調試等方面的容易性。一個高質量的程序的可維護性是相當好的，把程序交給從未接觸過這一程序的工程師去應用維護時也很省心省力，要做到這一點，僅僅是靠文字的注釋是做不到的，有的工程師往往走進這樣一個誤區(qū)：認為程序只要有注釋就會沒關系，或者干脆認為程序越復雜越能體現他編程的高超。事實上在完成控制目標的前提下,程序越“簡單”越好，越容易維護越好。S7 1200編程環(huán)境類似于S7 300的應用開發(fā)環(huán)境，這種結構化的友好編程環(huán)境，對于編寫高質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，如果要編一個容易維護的高質量程序，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慣及高超的編程能力。

2 完善的通信能力

隨著設備的自動化程序越來越高，設備與第三方通信不可避免，在本項目中，PLC控制器往上與電腦PC通信交換數據，往下要與溫控模塊、變頻器、氧氣分析儀等設備讀寫交換數據。S7 1200的通信能力與同檔次的其它PLC相比，要完善和強大的多，除了具備以太網接口、可擴充三個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備的通信編程。例如，以工程控制中的Modbus通信為例，S7 1200準備了完善的支持Modbus指令包，工程師只需填寫幾個參數，就很容易完成復雜的通信。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疑：其它品牌的PLC也有通信指令包。但如果你有應用過其它PLC通信的經驗,然后再應用S7 1200進行通信編程的話,你很很容易得到這樣一個體驗：的確S7 1200的通信應用要比其它品牌的PLC方便和實用得多。例如不管是三菱的FX3U還是Omron的PLC，應用于Modbus通信時，就有如下方面的不足。

讀取到的從站數據，不能直接應用。

不管是三菱還是OMRON的PLC，從從站中讀的數據，不能直接應用，必須要進行一定的“處理”。要進行高八位、低八位的數據交叉交換，再應用相應指令組合“處理”才能得到zui終的數據，例如三菱FX3U對讀出的數據要用XCHP指令進行高低位交叉,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據較多時，必須要編程一大堆數據處理程序，同時要浪費一大堆的數據寄存器進行數據的轉存處理。這是一個龐大的工作量，假如你處理的數據達到幾十個的話，這的確是一個艱苦的編程工作。

讀取數據的長度受限制

例如OMRON的PLC支持Modbus指令包，其存放數據的地址是預先固定死的，當然其長度也固定死了，**系列只指令96個字節(jié)（48個字）的讀寫，這意味著當你需要讀取更多的數據時，將無法完成你的需求。S7 1200的通信讀取的數據長度，zui長能達到少呢？這一點本人沒有測試過和查到數據，但在這一項目中一次讀取60個字這一點是通過實踐證明的。

CPU1214一次從子站中讀取60個數據,把溫度模塊所有的設定溫度、實際溫度、通道開關狀態(tài)、PID數值、補償值等60個字一次性讀取，完成10個子站的數據讀取不超過1秒。*達到實時采集控制的要求。

其它西門子PLC固定通信數據存放地址,應用不方便，S7 1200可以給不同的子站定義不同的數據地址。

OMRON或者臺達等一些PLC的通信指令包，把每次通信讀取到的數據固定放在特定的寄存器中，你要使用時，再從這寄存器中“轉移”出進行使用。這總味著，當PLC讀取同一設備不同的數據,或者讀取不同設備的數據時，你必須要非常有“計劃“地根據不同的時間，把你需要的數據從公用固定的數據寄存器中“準確”地“及時”地“挪”出來，否則公用固定的數據寄存器可能被“新的”數據刷新取代，造成數據混亂。要完成這些工作，你必須有良好的編程習慣，也需編寫一大堆程序進行時序處理，如果數據量大，這對一個工程師來說，是個考驗。S7 1200在這方面就輕松靈活多了，你可以把讀到的數據放到任意定義的數據背景數據塊中，非常輕松和簡單。讀取到的數據直接可以應用.如下圖所示，所有從站讀取的數據可以分配不同的地址，并且可以定義為數組方式，大大地方便了通信數據的“應用”，不需要用任何指令進行處理，也不需要“及時”轉移數據，因為每一個從站都可以定義單獨的數據存放地址。

PROFINET通信

CPU本體上集成了一個PROFINET通信口,支持以太網和基于TCP/IP的通信標準.這樣無論是PC或其它設備如HMI都很方便地同S7 1200通信,例如本項目中,S7 1200通過PROFINET接口,應用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實時與上位機PC進行數據交換

A CPU1214從上位機(PC)中接收數據

接收數據的長度為339個字節(jié).

B CPU1214發(fā)送數據給上位機(PC)

CPU1214發(fā)送給PC的數據長度是812個字節(jié)

3 強大的數據處理能力

S7 1200支持的數據類型很多,例如可直接定義字符串的格式,并配備了相應的處理指令,更直得一提的是,S7 1200支持定義數組,利用數組的方式進行數據處理非常方便和快捷.在本項目中要通信讀寫的數據非常多,均采取了數組處理,這一點非常好.

4 過程處理工藝包

S7 1200定制了PID、運動控制指令包，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對軟元件的定義在出廠前就確定了，例如計數器、定時器的數量等都是無法改變的，往往不同的應用場合不同，應用軟元件的數量不一樣，有時候定時器用完了，計數器剩余一大堆，S7 1200在這一點有不少的優(yōu)勢，軟元件可以自行定義，想用幾個就定義幾個，這樣就靈活方便多了。此外，相信S7 1200還有不少應用上的新特點有待大家去開發(fā)體會。

產品硬件配置

該部分主要對整個項目中圍繞SIMATIC s7-1200的產品硬件設計作詳細的說明。配以帶有SIMATIC S7-1200控制柜或者產品的圖片加以說明。

CPU1214作為主站，通過圖中CM1241 RS－485通信模塊，實時與11個子站進行通信數據交換。

應用體會

SIMATIC S7-1200 控制器的使用對項目、產品、個人以及公司等方面有何影響.

由SIMATIC S7-1200作為系統控制核心的RND/RAD的勁拓新一代回流焊設備從2010春推向市場，到目前為止，已有數百臺設備在運行，無一例發(fā)生過PLC故障或者不良現象，整個控制系統穩(wěn)定、運行良好，性能上也*該系列設備的控制需要。這說明選擇S7 1200作為控制系統的決定是正確的，相信S7 1200的良好表現也將為公司創(chuàng)造更大的利益。

本人通過這個項目的設計，對Siemens公司產品會有更深的體會，對SIEMENS公司的產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)現了什么問題，是否有建議提供給我們。您的意見與建議對我們非常重要和寶貴。

俗話說，沒有的產品只有更好的產品，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，市場上很多小型設備都需要多軸控制，所以S7-1200需要開發(fā)更多的各種各樣的擴展模塊進行配套。

另外，S7-1200定義掉電保持的元件時,總是從MB0開始的,這需要編程人員一開始就要做非常詳細的規(guī)劃,如果能任意確定掉電保護元件起始地址,那就方便多了.S7 1200掉電保護的總數量只有2048個字節(jié),這似乎太少了,稍為更復雜需保護的數據就難以滿足.S7 1200的內存也略嫌不足.此外,支持S7 1200的HMI并不多,可選擇的機會不多.