LC网络通信功能及其应用.ppt

第八章 PLC网络通信功能及其 应用 8.1 常用现场总线介绍 8.2 PROFIBUS现场总线技术简介 8.3 PROFIBUS网络连接实例 8.1 常用现场总线介绍 现场总线是20世纪80年代中期在国际上发展 起来的。随着微处理器与计算机功能的增强和价 格的降低，计算机网络得到迅速发展，而处于生 产过程底层的测控自动化系统仍采用一对一连线 ，用电压、电流的模拟信号进行测量和控制，难 以实现设备与设备之间以及系统与外界之间的信 息交换，使自动化系统成为“信息孤岛”。要实现 整个企业的信息集成和综合自动化，就必须设计 出一种能在工业现场环境运行的、性能可靠的、 造价低廉的通信系统，形成现场的底层网络，完 成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底 层设备之间以及生产现场与外界之间的信息交换 。现场总线就是在这种实际需要的驱动下应运而 生的。 现场总线的国际标准 从1984年IEC（国际电工委员会）开始制定现场总线国际标准至今，争夺现场总线国际标准的大战持续了16年之久。先后经过9次投票表决，最后通过协商、妥协 ，于1999年底IEC TC65（负责工业测量和控制的第65标准化技术委员会）通过了8种类型的现场总线作为IEC61158国际标准。 （1）类型1 IEC技术报告（即FF的H1）； （2）类型2 ControlNet（美国Rockwell公司支持）； （3）类型3 Profibus（德国Siemens公司支持）； （4）类型4 P-Net（丹麦Process Data公司支持）； （5）类型5 FF HSE（即原FF的H2，Fisher-Rosemount等公司支持）； （6）类型6 Swift Net（美国波音公司支持）； （7）类型7 World FIP（法国Alstom公司支持）； （8）类型8 Interbus（德国Phoenix Contact公司支持）。 加上IEC TC17B通过的三种现场总线国际标准，即SDS（Smart Distributed System）、ASI（Actuator Sensor Interface）和DeviceNet，此外，ISO还有一个ISO 11898的CAN（Control Area Network），所以一共有12种之多。现场总线的国际标准虽然制定出来了，但是它与IEC（国际电工委员会）于1984年开始制定现场总 线标准时的初衷是相违背的。 8.2 PROFIBUS现场总线技术简介 1. 概述 在传统的自动化工厂中，位于生产现场的许多设备和装置，当这些装 置和设备相距较远、分布较广时，人们迫切需要一种可靠、快速、能经 受工业现场环境的低廉的通信总线，将分散于现场的各种设备连接起来 ，对其实施监控。现场总线(Field Bus)就是在这样的背景下产生的。 现场总线是“安装在过程区域的现场设备/仪 表与控制室内的自动控制装置/系统之间的 一种串行、数字式、多点通信的数据总线” 。 2. 现场总线的主要特点 (1) 全数字化通信。只用一条通信电缆就可以将控制 器与现场设备连接起来，实现了检错、纠错功能，提高了 可靠性。 (2) 可以实现彻底的分散性和分布性。 (3) 有较强的信息集成能力，实现设备状态故障、参 数信息的一体化传送。 (4) 节省连接导线，降低安装和维护费用。 (5) 具有互操作性和互换性。不同生产厂家的性 能类似的设备都可以进行互换。 3. 现场总线的类型 目前，国际上有多种现场总线的企业、集团、国家和国际 性组织，并有相应的现场总线标准和配套的专用集成电路供 用户开发产品。现今较流行的现场总线主要有： * 基金会现场总线(Foundation Fieldbus，FF) * 过程现场总线(Process Field Bus，PROFIBUS) * 控制器区域网络(Controller Area Network，CAN)。 PROFIBUS（西门子过程现场总线) PROFIBUS在世界市场上所占的份额高达21.5， 居于所有现场总线之首。 PROFIBUS是一种开放式的现场总线标准，由主站和从站 组成，主站能够控制总线，当主站获得总线控制权后，可以主 动发送信息。从站通常为传感器、执行器、驱动器和变送器。 它们可以接收信号并给予响应，但没有控制总线的权力。当主 站发出请求时，从站回送给主站相应的信息。PROFIBUS除了 支持这种主从模式外，还支持多主多从的模式。 (1) PROFIBUS的组成。PROFIBUS包括3个相互兼容的部分 ： PROFIBUS-DP(Distributed Periphery)。 它可以用于PLC与分散的现场设备进行通信。 PROFIBUS-PA(Process Automation)。它是专为过 程自动化所设计的协议，可用于安全性要求较高的场合 。 PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification)。 可以用于车间级监控网络。对于FMS而言，它考虑的主 要是系统功能而不是响应时间，FMS通常用于大范围、 复杂的通信系统。 (2) PROFIBUS协议结构： PROFIBUS协议以ISO/OSI参考模型为基础，第 1层为物理层，定义了物理的传输特性；第2层为数 据链路层；第36层PROFIBUS未使用；第7层为应 用层，定义了应用的功能。这种简化的结构确保了 PROFIBUS -DP的快速、高效的数据传输。 (3)PROFIBUS网络部件 1). 通信口 西门子公司PLC的CPU模块上的通信口是与RS-485 兼容的9针D型连接器。 2). 网络连接器 利用西门子公司提供的两种网络连接器可以把多个设 备很容易地连到网络中。两种连接器都有两组螺钉端子 ，可以连接网络的输入和输出。一种连接器仅提供连接 到CPU的接口，而另一种连接器增加了一个编程器接口. 网络连接器 3)网络中继器 利用中继器可以延长网络距离，增加接入网络的设备 ，并且提供了一个隔离不同网络段的方法。波特率为9600 b/s时，PROFIBUS允许一个网络段最多有32个设备，最 长距离是1200 m，每个中继器允许给网络增加另外32个设 备，最多可以使用9个中继器，网络总长度可增加至9600 m。 4) S7-300通信处理器模块 CP342-5 DP CP342-5 DP是为把S7-300系列PLC连接到西门子网络 上而设计的成本优化的通信模块。它是一个智能化的通信 模块，能大大减轻CPU的负担，也支持很多其它通信电路 。 CP342-5 DP主要技术数据如下： (1) 用户存储器(Flash EPROM)128 KB； (2) SINEC L2 LAN标准符合DIN 19245； (3) RS-485传输方式，波特率为9.61500 kb/s； (4) 可连接的设备数量达127个。 8.3 PROFIBUS网络连接实例 通过CP342-5的主从连接 通过PROFIBUS-DP连接智能从站（S7-300之间的一对一相互连接，使用CP342 -5模块，一个做主站，一个做从站） （1）概述 CP342-5是S7-300系列的PROFIBUS通信模块，带有PROFIBUS接口，可以作为 PROFIBUS-DP的主站或从站，只能在S7-300的中央机架上使用，在使用CP342 -5进行通信时需要调用通信功能FC1和FC2，同时要在主站和从站上建立通信 的发送缓冲和接收缓冲。 （2）网络配置情况 使用两台带有CP342-5模块的PLC分别作为主站和从站组成网络。使用 PROFIBUS总线将两台PLC相连接。 （3）网络组态及参数设置 1）主站 在STEP7中建立项目DP_Test_01，加入S7-300站并命名为MASTER，在硬件组态部分加入相应的模块，新建PROFIBUS-DP子网，将CP342-5的网络操作模式设置 为主站（如图8-1至8-3所示）。 在主站程序部分插入两个共享数据块DB1和DB2，分别作为主站的发送缓冲和接收缓冲。 建立子网 设定为主站 组态好的主站示意图 2）从站 在项目DP_Test_01中加入S7-300站并命名为SLAVE，在硬件组态部分加入相应模块，将CP342-5的网络操作模式设置为从站。 在从站程序部分插入两个共享数据块DB1和DB2，分别作为从站的发送缓冲和接收缓冲。 将从站与刚才建立的子网连接 组态好的从站 3）组态网络 打开MASTER的硬件组态，将组态好的SLAVE从PROFIBUS从站列表中加入到主站的网络中，使SLAVE成为MASTER的一个从站。 选择从站，组态通信接口区，插入两个通信接口并设置成为10字节的输入和10字节的输出。 将所有的组态数据下载到各个站上就可以进行编程了 将从站加入主站系统 带从站的主站组态 为从站添加通讯区 双击并组态通讯区 4）编程 在S7-300中在使用CP342-5模块进行通信时，在网络组态时设定的从站通信接口只是主站的虚拟地址映射区，而不占用S7-300的实际I/O区。虚拟地址的输入 区和输出区要分别调用FC1（DP_SEND）和FC2（DP_RECV）进行访问。在FC1中：CPLADDR是CP342-5所在插槽的地址（16进制，图8-11中的地址必须进行转换）， SEND为发送缓冲的地址，DONE在发送成功时为1，ERROR为错误位，STATUS为发送状态字；在FC2中：CPLADDR是CP342-5所在插槽的地址（16进制，图8-11中的地址 必须进行转换），RECV为接收缓冲的地址，NDR在接收到数据时为1，ERROR为错误位，STATUS为接收状态字，DPSTATUS为DP网络状态字。注意在使用时CP342-5和 CP442-5所使用的FC1及FC2有所区别，CP342-5的通讯块在CP300目