西門子CP443-1以太網(wǎng)通訊模塊

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西門子CP443-1以太網(wǎng)通訊模塊

概述

優(yōu)勢

應用

設計

功能

集成

技術(shù)規(guī)范

概述

通信處理器，用于將 SIMATIC S7-400 連接到工業(yè)以太網(wǎng)，也可用作 PROFINET IO 控制器或用于 SIMATIC H 系統(tǒng)中。

CP 支持：

• 編程器/OP 通信

• S7 通信

• 開放式通信 (SEND/RECEIVE)

• PROFINET 通訊

• IT通訊

通信處理器可用于在 SIMATIC H 系統(tǒng)中實現(xiàn)冗余 S7 通信，并且通過與 S7-400 F-CPU 連接，用于實現(xiàn)故障安全應用 (PROFIsafe)。

優(yōu)勢

• 通過集成的 2 端口實時交換機而非常適合在具有總線形拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡中使用

• 單寬模板，帶有集成交換機，可節(jié)省機架和控制柜中的空間。

• 通過利用 S5 兼容通訊完成對 SIMATIC S7-400 的集成，從而實現(xiàn)對現(xiàn)有安裝進行投資保護。

• 帶PROFINET 現(xiàn)場設備與工業(yè)以太網(wǎng)的連接

• 安全性：
  通過面向設備的 IP 地址列表，無需更改密碼，即可實現(xiàn)保護

• STEP 7 中的診斷功能，具有基于 Web 的診斷和 SNMP V2

• 部件更換無需使用編程設備，因為所有信息都存儲在 CPU 中。

• 一種模板、多種應用： 編程器/PC，HMI系統(tǒng)，SIMATIC S5/S7（高優(yōu)先級）

• 經(jīng)過TCP/IP的WAN性能，利用連接(如ISDN)的遠程編程。

• 通過 NTP 以及路徑選擇或 SIMATIC 協(xié)議進行系統(tǒng)范圍的同步

• 無需使用 STEP 7 即可調(diào)整系列機器的固有 IP 參數(shù)

• 與 SIMATIC S7-400 CPU 416F-3PN/DP 結(jié)合使用時，支持故障安全可編程控制器

• 通過自由的用戶數(shù)據(jù)報文協(xié)議 （UDP） 連接或多點傳送功能實現(xiàn)多用戶訪問。

• 在可能不帶 RFC 1006 的對方系統(tǒng)中使用插槽接口。

應用

CP 443-1 是用于工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)的 SIMATIC S7-400 的通訊模板。 由于其自身備有處理器，從而解除了 CPU 的通訊任務并有助于另加連接。

CP 443-1 允許 S7-400 和以下設備通訊：

• 編程設備、計算機、HMI 設備

• 主機 PC

• 其它 SIMATIC S7 系統(tǒng)

• SIMATIC S5 PLC

• 現(xiàn)場設備（PROFINET IO 設備）

• 第三方設備

注:
CP 443-1已經(jīng)過認證，可與帶有 FW 5.1（或更高版本）的 SIMATIC S7-400 CPU 或帶有 FW V4.5 （或更高版本）的 H-CPU 的結(jié)合使用。與 CPU V4.x 或 V5.x 或 H-CPU V 4.0 結(jié)合使用時，CP 443-1 (EX20) 可使用其先前型號 CP 443-1 (EX11) 的功能。有關(guān)兼容性問題，請參見手冊。

設計

CP 443-1 提供了 SIMATIC S7-400 系統(tǒng)設計的全部優(yōu)點：

• 緊湊型設計;
  堅固的塑料外殼，正面有：

• 用于連接到 100 MBit/s 工業(yè)以太網(wǎng)的兩個 RJ45 接口，可通過“自動檢測/自動協(xié)商"功能來自動檢測數(shù)據(jù)傳輸速率；
  RJ45 接口具有工業(yè)兼容性，帶有附加套管，用于連接到 IE FC RJ45 插頭 180 或標準插接線

• 用于指示出每個交換機端口的運行與通訊狀態(tài)診斷的 LED

• 安裝容易：
  CP 443-1 安裝在 S7-400 子機架上，并經(jīng)過背板總線連接到其它模板 S7-400。

• CP 443-1可以不用風扇運行

• 與 IM 460/461 一起，CP 443-1 也可用于擴展機架內(nèi)

• 模塊的更換無需使用編程設備 (PG)

• 用于指示出運行與通訊狀態(tài)的通用 LED 和端口 LED

功能

• 兩個 RJ45 端口，10/100 Mbps 全雙工/半雙工，通過集成式 2 端口交換機進行自動檢測和自動交叉

• 接口的通信服務：

• 開放式通信（TCP/IP 和 UDP）：使用 UDP 實現(xiàn)多點傳送，包括兩個接口之間的路由

• 編程器/OP 通信：通過 S7 路由實現(xiàn)網(wǎng)絡間通信

• S7 通訊（客戶端、服務器、多路復用），包括兩個接口之間的路由

• S7-400 H 系統(tǒng)的 S7 H 通信，現(xiàn)在還可以跨越網(wǎng)絡邊界 (ISO-on-TCP)

• 經(jīng)認證的 PROFINET IO 控制器，具有實時性能（RT 和 IRT）

• 通過 DHCP、簡易 PC 工具或通過程序塊（例如 HMI）進行 IP 地址分配

• 介質(zhì)冗余 (MRP)：

• 在采用環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)網(wǎng)內(nèi)，CP 支持介質(zhì)冗余程序 MRP。MRP 用作 MRP 管理器和 MRP 客戶端。

• 豐富的診斷功能，可用于機架中的所有模板（包括圖形診斷，例如，拓撲結(jié)構(gòu)）

• 支持 SNMP V1/V3，可集成到網(wǎng)絡管理系統(tǒng)中

• 通過可組態(tài)的 IP 訪問列表進行訪問保護

• 安全固件更新

• 剽竊檢測

• 按照 Achilles II 級標準進行認證
  

• 診斷和網(wǎng)絡管理：

• 安全機制：

• 使用 STEP 7 V5.5 SP2 對所有功能進行組態(tài)；
  使用 STEP 7 Professional V11，僅可對先前型號 CP 443-1 (6GK7 443-1EX20-0XE0) 的有限功能進行組態(tài)

• 使用 AG_SSEND (FC53)、AG_SRECV (FC63)、TSEND (FB63)、TRCV (FB64)、TCON (FB65) 和 TDISCON (FB66) 塊時

• 無需編程器即可進行模塊更換:所有信息均可存儲在 CPU 中

集成

上位網(wǎng)絡與 PROFINET IO 控制器 CP 443-1 的接口

總線結(jié)構(gòu)，作為 PROFINET IO 控制器，帶集成實時交換機

總線結(jié)構(gòu)，在上位控制級，通過集成雙端口交換機

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與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信號之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽略；二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾，這是很嚴重的。由信號引入干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動和死機。PLC控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當嚴重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。

　?。?）來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾，并涵蓋著更多更廣泛的內(nèi)容，如語音技術(shù)、有線和無線通信技術(shù)，Web信息服務技術(shù)等。所以，當今“綜合自動化"的內(nèi)涵有著更深刻、更廣泛的含義，甚至可以包容我們工作，生活的各個方面。

　　2 生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)的融合

　　在ISO的六層功能模型中，把從檢測、執(zhí)行、驅(qū)動到公司(總廠)一級的控制和管理共分成六層功能。構(gòu)成這種多層功能結(jié)構(gòu)的出發(fā)點，是按工廠經(jīng)營、生產(chǎn)管理、控制功能的劃分，而不是按控制和管理計算機系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)來劃分的。只不過過去，特別是七十年代和八十年代初，由于當初計算機技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)的限制，以及計算機系統(tǒng)設計人員理解的不充分，長期以來，把工廠的計算機系統(tǒng)按六層功能模型相對應的分成六級計算機系統(tǒng)的多層次結(jié)構(gòu)。

　　隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，越來越暴露這種多層次計算機系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集，管理，數(shù)據(jù)和知識的共享，硬軟件資源共享，數(shù)據(jù)通信，軟件開發(fā)等等中的各種弊端，特別是在設備控制，過程控制，生產(chǎn)控制之間。以至很早就有人提出管控一體化，或者控制系統(tǒng)就是管理系統(tǒng)的觀點。美國西屋過程控制的WDPF Ovation系統(tǒng)就是基于這種觀點開發(fā)的，可以預計今后更多的工業(yè)過程自動化系統(tǒng)將會朝著這個方向發(fā)展。

　　3 軟PLC和軟DCS

　　由于計算機技術(shù)，特別是芯片技術(shù)的快速發(fā)展，按照摩爾定律微處器芯的速度性能每18個月將提高一倍。因此，當Intel Pentium處理器問世后不久，Pentium 2，3以及主頻為1.4GHz的Pentium 4處理器就相繼提供給市場。當廣大用戶還未來得及使用Pentium 4處理器時，5月29日Intel和HP兩家公司就聯(lián)合推出了64位的Itanium微處理器。自動化系統(tǒng)設備制造商和集成商難以跟上硬件技術(shù)的發(fā)展，往往出現(xiàn)自動化系統(tǒng)設備制造商和集成商的自動化系統(tǒng)設備的更新，發(fā)展。滯后于計算機技術(shù)的發(fā)展。

　　另一方面，當前的各種PLC和DCS的開發(fā)工具軟件都是和制造商的硬件系統(tǒng)設備捆綁在一起的，即某一制造商的PLC或DCS的開發(fā)工具軟件，只能在該制造商提供的硬件上使用。對于使用多種PLC和DCS的用戶就要熟悉和掌握多種PLC和DCS的硬件和軟件，使用戶要投入大量人力和財力，當更換新的第三方的PLC和DCS時，就得重新進行人員培訓，造成人力資源極大的浪費。同時也使具有高技術(shù)含量的開發(fā)工具軟件的銷售受硬件設備銷售的制約。

　　接地是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統(tǒng)將無法正常工作。PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統(tǒng)混亂對PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點接地，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當發(fā)生異常狀態(tài)加雷擊時，地線電流將更大。

　　此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)有會出現(xiàn)感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運算和數(shù)據(jù)存儲，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導致測量精度下降，引起對信號測控的嚴重失真和誤動作。