S7-1200PLC與絕對(duì)值編碼器profinet通訊教程及數(shù)字化工廠的應(yīng)用

今年的研究顯示，工廠自動(dòng)化中新安裝節(jié)點(diǎn)的分布，工業(yè)以太網(wǎng)仍然顯示出最高的增長。用戶對(duì) PROFINET的關(guān)注熱度不減，關(guān)于PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)以及西門子PLC如何與編碼器走PROFINET通訊成為我們用戶關(guān)心的熱點(diǎn)。

目前全球都面臨著能源危機(jī)，能源價(jià)格飆升，同時(shí)氣候變化異常，凸顯出全球“雙碳”轉(zhuǎn)型的緊迫性。全球的制造企業(yè)面對(duì)不斷攀升的能源消耗壓力，進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型是長期發(fā)展方向。

我國則在“雙碳”目標(biāo)下推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，下大氣力推動(dòng)鋼鐵、有色、石化、化工、建材等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)，加快工業(yè)領(lǐng)域低碳工藝革新和數(shù)字化轉(zhuǎn)型，傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備都是大型機(jī)械，

利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過數(shù)字化改造，使大型機(jī)械的運(yùn)行都能實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，則能提高生產(chǎn)過程可控性、合理計(jì)劃排程，減少能源資源浪費(fèi)，構(gòu)建高效、節(jié)能、環(huán)保的化工廠。

數(shù)字化工廠就要提到工業(yè)以太網(wǎng)，以太網(wǎng)技術(shù)引入工業(yè)控制領(lǐng)域，其最主要的特點(diǎn)就是：

1、由于是全開放、全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)，不同廠商的設(shè)備很容易實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，聯(lián)的設(shè)備多。

2、由于以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，軟硬件成本低廉。

profinet是我們比較熟悉的工業(yè)以太網(wǎng)了，profinet使用以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議作為通信基礎(chǔ)，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合定義了三種不同的通信方式：TCP/IP的標(biāo)準(zhǔn)通信；實(shí)時(shí)通信RT（Real-time）和同步實(shí)時(shí)通信IRT。

profinet的優(yōu)點(diǎn)顯而易見：  

1、布線簡單，可以環(huán)形、星形、樹形；

2、線材介質(zhì)，可以銅纜和也可以光纖；

3、調(diào)試簡單，自動(dòng)分配IP地址和設(shè)備名稱；

4、診斷方便，斷網(wǎng)自動(dòng)連接；

5、高度集成，可以聯(lián)IO設(shè)備；

6、網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力大幅提升。

數(shù)字化工廠就要數(shù)據(jù)源頭，絕對(duì)值編碼器作為數(shù)據(jù)傳感器，是數(shù)字工廠的關(guān)鍵元?dú)饧?/span>，絕對(duì)值多圈編碼器作為機(jī)械運(yùn)動(dòng)感知的可靠的傳感器，參與到自動(dòng)化控制，并參與到工業(yè)以太網(wǎng)通訊，是CPS賽博物理里面在工廠數(shù)字化的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

絕對(duì)值編碼器的作用既可以滿足現(xiàn)地自動(dòng)化，也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)字化。

首先是滿足各種自動(dòng)化控制、雙路同步控制，以及前后工序同步的要求，

然后是滿足各種安全性要求，

再是通過絕對(duì)值編碼器位置傳感數(shù)據(jù)最優(yōu)化的分析，使各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)能在最低能效下完成目標(biāo)動(dòng)作，而且能監(jiān)測(cè)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)，體現(xiàn)工廠數(shù)字化的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。

起重機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)不可缺少的設(shè)備,廣泛地用于傳統(tǒng)工業(yè)中大型工件吊裝運(yùn)輸作業(yè)，使用范圍廣，使用率高，能耗也高。對(duì)起重機(jī)進(jìn)行數(shù)字化改造，使生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和遠(yuǎn)程數(shù)字化，提高設(shè)備利用率，定位準(zhǔn)確率，降低使用能耗，提高設(shè)備安全性。

Profinet編碼器在起重行業(yè)有哪些應(yīng)用

傳統(tǒng)的起重行業(yè)，典型的應(yīng)用是大跨徑門機(jī)的同步糾偏，編碼器安裝在剛腿和柔腿的大車車輪上，對(duì)左右輪子位置的比較做同步糾偏。

現(xiàn)代化的無人工廠起重機(jī)，起重機(jī)做區(qū)域自動(dòng)運(yùn)行，最典型的垃圾焚燒場(chǎng)的起重機(jī)。在大車 小車 和卷揚(yáng)上各安裝有一個(gè)編碼器，組成x y z三維方向的位置數(shù)據(jù)，程序根據(jù)位置數(shù)據(jù)做自動(dòng)化控制。

還有一種是起重機(jī)通過同步自動(dòng)控制功能來可靠地吊運(yùn)大型構(gòu)件，我網(wǎng)上搜索了一張德國德馬格的圖片，圖中就是2臺(tái)起重機(jī)同步吊運(yùn)一個(gè)很長的工件，這中間有前后吊鉤的同步 ，大車間距的同步 和前后小車的左右位置同步，必須非常準(zhǔn)確的控制這個(gè)同步數(shù)據(jù)，如果稍有偏差這個(gè)工件就可能在吊裝中變形。

采用PROFINET絕對(duì)值編碼器，這些自動(dòng)化很容易實(shí)現(xiàn)，profinet工業(yè)以太網(wǎng)的特點(diǎn)是聯(lián)的多，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)總線上可以有多個(gè)傳感器協(xié)同做同步控制。

起重行業(yè)普遍采用西門子的plc，就我們用西門子PLC有將近20年了吧，之前都是300系列了，采用的profibus總線信號(hào)，后來升級(jí)到1200和1500系列，由于1200和1500PLC集成的profinet網(wǎng)口，所以基本都換成profinet編碼器了。

我們就結(jié)合起重行業(yè)的特點(diǎn)來簡單說一下PROFINET網(wǎng)絡(luò)和profinbus總線比有哪些優(yōu)勢(shì)：

1、profibus是總線通訊協(xié)議，是以輪詢的方式，現(xiàn)場(chǎng)有干擾影響到一組數(shù)據(jù)，就會(huì)因此降速或者數(shù)據(jù)包丟失。而profinet不會(huì)出現(xiàn)這樣情況，profinet是工業(yè)以太網(wǎng)，是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)一對(duì)一通訊，使用的是IP地址，速度快，而且一條網(wǎng)線干擾也不會(huì)影響另外一條網(wǎng)線的通訊。

2、從線纜結(jié)構(gòu)層面上來講，profibus的接頭復(fù)雜，屏蔽層或錫紙層有接錯(cuò)或未接的，還有接地方面的問題。profinet使用的是標(biāo)準(zhǔn)接頭，比如做個(gè)RJ45接頭，即使技術(shù)不咋樣也不會(huì)出現(xiàn)大問題。網(wǎng)線的雙絞線要比PB電纜細(xì)，而且絞得密，用的是交換機(jī)，其性能和屏蔽更好，

3、Profinet設(shè)備通訊是否正常有多種方式檢測(cè)：可以通過profinet設(shè)備的指示燈來判斷通訊是否通上，因?yàn)閜rofinet是以太網(wǎng)可以通過ping指令檢查網(wǎng)絡(luò)是否通，因?yàn)閜rofinet走的是網(wǎng)線 也可以用網(wǎng)絡(luò)查線器查線路通斷。

4、如果增加profinet設(shè)備不需要再增加PLC模塊，加交換機(jī)就行，硬件成本更低，可以聯(lián)的設(shè)備數(shù)量更多

5、再有采用了交換機(jī)，PLC上可以采集到的傳感器數(shù)量也可以更多，profinet一網(wǎng)到底，數(shù)據(jù)可以無線聯(lián)網(wǎng)，更容易實(shí)現(xiàn)工廠數(shù)字化

那么這些應(yīng)用的profinet絕對(duì)值編碼器該怎么選呢？

首先必須選機(jī)械齒輪多圈，機(jī)械齒輪從結(jié)構(gòu)上講比電子計(jì)數(shù)多圈抗干擾要強(qiáng)，韋根、電池都要靠計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)方式只要干擾一來就有計(jì)錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)，所以就有數(shù)據(jù)出錯(cuò)的可能，機(jī)械齒輪箱所有的位置都是一一對(duì)應(yīng)的，干擾來了不可能出錯(cuò)，所以也不懼任何干擾。

其次我們的編碼器可不是簡單的模仿，而是根據(jù)國內(nèi)實(shí)際工況做了重新設(shè)計(jì)，在輸入輸出都加了電源模塊隔離干擾，profinet通訊板載就有2塊電源模塊，能有效防止電源干擾問題。

再有我們的絕對(duì)值編碼器為全磁的設(shè)計(jì)，全磁的設(shè)計(jì)除了抗震動(dòng)的好處外，還有抗潮濕的優(yōu)點(diǎn)，很多進(jìn)口品牌大多采用光學(xué)的碼盤設(shè)計(jì)，光學(xué)器件長期處于潮濕環(huán)境會(huì)降低絕緣，從而影響使用壽命，而全磁的設(shè)計(jì)可以做全防水封閉，現(xiàn)在節(jié)能減排數(shù)字工廠改造都是大型戶外機(jī)械，比如造船、鋼廠、水泥等戶外惡劣工況，全磁的機(jī)械齒輪絕對(duì)值編碼器使用壽命比光學(xué)的更長。

因?yàn)槲覀兊漠a(chǎn)品自主性較強(qiáng)，有了較多的profinet專用芯片的提前準(zhǔn)備，所以profinet編碼器的貨源充足。