SIMATIC PCS 7 过程控制系统 使用 ET 200SP HA 设置高精度时间戳 功能手册 下载.pdf

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SIMATIC PCS 7 过程控制系统 使用 ET 200SP HA 设置高精度时间戳 功能手册 03/2019 A5E40762824-AD 安全性信息1 基础知识2 布局3 系统和组件4 组态时间戳5 时间戳故障的 AS 过程控制消 息6 法律资讯 警告提示系统 为了您的人身安全以及避免财产损失,必须注意本手册中的提示。人身安全的提示用一个警告三角表示,仅与财产损 失有关的提示不带警告三角。警告提示根据危险等级由高到低如下表示。 危险 表示如果不采取相应的小心措施,将会导致死亡或者严重的人身伤害。 警告 表示如果不采取相应的小心措施,可能导致死亡或者严重的人身伤害。 小心 表示如果不采取相应的小心措施,可能导致轻微的人身伤害。 注意 表示如果不采取相应的小心措施,可能导致财产损失。 当出现多个危险等级的情况下,每次总是使用最高等级的警告提示。如果在某个警告提示中带有警告可能导致人身伤 害的警告三角,则可能在该警告提示中另外还附带有可能导致财产损失的警告。 合格的专业人员 本文件所属的产品/系统只允许由符合各项工作要求的合格人员进行操作。其操作必须遵照各自附带的文件说明,特别 是其中的安全及警告提示。 由于具备相关培训及经验,合格人员可以察觉本产品/系统的风险,并避免可能的危险。 按规定使用 Siemens 产品 请注意下列说明: 警告 Siemens 产品只允许用于目录和相关技术文件中规定的使用情况。如果要使用其他公司的产品和组件,必须得到 Siemens 推荐和允许。正确的运输、储存、组装、装配、安装、调试、操作和维护是产品安全、正常运行的前提。必 须保证允许的环境条件。必须注意相关文件中的提示。 商标 所有带有标记符号 的都是 Siemens AG 的注册商标。本印刷品中的其他符号可能是一些其他商标。若第三方出于 自身目的使用这些商标,将侵害其所有者的权利。 责任免除 我们已对印刷品中所述内容与硬件和软件的一致性作过检查。然而不排除存在偏差的可能性,因此我们不保证印刷品 中所述内容与硬件和软件完全一致。印刷品中的数据都按规定经过检测,必要的修正值包含在下一版本中。 Siemens AG Division Process Industries and Drives Postfach 48 48 90026 NRNBERG 德国 A5E40762824-AD 10/2019 本公司保留更改的权利 Copyright Siemens AG 2017 - 2019. 保留所有权利 目录 1安全性信息.7 2基础知识.9 2.1高精度时间戳.11 2.2时间戳应用示例.13 2.3组态概述.14 2.4时间戳的顺序.16 2.5 IO 设备中时间戳的顺序.17 2.6基于 ET 200SP HA 的时间戳基本要求.18 2.7示例:PCS 7 系统中的时间戳.19 3布局.21 3.1工厂规划.21 3.2带有时间戳的系统的组态限制 .22 3.3时间戳的实施规则.23 3.4全厂时间同步和精度为 1 ms 的时间戳.26 3.5时间戳组态示例.28 3.6有关组态中精度为 1 ms 的时间戳的说明.31 3.7关于在标准组态中转发时间帧的说明.33 4系统和组件.35 4.1概述:系统和组件.35 4.2时间主站.36 4.3自动化系统中的 IO 控制器.37 4.4通信适配器.38 4.5分布式 I/O.39 4.6 IM_TS_PN 块.40 4.7 EventTS 块.41 4.8 RACK_PNT 块.42 5组态时间戳.43 5.1组态步骤概述.43 使用 ET 200SP HA 设置高精度时间戳 功能手册, 03/2019, A5E40762824-AD 3 5.2调试中央系统时钟.46 5.3分配 CPU 参数.47 5.3.1启用 CPU 的日时钟同步.47 5.3.2作为时间从站或 NTP 客户端的 CPU 的参数分配.47 5.3.3 PTCP 的 IO 控制器接口的参数分配.48 5.4系统总线 (CP 443-1) 接口的参数分配.50 5.4.1如何组态 CP 443-1(工业以太网).50 5.5 IO 设备(ET 200SP HA 站)的参数分配.52 5.5.1设置 IO 设备的参数.52 5.5.2如何组态接口模块 IM 155-6 PN HA.53 5.5.3如何分配接口模块 IM 155-6 PN HA 的参数.54 5.5.4 IM 的参数分配:输入预设的示例.57 5.5.5为 PCS 7 组态 SoE 事件.59 5.5.6如何分配 IO 设备的数字量输入模块的参数.60 5.5.7 DI 的参数分配:输入预设的示例.62 5.5.8如何分配 IO 设备的数字量输入模块 (NAMUR) 的参数.63 5.5.9 DI (NAMUR) 的参数分配:输入预设的示例.65 5.5.10如何为 IO 设备的通用模块 (AI-DI16/DQ16) 分配参数.66 5.5.11通用模块 (AI-DI16/DQ16) 的参数分配:输入预设的示例.68 5.6组态符号名称.71 5.6.1如何组态信号的符号名称.71 5.7组态信号发送块.73 5.7.1如何准备消息组态.73 5.8组态输入信号.74 5.8.1如何组态输入信号.74 5.9组态时间戳消息.78 5.9.1如何通过 PCS 7 高级过程库 (APL) 的块组态消息.78 5.9.2如何选择时间戳的错误消息.79 5.10编译和下载 AS.80 5.10.1在本地分配 IO 设备名称.80 5.10.2如何编译和下载 AS.84 5.11编译和下载 OS.85 5.11.1如何编译和下载 OS.85 6时间戳故障的 AS 过程控制消息.87 6.1时间戳故障.87 6.2 AS 过程控制消息“启动数据”.88 6.3 AS 过程控制消息“时间帧故障”.90 6.4 AS 过程控制消息“帧与内部时钟之间的时间差可能导致不精确”.91 目录 使用 ET 200SP HA 设置高精度时间戳 4功能手册, 03/2019, A5E40762824-AD 6.5 AS 过程控制消息“时间戳功能 STOP”.92 6.6 AS 过程控制消息“设备消息丢失(缓冲区溢出)”.93 6.7 AS 过程控制消息“冗余切换”.94 6.8 AS 过程控制消息“冗余信息丢失”.95 索引.97 目录 使用 ET 200SP HA 设置高精度时间戳 功能手册, 03/2019, A5E40762824-AD 5 目录 使用 ET 200SP HA 设置高精度时间戳 6功能手册, 03/2019, A5E40762824-AD 安全性信息1 Siemens 为其产品及解决方案提供了工业信息安全功能,以支持工厂、系统、机器和网络 的安全运行。 为了防止工厂、系统、机器和网络受到网络攻击,需要实施并持续维护先进且全面的工业信 息安全保护机制。Siemens 的产品和解决方案仅构成此类概念的其中一个要素。 客户负责防止其工厂、系统、机器和网络受到未经授权的访问。只有在必要时并采取适当安 全措施(例如,使用防火墙和网络分段)的情况下,才能将系统、机器和组件连接到企业网 络或 Internet。 关于可采取的工业信息安全措施的更多信息,请访问 industrialsecurity。 Siemens 不断对产品和解决方案进行开发和完善以提高安全性。Siemens 强烈建议您及时 更新产品并始终使用最新产品版本。如果使用的产品版本不再受支持,或者未能应用最新的 更新程序,客户遭受网络攻击的风险会增加。 要及时了解有关产品更新的信息,请订阅 Siemens 工业信息安全 RSS 源,网址为 https:/ 使用 ET 200SP HA 设置高精度时间戳 功能手册, 03/2019, A5E40762824-AD 7 安全性信息 使用 ET 200SP HA 设置高精度时间戳 8功能手册, 03/2019, A5E40762824-AD 基础知识2 时间同步 时间同步的目的是以尽可能高的精度来协调多个组件的时钟。 时间戳 在自动化工程组态中,过程信号的状态变化是一个事件。如果时间信息被分配给该事件,则 该信息将被视为时间戳。 在分布式 I/O 中设置时间戳的目的 目的 表示事件之间的时间关系。 时间戳的应用领域: 检测和报告时间要求严格的信号变化顺序 精确定时检测过程工厂中的事件。 分析全厂事件的时间顺序 - 标识相关性 精度 精度可区分检测到的不同信号变化之间的时间差。 精度取决于所使用的硬件和设备组态。 请注意,对于精度为 1 ms 的时间戳,必须满足特殊组态要求。 分辨率 分辨率是可在时间戳中表示的最小可能时间差。 使用 ET 200SP HA 设置高精度时间戳 功能手册, 03/2019, A5E40762824-AD 9 约定 在本文档中使用表中如下术语: 术语说明 IO 控制器IO 控制器是自动化系统中的 CPU。 在本文档中,当以下情况适用时,CPU 被称为所连接总线系统的 IO 控 制器: 所连接总线系统是 PROFINET IO 系统。 总线系统在 CPU 的内部 PN IO 接口(例如 X5)上连接到 CPU。 IO 设备IO 设备是 PROFINET IO 上分布式 I/O 的站。 IO 设备到 PROFINET IO 的接口是 ET 200SP HA 的接口模块。 时间戳通过分布式 I/O 将时间信息分配给已获取的过程信号的状态变化。 必须为信号组态时间戳。 本文档的目的 本文档包含对 IO 设备中获取的信号实施时间戳的相关信息。 逐步实施: 检查工厂所需的时间戳精度并规划必要的组态。 实现 AS 所需的时间同步。 从中央工厂时钟(时钟主站)的参数分配到过程信号的选择,根据本文档中的信息组态 时间戳。 依赖性 在检测到边沿变化时,信号收到其时间戳。 您可以在 I/O 模块的文档中找到技术规格。 参见 系统和组件 (页 35) 基础知识 使用 ET 200SP HA 设置高精度时间戳 10功能手册, 03/2019, A5E40762824-AD 2.1高精度时间戳 PCS 7 中的时间戳 在 PCS 7 中,分布式 I/O 中的时间戳也称为高精度时间戳,因为所有事件都通过操作员控 制和监视系统中的消息列表中的时间信息表示。时间信息指示事件在操作员控制和监视系统 中注册的时间。 带有因消息生成系统(例如 CPU 或操作员控制和监视系统)执行程序而决定的时间信息的 事件也显示在消息系统中。 消息系统中显示的事件通常来源于: 自动化系统,例如: 通过中央或分布式 I/O 获取的传感器和执行器信号的事件。 来自计算的事件 过程控制消息 操作员控制和监视系统,例如: 操作员信息 过程控制消息 当为信号启用时间戳时,有关此事件的信息及其时间戳将通过自动化系统转发给操作员控制 和监视系统。 在 PCS 7 的消息系统中标识带有时间戳的事件 可以通过消息传递块在 PCS 7 的消息系统中标识带有时间戳的事件: 通过 PROFINET 系统上的分布式 I/O 设置的时间戳: 块“IM_TS_PN” 通过 PROFIBUS 主站系统上的分布式 I/O 设置的时间戳: 块“IMDRV_TS” 约定 除了 PCS 7 的组态规则外,以下信息也适用于高精度时间戳的组态(参见文档SIMATIC; 过程控制系统 PCS 7;工程系统)。 在下文中,将仅使用术语“时间戳”。本文档包含通过分布式 I/O 使用事件时间戳所需的信 息。 基础知识 2.1 高精度时间戳 使用 ET 200SP HA 设置高精度时间戳 功能手册, 03/2019, A5E40762824-AD 11 更多信息 可在以下文档中找到有关编译和下载的信息: 组态手册过程控制系统 PCS 7;工程系统 组态手册过程控制系统 PCS 7;操作员站。 基础知识 2.1 高精度时间戳 使用 ET 200SP HA 设置高精度时间戳 12功能手册, 03/2019, A5E40762824-AD 2.2时间戳应用示例 以下示例是信号采集位置(分布式 I/O)上时间戳的典型应用。在这些示例中,假设时间戳 应用于具有“时间戳”功能的工厂单元的最重要信号。可以通过各种自动化系统中的 IO 设 备采集信号。 精确采集信号变化 时间戳有助于分析故障原因。 示例 如果蒸汽生成锅炉发生故障,此事件会导致消息突发: 温度和压力低于指定限值、火焰监测器会产生响应,下游单元发出“蒸汽低”(steam low) 信号等。 为了清楚地确定故障原因,操作员可寻找消息突发的第一个消息(例如,“气压过低”(gas pressure too low))。 在单元发生故障后,大量消息将同时到达监视站。在时间戳的帮助下,您可以精确获取 可能导致锅炉关闭的特定信号。操作员因此能够找到事件的原因。 可实现的时间戳精度取决于实际组态(硬件和设置)。 有关时间戳精度信息,请参见“组态概述 (页 14)”部分。 检测全厂相互关系 时间戳可以确定各工厂单元之间的相关性。 示例 工厂单元经历暂时的质量损失。 要求: 为全厂范围内相关信号组态时间戳。 各个自动化系统的这些信号直接从分布式 I/O 接收时间戳。 自动化系统与时钟主站同步。 如果在一段时间内发送多个信号,可以比较全厂范围内相关信号的时间戳。 1.比较以下信号的时间戳: 自动化系统(例如,灌注站)的信号 来自另一个自动化系统的信号(例如,定量给料站的信号) 2.确定不同自动化系统中事件的顺序。 一个单元中的影响可以追溯到另一个单元中的事件。 基础知识 2.2 时间戳应用示例 使用 ET 200SP HA 设置高精度时间戳 功能手册, 03/2019, A5E40762824-AD 13 2.3组态概述 简介 为了正确地应用时间戳,您必须熟悉有关工厂时间同步和时间戳的以下组态: 带有分布式 I/O 同步的组态 精度为 1 ms 的时间戳组态 时间戳组态(标准组态) 工厂中各种现场总线系统的组态 不带分布式 I/O 同步的组态 带有分布式 I/O 同步的组态 精度为 1 ms 的时间戳时间戳(标准组态) 中央系统时钟如果需要所有自动化系统实现全厂级同步,则应使用推荐用于过程控制系统的 中央系统时钟。 用于与中央系统时钟同步的 CPU 的 PN IO 接口的参数 同步过程 1): SIMATIC 过程(作为从站)SIMATIC 过程(作为从站)或 NTP 过 程 同步间隔1 s最大 10 s 系统总线有关组态信息,请参见“全厂时间同 步和精度为 1 ms 的时间戳 (页 26)” 部分。 系统总线的组态可以对应于没有时间戳 的 PCS 7 系统的标准组态。 连接路径 中央系统时钟和 CPU 接口之间存 在直接连接。 中央系统时钟和 AS 之间存在连接。 组态示例有关组态示例,请参见“有关组态中 精度为 1 ms 的时间戳的说明 (页 31)”部分 有关组态示例,请参见“关于在标准组 态中转发时间帧的说明 (页 33)”部分 精度1 ms取决于模块(大约 10 到 30 ms) 1)可以在 SIMATIC NET 系统说明中找到有关同步过程的信息。 同步过程 CPU 410 可以与 SIMATIC 过程(仅 S7 兼容模式)或 NTP 过程同步。 基础知识 2.3 组态概述 使用 ET 200SP HA 设置高精度时间戳 14功能手册, 03/2019, A5E40762824-AD 工厂中各种现场总线系统的组态 可以为工厂中的多个自动化系统启用时间戳。相应的分布式 I/O 可以连接到 PROFINET IO 系统或 PROFIBUS DP 主站系统。可将自动化系统与 PROFINET IO 系统或 DP 主站系统 进行混合组态。 以下内容适用于同时到达的信号: 通过 1 ms 的精度,可以将以下工厂部分的时间戳相互比较。 全厂范围:仅适用于带有 ET 200SP HA 的 PROFINET IO 系统 在单个 PROFIBUS DP 主站系统内 在用于 PROFIBUS DP 以及带有 ET 200SP HA 的 PROFINET IO 的一个 AS 内 可将具有模块特定精度的所有工厂单元时间戳相互比较。 模块特定精度取决于所使用的组件(1 ms 至 30 ms)。 有关模块特定精度的更多信息,请参见 I/O 模块的文档。 不带分布式 I/O 同步的组态 当使用外部 CP 同步 AS 中的时钟时,无法通过 ET 200SP HA 提供时间戳。 示例: 通过工业以太网发送中央系统时钟的日时钟帧。 一个 CP 443-1 同步 AS。 通过背板总线同步该 CPU。 PROFINET IO 系统中 IO 设备的时间同步要求通过集成的 PN IO 接口同步 IO 控制器 (CPU 410-5H)。 参见 客户支持 ( 基础知识 2.3 组态概述 使用 ET 200SP HA 设置高精度时间戳 功能手册, 03/2019, A5E40762824-AD 15 2.4时间戳的顺序 描述 下表描述了时间戳形成的顺序。 监视分布式 I/O 设备中 I/O 模块的数字量输入的信号变化。 步骤模块/位置内容 1同步工厂中使用的所有操作员站和自动化系统必须与当前日时钟同步。日时钟主站 提供作为时间戳基础的时钟时间。 2 IM在 IO 设备中,接口模块 (IM 155-6 PN HA) 从 I/O 模块获取信号,并在本地存 储信号状态的变化。 3 IM接口模块将信息作为“进入事件”存储在内部消息列表中,并且在每种情况下 都具有当前时钟。IO 设备中最多存储 500 条消息。 4 IM当消息列表至少包含一条消息时,接口模块会在 IO 控制器上触发诊断中断。 5 CPU CPU 启动 OB 55,并可以根据该 OB 的启动信息读取用户程序中的相应数据。 6 IM_TS_PN诊断块 IM_TS_PN从 IO 设备读取数据记录,并将其转发到消息的 APL 块 Pcs7DiIT 。 输入信号的信息暂时存储在块 Pcs7DiIT 中。 为信号发送块存储消息文本(更多相关信息,请参见“时间戳故障的 AS 过程控 制消息”部分)。 7 EventTS; Event16TS 该 APL 块使用 Pcs7DiIT 块从 IM_TS_PN 的输出读取时间戳。 EventTS 或 Event16TS块将消息发送到操作站。消息文本取决于组态(请参见 “更多信息”段落)。 在 HW Config 中的组态定义了将哪个信号变化(0 1 或 1 0)报告为“进入” 信号状态。当退出“进入”的状态时,会生成“离开”消息。 在操作站的消息列表中,以时间升序无间断地连续输入带时间戳的信号。 8 RACK_PNT该块指定转发到操作员站进行时间戳标记的事件。 更多信息 “如何通过 PCS 7 高级过程库 (APL) 的块组态消息 (页 78)”部分 操作说明SIMATIC;ET 200SP HA 分布式 I/O 设备 功能手册过程控制系统 PCS 7;时间同步 基础知识 2.4 时间戳的顺序 使用 ET 200SP HA 设置高精度时间戳 16功能手册, 03/2019, A5E40762824-AD 2.5 IO 设备中时间戳的顺序 原理 下图显示了接口模块 (IM 155-6 PN HA) 中信号变化的时间戳顺序。 ,2A7, _ ,0,2f 8,2f,M,#G &J 6&L$WPF1,0 +O _ B+ 41,E,(1 ,2f(1B+ #5Cj Q ,&J_ V ,049 &L$c#,P,2
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