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 应用探讨——分布式I/O应用

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西门子官方工程师西门子官方工程师

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楼主    2012-07-06 14:42:15
主题:应用探讨——分布式I/O应用
分布式I/O是为了解决远距离通讯而发展起来的区别于集中式控制的一种I/O系统。分布式I/O适用于距离远,对数据可靠性要求较高的应用领域。
ET200是西门子SIMATIC家族中分布式I/O产品的统称。包括ET200M、ET200S、ET200PRO、ET200iSP、ET200ECO、ET200SP等。在这些产品中既有支持PROFIBUS总线通信的、也有支持PROFINET总线通信的。希望大家就分布式I/O在实际应用中遇到的问题及如何解决遇到的问题进行交流与探讨。

此次集中交流将持续至9月17日,其中所有精华帖作者将获得加倍精华奖励积分;最终所有有效留帖的网友将获得加倍发帖积分。更多积分带给您更多奖品兑换的自由。
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交流结束后也将专门整理重要内容,供广大网友分享参考。
预祝大家交流愉快,收获丰富!
划痕
侠圣

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27楼    2012-07-08 11:00:29
精华帖  主题:回复:应用探讨——分布式IO应用
分布式I/O最大的好处就是就地安装(从站到CPU主站的距离可以达数千米),缩短了执行器到控制柜的距离,布线和查线更容易,降低安装成本(省电缆)。
其次,随着中小型DCS市场竞争日趋激烈,很多厂家之间都相互砸价,从成本考虑分布式I/O的选择趋势为ET200M—>ET200S—>ET200SP系列。(不光是成本的考虑,从热插拔的角度,ET200S和ET200SP更好;再者,从安装空间来讲I/O发展也是越来越趋于小型化)
当然,目前仅有ET200M支持容错H系统,ET200S和ET200SP还不支持。但是,随着Profinet的发展,ET200SP也将能实现容错系统设计。
No discussion, no outcome.
n次看你的背影
奇侠

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29楼    2012-07-08 16:04:44
精华帖  主题:回复:应用探讨——分布式IO应用
在以往S7-400的项目中,我回想起第一个S7-400的项目应用:中央机架和扩展机架都采用18槽位的通用机架、中央机架通过IM460与扩展机架的IM461连接来扩展、I/O模块全部是400的模块、柜体采用(宽800×深600×高2200 单安装板、前单开门)标准的拼柜来组柜和成套。
随着对SIEMENS自动化产品的认知和了解,后面的S7-400项目应用:中央机架一般多会采用18槽位的通用机架、以分布式I/O方式(ET200M从站)作为扩展机架、I/O模块全部采用300的模块、柜体采用(宽800×深600×高2200 双安装板、前后单开门)标准的拼柜来组柜和成套。

用分布式I/O(ET200M)方式作为扩展机架应用在S7-400的系统中有些体会:
1、ET200M的IM153系列模块要比S7-400的IM461模块价格便宜;S7-300的I/O模块单点或者单通道的平均价格要比S7-400模块单点或者单通道的平均价格便宜,S7-300的DIN导轨价格要比S7-400扩展支架便宜。所以个人觉得用分布式I/O(ET200M)方式性价比较高,能降低工程成本。
2、因分布式I/O(ET200M)从站的支架比S7-400的扩展机架体积要小,就(宽800×深600×高2200 柜体前、后单开门)的拼柜而言,可以将2块安装板安装在柜体的正中央,前、后安装板上都可以安装ET200M机架或者其它器件,这样能充分利用柜体内的空间,减少拼柜数量,降低工程成本。
3、在分布式I/O(ET200M)机架数量较多时,一般不会将其都挂在同一条DP网络中。通常会在S7-400的中央机架上插入多块CP443-5(Extended)扩展型Profibus-DP模块,组成多DP MASTER网络,按照生产的工艺特点将相近的工艺段设备,通过分布式I/O(ET200M)分别挂入不同的DP MASTER网络中。这样可以降低因DP总线故障带来的影响。采用多块CP443-5(Extended)模块分别挂分布式I/O(ET200M)从站,组态会更为灵活、自由,能降低可能的总线故障带来的风险。
4、以往在分布式I/O(ET200M)从站中经常会采用IM153-1(6ES7 153-1AA03-0XB0)模块,它最多能插入8块I/O模块;后来发现IM153-2(6ES7 153-2BA02-0XB0)模块,它最多能插入12块I/O模块。采用这款IM153-2(6ES7 153-2BA02-0XB0)模块,能减少分布式I/O(ET200M)从站数量。
佛对我说:“你的痛苦来自于你的欲望,没有欲望也就没有痛苦!”
绣惠
游士

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32楼    2012-07-09 03:57:17
精华帖  主题:回复:应用探讨——分布式IO应用
我们这里大量的使用了远程分布式I/O方式的ET200M,大大减少了操作台、现场I/O点控制电缆的长度,同时也缩短了数字量、模拟量信号的传输路径,降低了信号的损失和衰减,提高了信号的可靠性和准确性。总的来说故障率不是很高,出现的故障及解决办法有下列几种情况:1、最早应用在加热炉上,由于DP双绞线布线与加热炉距离较近,多次出现过通讯故障,分别更换过DP头和DP双绞线、电源模块等,后来对其电缆桥架进行改造后解决。2、用在轧机上,由于该处在轧钢过程中,溅出的水较多,出现过开关量接地引起ET站中的I/O模块电源开关跳,无法恢复送电的情况。遇到这种情况最快的处理办法是:对于32个点分四组,利用排除法分别找出接地的一组,再在8个点中寻找某个点,不然对着32个点查找接地点需要的时间太长。3、出现过因DP双绞线与动力电缆搅合在一起,操作不受控的情况:即本来操作一次完成的动作需要操作多次才有效,通过重新布电缆、增强接地后解决。
lbgk
侠圣

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34楼    2012-07-09 09:02:39
精华帖  主题:回复:应用探讨——分布式IO应用
我们公司ET200M使用的很多,在实际应用中,要注意PROFIBUS-DP的屏蔽一定要按要求接好,否则会出现通讯故障。
HUANGZE75
至圣

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41楼    2012-07-10 13:38:50
精华帖  主题:回复:应用探讨——分布式IO应用
quote:以下是引用www123456在2012-07-07 16:04:12的发言:
quote:以下是引用HUANGZE75在2012-07-06 18:48:56的发言:
我这里主要使用的ET200S,ET200M,2005年的设备,今年出现在使用过程中主要就是ET200S的西门子IM151FO1AA03接口通讯模块故障,出现的故障是现这个接口模块上SF,BF指示灯缓慢闪红色,停电后重启系统这个子站又可以连上通讯,但工作几十分钟到一个多小时后又出现连不上机,更换同样型号的模块后,故障消失正常联机,这个模块使用了不到6年时间就出现不稳定情况,实际通电工作运行不到4年时间。 后没有过多长时间后另外一台ET200SIM151FO接口通讯模块也出现问题,更换升级后1AA05模块后正常。其他如电源模块,子站上其他模块都正常工作,暂且ET200M模块没有坏过。

这种现象一般都是在交工验收以后发生的,时间越长,频率越高,一般线路及插头问题较大,可以检查、更换插头,降低通讯速率,甚至重新布线,检查接地排是否氧化、测量整个PLC接地电阻并作好等电位连接。


总线是使用光纤的,不存在插头及线路问题。应该是模块本身有问题。
剑忠
奇侠

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42楼    2012-07-10 15:04:20
精华帖  主题:回复:应用探讨——分布式IO应用
quote:以下是引用Zane在2012-07-10 03:00:14的发言:
头脑风暴一下
有谁知道,一旦一个从站总线通讯故障,从站上远程I/O模拟量的读数是多少?
假如,这路模拟量参与了一个PID回路的控制,而这个PID回路的输出又恰巧在另外一个没有通讯故障的从站
上,这时候会产生什么样的结果?
如果你在程序上采取的相应的措施,什么问题会是你最大的困惑?
剑忠,划痕,www123456,冬日,n次看你的背影,youhm 说说各位的见解。
Zane版主提到的这个问题在分布式I/O应用中确实值得分析思考并引起重视。在回答这个问题之前我要先说一下AI/AO模块通道关于诊断(Diagnostics)方面的知识点。
一、CPU与分布式I/O通讯正常时
1、如果AI模块通道具备断线诊断(Wire break)并开启此功能,当AI通道(电流型)断线时,则在VAT表中监视值AI=32767;

2、如果AI模块通道不具备断线诊断(Wire break)或未开启此功能,当AI通道(电流型)断线时,则在VAT表中监视值AI=-32768。
二、CPU与分布式I/O通讯异常或中断时
1、CPU因采集不到AI映像区值,变量表监视值AI=0;
2、而分布式I/O模块AO输出通道因无法获取CPU中AO映像区更新值则保持不变。
三、CPU故障停机
1、既然CPU都故障停机,CPU就不能处理所有AI通道采集值,也无法利用VAT表中监视AI/AO值了;
2、但是AO块可以在组态时设置CPU故障停机后,输出值是否回零(OCV)、保持(KLV)或者替换(SV)处理功能。

四、CPU及分布式I/O模块或通讯故障时,系统会调用相应的OB块(例如OB82、OB83、OB84、OB86、OB87、OB122等)。
相信大家在看了以上AI/AO模块通道诊断、组态及通讯状况结果后,工控人员就应该知道如何按自身工艺需求,处理通讯异常时PID回路的控制策略了!
大学之道,在明明德,在亲民,在止于至善。
youhm
至圣

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44楼    2012-07-10 21:59:14
精华帖  主题:回复:应用探讨——分布式IO应用
我们这里设备是德国的,对于安全方面考虑的比较周密,出现从站通讯故障,相关部位会被停下来,像急停、快速停车是通过安全继电器,从站只接入开关信号反馈,PID控制回路没有跨站的情况,通讯中断的从站AO倒是没注意过是什么情况,好像是输出为0吧。
www123456
至圣

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45楼    2012-07-11 08:09:28
精华帖  主题:回复:应用探讨——分布式IO应用
做过一个主站从站无线通信传输项目,现场开关量较多安全起见选用PLC做从站(或分布式模块带cpu处理功能的),如不采取措施,一但从站同主站通信故障,从站会保持中断前数据无法更新继续运行,非常危险。实际使用中同主站虽然通信中断,但从站有CPU功能并做了相应通信检测程序,而且主站有在一定时间、一定次数条件下复位从站通信故障的功能 ,主站检测到故障后立刻报警(在不影响生产的短时间内,可以人工或自动复位几次从站故障),如果还是故障,从站立即采取措施控制输出,甚至主站停止从站供电电源,保证安全。
n次看你的背影
奇侠

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65楼    2012-07-12 11:33:54
精华帖  主题:回复:应用探讨——分布式I/O应用
是的,以前也遇到过此类问题,当I/O模块外部回路对地或者故障时,会使IM153模块失去工作电压或者工作电压过低,造成IM153模块不能正常工作。接受过教训后,在以后的项目应用中,通常都将ET200M的IM153模块的电源与普通I/O模块的电源分开,采用独立的电源和空开给IM153模块供电。
通讯模块采用独立的电源,与普通I/O模块的电源区分开来,提高通讯模块的电源等级,即使I/O模块外部回路发生对地或者故障时,也不会影响IM通讯模块的正常工作,这样可以提高分布式I/O从站通讯的安全性。
佛对我说:“你的痛苦来自于你的欲望,没有欲望也就没有痛苦!”
小釉
至圣

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74楼    2012-07-13 07:53:36
精华帖  主题:回复:应用探讨——分布式I/O应用
quote:以下是引用n次看你的背影在2012-07-12 11:33:54的发言:
是的,以前也遇到过此类问题,当I/O模块外部回路对地或者故障时,会使IM153模块失去工作电压或者工作电压过低,造成IM153模块不能正常工作。接受过教训后,在以后的项目应用中,通常都将ET200M的IM153模块的电源与普通I/O模块的电源分开,采用独立的电源和空开给IM153模块供电。
通讯模块采用独立的电源,与普通I/O模块的电源区分开来,提高通讯模块的电源等级,即使I/O模块外部回路发生对地或者故障时,也不会影响IM通讯模块的正常工作,这样可以提高分布式I/O从站通讯的安全性。

我现在和你正好相反,以前遇到通信模块和IO电源分开。有时候由于电源不等电势,造成了模块读取不正确。上次SM338就是这样原因。最后把电源的地连接起来,问题解决。
现在我直接用一个大的开关电源,就不会造成因为电源地的问题出现问题。
我感觉两种方式,各有优缺点。
伊默
至圣

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80楼    2012-07-14 08:58:07
精华帖  主题:回复:应用探讨——分布式I/O应用
另外,在适用的场合,推荐尽量使用博途软件来写程序! 针对S7-300以上的CPU都提供了内置的诊断功能!在硬件组态时开启RSE选项即可,不需要自己写一堆的OB82,OB86,OB122之类的东西!

事实是,很大一部分人在OB86里都是空的,这实际上仅仅是为了不让CPU停机,但是没有真正地对系统故障进行诊断! 而自己写程序吧,有的时候又太麻烦,搞个总线诊断又得FB125,FC125之类。 现在有RSE功能系统会自动生成相关的FB/DB信息。
I can do it
Automann
至圣

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88楼    2012-07-14 20:24:13
精华帖  主题:回复:应用探讨——分布式I/O应用
quote:以下是引用Zane在2012-07-10 03:00:14的发言:
头脑风暴一下

有谁知道,一旦一个从站总线通讯故障,从站上远程I/O模拟量的读数是多少?

假如,这路模拟量参与了一个PID回路的控制,而这个PID回路的输出又恰巧在另外一个没有通讯故障的从站

上,这时候会产生什么样的结果?

如果你在程序上采取的相应的措施,什么问题会是你最大的困惑?

剑忠,划痕,www123456,冬日,n次看你的背影,youhm 说说各位的见解。


我认为PID回路控制中的过程变量和PID的输出量不宜用通信来传输,一旦通信出现问题,闭环将会变为开环,可能出现灾难性的后果。PID控制最好用智能从站来完成,有关变量都放在智能从站中。
追求完美
一天到晚游泳的猪
侠圣

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100楼    2012-07-16 11:18:45
精华帖  主题:回复:应用探讨——分布式I/O应用
quote:以下是引用小釉在2012-07-07 08:45:05的发言:
以前这是用过profibus分布式io
现在想用profinet分布式,不知道有没有用过的大侠,介绍一下经验。
profinet分布式io比profibus的优点在哪里?
通信速率快? 抗干扰能力强?
另外想问一下,大家在profinet io时,采用的交换机是不是必须是西门子的scalance x系列的交换机?
用普通家里用的交换机是不是实时性有问题?


我这两年在部门里面极力向同事推广profinet的et200,我觉得相对dp的优势如下:
1、速度快——100兆的速度是起码的
2、便于诊断——调试的时候用个ping命令就知道网络通不通了
3、网络结构灵活——以太网的网络结构随便你整啊,dp一般都要走总线型,要是走个环形、星型那代价就大了
4、远距离通讯硬件成本低——远距离通讯一般都要考虑光纤,dp的话必然要用西门子的olm-g11、g12之类的,价格不菲啊。如果是profient,选个普通的工业级光纤收发器(不必是西门子的)价格只是olm-g11的几分之一

说完优势再说缺点:
1、profinet的产品认知度还很差
2、以太网的插头-rj45口可靠性差点,目前还是买西门子的工业级rj45口靠谱
3、70米以上的中短距离,以太网就比较尴尬,用光缆就有点浪费了

最后,回答下profinet走交换机的问题:对io信号实时性要求不高(不到ms级的)不需要pfofient的irt(硬件实时)功能,就不需要专门的交换机!另外,pfofient接口的模块都是有两个rj45口的,可以形成低成本的菊花链网络结构,跟dp一样一样的,不需要交换机滴。

敲了这么多字,也该吃饭去了,嘿嘿。
有生之年,狭路相逢,终不能幸免
Zane
版主

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107楼    2012-07-17 06:55:20
精华帖  主题:回复:应用探讨——分布式I/O应用
快100楼了,关于远程I/O也只是谈了仅有的几个方面,其实还有很多的方面我们还没涉及到

1. 从站的激活与禁止 Active/Deactive
2. 从站模块的Optional handling
3. 从站模块的热插拔 Hot swap
4. 如何共享一个从站 Share Device via profinet
5. 智能从站间的直接通讯,如PB的DX通讯,而PN又该如何实现?
6. PN要实现从上至下网络的诊断,需要什么样的硬件条件与软件组态?比如交换机?
7. 智能从站与主站之间的时钟同步
8. DP/DP或PN/PN coupler,PN/DP 网关的应用
9. 无线的应用,如无线网关,漏波电缆,桥接,漫游等等
10. 一个庞大而又结构复杂的pn网络,头次上电后如何建立起通讯
Zane 注册自动化系统工程师 Always save before download
Automann
至圣

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115楼    2012-07-20 21:06:47
精华帖  主题:回复:应用探讨——分布式I/O应用
禁止和激活DP从站或PROFINET IO设备
如果系统中有已经组态,但是并不存在或不是当前所需的DP从站或PROFINET IO设备, CPU仍然会不断地访问这些DP从站或PROFINET IO设备。可以调用SFC 12“D_ACT_DP”来禁止它们,在需要时可以用SFC 12来激活它们。
SFC 12的输入参数MODE为0时查询DP从站处于激活还是禁止状态。为1时激活DP从站,为2时禁止DP从站。
下面的例子中I0.0为1时激活4号从站,为0时禁止4号从站。输入参数LADDR为4号从站的诊断地址。

激活4号从站的程序
A(
O I 0.0
O M 0.0
)
= L 20.0
BLD 103
CALL "D_ACT_DP"
REQ :=L20.0
MODE :=B#16#1
LADDR :=W#16#3FE
RET_VAL:=MW2
BUSY :=M0.0

禁止4号从站的程序
A(
ON I 0.0
O M 0.1
)
= L 20.0
BLD 103
CALL "D_ACT_DP"
REQ :=L20.0
MODE :=B#16#2
LADDR :=W#16#3FE
RET_VAL:=MW4
BUSY :=M0.1
追求完美
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