西門子電源模塊

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西門子將基于TSN來強化工業通訊

• 基于展會機器人模型，演示機器控制器之間的TSN（時間敏感型網絡）通信

• 標準化的接口**服務質量

• 基于TSN的OPC UA PubSub：在高網絡負載條件下也能實現可靠通信

• 網絡組件、通信處理器、軟件和網絡管理

在2018年漢諾威工業博覽會上，西門子展示了一個展會模型來演示時間敏感型聯網（TSN）的優勢：即使在高網絡負載條件下，TSN也能在機器和工廠之間實現更加強大和可靠的以太網通信。該模型使用OPC UA PubSub（發布/訂閱）和TSN進行機器對機器（M2M）通信。TSN的可靠性使得汽車、機械工程和餐飲等行業的自動化應用擁有顯著優勢。*一批西門子產品預計將于2018年底推出：即具有TSN功能的網絡組件、通信處理器、軟件和網絡管理系統。

展會模型由兩個機器人組成，機器人通過Profinet與Simatic控制器進行通信，模型由此展示兩個機器人的同步運動。TSN網絡使用基于TSN的OPC UA PubSub確保兩個控制器之間的同步。PubSub原則起到了至關重要的作用：諸如機器控制器之類的發布者向網絡發送的數據，所有訂閱者都能接收到。用戶自行“決定”是否需要這些信息。預留帶寬可確保TSN網絡內的數據以完全可預測的方式傳輸，而不受網絡負載的影響。

該模型將OPC UA與TSN的優勢相結合：TSN結合了現有標準，并從擴展QoS（服務質量）機制、時間同步、低延遲傳輸和無縫冗余等方面優化了以太網。對可靠通信有較高要求的用戶尤其會受益于QoS優先級的顯著優點：預留帶寬和可預測的等待時間確保每個應用都獲得所需的通信渠道。該模型還演示了同時使用TSN通信和標準以太網通信的方式，數據通過通信處理器從控制器傳輸到MindSphere。

TSN現在已經達到了實用所需的技術成熟度（包括標準），并且*一批組件已經面市。西門子和其他制造商現在可以將新的應用程序接入到其現有的工業網絡中。

1 PWM功能簡介
PWM(脈沖寬度可調)是一種周期固定，脈寬可調節的脈沖輸出，如圖1示，PWM功能雖然使用的是數字量輸出，但其在很多方面類似于模擬量，比如它可以控制電機的轉速，閥門的位置等。S7-1200 CPU提供了兩個輸出通道用于高速脈沖輸出，分別可組態為PTO或PWM，PTO的功能只能由運動控制指令來實現，PWM功能使用CTRL_PWM指令塊實現，當一個通道被組態為PWM時，將不能使用PTO功能，反之亦然。
圖1所示為PWM原理

脈沖寬度可表示為脈沖周期的百分之幾（0-**），千分之幾（0-1000），萬分之幾（0-10000）或S7 analog(模擬量)形式，脈寬的范圍可從0（無脈沖，數字量輸出為0）到全脈沖周期（無脈沖，數字量輸出為1 ） 。

1 脈沖周期 2 脈沖寬度

圖1 PWM原理

2 PWM功能組態
CPU的兩路脈沖發生器，使用特定的輸出點，如圖2所示，用戶可使用CPU集成輸出點或信號板的輸出點，表中所示為默認情況下的地址分配，用戶也可自己更改輸出地址，無論點的地址如何變化，PTO1/PWM1總是使用*一組輸出，PTO2/PWM2使用緊接著的一組輸出，對于CPU集成點和信號板上的點都是如此。PTO在使用脈沖輸出時一般占用2個輸出點，而PWM只使用一個點，另個沒有使用的點可用作其它功能。

脈沖功能輸出點占用如圖2

圖2 脈沖功能輸出點占用

組態步驟
1. 進入Device Configuration（設備組態）界面，選中CPU,點擊屬性，選中Pulse Generator(PTO/PWM)。如圖3

圖3進入設備組態

2. 組態脈沖發生器參數，如圖4。

西門子電源模塊
圖4 脈沖發生器組態

1 Pulse generator used as（脈沖輸出類型）：用于選擇PTO或PWM輸出。
2 Output source（輸出源）：選擇是CPU集成點輸出或信號板輸出。
3 Time Based（時基）：Milliseconds（毫秒），Microseconds（微秒）
4 Pulse width format（脈寬形式）:Hundredths(百分比),Thousandths（千分比）,ten thousandths（萬分比）,S7 analog format（S7模擬量）。
5 Cycle time（周期）：脈沖的周期值只能在此修改。
6 Intial pulse width(初始脈寬)。
圖5所示為系統*的硬件輸出點

圖5 PWM硬件輸出點

圖6為PWM所分地址

圖6 PWM脈寬調制地址

1 Start address（起始地址）:此地址為WORD類型，用于存放脈寬值，用戶可在系統運行中實時修改此值達到修改脈寬的目的，默認情況下，PWM1使用QW1000，PWM2使用QW1002。
2 Process Image（過程映像區）：由于脈寬值存放地址為過程映像區，這里選擇更新方式，默認為周期更新。
3 HW ID（硬件識別號）。

3 PWM指令塊
S7-1200 CPU使用CTRL_PWM指令塊實現PWM輸出，如圖7.在使用此指令塊時需要添加背景數據塊，用于存儲參數信息。

圖7 PWM指令塊

PWM指令塊參數如表1

參數	數據類型	描述
PWM	WORD	填寫硬件識別號，即組態參數中的HW ID
Enbale	BOOL	1= 使能指令塊
		0= 禁止指令塊
Busy	BOOL	功能應用中
Status	WORD	狀態顯示

表1 PWM指令塊參數

當EN端變為1時，指令塊通過Enable端使能或禁止脈沖輸出，脈沖寬度通過組態好的QW來調節，當CTRL_PWM指令塊正在運行時，BUSY位將一直為0。
有錯誤發生時ENO端輸出為0，同時STATUS顯示錯誤狀態，如圖2

Status 值	描述
0	無錯誤
80A1	硬件識別號（HW ID）非法

表2 錯誤狀態

4 應用舉例
使用模擬量控制數字量輸出，當模擬量值發生變換時，CPU輸出的脈沖寬度隨之改變，但周期不變，可用于控制脈沖方式的加熱設備。此應用通過PWM功能實現，脈沖周期為1S，模擬量值在0-27648之間變化。

1硬件組態
在硬件組態中定義相關輸出點，并進行參數組態，雙擊硬件組態選中CPU
定義IW64為模擬量輸入，輸入信號為0-10V DC。
PWM 參數組態如下

圖8所示為硬件參數組態

圖8 硬件參數組態

圖9所示為硬件輸出點與脈寬地址定義

圖9 硬件輸出點與脈寬地址

2建立變量
在變量表中建好變量，如圖10

圖10 PWM示例建立變量

3程序編制
在定義完變量后，打開OB1，從指令列表中將CTRL_PWM指令塊拖入編輯器中，并定義背景數據塊，最后添加模擬量賦值程序。如圖11

圖11 PWM示例程序編制

4監控
在狀態表中監控變量如圖12，使能PWM_Enable，通過外部模擬電位計，改變輸入電壓“Analog_input”值，脈沖以1S的固定周期，脈寬隨“Pulse Width”變化。

圖12 PWM示例監控變量

西門子電源模塊

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