SIEMENS/6ES7212-1HE40-0XB0
工业自动化的快速发展，网络化概念与自动化的完美结合，使得远程控制、工程联网变得更加简便，现场总线作为网络总线在工程中更有其优势所在，实时性得以提高、可靠性增强、现场布线更加简单，越来越多的工程项目使用现场总线实现远程监控与联网。当今现场总线技术极大发展，现场总线协议种类也是非常之多，而CANopen作为现场总线家族的一员，以其自身的优势，得到了众多自动化厂商的支持。德国赫优讯作为工业通讯领域的专家，产品覆盖所有主流现场总线和实时以太网，针对CANopen总线协议，赫优讯产品也是非常丰富，其中在工程上应用比较广泛的产品NT30-COS-RS，可实现串口设备与CANopen设备的直接互连，本文在具体分析NT30-COS-RS的技术特点后，详细阐述如何实现与施耐德Twido系列PLC的通讯。
2德国赫优讯NT30-COS-RS特点
德国赫优讯netTAP网关家族可实现串口（RS232/RS422/RS485）与现场总线（CANopen、Profibus、DeviceNet等）或以太网（TCP/IP、Ethernet/IP、ModbusTCP等）之间的协议转换，利用赫优讯配置软件SyCon.net进行简单配置即可使用。NT30-COS-RS作为netTAP成员之一，功能为实现Modbus RTU串口设备与CANopen设备的互连，利用输入输出过程映像区进行数据交换，通过软件可将串口端配置为Modbus主站或从站，应用非常方便。NT30-COS-RS中过程映像区大小为256 Words IO，也就是说串口端可同时接受256 Words IO数据的传输，通过共享内存透传的方式发送至CANopen主站设备，因此多个Modbus RTU串口设备，只需要一个NT30-COS-RS即可，硬件图如图1所示。
图1. netTAP 硬件图
3 通讯系统的构成
系统硬件结构图如图2所示，施耐德公司CANopen主站模块TWDNCO1M作为CANopen总线主站节点， Node ID设为1，赫优讯NT30-COS-RS网关作为CANopen总线中一个从站节点，Node ID设为3，施耐德 Twido系列PLC型号为TWDLMDA20DRT， Modbus RTU串口设备品牌不限。
图2. CANopen通讯硬件结构图
4 通讯系统的实现
实现不同厂商设备的互连，是通讯系统引用网络化概念，实现产品标准化的一个*大优势，这也使得工程应用变得更加灵活，方案选择余地更大，而不同厂商设备互连的前提是：各厂商所生产的产品必须严格遵循标准，且提供统一的产品描述文件，如CANopen的EDS文件，Profibus的GSD文件等。通过这些产品描述文件，即可实现网络的组态与参数配置，这也是联网工程中实现通讯功能至关重要的一步。
4.1 硬件组态
一般情况下，各厂商会提供针对自家CANopen主站的网络组态工具（未来如果各厂商设备基于FDT/DTM技术，可实现网络工具的互换），如施耐德的Twidosoft，内部集成了Twido系列PLC的硬件组态模块。以下以Twidosoft3.5版本为例，利用施耐德 USB硬件配置电缆，详细介绍如何实现施耐德的CANopen主站和德国赫优讯CANopen从站NT30-COS-RS的网络组态。这也是实现通讯功能、书写控制程序的前提。
在安装完Twidosoft3.5软件和USB驱动程序后，打开Twidosoft在file—preferences中选择USB连接方式，新建工程项目，选择PLC型号（本文使用TWDLMDA20DRT型号），在硬件组态中的扩展总线中右键添加模块，添加TWDNCO1M模块（施耐德 CANopen模块），可同时添加多个模块，右键进入配置界面，对网络从站信息进行加载与参数配置。如图3所示。
图3. CANopen配置界面
通过 import按钮，添加从站EDS文件，德国赫优讯NT30-COS-RS的EDS名为“Nt30cos.eds”，可通过多种途径获得，如赫优讯网站、netTAP光盘或咨询赫优讯上海办，EDS信息加载后，选中NT30-COS-RS，左下角会显示产品的基本信息。此时即可以双击添加从站，可添加多个从站，根据施耐德 CANopen主站模块信息，*多不超过16个接受PDO和16个发送PDO，如果每个从站设备的PDO数量不同，则连接的从站数量也将随之变化。从站地址可根据从站的实际地址进行对应，通过 上下键进行地址的选择，赫优讯NT30-COS-RS的从站地址通过拨码开关设定（一般从站地址的设定方式有两种：一种通过硬件设定，一种是通过软件设定），设定从站地址为3。另外需要对主站监控从站状态的方式进行设定，可选方式有：保护时间、心跳或不设定，本例中选择保护时间。
在CANopen网络设定中，除了设定从站地址来区分各个从站节点外，还有一个至关重要的参数设定，那就是波特率的设定，CANopen主站与从站进行数据交换之前，需要对波特率的信息进行检查，如果波特率不同，将无法进行通讯连接，波特率必须严格一致。波特率可选项很多，本例选择250kbs波特率，主站波特率在图3的右下方设定，NT30-COS-RS从站通过赫优讯SyCon.net软件进行设定。
在CANopen从站加载完成，从站地址和波特率关键通讯参数设定完成后，需要对CANopen从站数据PDO、SDO进行映射和连接。即图3所示的Mapping和bbbb内容，另外，为了简便PLC编程，通过形参来代替实参，使程序具有更好的可读性，可在Symbol选项中进行PDO形参的命名。
4.2 软件实现
赫优讯netTAP网关使用非常灵活，通过赫优讯SyCon.net软件可下载不同的firmware，实现不同的协议转换。同时NT30-COS-RS可通过软件配置串口为Modbus RTU主站或从站，设定所连接串口设备的各项参数、IO信息等。以下详细阐述NT30-COS-RS的参数配置过程，NT30-COS-RS配置工具为SyCon.net，可免费在赫优讯网上下载、光盘随带或联系赫优讯上海办。
图4. SyCon.net操作界面
如图4所示，新建项目后，选择你所使用的netTAP型号，本例中型号为NT30-COS-RSI4。左键拖放到左侧绿色线上，双击后即可对参数进行配置。
图5. NT30-COS-RS参数配置界面
如图5所示，首先需要在Device选项下，加载firmware固件，在Device Assignment中选择不同的驱动方式连接至NT30-COS-RS。建立连接后方可下载需要的firmware，而后对参数进行配置，MODBUS目录下是串口信息的基本配置，*重要的选项是Modbus主从选项，BUS_COS目录下是CANopen波特率的设定，必须与上述施耐德 CANopen主站波特率的设置一致，同样选择250kbs。如果选择Modbus作为主站，则COMMAND目录下参数就非常重要，在这里可设定所连接的Modbus从站的IO数据信息，所连接的从站地址信息等，*多可支持256 Words IO数据的设置，具体见参考[5]。本案中NT30-COS-RS在串口端作为Modbus从站，故无需修改太多参数，直接右键连接设备下载即可。
4.3 软件测试
以下通过简单的测试，检测CANopen主站是否与NT30-COS-RS从站建立连接。在施耐德 CANopen模块参考手册[1]中可知，Twido系列PLC中有特定的系统位%SW20-%SW27可检测CANopen扩展模块所连接CANopen从站的通讯连接状态。通过此状态位的值即可查看是否与NT30-COS-RS CANopen从站通讯成功。本例中所连接的从站NT30-COS-RS的地址为3，故通过读取%SW21的数据即可。
图6. Twidosoft梯形图程序
在Twidosoft中通过梯形图编程语言编写PLC程序如图6所示，读取%SW20和%SW21系统位检测从站通讯状态。通过梯形图编程语言编写好程序后，连接PLC，下载程序，进入运行状态，通过运行 动画按钮，可获取%SW20和%SW21系统位的值分别为0和2，对比施耐德软件操作手册[1]中的系统位解析，可知从站1、2无连接模块，从站3连接从站状态无错误，运行状态良好。也说明了施耐德 CANopen主站模块与赫优讯netTAP系列NT30-COS-RS CANopen从站模块通讯成功。
5总结
本文使用赫优讯netTAP网关系列中的NT30-COS-RS CANopen从站与串口协议转换模块，和施耐德 Twido 系列PLC加CANopen主站模块，利用Twidosoft软件对网络通讯进行参数配置，利用赫优讯SyCon.net软件对NT30-COS-RS网关进行参数配置，并借助于梯形图编程语言编写Twido PLC的测试程序，测试通讯状态，测试结果说明通讯状态良好。实现了赫优讯NT30-COS-RS CANopen从站模块与施耐德 CANopen主站模块的通讯。希望对工程联网项目有所帮助，同时赫优讯netTAP网关系列也是非常丰富，希望能给工程应用人员带来方便，解决工程中远程监控和联网的难题。
一、概述
国家体育场（“鸟巢”）为2008年第29届奥林匹克运动会的主体育场，是奥运会场馆的代表，它在设计、施工和运行中所体现的“绿色奥运””科技奥运”理念，场馆和相关设施严格执行节能环保设计标准，在可再生能源与新能源利用、建筑节能、水资源保护和利用等方面采取了一系列有力措施。
“鸟巢”在设计中包含了一套规模很大的雨水深度处理回用系统，体育场内70%的供水由回用水代替，其中23%来自系统处理后的雨水；更引人注目的是，“鸟巢”使用了地源热泵，从土壤中吸收能量，用于补偿体育场空调系统等。地源热泵是一种使用可再生能源、节能、环保的系统，通过地埋换热管，冬季吸收土壤中蕴含的热量为“鸟巢”供热，夏季吸收土壤中存贮的冷量向“鸟巢”供冷。
二、地源热泵空调简介
地源热泵机组是一种利用再生能源的高效节能、无污染的既可供暖又可制冷的新型水冷式空调机组，由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置和其它制冷附件组成，是一种可以全天候运转的空气调节设备。地水源热泵利用地能或浅水层一年四季温度稳定的特性，冬季把地能作为热泵供暖的热源，把高于环境温度的地能中的热能取出来供给室内采暖；夏季把地能作为空调的冷源，通过能量转换地下热源转换成冷源。其原理是通过极少量的电能，实现能量的搬运转移。
由于于地下的温度在恒定在10—25度的，地源热泵机组的工况优于传统的空调的工况所以它能够更轻松的达到室内的温度要求和效果，所以地源热泵机组的能效比更高。因此，地源热泵空调更节能。
三、系统描述
国家体育场（“鸟巢”）为2008年第29届奥林匹克运动会的主体育场，地下3层，地上7层, 国家体育场地源热泵大型中央空调项目总体设计冷负荷为14533kw，采用地源热泵和冰蓄冷结合的形式。鸟巢地源热泵中央空调采用采用烟台冰轮和顿汉布什的制冷设备及系统，其电气控制主要采用施耐德的Micro 和Twido PLC，以及XBTGT触摸屏。
“鸟巢”地源热泵大型中央空调系统包含地源热泵机房控制系统和两台全封螺杆地源热泵机组。
四、电气控制系统结构与构成
控制系统网络结构如上图所示，为三层网络结构。
地源热泵机组选用Twido系列 PLC TWDLCAA40DRF及扩展模块，它本身所带的一个通讯口和XBTGT触摸屏相连。可以根据来自源热泵机房控制系统的给定信号进行启/停和能量自动调节，控制程序据负荷变化及变化率自动控制滑阀上载卸载，实现制冷能量无级调节，*大限度降低设备能耗。通过人机界面可以设定压缩机的工作方式和运行参数，检查压缩机的运行状况，查看机组故障情况等。每一个PLC扩展一个通讯口，做MODBUS从站，连在MODBUS总线上，实现和源热泵机房控制系统PLC的通讯。
源热泵机房控制系统PLC选用MICRO系列PLC TSX3721001。MICRO系列PLC的通讯功能非常强大，支持MODBUS，UN-bbbWAY，以太网TCP/IP等多种通讯协议。控制系统完成制冷系统及相应循环水系统的控制，如制冷/制热模式切换，对冷媒水供水和回水的温度及压力，冷却水供水和回水的温度及压力，冷却水泵，冷媒水泵等的监控，系统PLC扩展一个TSXSCP114通信卡，做MODBUS主站，通过MODBUS网络和Twido PLC通讯，自动控两台制地源热泵机组开停，使空调系统按程序高效节能运转。
MICRO PLC TSX3721本身带两个通讯口，其中一个通信口和触摸屏连接，另外一个通信口和施耐德工业以太网模块TSXETZ410相连。TSXETZ410模块在此起到一个网桥作用，一端通过系统PLC交换数据，另一端通过TCP/IP以太网联接到鸟巢建筑智能系统上，从鸟巢建筑智能系统可以监控整个地源热泵中央空调系统的运行状况。
地源热泵机房控制系统控制柜的PLC为Micro系列, 配置为： CPU:TSX3721101+2块TSXAEZ801+2块TSXDMZ28DR+TSXDEZ32D2+TSXSCP114通讯卡+以太网模块TSXETZ410。
地源热泵机组制冷工况冷水设计温度为5/13度，制热工况热水设计供回水温度为55/50度。地下热源部分，冬季的设计供回水温度为5-2度，夏季为27/32度。每台压缩机制冷机组包含2台压缩机，共有一个制冷回路，由Twido PLC 核心进行控制的，通过数字量模块和模拟量模块采集传感器信号，可以实现根据负荷状况实现自动能量调节。配置为：TWDLCAA40DRF+TWDDRA8RT+6块TWDAMI2HT+TWDNAC485D+触摸屏XBTGT2110。