西门子CPUST60

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1 G120 PROFIBUS通信功能概述
SINAMICS G120*二代控制单元CU240B-2 DP、CU240E-2 DP、CU240E-2 DP F支持基于PROFIBUS的周期过程数据交换和变频器参数访问。
> 周期过程数据交换--通过该通信PROFIBUS主站可将控制字和主设定值等过程数据周期性的发送至变频器，并从变频器周期性的读取状态字和实际转速等过程数据。G120较多可以接收和发送8个过程数据字。该通信使用周期性通信的PZD通道（过程数据区），变频器不同的报文类型定义了不同数量的过程数据字（PZD）。
> 变频器参数访问--提供PROFIBUS主站访问变频器参数的接口，有两种方式能够访问变频器参数：

1. 周期性通信的PKW通道（参数数据区）：通过PKW通道主站可以读写变频器参数，每次只能读或写一个参数，PKW通道的长度固定为4个字。
2. 非周期性通信：主站采用PROFIBUS-DPV1通信访问变频器数据记录区，每次可以读或写多个参数。

本文通过示例介绍S7-1200与CU240E-2 DP F的PROFIBUS PKW通信，介绍如何通过PKW通信读P2902[5]参数值、写P1121参数值。

2 参数通道(PKW)的数据结构
PKW通信工作模式：主站发出请求，变频器收到主站请求后处理请求，并将处理结果应答给主站。


图2-1 PKW通信原理

PKW通信的请求和应答数据总是包含4个字，*1个字和*2个字传送参数号、索引以及任务类型（读或写），*3个和*4个字传送参数内容。


图2-2 PKW参数通道的结构 

> PKE：PKW*1个字

? AK：位 12~15 包含了任务ID 或应答ID，任务ID参考表2-1，应答ID参考表2-2 ；
? SPM：始终为0；
? PNU：参数号 < 2000 PNU = 参数号。 参数号 ≥ 2000 PNU = 参数号减去偏移，将偏移写入分区索引中
（ IND 位 7 … 0 ）。

 
图2-3 PKW结构
 

表2-1主站发送给变频器的任务ID

表2-2变频器发送给主站的应答ID

应答ID = 7 变频器会在参数值PWE1中将错误号发送给主站。

表2-3 应答ID = 7时的错误编号

注：更多错误编号描述请参考《CU240E-2操作手册》
> 参数索引IND：PKW*2个字

? 子下标（参数下标）：标识变频器参数的子索引（参数下标）值。例如P840[1]中括号中的“1”即为参数下标。
? 分区下标：变频器参数偏移量，配合PNU确定参数号。例如P2902的分区下标 = 0x80，分区下表查询请参考表
   2-1。

图2-4 IND结构

表2-4 分区下标设置，取决于变频器参数范围

> 参数值PWE：PKW第3、4个字
参数值PWE总是以双字方式（ 32 位）发送，一条报文只能传送一个参数值。

? 32位的参数值由PWE1（*3个字）和PWE2（*4个字）两个字组成；
? 16位的参数值以PWE2表示，PWE1为0；
? 8位的参数值以PWE2中位0…7表示，高8位和PWE1为0；
? BICO参数：PWE1表示参数号，PWE2位10…15为1，PWE2位0…9表示参数的索引或位号。

3 S7-1200与CU240X-2 DP的PROFIBUS PKW通信实例

3.1 S7-1200组态
CU240E-2 DP F控制单元支持两种PKW通信报文：353报文和354报文，它们的区别在于过程值通道PZD数量的不同，PKW通道功能完全相同。本示例以组态353报文为例。
S7-1200与CU240X-2 DP的PROFIBUS通信基本组态过程以及变频器通信参数设置请参考《S7-1200与G120 CU240X-2 DP的PROFIBUS PZD通信》文档，在此不做详细介绍。

? 组态与CU240E-2 DP F通信报文

1） 将硬件目录中“SIEMENS telegr 353, PKW+PZD-2/2”模块拖拽到“设备概览”视图的*1个插槽中，系统自动分配了输入输出地址，本示例中分配PKW的输入地址IB68~IB75，输出地址QB64~QW71，分配PZD的输入地址IW76、IW78，输出地址QW72、QW74；
2）为方便编程将插槽1的PKW区重命名为“PKW”（在调用系统功能DPRD_DAT、DPWR_DAT时将用到此名字），将插槽2的PZD区重命名为“PZD”。

图3-1组态与CU240E-2 DP F通信报文

? 编程：在S7-1200中调用扩展指令“DPRD_DAT”读取PKW区数据，调用扩展指令“DPWR_DAT”写入PKW数据。

1） 双击项目树下的“Main（OB1）”打开OB1程序编辑窗口；
2） 扩展指令目录中“分布式I/O -> 其它 -> 驱动器 -> DPRD_DAT和DPWR_DAT ”指令拖拽到程序编辑窗口中。

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图3-2 S7-1200编程

? 为系统功能“DPRD_DAT”、“DPWR_DAT”分配硬件标识：

1） 单击块参数“LADDR”；
2） 在下拉列表中选择“PKW[AI/AO]”。

图3-3分配硬件标识符

? 为系统功能“DPRD_DAT”、“DPWR_DAT”分配其它参数：

1） DPRD_DAT读取缓冲区从MB100开始的8个字节；
2） DPRD_DAT发送缓冲区从MB200开始的8个字节；

注意：也可以使用DB块作为缓冲区，创建DB时请将块访问模式定义为“标准-与S7-300/400兼容”模式。

图3-4分配其它参数

3.2示例1：读取参数P2902[5]数值
将MB200~MB207的8个字节请求数据发送到变频器，变频器返回的响应数据保存在MW100~MB107的8个字节中。读取参数P2902[5]值的请求数据格式参考表2.2.1，变频器响应数据格式参考表2.2.2。
P2902参数范围在2000…3999之间，根据表2-1设置分区索引值为0x80。
PNU = 2902-2000 = 902（十进制）= 386 （十六进制）。
通过变量表模拟程序读取参数P2902[5] = 100.0，参考图3-4。

图3-4 S7-1200读P2902[5]参数

表3-1读取参数P2902[5]值的请求数据格式，PLC -> 变频器

表3-2读取参数P2902[5]值的响应数据格式，变频器 -> PLC

3.3示例2：修改参数P1121数值
将MB200~MB207的8个字节请求数据发送到变频器，变频器返回的响应数据保存在MW100~MB107的8个字节中。修改参数P1121值的请求数据格式参考表2.3.1，变频器响应数据格式参考表2.3.2。
P1121参数范围在0…1999之间，根据表2-1设置分区索引值为0x00。
PNU = 1121（十进制）= 461 （十六进制）。
通过变量表模拟程序修改参数P1121 = 5.0，参考图2-2。

图3-5 S7-1200写P1121参数

如何快速响应市场变化的需求，如何早于竞争对手将新产品推向市场，如何增加工厂的灵活性和透明度，如何节约成本、降低能耗，一直以来，都是企业孜孜不倦追求的目标。这些任务看似艰巨，但并非是不能够完成。简而言之，这些目标都可以通过西门子产品、解决方案、服务及我们在各行业的专业技术来实现。“工欲善其事，必先利其器”，西门子产品毫无疑问是工业用户的较佳选择。在抚顺石化“千万吨炼油，百万吨乙烯”项目中，西门子以其DCS/SIS的一体化无缝集成解决方案和性能优良的自动化仪表为项目的顺利运行提供了坚实的基础。

“千万吨炼油，百万吨乙烯”项目

"千万吨炼油，百万吨乙烯”项目是一个特大型炼油化工一体化项目，项目集中原油加工、炼油结构调整技术改造工程、100万吨/年乙烯技术改造工程、热电厂“以大代小”扩能改造工程及配套项目、石油一厂新区和化塑厂搬迁工程，是分别立项又相互联系的炼油和化工综合项目。该项目生产流程长、工艺复杂，又有大量易燃、易爆危险装置，安全要求较高，对肩负全厂生产重任的控制系统的性能也提出了更高的要求。控制系统和仪表不仅要采用较新的技术、确保安全可靠，而且需要满足石油化工特殊工艺过程的技术要求，除基本的过程控制和检测外，还要建立全厂实时数据库，为厂级计算机信息管理和生产调度建立基础。

过程控制与安全控制的融合

面对项目提出的巨大挑战，西门子利用自己在自动化领域的优势，依靠具有丰富经验的团队，为抚顺石化的炼化和化工项目提供了节能降耗、灵活耐用，便捷高效的自动化系统和仪表。在控制系统方面，抚顺石化采用西门子SIMATIC PCS 7作为全厂DCS系统，并与S7-400FH系统联合使用，构成DCS/SIS的一体化无缝集成解决方案。

为了确保生产装置的人员和设备安全、保证装置在事故情况下的安全联锁和紧急停车，避免灾难性事故的发生，项目采用SIS系统对重要装置进行保护，并与DCS系统一体化集成。西门子的SIS系统选用具有冗余容错性的SIMATIC S7-400FH控制器，内置完全冗余设计及自诊断功能，能对内部及外部的故障进行快速而有效的诊断，通过不同的模块冗余（FMR）方式，对现场仪表和执行装置进行单模块、双模块和三重化模块配置，完成IEC61511安全规范规定中的安全仪表功能。这样SIMATIC PCS 7与S7-400FH系统将基本过程控制系统与安全仪表系统完全整合在一起，这样既可以减少投资，又可简化系统设计、开发与维护工作，且能更好地满足国际安全标准规定的等级要求。

上位机系统采用客户机/服务器结构，其中客户机用于对现场控制设备的监视和操作，服务器可完成生产过程的数据记录与归档。操作员站、工程师站和自动化系统站与控制系统之间采用西门子SIMATIC NET冗余光纤环网作为通讯网络，通信速率高达1Gbps，有效保证了海量数据高速传输的需求，在环型网络的某一个节点出现故障时，环形网络会在0.3秒内重建通讯通道。

西门子公司提供的高可靠性并且灵活易用的控制系统已经帮助抚顺石化的常减压蒸馏、延迟焦化等装置陆续投入生产，产品收率、质量均达到设计值，确保工厂可靠、稳定运行。

过程仪表遍布生产流程

控制系统犹如工厂中的“神经**”，管理着生产过程中的每一个环节。而过程中配备的每一个自动化过程仪表，担负着数据采集等工作。自动化过程仪表遍布在生产过程中，就好比是生产过程中的“手足”。自动化过程仪表的性能优劣对生产过程具有决定性的影响。好的过程仪表，将为企业带来更多的收获与惊喜。

项目总共使用了SIPART PS2智能电气阀门定位器4000台，此外还使用了全集成过程仪表，包括温度变送器模块SITRANS TH300，雷达物位计SITRANS LR460，音叉物位开关SITRANS LVS200和音叉液位开关SITRANS LVL200，超声波流量计SITRANS FUS。这些过程仪表在变温控温、流量监测、过程控制中扮演者**的角色，为企业节约了成本，降低了能耗，实现了项目运行轻松**。

以自动化过程仪表中广泛使用的阀门定位器为例。在“千万吨炼油，百万吨乙烯”项目中，使用的阀门有数千个，而每一个阀门都要安装与之配套的阀门定位器。由于阀门定位器以仪表空气为动力源，在使用过程中消耗大量的仪表空气。数千阀门定位器的仪表空气消耗对于企业来说是一笔不小的开支。因此，抚顺石化方面希望使用的阀门定位器，在保证设备运行稳定、可靠的同时，具有良好的节能减排的性能，较大限度的节约成本。

作为在智能阀门定位器市场占有主导地位的自动化过程仪表供应商，西门子的SIPART PS2智能电气阀门定位器正是为实现该目的，量身定做的自动化过程仪表。

SIPART PS2阀门定位器是由西门子公司开发研制的智能阀门定位器，在节能方面具有良好的口碑。SIPART PS2阀门定位器与传统的电气阀门定位器相比，是一款可以实现节能减排的自动化过程仪表，并且具有性能可靠、操作便捷等优势。传统的阀门定位器采用喷嘴--挡板结构，在稳态时，喷嘴挡板结构中的喷嘴仍然在排气状态，会消耗大量的仪表空气；而西门子SIPART PS2阀门定位器采用压电阀结构，在稳态时，关闭压电阀，其仪表空气的消耗量基本为零。这一技术将使得作为阀门定位器动力源的仪表空气的消耗大大减少，从根本上解决了仪表空气能耗的问题，实现了企业提出的节约成本的目标。

西门子SIPART PS2智能电气阀门定位器可以对阀门进行预防性维护，通过检测阀门各项参数并实时提供数据，通过自动控制系统的处理器进行数据处理后，报告阀门工作状态，工作人员根据处理后的数据可以对阀门工作是否正常做出判断，以实现对阀门的预防性维护，大大减少了不必要的定期维护，为企业节约了人力物力，降低了成本。

根据统计，西门子的SIPART PS2智能电气阀门定位器在仪表空气支出这一项可以为抚顺炼油和化工项目节约400多万元，节能率**过了95%，圆满的解决了抚顺石化的节能问题。

一体化过程控制系统助企业腾飞

随着**能源成本的不断提升，越来越多的企业把目光投向了自动化控制系统，利用先进的过程集成技术来实现优化管理，降低运营成本。在抚顺石化“千万吨炼油，百万吨乙烯”项目中，一方面，大型项目的高效运行离不开自动化控制系统；另一方面，企业希望通过在集成自动化方面的投入，实现节约项目整体运行成本的目的。在双方的通力打造之下，使得这一联合炼油厂成为世界上采用 SIMATIC PCS 7 作为主自动化系统的较大型集成式炼油及乙烯工厂。

西门子以其*有的自动化理念，形成完整解决方案，并且配备以高效稳定、节能降耗的自动化过程仪表，从整体性角度解决用户的系统性问题。可以说通过西门子控制系统，被集成的不仅仅是兼具模块化和扩展性的执行器、传感器和控制器等产品，还包括从工业流程、工程组态到生产线运行的集成，以及企业中所有自动化组件的无缝协同，必将成为企业的较佳选择。