PROFINET通信Modbus指令包产品性能

PROFINET通信Modbus指令包产品性能

2013年11月5日，西门子在“2013中国工业博览会(CIIF)上推出了SCALANCEXM-400系列产品，扩展其工业以太网交换机产品组合。新的产品系列由两款基本设备(SCALANCEXM416-4C和SCALANCEXM408-8C)构成，可连接16或8个网络节点，如SIMATIC系列控制器。这两款基本设备都装配有RJ45电气端口和光学SFP插槽，接口带宽可达1Gbps。同时，西门子还可提供与其匹配的端口扩展器，实现无工具连接，为基础设备提供更多额外接口，使其zui多可连接24个网络节点。这意味着用户可根据不同应用要求来调整交换机的配置以适用，在减少空间需求的同时也大大减少了端口成本。使用可选的KEY-PLUG插接模块可激活西门子交换机3层功能，实现静态和动态路由功能，并存储配置数据。

SCALANCEXM-400系列产品用于构建工业以太网网络，并通过工厂网络将制造和过程工业的各自动化部件连接起来。典型应用行业包括汽车工业、制药、化工、物流、楼宇控制和运输行业。

·SCALANCEXM-400产品系列包含两款基本设备和两款端口扩展器，可灵活配置以满足各种应用需求

·每台设备上都配有光/电两种接口

·结构外形设计简洁，与SimaticS7-1500保持一致

其中，SCALANCEXM416-4Czui多可连接16个网络站点，装配有16个电气RJ45端口和4个SFP槽，用以插接光学插接收发器。4个Combo组合端口既可用于电气接口，也可用于光学接口。SCALANCEXM408-8C拥有8个Combo端口(包括8个RJ45和8个SFP插槽)可连接8个网络站点。西门子plc端口扩展器可实现热插拔，在运行期间仅需简单的几个步骤便可连接，还可实现8个SFP插槽的扩展或8个电气RJ45接头的扩展。若使用SFP单模收发器，zui大传输距离可达到200千米。

SCALANCEXM-400系列产品可通过NFC(近场通讯)技术就地读取接收设备的IP地址，从而使用网络浏览器对交换机进行快速便捷的网络诊断(基于WEB浏览的管理)。SCALANCEXM-400带有多种冗余功能，如RSTP(快速生成树协议)、MSTP(多生成树协议)和环网冗余，或当两个HRP(高速冗余协议)环在冗余配置中连合时的耦合功能。该交换机还可用于虚拟网络的运行，亦称为VLANs(虚拟局域网)。西门子plc

PM1507作为SCALANCEXM-400系列产品的供电单元，可为基本设备和端口扩展器提供24V直流电。由于其简洁的结构外形设计与SimaticS7-1500保持一致，该新交换机可以安装在标准导轨上，与西门子控制器无缝集成安装。

流焊（Reflow）是指通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏装软钎焊料，实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊. 它是通过提供一种加热环境，使焊锡膏受热融化从而让表面贴装元器件和PCB焊盘通过焊锡膏合金可靠地结合在一起的设备,根据回流焊的技术特点,又分为气相回流、红外回流及热风回流，当前主流的设备均采用热风回流，热风回流是利用热气流使胶状的焊剂(锡膏)在一定的高温气流下进行物理反应达到SMD的焊接，由于这种热气流是在焊机内部循环流动达到焊接目的，所以，行业上把这种利用热回流原原理实现表面贴装元件焊接的设备称之为回流焊设备(Reflow Machine)。

Reflow设备通常是置于SMT贴片设备的后端，以便完成贴片元件的焊接加工。经过近十年的发展,回流焊设备从zui初比较简单的热加工设备发展成为以PC为人机对话窗口,集生产工艺配方于一体自动化程序较高的设备.设备的控制系统也从简单的电气控制转向以PC为操作平台,西门子PLC为系统控制核心的系统集成解决方案,以适应越来越复杂的生产焊接工艺.随着无铅焊、肋焊剂回收以及节能环保等需求的到来，将对设备的自动化、智能化控制提出更高的要求。

关键词：Reflow；SMT；PLC; PROFINET,Modbus

项目简介

该部分包括的主要内容是对整个项目的简单介绍，点明SIMATIC s7-1200使用的环境和背景及zui终取得的效果。节能和环保是当今世界的主题，随着电子技术的飞速飞展，世界对环境的重视，无铅焊接、节能环保、更环保的新型焊剂等新工艺出现，成为回流焊设备不断更新发展的动力。劲拓自动化设备有限公司经过十年的高速发展，已成为电子设备的大研发制造商，年生产销售各种系列回流焊设备1000台以上，劲拓已成为业内zui的品牌。为了满足客户越来越苛刻、越来越复杂的生产工艺要求，担当起一个企业对世界节能环境作出贡献的企业责任，2009年，劲拓公司经过反复的市场调查，决定投巨资研发新一代的回流焊设备，新一代RN（A）D回流焊设备将满足当前回流焊接工艺需求，在提高设备生产效率的同时，将大幅度降低生产能耗，与此同时，将*颠覆旧机型的控制系统，打造新一代回流焊控制系统，新一代控制系统可靠性将*达到或*类进口品牌设备，同时满足设备升级换代具备相当的柔性扩展。为了达到预设的研发目标，项目开始之初，对控制系统的核心控制器PLC品牌的及型号的选择，成为影响项目成败的关键因素之一。经过对系统上主流品牌PLC的各种系列PLC的反复比较，zui终确定选择Siemens公司推出的小型PLC S7 1200作为新一代回流焊设备控制系统核心控制器。劲拓新一代RN（A）D回流焊设备于2010年春推出市场，立即受到了广大客户支持。生产效率的大幅提高、能耗的大幅降低、人性化设计等诸多*性能受到客户的好评，设备良好的性能必须靠控制系统高度可靠性及良好的支持，推出一年多来，设备故障率极低，到目前为止，数百台设备无一例发生PLC故障。

工艺流程介绍

该部分要将项目的整个工艺流程进行详细地介绍，尽量使用工艺流程框图进行相应说明

方案确定

该部分阐述此项目是基于何种考虑zui终选择了SIMATIC S7-1200控制器。

劲拓公司RN(A)D新一代回流焊设备控制系统选型之初，对市场上主流的PLC品牌进行了反复对比，从品牌形象、售后服务及产品性能等方面进行比较，zui终基于以下几个方面的考虑，我zui终确定选用SIMATIC S7-1200控制器。

* 品牌形象

SIEMENS公司作为世界工业自动化产品制造商，其品牌形象、产品性能已深入人心，选择SIEMENS公司控制器作为新一代回流焊设备的控制系统，符合劲拓公司打造回流焊、媲美进口同类设备、塑造新品牌的战略目标。

第二 售后服务

S7 1200作为SIEMENS公司刚刚推出的新一代控制器，这一产品开发使用环境的确与原来的小型PLC S7 200有很大的不同，但是SIEMENS有问必答、强大完善的技术服务方式还是更加坚定了选用S7 1200的决心。

第三 产品性能

如果说良好的品牌形象和的售后服务是影响我选择S7 1200*的原因，那么S7 1200能否达到本项目应用要求，才是zui终确定选用S7 1200的因素，至少以下几个S7 1200的特点，是我主要考虑的因素之一。

·1 友好的开发环境，为开发复杂的高质量的程序提供了良好条件。

一个项目或者一台设备的控制程序的质量取决于程序的可维护性是否良好。程序的可维护性是指设备程序在程序修改、日后维护、程序扩充、故障查找、程序调试等方面的容易性。一个高质量的程序的可维护性是相当好的，把程序交给从未接触过这一程序的工程师去应用维护时也很省心省力，要做到这一点，仅仅是靠文字的注释是做不到的，有的工程师往往走进这样一个误区：认为程序只要有注释就会没关系，或者干脆认为程序越复杂越能体现他编程的高超。事实上在完成控制目标的前提下,程序越“简单”越好，越容易维护越好。S7 1200编程环境类似于S7 300的应用开发环境，这种结构化的友好编程环境，对于编写高质量的程序是非常有益的。而其它品牌PLC的编程环境在这方面与S7 1200的Basic相比要逊色得多，如果要编一个容易维护的高质量程序，使用没有良好编程环境的PLC,就必须依赖编程工程师良好的编程习惯及高超的编程能力。

2 完善的通信能力

随着设备的自动化程序越来越高，设备与第三方通信不可避免，在本项目中，PLC控制器往上与电脑PC通信交换数据，往下要与温控模块、变频器、氧气分析仪等设备读写交换数据。S7 1200的通信能力与同档次的其它PLC相比，要完善和强大的多，除了具备以太网接口、可扩充三个RS-485通信模块等硬件*条件，还开发了完善的各种通信指令包，让工程师很轻松完成与第三方设备的通信编程。例如，以工程控制中的Modbus通信为例，S7 1200准备了完善的支持Modbus指令包，工程师只需填写几个参数，就很容易完成复杂的通信。如下图为初始化Modbus指令。

也许有不明就里的工程师提出这样的质疑：其它品牌的PLC也有通信指令包。但如果你有应用过其它PLC通信的经验,然后再应用S7 1200进行通信编程的话,你很很容易得到这样一个体验：的确S7 1200的通信应用要比其它品牌的PLC方便和实用得多。例如不管是三菱的FX3U还是Omron的PLC，应用于Modbus通信时，就有如下方面的不足。

读取到的从站数据，不能直接应用。

不管是三菱还是OMRON的PLC，从从站中读的数据，不能直接应用，必须要进行一定的“处理”。要进行高八位、低八位的数据交叉交换，再应用相应指令组合“处理”才能得到zui终的数据，例如三菱FX3U对读出的数据要用XCHP指令进行高低位交叉,然后再用BTOWP指令再完成组合功能.OMRON也需要做类似的处理.这样一来,如果你读取的从站数据较多时，必须要编程一大堆数据处理程序，同时要浪费一大堆的数据寄存器进行数据的转存处理。这是一个庞大的工作量，假如你处理的数据达到几十个的话，这的确是一个艰苦的编程工作。

读取数据的长度受限制

例如OMRON的PLC支持Modbus指令包，其存放数据的地址是预先固定死的，当然其长度也固定死了，**系列只指令96个字节（48个字）的读写，这意味着当你需要读取更多的数据时，将无法完成你的需求。S7 1200的通信读取的数据长度，zui长能达到少呢？这一点本人没有测试过和查到数据，但在这一项目中一次读取60个字这一点是通过实践证明的。

CPU1214一次从子站中读取60个数据,把温度模块所有的设定温度、实际温度、通道开关状态、PID数值、补偿值等60个字一次性读取，完成10个子站的数据读取不超过1秒。*达到实时采集控制的要求。

其它西门子PLC固定通信数据存放地址,应用不方便，S7 1200可以给不同的子站定义不同的数据地址。

OMRON或者台达等一些PLC的通信指令包，把每次通信读取到的数据固定放在特定的寄存器中，你要使用时，再从这寄存器中“转移”出进行使用。这总味着，当PLC读取同一设备不同的数据,或者读取不同设备的数据时，你必须要非常有“计划“地根据不同的时间，把你需要的数据从公用固定的数据寄存器中“准确”地“及时”地“挪”出来，否则公用固定的数据寄存器可能被“新的”数据刷新取代，造成数据混乱。要完成这些工作，你必须有良好的编程习惯，也需编写一大堆程序进行时序处理，如果数据量大，这对一个工程师来说，是个考验。S7 1200在这方面就轻松灵活多了，你可以把读到的数据放到任意定义的数据背景数据块中，非常轻松和简单。读取到的数据直接可以应用.如下图所示，所有从站读取的数据可以分配不同的地址，并且可以定义为数组方式，大大地方便了通信数据的“应用”，不需要用任何指令进行处理，也不需要“及时”转移数据，因为每一个从站都可以定义单独的数据存放地址。

PROFINET通信

CPU本体上集成了一个PROFINET通信口,支持以太网和基于TCP/IP的通信标准.这样无论是PC或其它设备如HMI都很方便地同S7 1200通信,例如本项目中,S7 1200通过PROFINET接口,应用SEND/RECEIVE编程接口指令包,很轻松完成与PC的通信,如下图中,CPU 1214实时与上位机PC进行数据交换

A CPU1214从上位机(PC)中接收数据

接收数据的长度为339个字节.

B CPU1214发送数据给上位机(PC)

CPU1214发送给PC的数据长度是812个字节

3 强大的数据处理能力

S7 1200支持的数据类型很多,例如可直接定义字符串的格式,并配备了相应的处理指令,更直得一提的是,S7 1200支持定义数组,利用数组的方式进行数据处理非常方便和快捷.在本项目中要通信读写的数据非常多,均采取了数组处理,这一点非常好.

4 过程处理工艺包

S7 1200定制了PID、运动控制指令包，让工程师比较轻松完成过程及定位控制。

5 自定义软元件

以往PLC对软元件的定义在出厂前就确定了，例如计数器、定时器的数量等都是无法改变的，往往不同的应用场合不同，应用软元件的数量不一样，有时候定时器用完了，计数器剩余一大堆，S7 1200在这一点有不少的优势，软元件可以自行定义，想用几个就定义几个，这样就灵活方便多了。此外，相信S7 1200还有不少应用上的新特点有待大家去开发体会。

产品硬件配置

该部分主要对整个项目中围绕SIMATIC s7-1200的产品硬件设计作详细的说明。配以带有SIMATIC S7-1200控制柜或者产品的图片加以说明。

CPU1214作为主站，通过图中CM1241 RS－485通信模块，实时与11个子站进行通信数据交换。

应用体会

SIMATIC S7-1200 控制器的使用对项目、产品、个人以及公司等方面有何影响.

由SIMATIC S7-1200作为系统控制核心的RND/RAD的劲拓新一代回流焊设备从2010春推向市场，到目前为止，已有数百台设备在运行，无一例发生过PLC故障或者不良现象，整个控制系统稳定、运行良好，性能上也*该系列设备的控制需要。这说明选择S7 1200作为控制系统的决定是正确的，相信S7 1200的良好表现也将为公司创造更大的利益。

本人通过这个项目的设计，对Siemens公司产品会有更深的体会，对SIEMENS公司的产品也有更多的信心和期待。

意见与建议

在使用SIMATIC S7-1200 控制器的过程中发现了什么问题，是否有建议提供给我们。您的意见与建议对我们非常重要和宝贵。

俗话说，没有的产品只有更好的产品，客观地说，S7-1200也有一些不足之处，例如S7 1200的CPU只有二路高速脉冲输出，不能满足多轴控制的需要，市场上很多小型设备都需要多轴控制，所以S7-1200需要开发更多的各种各样的扩展模块进行配套。

另外，S7-1200定义掉电保持的元件时,总是从MB0开始的,这需要编程人员一开始就要做非常详细的规划,如果能任意确定掉电保护元件起始地址,那就方便多了.S7 1200掉电保护的总数量只有2048个字节,这似乎太少了,稍为更复杂需保护的数据就难以满足.S7 1200的内存也略嫌不足.此外,支持S7 1200的HMI并不多,可选择的机会不多.