如何通过 CP343-1 采集无线 HART 仪表的数据 How to collect Wireless HART instrument s process data Via CP343-1 User Guide Edition (2011 年 5 月 )

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1 如何通过 CP343-1 采集无线 HART 仪表的数据 How to collect Wireless HART instrument s process data Via CP343-1 User Guide Edition (2011 年 5 月 )

2 摘要无线 HART 网关 (IE/WSN-PA LINK) 能够采集无线 HART 仪表或者无线 HART 适配器 AW200 所连接的传统 4-20mA 仪表的过程数据, 并通过 Modbus on TCP 通信传送至控制器或者上位机 本文以 CP343-1 以太网通信模块为例, 阐述 PLC 300 控制系统采集无线 HART 仪表过程数据的基本步骤 关键词无线 HART 网关 (IE/WSN-PA LINK), 无线 HART 仪表, Modbus on TCP 通信 Key WordsWireless HART Gateway(IE/WSN-PA LINK), Wireless HART Instrument, Modbus on TCP Communication IA&DT&BT Service & Support Page 2-22

3 如何通过 CP343-1 采集无线 HART 仪表的数据 无线 Hart 仪表概述 无线 HART 仪表数据采集的实现 硬件及软件配置 无线 HART 网关参数设置及 Modbus 寄存器地址映射 设置无线 HART 网关通信参数 设定无线 HART 仪表参数 Modbus 寄存器地址的映射 Modbus on TCP 通信测试 创建 PLC 和无线 HART 网关之间的 Modbus on TCP 连接 PLC 硬件组态 无线 HART 网关的硬件组态 建立连接 STEP7 软件编程 创建发送报文数据块 创建接收报文数据块 编程实现报文的发送与接收 监视报文读写状态 在 STEP7 编程中的注意事项 IA&DT&BT Service & Support Page 3-22

4 1. 无线 Hart 仪表概述随着智能仪表的发展及无线 HART 的普及, 在许多的控制系统中, 用户要求将现场智能设备通过无线方式接入到系统中, 进行周期性的数据采集 西门子在自动化领域不仅提供全系列的智能现场设备, 其基于全集成自动化 TIA 概念可以轻松采集无线 HART 智能仪表的数据 使用无线 HART 技术具有如下的优势 : 无需规划和安装数据电缆, 大量节省费用开支 由于新增的测量点和传统方式难以实施的测量点方案, 提高了工厂的透明度 借助无线通讯, 可以实现灵活 临时和低成本解决方案, 有助于对系统进行优化 可以利用无线 HART 适配器 AW200 扩展有线 HART 仪表的无线功能 Wireless HART 网状网络允许更长距离的网络通讯 下图展示了典型的 Wireless HART 仪表在 SIMATIC 控制系统中的一种集成情况 : 图 1 无线 Hart 网络拓扑结构图 IA&DT&BT Service & Support Page 4-22

5 无线 HART 网关 (IE/WSN-PA LINK) 可以采集无线 HART 仪表的数据, 并通过 Modbus on TCP 通信传送到 PLC 或者上位机, 一般实现步骤如下 : (1) 通过 IE 浏览器设置无线网关参数, 并将无线 HART 仪表的数据映射到无线 HART 网关内部的 Modbus 寄存器 ; (2) 创建 PLC 和无线 HART 网关之间的 Modbus on TCP 连接 ; (3) 通过 STEP7 软件进行编程,PLC 按照 Modbus on TCP 协议规定的报文格式向无线网关发送请求, 并对返回数据进行解析 2. 无线 HART 仪表数据采集的实现下面以 CPU PN/DP+ CP343-1 采集两台无线 HART 仪表的过程为例进行说明 2.1 硬件及软件配置 1. 硬件 :IE/WSN-PA LINK 无线 HART 网关一个无线压力变送器 P280( 编号为 PI_1101) AW200 无线 HART 适配器连接的一块温度变送器 ( 编号为 TI_1102) Scalance X204 IRT 交换机一个 CPU PN DP CPU(315-2EH14) 以太网通信模块 CP343-1(343-1GX30) 2. 软件 :STEP 7 V5.4 SP4 以上 2.2 无线 HART 网关参数设置及 Modbus 寄存器地址映射 设置无线 HART 网关通信参数使用 IE 浏览器对无线 HART 网关进行配置, 无线 HART 网关的两个以太网口默认地址分别为 : 和 登录用户名为 admin, 密码为 Default, 在本实验中工程师站的 IP 地址为 , 无线 HART 网关的地址改为 IA&DT&BT Service & Support Page 5-22

6 图 2 无线 HART 网关登录窗口 登录后, 进入菜单 Setup Modbus Communication, 设置与 Modbus on TCP 通信相关的参数, 如下所示 : 图 3 设置无线 HART 网关的通信参数 IA&DT&BT Service & Support Page 6-22

7 2.2.2 设定无线 HART 仪表参数当无线 HART 仪表加入到无线 HART 网络 ( 具体步骤不在此赘述 ) 后, 在 Setup HART Device 菜单下可以看到在线的仪表, 用户可以对这些仪表的名称 单位等进行修改 图 4 设定无线 HART 仪表参数 此时在 Explorer 菜单下可以查看到两台无线 HART 仪表的过程数据, 如下所示 : 图 5 查看无线 HART 仪表过程数据 Modbus 寄存器地址的映射点击菜单 Setup Modbus Mapping 下的 New entry, 为 HART 变量分配对应的 Modbus 寄存器地址 : IA&DT&BT Service & Support Page 7-22

8 图 6 将 HART 变量映射到 Modbus 地址 寄存器地址用户可以自己分配, 但是不能与系统地址冲突, 点击右上角的 Show/Hide system Registers 显示系统寄存器 图 7 显示系统寄存器地址 Modbus on TCP 通信测试为了确保无线 HART 网关的上述参数设置及寄存器映射正确, 下面借助一个第三方 Modbus 测试软件 Modscan32 进行通信测试 ( 注意 :Modscan32 为第三方 modbus 测试软件, 西门子不提供任何相关的技术支持 ) 打开 Modscan32 软件, 设置下列通信参数 : IA&DT&BT Service & Support Page 8-22

9 图 8 设置 Modscan32 的通讯参数 设置寄存器地址, 本例中读取压力变送器 P280 的 PV 值 ( 寄存器地址 41001) 及连接温 度变送器的 AW200 的 PV 值 ( 寄存器地址 41003) 图 9 Modscan 读取无线 Hart 仪表的 Hart 变量 2.3 创建 PLC 和无线 HART 网关之间的 Modbus on TCP 连接 PLC 硬件组态参考下图对 CPU 和 CP343-1 进行相应的硬件组态设置 : IA&DT&BT Service & Support Page 9-22

10 图 10 PLC 硬件组态 无线 HART 网关的硬件组态 通过 Insert 菜单插入 Other Station, 接着打开它的属性画面, 点击 New 按钮, 插入以太 网接口, 并指定 IP 地址为无线 HART 网关的 IP 地址 , 如下图所示 : 图 11 插入 Other Station IA&DT&BT Service & Support Page 10-22

11 2.3.3 建立连接 示 : 打开 Netpro 网络视图, 选中 S7-300 CPU, 选择 Insert New Connection, 如下图所 图 12 Netpro 窗口 在网络属性里, 选择插入的 Other Station, 即无线 HART 网关,type 选择 TCP connection 图 13 Netpro 下建立 TCP 连接 IA&DT&BT Service & Support Page 11-22

12 接下来, 设置其它的属性, 如下图所示 : 图 14 指定连接的属性 图 15 指定连接端口号 IA&DT&BT Service & Support Page 12-22

13 2.4 STEP7 软件编程 创建发送报文数据块 手动创建发送报文 DB 块, 此处为 DB50, 按照 Modbus on TCP 协议规定的报文格式 创建变量, 如下图所示 : 图 16 建立发送报文的 DB 为了能在 DB 块下载后初始值生效, 请打开 DB 块后切换到 Data view, 并检查 Actual Value 和上述图 17 所示的数据是否一致, 如下图 : IA&DT&BT Service & Support Page 13-22

14 图 17 如果上述数据不一致, 那么需要通过 Edit 菜单下的 Initialize Data Block 对 DB 块进行初始 化, 然后再下载该 DB 块 图 18 对 DB 块进行初始化 IA&DT&BT Service & Support Page 14-22

15 2.4.2 创建接收报文数据块为了能够接收到网关返回的 Modbus 报文, 需要声明一个接收 DB 块, 其最后两个实数为无线 HART 仪表的过程值, 前 9 个字节为正常接收的固定格式 最前边声明的一个空字节是为了保证能从偶数开始声明实数 HART 变量 图 19 声明接收数据报文的 DB 块 编程实现报文的发送与接收在程序中调用功能块 FC5 发送请求报文, 通过功能块 FC6 接收网关返回的报文, 如下图所示 : IA&DT&BT Service & Support Page 15-22

16 图 20 制做一个脉冲变量 图 21 发送报文的程序 IA&DT&BT Service & Support Page 16-22

17 图 22 接收报文的程序上图中 ID 和 LADDR 同图 23 所示发送报文块 注意在实际程序中用户自行检查是否变量冲突 此外, 用户可以根据实际情况自行进行相应的程序编写, 对此西门子不提供相应的具体编程支持 IA&DT&BT Service & Support Page 17-22

18 2.4.4 监视报文读写状态 图 23 变量表监视报文读写状态 从网关取来的 HART 变量, 可在程序里作为实数直接引用, 如下图所示 : 图 24 程序里引用取来的 HART 变量 IA&DT&BT Service & Support Page 18-22

19 2.5 在 STEP7 编程中的注意事项 在 CPU 运行过程中, 如果将寄存器的长度改成不合适的值, 则返回的报文会不正常, 即 使改回正确的报文也不会立即恢复正常, 故障现象如下图所示 : 图 25 报文不正常的故障现象 分析出现问题的原因如下 : 当改了读取的寄存器长度后, 由于在程序里接收块的长度还是接收 4 个字节的地址区, 出现接收错误, 这时无线网关会发送一个 9 个字节的 故障 报文, 而这时接收块 FC6 还是按 17 个字节来接收, 这样造成错位, 出现收到的值按实数来解释出错 由于连接资源不在 CPU 而在 CP343-1 上, 即使重启 CPU 也不能解决这个问题, 通过清空 CPU 后再重新下装程序, 这样可以初始化 CP343-1 的连接资源, 恢复正常 IA&DT&BT Service & Support Page 19-22

20 更好的解决方案是 : 调用 FC10 来对连接资源进行初始化, 这样可以不必停止 CPU 和下 装程序 例子程序如下图所示, 注意要在出现问题时, 对 FC10 的 ACT 引脚触发一个上升沿 即可 调用的程序如下图所示 : 图 26 对连接进行初始化的程序 如果您对该文档有任何建议, 请将您的宝贵建议提交至下载中心留言板 该文档的文档编号 :A0564 IA&DT&BT Service & Support Page 20-22

21 附录 - 推荐网址 自动化系统西门子 ( 中国 ) 有限公司工业自动化与驱动技术集团客户服务与支持中心网站首页 : 自动化系统下载中心 : 自动化系统全球技术资源 : 找答案 自动化系统版区 : 过程控制系统西门子 ( 中国 ) 有限公司工业自动化与驱动技术集团客户服务与支持中心网站首页 : 过程控制系统下载中心 : 过程控制系统全球技术资源 : 过程仪表及分析仪器西门子 ( 中国 ) 有限公司工业自动化与驱动技术与楼宇科技集团客户服务与支持中心网站首页 : 过程仪表及分析仪器下载中心 : 过程仪表全球技术资源 : 过程分析仪全球技术资源 : 找答案 过程及分析仪器版区 : 产品信息网页 : IA&DT&BT Service & Support Page 21-22

22 注意事项 应用示例与所示电路 设备及任何可能结果没有必然联系, 并不完全相关 应用示例不表示客户的具体解决方案 它们仅对典型应用提供支持 用户负责确保所述产品的正确使用 这些应用示例不能免除用户在确保安全 专业使用 安装 操作和维护设备方面的责任 当使用这些应用示例时, 应意识到西门子不对在所述责任条款范围之外的任何损坏 / 索赔承担责任 我们保留随时修改这些应用示例的权利, 恕不另行通知 如果这些应用示例与其它西门子出版物 ( 例如, 目录 ) 给出的建议不同, 则以其它文档的内容为准 声明 我们已核对过本手册的内容与所描述的硬件和软件相符 由于差错难以完全避免, 我们不能保证完全一致 我们会经常对手册中的数据进行检查, 并在后续的版本中进行必要的更正 欢迎您提出宝贵意见 版权 西门子 ( 中国 ) 有限公司 版权保留 复制 传播或者使用该文件或文件内容必须经过权利人书面明确同意 侵权者将承担权利人的全部损失 权利人保留一切权利, 包括复制 发行, 以及改编 汇编的权利 西门子 ( 中国 ) 有限公司 IA&DT&BT Service & Support Page 22-22

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