西门子S7-200EM235CN模块

西门子S7-200EM235CN模块

工程中，经常需要遇到一些需要循环累积的物理值，比如水的流量，电能等等。

而浮点数的累积是个公认的难题。

其中涉及到的简单的原理是，CPU对浮点数的表达是有精度限制的。通常一个32位的浮点数REAL，只能有7位数的精度。

在平常的数学运算中，这样的精度足够了。但在流量、电能等需要数值累加的场合，当累加值达到一定的程度，准确说是累加值和运行值数量级差出来1E7倍的时候，累加计算就会出问题了。

比方说需要12345678.0 和0.1累加的时候，你以为应该得到12345678.1，但因为表达精度限制，PLC的REAL数不能表达，得到的结果仍然是12345678.0 。而且一旦累积值过了这个限制，以后就永远不会增长了，我称之为加不进去了。

而其实都不需要到数量级差1E7倍，通常我们的模拟量都是有精度要求的，比如12位精度，累加的数值自己先带了4位数小数，所以当数值差到1E4的时候，运行中已经出现问题了，数据的低位的精度已经丢失掉了。在使用者看来，累积值精度不准了。

我们以往遇到有人咨询这样的问题的时候，通常给出的建议是累加的地方用双整数DINT来替换real，即在输入的地方累加数和运行值都放大一定的倍数，比如1000，并转化为DINT,然后累加，累加完成后，再将得到的结果转换为浮点数，然后除掉系数，得到正确的累加结果。

因为整数的相加总是准确没有误差的，所以累积过程中不会有错误。比方说上面的累加，虽然一次累加得到的12345678.1不能被正确表达，但10次以后, 数值进位到高位，得到12345679，就可以显示出来了。

但转换为整数，有一个问题，就是具体乘多少倍的倍数，又是个难题。针对项目中具体的物理量，还是容易些。比如瞬时流量的标定单位如果是100，那倍数3个0，而如果标定上线是10000，那倍数1个0即可。

但如果要做一个通用的标准块，就没那么容易了。总不能所有数值都不管三七二十一加5个0 ，那样浪费了精度之后终累加数据的容量还会不够用。况且，你提前不能知道物理量的量纲的话，说不定啥时候出来个需要加10个0呢？

 西门子S7-200EM235CN模块

所以，我就一直没能做出个标准的累加块来。一度想把倍数系数作为一个参数，调用时根据实际情况*，但也感觉实在太low了，还不如不做。

   PROFINET就像是我的亲密伙伴，因为在西门子，他的面市和我的入职几乎是同时开始的，我们是一起成长的。初的PN产品，例如ET200S只有一个PN端口，只能支持RT，设备连接只能通过交换机。初的我，是技术支持团队的一个新人，是网络通信的一个菜鸟，完全不懂通信理论。然而放在同事桌子上的PROFINET培训文档，吸引着我让我随手翻开，像是冥冥中注定，他和我注定在我的职业生涯中深深的纠缠在一起。我们也相互的成就着，通过我的努力，他给我们中国客户的生产带来了翻天覆地的变化，通过他的发展，也给我的职业生涯带来了深远的影响，那么他有什么奇妙之处呢？

      首先，在技术上，PROFINET基于以太网，也就是由于以太网，使之能够具有快速的通信速度和灵活的拓扑结构，而PN就是以太网上的实时协议集合，就和TCP是以太网的协议一样，**而已。但是这对于企业生产就不同了，因为在PN之前，以太网是不能延伸到现场级的，而如今以太网一直延伸到现场的末端，带有PN接口的传感器和执行器比比皆是。以太网的安装确实给用户带来了诸多的便利，然而，由于用户大都想着就近连接交换机即可，这种可能导致混乱的连接拓扑，还有就是交换机产品的选择，错误的选择同样会给用户生产带来一些问题，这两个看似很小的问题，却可能会给企业生产带来毁灭性的伤害。

      早年去一家钢厂，骨干网使用了冗余环网，正常生产了一段时间，却突然全网瘫痪，导致高炉停产，对于钢厂来说这是一个非常大的事故了。而现场的问题解决却是很简单，原因是冗余环网使用了西门子的SCALANCE X交换机，然而冗余管理器RM却使用了第三方的交换机，那我还说什么呢？前些天，去了另外一家钢管厂去做预维护，询问网络的拓扑连接是如何的，回答是不知，这是中国用户目前普遍存在的问题。通过PRONATA进行现场网络拓扑的扫描，竟然发现网络拓扑出现两个环网，而且是现场级的，也不知什么原因鬼使神差的让生产可以正常进行，我们知道环网会产生广播风暴，导致全网瘫痪。可是由于生产还在继续，我们无法确定真正的原因是什么，只能告诉用户这种环型链接风险较高，需要尽快整改。

      其次，对于PROFINET RT通信，我想这是中国用户常用的PN协议，因为配置简单，只要用过PROFIBUS DP就能做很快的转换。然而用户往往会有两个问题，一个是不清楚如何选择交换机，选择的依据是什么？另一个是不清楚分布式IO多能串联多少个，级联深度的依据是什么？

      对于个问题，我给用户传达的信息就是只要是交换机都支持PROFINET，然而并不是所有的交换机都适用，这种前后矛盾的话，大家肯定会觉得疑惑不解。PROFINET使用百兆全双工的技术，那么交换机必然是选择的连接部件，而我们在使用PN RT协议的时候，都知道RT通信的报文是带有**级的，也就是含有**级是6（高为7）的VLAN标签（其ID=0），这个标签使之PN数据在网络链路传输时可以“横行霸道”，因为除了MRP冗余环网之外的网络链路上的数据没有**级比它高的，其它数据难以望其项背，这样才能大程度的保证它的实时性。那么如果你选择了例如SCALANCE X300/400系列的交换机用来连接IO设备，那么VLAN标签的**级的意义就消失了，因为这些交换机默认支持VLAN，而这些交换机恰恰判定VLAN ID=0的数据没有**级，也就是说此时的PN数据只能和普通数据一样，不再被**转发，这意味就显而易见了。*二个问题，可能是困扰大家多的问题，因为它影响现场到底如何安装布线。到底能级联多少？我的答案就是能带多少IO设备就能级联多少IO设备？然而我们需要考虑线型网络末端的IO设备的刷新时间的大小，这就需要一个公式了，也就是说一个IO报文从PLC侧发出，经过若干台交换机，这些交换机是支持C&T或是S&F，那么这个公式就是报文的传输时间，加上经过各个交换机的延迟时间，达到终的设备。这个时间才是你参考的Update time的时间，如果不能满足你的实时性要求，那么这台设备需要在线型拓扑中靠近PLC，也就是你的IO控制器。  

      后，我想谈的就是PROFINET网络如何诊断了，这个是用户经常忽略或者无法正视的问题，因为一旦谈到诊断，那么必然需要全面的IT知识，不像前面所描述的，仅是需要组态和计算，从基本的Ping指令到Wireshark的使用，这些都是*的。但这些往往是用户缺乏的。具体诊断PN网络的方式有很多种，那是根据不同的故障现象采取不同的方法。这里和大家谈谈用户所面临的经常丢站的故障。

      丢站的根本原因就是IO数据没有在时间内出现，也就是**时了，这时会报丢站，OB86被激活。那么什么原因会导致IO数据在时间内不能出现，主要是两种原因，种就是网络拥堵严重，数据不能在时间内到达IO设备，那么这种情况使用Ping指令就可以来判断网络链路的状态；*二种就是数据发生畸变，可能是由于干扰或者安装的线缆短路所致，也就是IO报文的CRC检验出现错误，这种情况可以通过Step7在线查看分布式IO的端口的Statistics或者登陆管理型交换机的网页查看丢站IO设备所对应的端口的Statistics，再或者对于S7-1500来说使用LPNDR功能块来读取对应IO设备的端口的Statistics，来查看是否存在CRC错误。如果存在CRC错误，那么导致的原因就是前面我说的两种原因，干扰或者短路造成的，那么就去查EMC和线缆的状况。当然，Wireshark工具是诊断PN网络的重要的工具，当你具备IT知识的时候，建议你使用Wireshark这个工具去检测和发现网络故障，因为它是良好利器。

       关于PROFINET技术，其实它包罗万象，涉及各种IT知识，当你想理解它时，你就需要理解终端设备，例如：PLC和分布式IO，其实西门子PLC通信原理也是来源于我对PN的研究，然后理解TCP协议，路由协议等等，也就是这一根绿色的网线使我在技术上越走越远，越走越宽。这里我仅仅提到了PROFINET技术的冰山一角，深奥的理论主要集中在IRT上面，需要对其设备集成的交换机内部要有全面的理解，因为IRT需要对时，各个时间片段的计算是非常关键的，在这里我无法一一的给大家说明。而现在由我的同事，网络*冯学卫先生正在网上论坛主持PROFINET通信探秘技术π的活动，他是一位非常的工程师，对于IT和各种网络协议都非常的了解，我们经常在一起讨论关于网络，PN，通信的各种问题，对各种技术细节进行深入的剖析，例如Step7中IO RT的时间预留后台是如何计算的等等。大家如果想