西门子6ES7222-1BD22-0XA0代理直销

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前言

最近，大家已注意到工业自动化和公司高层的IT系统的融合以及通过因特网与所有企业层的全球化联网的这种发展趋势。这些发展有助于实现Profibus技术的纵向集成，而同时又完全保留了现有的开放性。PROFInet体现了PROFIBUS纵向集成的一种透明性理念。为了保持与自动化系统较高层的一致性，选用以太网作为通信媒介。通用的PROFIBUS技术的纵向扩展具有三个方面。

首先，PROFInet代表了从I/O层到控制层的分布式自动化系统的统一的基于对象的体系结构方案，它将基于通用的PROFIBUS技术的系统无缝地集成到整个系统中。这也包括通过代理服务器（proxy）将PROFIBUS及其它现场总线系统集成到PROFInet系统的简单集成。代理服务器（proxy）是一种软件模块，它实现代表PROFIBUS站和以太网上其它PROFInet站的自动化对象的功能。

以此为基础，PROFInet指定了一种开放的、面向对象的运行期（runtime）概念。这种概念以具有以太网标准机制的通信功能为基础，如TCP（UDP）/IP。DCOM机制位于该基本机制的上层。作为用于硬实时通信性能的应用领域的一种选择，提供了一种相当优化的机制。PROFInet部件以对象的形式出现，这些对象之间的通信由上面已提及到的对象协议的机制提供。PROFInet站之间通信链接的建立以及它们之间的数据交换由已组态的相互连接提供。

对于多制造商工程设计方案作出规定从而可提供用户友好的PROFInet系统的组态。该组态基于工程设计对象模型，使用工程设计对象模型不仅可开发使用不同制造商部件的组态工具，而且利用称之为“facet”（页面）的方式对制造商和用户专用的增强功能进行详细说明。因此，一方面利用各个设备中制造商专用的编程间清晰地划分界限，另一方面利用称之为连接编辑器的超级工程工具进行的整个安装范围的相互连接，在单一的安装中可集成不同制造商的产品。

上述这些方面都包含在PROFInet的规范内，PROFInet涵盖了分布式自动化系统的所有生命周期阶段。

本文是介绍四篇PROFInet系列连载文章中的第一篇，它们论及了PROFInet的各个不同方面。本文的主题是工程设计，它是PROFInet的特殊部分。无论是系统设计人员还是安装的操作人员，PROFInet的这个方面都与用户的技术有着密切的关系。由于多年来产品的实际成本不断下降，在这方面已没有多大潜力，因此PROFInet是对安装和运行成本的节省最具有潜在影响的一个方面。

 

目标

在起草PROFInet规范时，最重要的一个目标是简化系统工作。在此工程设计工具起着决定性的作用，它是最大限度地为降低设备的安装和操作人员成本的唯一途径。事实上从用户的角度看，PROFInet的自动化解决方案的工程设计非常容易。但是，系统对用户越容易和方便，其内部越复杂。PROFInet工程设计模型也确实如此，为此，系统的设计师们设立了如下竟争目标：

· PROFInet工程设计工具必须能动态地扩展，这样任何制造商的部件用单一的工程设计工具就能容易并且协调地进行工作；

· 必须提供最大量种类的工程设计属性，如相互连接、参数化、测试及调试、诊断等；

· 仍可利用现有的（专用的）编程及工程设计工具；

· 集成现有的方案，如OPC，FDT等；

· PROFInet应与贯穿整个企业的所有其它DP过程共同运行。例如，它包括管理信息系统MIS和企业资源计划系统ERP；

· 即使没有特殊工具，也能将数据输入PROFInet工程设计模型，或将系统内的数据转化为其它应用如Excel；

· 可集成现有的现场总线，尤其是PROFIBUS-DP。

 

在仔细研究工程设计方案之前，我们不妨对其基本模型简要地进行说明。

 

PROFInet工程设计的基础 — 对象模型

由于各种原因所需要的系统开放性形成了对透明方案的需要，该方案应考虑到这些需要。因而PROFInet始终如一地探索一种基于面向对象的方法。微软的部件对象模型COM为实现PROFInet奠定了很好的基础。它建立了独立的模块，这些模块对于外部的功能可通过清晰的对象接口进行存取。接口系指一定数量功能的组合。通过接口规定服务器给客户提供哪些服务。在此情况下，可以说部件实现接口，而实际的实现方式并不影响部件的设计者。

脚本语言如VBA可通过由COM标准化的OLE自动化接口存取PROFInet对象。也就是说，用户为了满足其特定的需要应有一种符合PROFInet工程设计工具功能范围的特别简单的方法 — 利用各自的增强功能。

PROFInet自动化解决方案包含在运行期进行通信的自动化对象即运行期自动化对象（简化为RT-AUTO）。RT-AUTO是在PROFInet物理设备上运行的软件部件。RT-AUTO之间的相互连接必须用组态工具进行规定。为此目的，RT-AUTO在组态工具中有其相应的对应物，它包含整个组态过程所需要的所有信息：工程系统自动化对象（ES-AUTO）。当编译和装载应用时就从每个ES-AUTO创建与之相匹配的RT-AUTO。这样组态工具将知道该自动化对象是哪台设备上的，就可获得以工程系统设备（ES-Device）形式出现的该对象的对应物。严格地说，ES-Device对应于逻辑设备（logical device）。此外，逻辑设备和物理设备之间有一种分配关系。多数情况是1 : 1 的分配关系， 也就是说相对于每一个硬件或物理设备就有一个固件精确地与之相对应。但是，单个硬件也可装载几个彼此独立运行的软件包。最明显的例子是具有独立计算能力的设备，如：带有槽PLC的PC或具有操作员接口和PLC部件的bbbbbbs CE设备。再如，将来Moeller公司将提供更多的具有X系统系列的类似设备。

术语‘工程设计系统对象’（Engineering System bbbbbb，即ES-bbbbbb）用于表示组态工具的上下关系中的所有对象。它包括用户在组态期间检测和控制的所有对象。因此，它是工程设计对象的基本类别。工程设计系统对象（ES-bbbbbb）的实例、相互连接和参数化构成了专用而实际安装的自动化解决方案的模型。通过下载后，就建立了以工程设计模型为基础的运行期软件。

PROFInet规范描述了应用 ‘工程设计系统对象’（ ES-bbbbbb）的约定支撑技术条件的对象模型。在此基础上，可实现符合PROFInet的工程设计系统；但是与此同时，每个PROFInet设备的制造商也就不需要开发他们自己的组态工具，这样就避免了一些重复性的开发工作。例如Moeller公司可使用西门子公司的工业软件SIMATIC的连接编辑器。

 

工程设计系统主站和重复使用策略

一种特别专用的对象是工程设计系统主站（Engineering System Master， 即ES-Master）。它由预先建立的模型而形成ES-bbbbbb的专用实例。通过实现工程系统主站（ES-Master），部件制造商可为PROFInet工程设计系统建立新的自动化对象。

部件制造商必须为PROFInet组态工具提供ES-Master对象。这是一种由预先建立的模型而创建的ES-Auto、ES-Device等专用实例的部件。为了使用部件制造商提供的自备部件，只需建立具有空的安装指南的实例。当然，如果部件制造商起草的安装指南便于对其部件的利用从而提供在竟争中他们有所区别的性能特点，这也不阻止部件制造商起草安装指南。

然而，ES-Master也可由设计者从现有的自动化解决方案中创建。这样，他（她）可将整个或部分的解决方案存档，便于以后再使用。由于已建立的解决方案中所含的出错比从头开始建立的解决方案要少，因此使用该解决方案不仅减少了工程本身的实际开销而且还缩短了投运周期。

PROFInet方案产生了两种不同的再利用策略：实例解决方案和称为工程设计系统混合对象（Engineering System Compound bbbbbbs，即ES-Compounds）的混合对象。实例解决方案不一定是一种全面的解决方案；它也可以包含一个自动化解决方案中可重复使用的那一部分。另一方面，ES-Compound代表一种全面的解决方案，因此它可单独使用。它可作为基础模块而重复使用，这就是为什么它作为单个对象出现在程序库及自动化解决方案中的缘由

对通信进行设计而不是编程 — 如何开展工作？

对设计者而言，PROFInet自动化解决方案的明显优势在于：设计者无需关注以太网方面的通信细节。因为从用户的角度，PROFInet组态工具的基本功能只是定义对象的通信连接。为此目的，自动化对象通过线连接在一起以形成梯级。为此，PROFInet的开发者们创立了一个概念即“连接编辑器”。

连接可有两种形式：一个对象的数据源可与某个不同对象的数据链接；或在一个对象中生成的事件触发某个不同对象的过程。

组态工具了解自动化对象的数据和事件接口。设计者把这些接口之间彼此相连接。互连信息在下载时装载到设备中。接收方或消费者（consumer）仅根据互连信息就可建立与数据或事件的生产者（producer）的连接并请求组态的数据。PROFInet运行期环境（即每个制造商在其设备上实现的环境）关注平滑的、无错误的通信。

这就是说，对PROFInet而言，通信无需为每个自动化解决方案重复地进行编程。运行期核已包含在全部的功能内，然后这只需提供连接数据。该方案说明PROFInet与其它有关的与之相竞争的解决方案相比它所具有的特殊能力。

 

惊人的多种页面（facet）

页面（facet）代表一种逼真的增强性PROFInet对象模型的概念。这些页面到底是什么呢？页面执行一组专用的ES-bbbbbb的功能或子功能，它为用户以一种特殊的可视化方式表达对象。这样，相互连接的页面仅处理该对象与其它对象的通信链接。为了实现对该对象的参数化，用户可改变到参数化页面。他（她）可利用设备分配页面将一个自动化对象分配给一台物理设备。最后，使用下载页面将相互连接信息装载到该设备上。

有些页面，如上面刚描述的那些页面是由PROFInet标准定义的。其它的页面是应用专用的。每个实现自动化对象的制造商可定义他（她）自己类型的页面。PROFInet标准确保这些页面可与ES-bbbbbb连接。此类例子有诊断页面，它以最佳方式提供设备非常专用的诊断信息；还有测试或调试页面，这些页面可对设备的一些特殊功能进行测试；当然还有许许多多的各种类型的页面。

在设备分配页面中，它实现的程序确定那些与专用的自动化对象兼容的设备。这就使得组态工具能为一个给定的自动化对象仅指示那些专用的设备，而所选择的对象也可在这些专用设备上运行。另一方面，对于那些具有固定功能的设备，反之亦然：如果用户首先已选择了设备，那么他（她）可展示那些可用于该设备上的专用RT-AUTO并从它们中间选择所期望的对象。

 

原则：开放的、多制造商设计

PROFInet的规范展现了组态工具接口的描述，也就是说使得每一个制造商都能建立符合PROFInet的他（她）自己的组态工具。然而，由于这个工具不包含任何制造商专用的实现，因此无论何时都能使用不同制造商的工具。工程设计工具可用已定义的接口的方法将制造商专用的部分包括进去。

根据COM编程规则，未规定实现而只定义了清晰的接口。PROFInet策略确保了总线顺畅的通信功能，但同时也给予制造商一种可能性即通过执行他们自己的实现与其竞争者相区别。

 

结论

PROFInet的优点在工程设计领域已是显而已见的。一旦无需对通信进行编程而只需很方便地进行组态，创建自动化解决方案就变得相当简单。现有的现场总线可通过代理服务器（proxy）方案无缝地集成到PROFInet自动化解决方案中。

已测试的解决方案的重复使用性缩短了开发和投运的时间，因此大大地节省了成本。根据已建立的标准对接口所作的详细描述，为所有的制造商开辟了一条增强他们自己的专用产品的道路。

随着使用PROFInet方案而加速的Profibus技术发展，PROFIBUS国际组织（PI）充分考虑到IT技术的最新发展趋势以及公司内较高和较低IT功能的进一步融合。尤其是PROFInet技术的出现为任何专门制造商的独立系统的工程设计创立了一种方案。

PI对PROFInet的开发工作正以全速进行着。现可给PROFIBUS的会员免费提供PROFInet规范的第一个版本。PROFInet的第二个版本已提供给在开发工作中作出重大贡献的那些公司进行测试和移植。在测试程序和互操作性测试完成后，PROFInet 于2001年7月面市。

两年前，电子设备描述语言（EDDL）被获准作为国际标准规格（IEC 61804-2），现在它在由FF, HCF, PNO and OPC成立的合作工作组进一步得到了发展。

    一个交互式制造商使用电子设备描述语言（EDDL）创建的电子设备描述(EDD)来解释用户界面和用参数表示的界面。用户界面主要由这个注释器决定，并且其最大的优点是它的标准化外形和适合所有的设备。既然电子设备描述语言（EDDL ）是一个独立的操作系统语言，它也应用于发生器的表述。这使它有别于专有的程序，而且大部分是为微软公司的 bbbbbbs创建的。然而，许多出版物和新闻报道都接连提到这种科技描述应用于复杂领域的设备时其在外观上的局限性。
    目前从典型的过程设备到模拟遥感输入/输出接口和低电压开关设备，几乎所有种类的设备都可以用电子设备描述语言（EDDL ）来进行描述。这可以从市场上此类产品的数量明显看出。直到最近，由于驱动设置对软件制造商和用户以参数的形式提出了大量的要求，所以驱动占据了很重要的地位。
这篇文章目的在于指明复杂现场设备的复杂性概念并且介绍驱动的第一个电子设备描述（EDD）执行，即来自西门子自动化和驱动的 Micromaster 440频率转换器。这个设备将被详细描述，因为它在个人电脑应用方面以图形化介绍和用户界面的形式提出了大量的要求。
复杂的现场设备
    现在如果您观察一下设备在过程系统中的传统应用，就可以清楚地看到在所有设备中都运用电子设备描述（EDD）来实现操作功能的设备。将应用于简单的温度变送器，远程，分析仪和远端的输入/输出接口以及低电压开关设备。用于远端输入/输出的EDDs存在了许多年。产生EDDs的问题很少与描述技术有关而较多与硬件模块的标准化有关。如今，大量的设备制造商为他们的远端输入/输出提供EDDs以便提供给用户标准和便捷项目计划，用参数表示和连接任何的HART设备。电子设备描述语言（EDDL ）特别适用于远端的输入/输出，这是由于用户界面的硬件模块作为构造和用参数表示的功能发生会改变。按照IEC 61804-2，可以用于所有相关属性的“条件表达式”，其特性可以被有效地实现。
    对低电压开关设备来说，复杂性在于它们大量的参数以及它们之间的从属关系。在运行期间，所有的值都从默认值开始，数值限制并且缩放来完成对话并且帮助文件在应用文件的基础上进行改变。这些要求已经在第一个关于电子设备描述语言的PNO指南里涉及。接下来低电压开关设备（来自西门子自动化和驱动的Simocode）的产生结合了所有在描述硬件模块的过程中产生的要求以及关于现存的成百上千个参数的复杂的从属关系。在这里也有关于测量值的介绍，用于密码联动装置的特别协议和控制逻辑。在IEC 61804-2中所有的要求都有所涉及，并且没有任何所有权扩充。
    其他的设备通常被认为是由复杂的现场设备组成的，即频率转换器。它们具有下列的特征：     
· 一千多个参数
· 广泛的扩展选择
· 连接部分的复杂操作
· 启动向导
· 可以用参数设定并用来一对一连接的有三个功能模块的库
接下来描述了这些特性以及它们在Simatic PDM中的技术实现。
参数以及参数的从属关系
    大量的参数以及它们之间的从属关系向电子设备描述（EDD）的发展提出了巨大的挑战。当设备允许时，找出一种文件形式，使关于变量的描述自动生成，这是十分重要的，甚至在要求详述计划阶段，这都是特别重要的。就Micromaster 440而言，这里有可以从手册里生成的关于XML的描述，因此扩大了电子设备描述（EDD）的部分。这就保证了错误和矛盾可以被避免。
    在用户界面上的大量参数可以自行安排以便于用户有清楚的认识并且可以安全地运用设备的功能。在Micromaster 440方面，每一个参数都有一个独立的编号。有经验的用户可以从参数的编号来判定参数意义。用户群通常更喜欢图表式描述  Micromaster 440有一个功能强大的检测系统，可以用来记录，例如马达温度，过电流或者负载错误。这些产品特性当然被存储在ＥＤＤ中。每一个错误发生的时候，Micromaster 440就发送一个错误编号到数据设置里。错误是按时间的顺序来才采样的　，它们发生并且被存储到另一个数据设置里。每一个标号都是一个信息的参照。由于这些典型设备的检测，Simatic PDM为设备制造商和用户提供了一个方面的平台。
通常，错误信息可以用下形式来构建：
分类
    信息分类是由设备制造商在ＥＤＤ中定义的。表格１展示了Simatic PDM现行的可能分类。
表格１：错误分类
种类 优先权 描述
 维护警报 1 维护级别高如每一个NAMUR所示：“需要现在进行维护”
 维护要求 2 维护级别中如每一个NAMUR所示：“需要在２４小时内进行维护”
维护请求 3 维护级别低如每一个NAMUR所示：“需要在７天内进行维护”
本地忽略 4  本地操作(NAMUR: 功能控制),例如人工操作值。
或者替代值 5 测量值被进行或者由设备发送一个替代值
 “跳出服务” 6 设备跳出服务（被动的，备用状态）
构建错误 7 设备是错误的构建的
构建改变 8 构建发生改变，例如，修正计算器增加
检测信息
一个检测信息用来描述已经发生的错误。例如：
 
· 转换器过热
· 没有马达温度信号１
· 主要相位丢失停止２
关于检测信息的详细信息
无论什么时候一个错误根源被检测到时，该信息应该包括一个详细的信息来提供给用户。如果错误原因不能被确切的定义，可能的原因需要被列出来。对于错误“转换器过热”，ＥＤＤ控制信息应该像下面的一样被提供：
· 通风不良
· 周围环境温度过高
· 现在的转换器温度r0037已经超过了过温度的极限值（见P0292）
修正方法
用户被提供的用来错误的步骤。如上例，下面的选项将被建议用来错误：
请检查：
-当转换器工作的时候风扇是否旋转？
-频率设置是否符合出厂设置？　如果有必要请重新设置
-周围环境的温度是否在允许的限制温度内？
-减轻负载和／或者保证良好的冷却条件
EDDL用ＥＤＤＬ来贯彻检测信息
在设备的每一个连接阶段，Simatic PDM检查现存的检测方法并且按以下的顺序执行它们：
· 标准检测 (方法　 方法_PDM_标准检测)
· 设备检测 (方法　 方法_PDM_设备检测)

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