PROFINET能源管理使用入门

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1 能源管理功能介绍

1.1 描述
为了削减成本，在生产中关闭主闸-整个生产停止，车间里的灯光熄灭 ，这是几乎每家工厂在周末或假期期间常用的方法。但是对于更小的时间间隔，例如，短时间的生产空闲，交接班等，又如何节约能源呢？主闸或开关的反复关闭肯定是不现实的，因为设备重新上电建立通信需要一定的时间，这可能造成生产延误，而且由于线路固定，断电可能造成某一生产单元停顿等诸多问题。
PROFINET作为开放的，标准的，实时的工业以太网标准，使用一个崭新的面向未来的能源管理方案。 面向未来的能源管理是指：生产单位不再通过传统的方法，例如关闭主开关来节约能源，而是使用更明确的方式——通过网络！这样做，需要工作的组件的电源保持激活状态而定义的组件进入节能状态的，这仅需要一个命令进行启动。
PROFIenergy是PROFINET用户组织定义了一个与制造商无关的行规，提供了灵活的、智能的、在短期内关闭一个耗能组件或整个生产单元的方法。
这里举一个生产间隙节能的例子，有一个传输带和一个机器人在协同操作，每天中午12：00至12：45生产暂停，例如交接班，但是机器人必须在传输带断电之前3分钟断电，传输带必须在机器人上电2分钟前上电。参考图 1 生产间隙节能。图中SP表示启动间隔，EP表示结束间隔。n

图 1 生产间隙节能n

目前，只有ET200s才支持能源管理，后续SENTRON PAC, 网络交换机, Drive等等会支持PROFIengergy。
对于ET200s的能源管理，需要使用特殊的电源模块PM-E DC24V/8A RO(6ES7138-4CA80-0AB0) ，且在一个ET200s站中，最多可以使用8块该电源模块。该模块通过内部的继电器，切断与之连接的电压组。在该电压组中的所有的编码器和负载供电会被切断，这样在操作间隔时可以减少电能的消耗。除了2DI AC120V ST, 2DI AC230V ST, 2DO AC24…230V/1A模块，可以连接所有的电子模块在其电压组中。
ET200s的电压组被切断已达到节能的目的，可以通过两种方法：n

• 通过过程映像输出区的控制字节n
• 通过PROFIenergy

对于ET200s，通过过程映像输出区的控制字节可以简单的控制间隔的启停，从而实现简单的节约能源，而使用PROFIenergy，除了可以实现启动间隔，停止间隔外，还可以实现更加复杂的能源管理功能，例如，能量的损耗计算等。
关于电压组电源切断的方法和对应的接口模板以及接口模板的固件版本，请参考图 2 对应表。n

图 2 对应表n

2 控制字节PIQ

2.1 硬件配置
本例IO控制器使用 CPU319-3PN/DP v3.2，1个分布式IO设备由ET200S IM151-3PN接口模板（6ES7 151-3BA23-0AB0）v7.0、一块电源模板PM-E DC24V/8A RO(6ES7138-4CA80-0AB0)，二块DO模板、一块DI模板以及1块计数器模板组成。参考图 3 硬件配置。需要注意的是在组态电源模板时，需要组态PM_E DC24V/8A RO S，此时在硬件组态中可以看见其输入地址和输出地址。n

图 3 硬件配置n

2.2 软件组态
对于电源模块PM_E DC24V/8A RO S的输出字节2为控制字节，其最低位bit0为切换电压组的控制位。而输入字节1为状态字节，其最低位bit0为切换电压组的状态位。
在OB1中，编写控制电压组切换的程序以及状态程序，具体的编程如下：
//控制位信息，为1表示切断电压组
A M 200.0
= Q 2.0
//状态位信息，为0表示电压组被切断
A I 1.0
= M 200.1
在实际应用中，可以根据需要设置启动和切断电压组的条件。如果设置M200.0=1，那么Q2.0=1，控制位控制电源模板切断其相连的电压组，此时模板的输入（模板供电）/输出的指示灯均灭，若是HF模板其SF灯与电源模板一样为红色常亮。n

3 PROFIenergy

3.1硬件配置
组态PROFIenergy时采用前面同样的硬件组态，需要注意的是在组态电源模板时，需要组态PM_E DC24V/8A RO ，此时在硬件组态中不存在输入地址和输出地址。参考图 4 硬件配置。需要注意的是接口模板的诊断地址8183。n

图 4 硬件配置n

3.2软件组态
目前在Step7 v5.5并没有PROFIenergy的程序库，在西门子网站上可以参考PROFIenergy应用实例，其链接如下：41986454
通过该链接下载程序，因为PROFIenergy需要使用FB815和FB816，在该链接也有文档进行相关应用的描述。这里简单的通过功能块的调用来介绍一下PROFIenergy的使用。
从应用程序实例中，拷贝FB53，FB815，FB816，UDT1和DB400到新的项目中，然后编写如下程序：
//Network1
CALL "DS3_WRITE" , DB53n

enable :=
ID :=
Slot_No_1:=
Func_1 :=
Slot_No_2:=
Func_2 :=
Slot_No_3:=
Func_3 :=
Slot_No_4:=
Func_4 :=
Slot_No_5:=
Func_5 :=
Slot_No_6:=
Func_6 :=
Slot_No_7:=
Func_7 :=
Slot_No_8:=
Func_8 :=
busy :=
done :=
error :=
status :=
A DB53.DBX 54.2
JCN kk
SET
= M 0.6 //判断是否存在错误

kk: NOP 0
//Network2
CALL "PE_START_END" , DB815n

START :=M0.0 //启动断电间隔
END :=M0.1 //结束断电间隔
ID :=MD2 //接口模板的诊断地址
PAUSE_TIME:=MD6 //断电间隔时间
VALID :=M0.2
BUSY :=M0.3
ERROR :=M0.4
STATUS :=MD10
PE_MODE_ID:=MB14

A M 0.4n

JCN kk2
SET
= M 0.7
L MD 10
T MD 30 //判断是否存在错误

kk2: NOP 0n

A M 0.2
JCN kk1
SET
= M 1.0 //判断是否有效

kk1: NOP 0
//Network3
CALL FB 816 , DB816n

REQ :=M100.0
ID :=MD102
CMD :=MW106
CMD_MODIFIER :=MW108
CMD_PARA :=P#M 240.0 BYTE 16
CMD_PARA_LEN :=MW110
VALID :=M100.1
BUSY :=M100.2
ERROR :=M100.3
STATUS :=MD112
RESPONSE_DATA:=P#DB400.DBX0.0 BYTE 200

A M 100.3

JCN kk3
SET
= M 100.4
L MD 112
T MD 116
kk3: NOP 0 //判断是否存在错误

实际上仅需要FB53和FB815就可以实现与控制字节PIQ类似的功能。
在Network1中调用FB53，主要是通过调用SFB53给ET200s写Index=3的数据记录。目的是激活该电源模板PM_E DC24V/8A RO可以启动和关闭电压组功能。而且必须使用FB53。参考图 5 FB53变量表。其中DB53.DBx0.0是使能数据记录写，1有效。DB53.DBD2是接口模板的诊断地址8183，参考图 4 硬件配置。DB53.DBW6是电源模板的槽号，参考图 4 硬件配置，槽号为1。DB53.DBW8是使能槽号为1的电源模板的能量管理功能，即启动和关闭其电压组，默认无能量管理功能。

图 5 FB53变量表

在Network2中FB815的调用，目的是启动和关闭电压组，并可以设置间隔时间。参考图 6 FB815变量表。其中M0.0为1（上升沿有效），即切断电压组并启动间隔。M0.1为1（上升沿有效），即开启电压组并结束间隔。MD2是接口模板的诊断地址8183，参考图 4 硬件配置。MD6是间隔的时间，需要注意的是该电源模板的最小间隔时间为10s，这意味着如果间隔时间小于10s，那么该模板不会参与能量管理。不过间隔时间到，不会自动启动电压组，需要激活M0.1，以防止自动重启而导致得负荷高峰。
若激活M0.0，则控制电源模板切断其相连的电压组，此时模板的输入（模板供电）/输出的指示灯均灭，若是HF模板其SF灯与电源模板一样为红色常亮。

图 6 FB815变量表

在Network3中调用FB816，首先说明的是如果仅实现FB815的功能，FB816的调用不是必需的，它可以实现所有PROFIenergy的功能，包括FB185的功能。FB816通过参数CMD，CMD_MODIFIER，CMD_PARA_LEN以及CMD_PARA的组合来实现PROFIenergy的功能。对于FB815的启动和停止间隔的功能，可以参考下载应用文档的详细描述。
这里我们可以使用PE的命令Query Modes-List of energy saving mode，即询问模式-节能模式列表为例子。根据手册，此时CMD=3（MW106），CMD_MODIFIER=1（MW108），CMD_PARA_LEN=0（MW110）以及CMD_PARA=不相关。参考图 7 FB816/DB400的变量表。其中M100.0为1（上升沿有效），即启动询问模式，此时DB400即响应的数据信息结构，其中DB400.DBW2=8，表示响应数据长度为8，从DB400.DBW4~DB400.DBB11。其中DB400.DBB10为“Number_of_PE_Mode_IDs”，DB400.DBB11为“PE_Mode_IDs”，此时获取的PE_Mode_ID即为16#01。

图 7 FB816/DB400的变量表

获取的PE_Mode_ID即为16#01，作为PE的命令Query Modes-Get mode，即询问模式-获取模式的参数CMD_PARA。此时CMD=3（MW106），CMD_MODIFIER=2（MW108），CMD_PARA_LEN=1（MW110），设置MB240=16#01，即CMD_PARA=PE_Mode_ID。具体的结果参考图 8 FB816/DB400的变量表。相关的数据信息请参考下载文档的详细说明。

图 8 FB816/DB400的变量表

关键词
PROFINET，能源管理，PROFIenergy