S7-400多子站系统中用IM151-8 PN/DP CPU替换IM151-7 CPU的研究与实现

徐汉均，田 阔，刘 森，徐 健

（北京机械工业自动化研究所，北京 100120）

通讯与网络

S7-400多子站系统中用IM151-8 PN/DP CPU替换IM151-7 CPU的研究与实现

徐汉均，田 阔，刘 森，徐 健

（北京机械工业自动化研究所，北京 100120）

随着工业控制的发展，工业以太网逐步成为工厂自动化系统网络的主流，profinet协议成为国际标准后，很多工厂为了更高效稳定的实时通信，希望将老旧的profibus系统更替为profinet系统。针对在项目整体系统环境不改变的情况下，把整个profibus网络的局部设备更替为profinet网络的可实施性进行分析和实现，并对更换后的系统进行稳定性测试，总结最优系统硬件配置方案，对今后的旧工厂改造项目有一定参考意义。

S7-400；profinet profibus RT通讯

0　引言

本次升级是将某项目56台DP子站系统中的12台IM151-7 CPU更换为IM151-8 PN/DP CPU，过程中经过对不同网络配置方法的尝试，阐述在大部分硬件不改变的情况下，更换profinet网络系统的实现方法。

1　PROFINET概述

PROFINET是一种近年产生的工业以太网通讯系统，是由西门子公司和profibus用户协会开发。针对分布式智能自动化系统进行了优化。应用可以大大节省配置和调试费用。PROFINET系统集成是基于profibus和以太网系统，在保持着master和slave模式的同时，还有包括以太网的星型、树形、总线型拓扑结构，可以使用如RT，CBA RT，IO IRT等实时通讯协议。具有通讯速度快、等时精度高、抗干扰能力强等特点。本文主要讨论采用星型网络拓扑和RT通讯协义的profinet网络结构替换原有串联的profibus网络的实现方法。

2　原有profi bus系统网络布局

原有系统主站cpu型号为CPU 412/2DP ，包含两个DP总线网络profibus-1和profibus-2，分别挂有34和22个DP从站-IM151-7 CPU，总线网络均采用串联模式，传输速率187.5Kbps。同时cpu还挂了一个CP443-1用于和项目中其他设备的以太网控制器进行基于RT通道的实时通讯，网络名称-Ethernet（1）。布局示意图和系统配置如图1、图2所示。

图1　布局示意图

图2　系统配置图

3　替换项和实现方式

3.1实施目的和要求

将7至18号共12台IM151-7 CPU从站替换为以太网从站IM151-8 PN/DP CPU，实施过程中保持其他从站系统原样不动，同时保证程序更改最小化甚至不更改，为了提高新系统的冗余度，新profinet从站网络采用星型拓扑，相互独立的连接结构。

3.2CPU选型及程序移植

为保证在系统新添加PROFINET网络的同时对原有的PROFIBUS_DP网络不造成任何影响，新系统选用了具有PROFIBUS_DP和PROFINET双重组网能力的主控器CPU 414-3PN/DP。在程序移植过程中，为保证系统运行的各个参数丢失，需要当前系统在线的程序拷贝至调试step7中，更换完CPU之后，再将step7中新系统的所有内容下载至新CPU414的运行存储器里，整个过程操作需要系统停运10分钟左右，10分钟以后，升级内容以外的设备系统即可恢复正常运行。

3.3新系统网络配置

新profinet从站网络在拓扑中占用CPU 414-3PN/ DP的其中一个PN口，新建一个profinet网络Ethernet（2），与原有以太网络在硬件上分隔开。IM151-8 PN/ DP CPU从站与原IM151-7 CPU从站的通讯模式一致，采用IO通讯，将IM151-8 PN/DP CPU通过I-device配置设置为CPU 414-3PN/DP的从站系统，IO硬件接口与原来一样，这样保证了接口程序无需改变。考虑到IM151-8 PN/DP CPU子站本身具有处理能力，设备动作控制由其本身完成，所以对主站CPU的等时通讯的同步率要求并不高，所以从站系统我们依然使用RT的信息通道。硬件结构图如图3所示。

4　稳定性测试

升级后试运行时发现了CPU的BF灯不定时闪烁，经诊断发现是从站丢失报警，经过分析讨论，由于系统采用RT通道通讯，通道内设备数量高达22台，所以在等时性上无法达到特别高的性能，硬件配置时使用系统默认的2ms更新时间的要求过高，通道的通讯效率不能满足。默认更新时间如图4所示。

因此在程序中加入了统计从站丢失次数的程序，并在确定CPU看门狗的时间为3s的条件下，对不同固定的更新时间进行1个小时的丢站次数记录，直到寻找到系统可以稳定的配置参数。

图3　硬件结构图

图4　默认更新时间

诊断块代码：

单个从站的丢站次数统计代码：

【】【】

丢站次数与更新时间曲线：

经过测试当选择的固定更新时间大于256ms时，设备网络系统达到稳定运行状态。长时间观察，系统运行正常，未出现硬件报错等问题。

5　结束语

profinet网络结构已经得到国际全方面的认可，使用、维护方便，调试成本降低，兼容性广泛，是未来控制系统的主流发展趋势，profibus系统升级为profinet系统可实施性很高，老工厂需要升级控制系统的市场需求也很广阔，掌握好系统升级的方法，不但可以降低企业的人力成本，还可以在尽量少影响原系统运行的条件下完成升级，提高企业承揽项目的竞争力。

[1] 工业网络通信.崔坚主编.西门子工业网络通信指南[M].机械工业出版社,2005.6.

[2] 电气传动控制系统的综合天津电气传动设计研究所.电气传动自动化技术手册[M].机械工业出版社,2005.6.

[3] SIMATICPROFINET.系统说明[Z].西门子自动化设备部.系统手册A5E00879148-05,2010.7.

[4] 陈方良,方文,马思文,等.关于Profinet以太网现场总线的研究与应用[J].控制系统,2006(9)：37-39.

Research and realization of the IM151-8 PN/DP CPU to replace the IM151-7 system in S7-400 multi station system

XU Han-jun, TIAN Kuo, LIU Sen, XU Jian

TP273

A

1009-0134(2016)07-0049-03

2016-05-25

徐汉均（1988 -），男，辽宁沈阳人，助理工程师，本科，主要从事自动化仓储物流系统设计开发和调试工作。