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技术文章
钡铼技术BL201 Profinet耦合器_说明书_V1.2
点击次数:12 发布时间:2023/11/20 13:50:45
1 产品简介
1.1 概述
BL201耦合器是一个数据采集和控制系统,基于强大的32 位微处理器设计,采用Linux操作系统。
BL201耦合器是一种模块化的分布式I/O系统。该系统由3部分组成:现场总线耦合器和各种类型的(数字和模拟信号以及特殊功能)I/O模块以及终端模块。
图 1:现场节点
该节点和现场设备(例如PLC)之间的通讯通过现场总线耦合器的以太网接口实现,现场总线耦合器和 I/O 模块之间的通信通过本地总线进行。两个以太网接口内部集成交换机功能,可以建立线性拓扑,无需额外的交换机或集线器。
该系统需要使用电源模块提供24VDC系统电压和24VDC现场电压,由于使用了2组独立的电源,BL201耦合器现场电压输入接口和系统电压输入接口彼此电气隔离。
在装配现场总线节点模块时,各个I/O模块可以任意组合排列,不要求按模块类型分组。
必须始终将终端模块(例如 TERM)插入现场总线节点的末端,确保正确的数据传输。
1.2 典型应用
分布式I/O模块系统由于具有可靠度高、容易扩展、设置容易、网络布线方便等特性,适用于分散地区的应用,广泛应用于数据收集和各种控制。产品广泛应用于物联网、智慧工厂、智慧医疗、智能家居、智能交通、机房动力环境监控、电力、石油监控、汽车、仓储物流等行业。
1.3 功能特点
Ø 可接入32个 I/O 模块;
Ø 支持与主流Profinet主站连接;
Ø 现场侧和系统侧以及总线侧三者彼此电气隔离;
Ø 支持2 X RJ45接口,集成交换机功能,可以建立线路拓扑,节约交换机或集线器;
Ø 便捷的接线连接技术,免螺丝安装。
1.4 设备选型
表 1:耦合器设备选型
编号 | 名称 | 型号 | 通道 | 信号类型 | 研发进度 |
1 | Modbus-TCP I/O耦合器 | BL200 | / | Modbus TCP | 已完成 |
2 | 分布式Profinet 总线耦合器 | BL201 | / | Profinet | 已完成 |
3 | 分布式EtherCAT总线耦合器 | BL202 | / | EtherCAT | 已完成 |
4 | 分布式Ethernet/IP总线耦合器 | BL203 | / | Ethernet/IP | 已完成 |
5 | OPC UA 边缘计算I/O控制器 | BL205 | / | OPC UA | 已完成 |
6 | MQTT边缘计算I/O控制器 | BL206 | / | MQTT | 已完成 |
7 | 多协议边缘计算I/O控制器 | BL206Pro | / | Modbus TCP MQTT OPC UA | 已完成 |
8 | 分布式BACnet/IP总线耦合器 | BL207 | / | BACnet/IP | 已完成 |
9 | 楼宇远程I/O耦合器 | BL207Pro | / | BACnet/IP MQTT OPC UA | 已完成 |
编号 | 名称 | 型号 | 通道 | 信号类型 | 研发进度 |
1 | 8通道数字输入模块 | M1081 | 8 | NPN(低电平触发) | 已完成 |
2 | 8通道数字输入模块 | M1082 | 8 | PNP(高电平触发) | 已完成 |
3 | 16通道数字输入模块 | M1161 | 16 | NPN(低电平触发) | 已完成 |
4 | 16通道数字输入模块 | M1162 | 16 | PNP(高电平触发) | 已完成 |
5 | 8通道数字输出模块 | M2081 | 8 | PNP | 已完成 |
6 | 8通道数字输出模块 | M2082 | 8 | NPN | 已完成 |
7 | 16通道数字输出模块 | M2161 | 16 | PNP | 已完成 |
8 | 16通道数字输出模块 | M2162 | 16 | NPN | 已完成 |
9 | 4通道继电器输出模块 | M2044 | 4 | Relay | 已完成 |
10 | 4通道模拟输入模块 | M3041 | 4 | 0-20mA/4-20mA输入 | 已完成 |
11 | 4通道模拟输入模块 | M3043 | 4 | 0-5V/0-10V单端输入 | 已完成 |
12 | 4通道模拟输入模块 | M3044 | 4 | 0-5V/0-10V差分输入 | 已完成 |
13 | 4通道模拟输入模块 | M3046 | 4 | ±5V/±10V差分输入 | 已完成 |
14 | 4通道模拟输出模块 | M4041 | 4 | 0-20mA/4-20mA输出 | 已完成 |
15 | 4通道模拟输出模块 | M4043 | 4 | 0-5V/0-10V输出 | 已完成 |
16 | 4通道模拟输出模块 | M4046 | 4 | ±5V/±10V 输出 | 已完成 |
17 | 2通道RTD输入模块 | M5021 | 2 | 三线制PT100 | 已完成 |
18 | 2通道RTD输入模块 | M5022 | 2 | 三线制PT1000 | 已完成 |
19 | 2通道RTD输入模块 | M5023 | 2 | 四线制PT100 | 已完成 |
20 | 2通道RTD输入模块 | M5024 | 2 | 四线制PT1000 | 已完成 |
21 | 4通道TC输入模块 | M5048 | 4 | TC(B/E/J/K/N/R/S/T) | 已完成 |
22 | 2通道串口通信模块 | M6021 | 2 | 2*RS485 | 已完成 |
23 | 2通道串口通信模块 | M6022 | 2 | 2*RS232 | 已完成 |
24 | 2通道串口通信模块 | M6023 | 2 | 1*RS485+1*RS232 | 已完成 |
25 | 24V电源模块 | M7011 | / | / | 已完成 |
26 | 终端模块 | M8011 | / | / | 已完成 |
2 设备描述
2.1 视图
图 3:视图
2.2 尺寸
单位:mm
图 4:2D结构示意图
2.3 数据触点/内部总线
现场总线耦合器和I/O模块之间的通信,以及I/O模块的系统供电都是通过内部总线实现的。内部总线是由6 个数据触点组成,这些镀金触点在连接时可进行自清洁。
图 5:数据触点
2.4 电源跨接触点
该耦合器自带的电源模块有两个自清洁电源跨接触点,可为现场侧进行供电。该电源跨接触点的电流为10A,电流超出值会损坏触点。在对系统进行配置时须不超过上述电流值,如超出,则需插入一个电源扩展模块。
图 6:电源跨接触点
编号 | 类型 | 描述 |
1 | 弹簧触点 | 给现场侧供电24V |
2 | 弹簧触点 | 给现场侧供电0V |
2.5 接线点
图 7:接线点
表 4:“接线点”描述
名称 | 描述 |
24V | 系统电源24VDC |
0V | 系统电源0VDC |
+ | 现场24V电压 |
+ | 现场24V电压 |
- | 现场0V电压 |
- | 现场0V电压 |
PE | 接地点 |
PE | 接地点 |
2.6 原理方框图
图 8:原理方框图
3 产品安装
3.1 安装顺序
钡铼技术的所有分布式现场总线耦合器和 I/O 模块必须安装在标准DIN 35导轨上。
从现场总线耦合器开始,从左向右依次装配总线I/O模块,各个模块彼此相邻安装。所有 I/O 模块的右侧都有凹槽和电源跨接触点,为了避免装配错误,必须从右侧和顶部插入 I/O 模块,以免损坏模快。
利用簧片和凹槽系统形成可靠的装配和连接。通过自动锁闭功能,在完成安装后各个组件被安全地固定在导轨上。
不要忘记安装终端模块!始终将终端模块(例如 TERM)插入现场总线节点的末端,确保正确的数据传输。
3.2 安装耦合器
1.先将耦合器卡入 DIN 导轨;
2.然后使用螺丝刀等工具转动锁定凸轮,直到锁定凸轮与 DIN 导轨啮合。
图 9:锁定耦合器
3.3 移除耦合器
1.使用螺丝刀转动锁定盘凸轮,直到锁定凸轮不再与导轨啮合。
图 10:解锁耦合器
2. 拉动释放卡舌,从组件上拆下现场总线耦合器。
图 11:移除耦合器
移除现场总线耦合器/控制器时,数据或电源触点与相邻 I/O 模块的电气连接断开
3.4 插入模块
1.插入模块时,确认模块上的簧片对齐所连接的耦合器或者其他 I/O 模块的凹槽。
图 12:对准凹槽(示例)
2.将 I/O 模块压入装配位置,直到 I/O 模块卡入导轨。
图 13:将 I/O 模块卡入到位(示例)
将 I/O 模块安装好后,就通过数据触点和电源跳线触点建立好与现场总线耦合器(或一个I/O 模块)和后面 I/O 模块的电气连接了。
3.5 移除模块
向上提拉锁栓,从组件中移除 I/O 模块。
图 14:移除 I/O 模块(示例)
移除 I/O 模块后,数据或电源跳线触点的电气连接断开。
4 连接设备
4.1 连接导线
笼式弹簧连接适用于单股导线、多股导线和细多股导线。每个笼式弹簧只能连接一根导线,如果超过一根导线,则必须汇成一点后再接入。
l 1. 先将工具插入接线处上方的开口,打开笼式弹簧。
l 2. 将导线插入相应打开的连接端。
l 3. 移除工具后即可将笼式弹簧关闭,导线即被弹簧牢固地卡住。
图 15:连接导线
4.2 连接电源
系统和现场电压由供电模块提供。BL201耦合器的供电模块,是为耦合器和I/O 模块的内部电子设备供电。如有必要(I/O模块比较多,电流比较大),还可通过独立的供电模块提供。
现场总线接口(以太网接口)、系统和现场三者之间彼此电位隔离。
4.2.1 系统电源
BL201耦合器需要 24 V 直流系统电源,并从供电模块的接线端子接入。系统内部所需要的5V总线电压是通过24V系统电压转换而来。
供电模块仅具有适当的熔断器保护,请在外部提供适当的过流保护。
请注意匹配供电模块的输出功率和负载功率,避免负载电流过大的情况发生。
图 16:连接系统电源示意图
4.2.2 现场电源
供电模块在现场侧提供24 VDC电压,为传感器和执行器供电。
现场供电仅具有适当的熔断器保护。如果没有过流保护,电子设备可能会损坏。
图 17:连接现场电源示意图
在连接 I/O 模块时,现场侧电源自动从电源跨接触点输出。电源跨接触点的负载持续电流不得超过 10 A。
可以通过插入额外的电源模块,解决系统侧或现场侧负载功率过大的问题。在插入额外的电源模块后,现场侧可能会出现一个新的电压电位。
在不需要电气隔离的情况下,现场电源和系统电源可以使用同一路电源。
4.2.3 接地
在安装外壳机柜时,必须将机柜接地,导轨通过螺钉和机柜建立电气连接,实现导轨良好接地。接地可以增加抗电磁干扰能力。 I/O 系统中的某些组件具有导轨触点,可将电磁干扰消耗到导轨上。
图 18:DIN导轨触点
5 BL201分布式Profinet总线耦合器
5.1 BL201耦合器概述
BL201耦合器支持标准Profinet IO Device设备通讯。支持RT实时通讯,RT实时通讯小周期为1ms。耦合器支持输入1440字节,输出1440字节,支持的扩展IO模块数量为32个。
5.2 技术参数
名称 | 参数 | 描述 |
系统电源 | 供电电源(系统): | 24 VDC |
输入电流(系统): | 500 mA@24VDC | |
电源效率 | 84% | |
内部总线电压: | 5VDC | |
耦合器消耗电流: | 300mA@5VDC | |
I/O模块消耗电流: | 1700mA@5VDC | |
隔离保护: | 500 V 系统/供电 | |
现场电源 | 供电电源(现场): | 24 VDC |
电源跨接触点电流 : | 10 ADC | |
以太网 | 数量: | 2 X RJ45 |
传输介质 | 双绞线,STP 100 Ω Cat 5 | |
线缆长度 | 100m | |
速率 | 10/100 Mbit/s | |
隔离保护 | ESD接触:8KV ,浪涌:4KV(10/1000us) | |
系统 | 操作系统 | Linux |
主频 | 300MHz | |
RAM | 64MB | |
Flash | 128MB | |
I/O模块数量 | 32 | |
协议 | Profinet | |
过程数据区 | 输入1440字节,输出1440字节 | |
RT | 支持,小周期1ms | |
接线方式 | 连接技术: | 笼式弹簧连接技术 |
导线直径 | 0.08 mm² ⋯ 2.5 mm², AWG 28 ⋯ 14 | |
剥线长度 | 8 mm ⋯ 9 mm / 0.33 in | |
环境 | 工作温度: | 0 ⋯ 55 °C |
储存温度: | -40 ⋯ 70 °C | |
相对湿度: | 5 ⋯ 95% 无凝结 | |
工作海拔: | 0 ⋯ 2000 m | |
防护类型: | IP20 | |
几何尺寸 | 宽度: | 48mm |
长度: | 100mm | |
高度: | 69mm | |
材料 | 颜色: | 浅灰色 |
外壳材料: | 聚碳酸酯,尼龙6.6 | |
火灾荷载: | 1.239 MJ | |
重量: | 180 g | |
机械 | 安装方式 | DIN-35型导轨 |
认证 | EMC | EN 55022: 2006/A1: 2007 (CE &RE) Class B |
IEC 61000-4-2 (ESD) Level 4 | ||
IEC 61000-4-3 (RS) Level 4 | ||
IEC 61000-4-4 (EFT) Level 4 | ||
IEC 61000-4-5 (Surge)Level 3 | ||
IEC 61000-4-6 (CS)Level 4 | ||
IEC 61000-4-8 (M/S) Level 4 |
5.3 硬件接口
5.3.1 LED指示灯
编号 | 描述 | 颜色 | 状态 | 功能 |
PWR | 电源指示灯 | 红色 | 亮 | 连电源正常 |
灭 | 没有电源 | |||
SYS | 系统指示灯 | 绿色 | 亮 | 系统不正常 |
灭 | 系统正常运行 | |||
RUN | 运行指示灯 | 绿色 | 闪烁 | 系统正常运行 |
灭 | 系统不正常 | |||
ERR | 错误指示灯 | 红色 | 亮 | Profinet连接失败 |
灭 | 没有错误 | |||
I/O RUN | I/O模块运行指示灯 | 绿色 | 闪烁 | IO模块运行正常 |
灭 | 没有插入节点 | |||
I/O ERR | I/O模块错误指示灯 | 红色 | 亮 | 有IO模块通讯错误 |
灭 | 没有错误 |
编号 | 描述 | 颜色 | 状态 | 功能 |
S | 系统24V电源指示灯 | 绿色 | 亮 | 电源正常 |
灭 | 没有电源 | |||
F | 现场24V电源指示灯 | 绿色 | 亮 | 电源正常 |
灭 | 没有电源 |
5.3.2 以太网接口
ETH1和ETH2为Profinet通讯端口,支持交换机功能,10M/100M自适应。
5.3.3 IP地址选择开关
在BL201耦合器上不起作用。
5.4 过程数据定义
BL201暂时不支持串口模块采集的数据,I/O模块的数据点地址由Profinet主站决定,AI和AO的数据映射到0-65535中。
AO 0-5V/0-10V输出的数据值
电压(0-5V) | 电压(0-10V) | 十进制 | 十六进制 |
5 | 10 | 65535 | 0xFFFF |
. | . | . | . |
. | . | . | . |
2.5 | 5 | 32767 | 0x7FFF |
. | . | . | . |
. | . | . | . |
0 | 0 | 0 | 0x0000 |
举例:要AO输出3V,则下发数值为:量程0-5V时,3*65535/5=39321。量程0-10V时,3*65535/10=19660.5,因AO是整数则下发19660。
AO -5-5V/-10-10V输出的数据值
电压(-5-5V) | 电压(-10-10V) | 十进制 | 十六进制 |
5 | 10 | 32767 | 0x7FFF |
. | . | . | . |
2.5 | 5 | 16383 | 0x3FFF |
. | . | . | . |
-2.5 | -5 | -16383 | 0xC001 |
| . | . | . |
-5 | -10 | -32767 | 0x8001 |
举例:要AO输出3V,则下发数值为:量程-5-5V时,3*65534/10=19660.2,因AO是整数则下发19660。量程-10-10V时,3*65534/20=9830.1,因AO是整数则下发9830。
AO 0-20mA/4-20mA输出的数据值
电流(0-20mA) | 电流(4-20mA) | 十进制 | 十六进制 |
20 | 20 | 65535 | 0xFFFF |
. | . | . | . |
. | . | . | . |
10 | 12 | 32767 | 0x7FFF |
. | . | . | . |
. | . | . | . |
0 | 4 | 0 | 0x0000 |
举例:要AO输出17mA,则下发数值为:量程0-20mA时,17*65535/20=55704.75,因AO是整数则下发55705。量程4-20mA时,(17-4)*65535/16=53247.19,因AO是整数则下发53247。
AI 0-20mA/4-20mA输入的数据值
电流(0-20mA) | 电流(4-20mA) | 十进制 | 十六进制 |
20 | 20 | 65535 | 0xFFFF |
. | . | . | . |
. | . | . | . |
10 | 12 | 32767 | 0x7FFF |
. | . | . | . |
. | . | . | . |
0 | 4 | 0 | 0x0000 |
举例:在主站中AI显示的数值为56789,则量程0-20mA时,AI理论值为:56789/65535*20=17.33089mA。量程4-20mA时,AI理论值为:56789/65535*16+4=17.86471 mA。
AI 0-5V/0-10V输入的数据值
电压(0-5V) | 电压(0-10V) | 十进制 | 十六进制 |
5 | 10 | 65535 | 0xFFFF |
. | . | . | . |
. | . | . | . |
2.5 | 5 | 32767 | 0x7FFF |
. | . | . | . |
. | . | . | . |
0 | 0 | 0 | 0x0000 |
举例:在主站中AI显示的数值为56789,则量程0-5V时,AI理论值为:56789/65535*5=4.33V。量程0-10V时,AI理论值为:56789/65535*10=8.67V。
AI -5-5V/-10-10V输入的数据值
电压(-5-5V) | 电压(-10-10V) | 十进制 | 十六进制 |
5 | 10 | 32767 | 0x7FFF |
. | . | . | . |
2.5 | 5 | 16383 | 0x3FFF |
. | . | . | . |
-2.5 | -5 | -16383 | 0xC001 |
| . | . | . |
-5 | -10 | -32767 | 0x8001 |
举例:在主站中AI显示的数值为23456,则量程-5-5V时,AI理论值为:23456/65534*10=3.579V。量程-10-10V时,AI理论值为:23456/65534*20=7.158V。
5.5 耦合器连接
BL201耦合器作Profinet从站,ETH1和ETH2网口都可以直连Profinet主站,或通过交换机连接Profinet主站。BL201耦合器没有单独的网页配置界面。
6 BL201耦合器通信示例
6.1 西门子S7-200SMART与BL201通信示例
1、准备IO模块:耦合器BL201、数字量输出模块M2082、数字量输入M1081、模拟量输入模块M3401、模拟量输出M4043。模块的组装、接线参考3产品安装、4连接设备操作。
2、BL201、S7-200SMART、PC要同一局域网。将BL201和S7-200SMART上电,打开西门子STEP 7-MicroWIN SMART软件。点击GSDML管理,在弹出的窗口,点击浏览找到BL201的GSD文件点击打开,点击打开,完成GSD文件的安装。
3、点击工具,点击查找PROFINET设备,点击查找设备,找到BL201,分配BL201耦合器名称为BL201s。(在组态时需要和这个名称一致。)
4、点击工具,点击PROFINET。选择控制器,点击下一步。
5、在硬件目录找到BL201,点击添加,添加到设备列表,修改耦合器名称为BL201s(通讯关键参数),同时分配给耦合器192.168.5.10的IP地址。分配给耦合器的IP地址要与PLC的IP地址在同一局域网,在这个界面也可以修改PLC的IP地址,修改完成后点击下一步。
6、根据BL201后面所挂IO模块型号,组态IO模块。点击生成。要按BL201后面挂的IO模块顺序,添加模块。电源模块、扩展电源模块、终端模块不用组态,不参与排序。
M2082对应地址QW128,M1081对应地址IW128,M3401对应地址IW129-IW136,M4043对应地址QW129-QW136。
7、点击PLC,点击下载,在弹出的窗口查找PLC,点击确定。点击下载。
8、下载成功后,打开状态图表,监控IO模块通道值。
参考5.4过程数据定义 量程4-20mA时,AI路IW129理论值输入为:22958/65535*16+4=9.60507 mA。量程0-5V时,AO 路QW129输出为:65535/65535*5=5V。
6.2 西门子S7-1200与BL201通信示例
1、准备IO模块:耦合器BL201、数字量输出模块M2082、数字量输入M1081、模拟量输入模块M3401、模拟量输出M4043。模块的组装、接线参考3产品安装、4连接设备操作。
2、BL201、S7-1200、PC要同一局域网。将BL201和S7-1200上电,打开西门子TIA V13软件,新建项目“BL201”。
3、点击设备与网络,点击添加新设备,选择控制器,选择S7-1200对应CPU,点击添加。
4、点击“选项”——“管理通用站描述文件GSD”,在弹出的界面,点击“源路径”,在源路径中查找存放GSD文件的目标文件夹,选择文件,点击“确定”,选中GSD文件,点击安装,安装完成后,会自动更新硬件目录。
5、双击“设备和网络”,在网络视图右侧目录下,查找上述安装的GSD文件产品型号,路径如图所示,如图所示(其它现场设备->PROFINETIO->I/O->Beilai->BL200 IO System->BL201),拖动或双击BL201至“网络视图”。
6、在“网络视图”中,点击BL201耦合器上的“未分配(蓝色字体)”,选择“PLC_1.PROFINET接口_1”。
7、双击耦合器图标进入“设备视图”,在“设备概览”添加扩展IO模块,在右侧目录-模块下找到对应的IO模块,双击图标,模块顺序要按BL201后面挂的IO模块顺序,电源模块、扩展电源模块、终端模块不用组态,不参与排序。
8、点击耦合器网口,点击属性,选择以太网地址,修改耦合器以太网参数,IP地址要与S7-1200同一网段,耦合器的PROFINET设备名称为“BL201s”。
BL201耦合器默认的名称是“BL201s”,如果填写不是这个名称,要点击耦合器,右键选择分配名称。
点击“PROFINET设备名称”后边的下拉菜单,选择边已分配的设备的名称,“PG/PC接口的类型”选择“PN/IE”;“PG/PC接口”选择自己的网络设备器;点击“更新列表”,等待“在线状态信息”中提示“搜索完成。选择BL201耦合器,点击下方的“分配名称”完成分配耦合器名称,点击“关闭”,关闭该页。
9、在网络视图,选中S7-1200 PLC网口,点击属性,选择以太网地址,设置网口参数。
10、硬件配置完成,保存、编译、下载。点击“转至在线”。同时可添加新监控表,在监视表上在线监视现场IO值。
参考5.4过程数据定义 量程4-20mA时,AI第四路IW74理论值输入为:23333/65535*16+4=9.69662 mA。量程0-5V时,AO 路QW64输出为:65535/65535*5=5V。
7 附录
7.1 插图列表
7.2 表格列表
原创作者:深圳市钡铼技术有限公司