基于PLC的工业以太网控制技术实现.doc

1 中国矿业大学毕业设计 论文 任务书中国矿业大学毕业设计 论文 任务书 任务下达日期 任务下达日期 2004 年年 2 月月 15 日日 设计 论文 日期 设计 论文 日期 2004 年年 2 月月 15 日至日至 2004 年年 6 月月 7 日日 设计 论文 题目 基于设计 论文 题目 基于 PLC 的工业以太网控制技术实现的工业以太网控制技术实现 设计 论文 专题题目 设计 论文 专题题目 设计 论文 主要内容和要求 设计 论文 主要内容和要求 1 S7 系列 PLC 的上位机软件的设计 2 S7 300 系列控制模块的掌握和认识 3 S7 300 系列控制模块的连接和设计 4 基于 S7 300 的工业以太网的设计 5 基于以太网控制的实现 院长签字 指导教师签字 2 中国矿业大学毕业设计 论文 指导教师评阅书中国矿业大学毕业设计 论文 指导教师评阅书 指导教师评语指导教师评语 基础理论及基本技能的掌握 独立解决实际问题的 能力 研究内容的理论依据和技术方法 取得的主要成果及创新点 工作态度及工作量 总体评价及建议成绩 存在问题 是否同意 答辩等 成绩 指导教师签字 年 月 日 3 中国矿业大学毕业设计 论文 评阅教师评阅书中国矿业大学毕业设计 论文 评阅教师评阅书 评阅教师评语评阅教师评语 选题的意义 基础理论及基本技能的掌握 综合 运用所学知识解决实际问题的能力 工作量的大小 取得的主要成果 及创新点 写作的规范程度 总体评价及建议成绩 存在问题 是否同意答辩等 成绩 评阅教师签字 年 月 日 4 计算机科学与技术学院 本科毕业设计 论文答辩委员会审定书 所 提 论 文基于 PCL 的工业以太网控制技术实现 Industrial Ethernet control realization technically base on PLC 符合本科毕业设计论文要求 业经本委员会评审认可 答辩组成员 指导教师 院答辩委员会主任 教授 2004 年 6 月 5 中国矿业大学毕业设计 论文 答辩及综合成绩中国矿业大学毕业设计 论文 答辩及综合成绩 答答 辩辩 情情 况况 回答问题 提 出 问 题 正确 基本 正确 有一 般性 错误 有原 则性 错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩 答辩委员会主任签字 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩 学院领导小组负责人 年 月 日 6 基基于于P PL LC C的的工工业业以以太太网网控控制制技技术术实实现现 Industrial Ethernet control realization technically base on PLC 学生姓名 郭建光Student jianguang guo 指导教师 周勇Advisor yong zhou 中国矿业大学计算机科学与技术学院毕业设计论文 A Thesis Submitted to School of Computer Science and Technology China University of Mining and Technology in Partial Fulfillment of the Requirements for the Undergraduate Thesis in Computer Science June 2004 Xuzhou Jiangsu China 7 2004 年 6 月 摘 要 本论文提出的 基于 PLC 的工业以太网控制的实现 是通过研究工业以太网与 西门子 S7 300 系列 PLC 最终实现交通灯信号控制 安装有 STEP7 软件的上位机通过 以太网与 CPU315 2DP 的以太网部件连接 在 CPU315 之间实现硬件组态 并在计算机 中利用 STEP7 软件编写程序 利用计时器 比较指令等方法模拟交通灯控制 并将此 模拟程序下载到 PLC 的 CPU 中 实现基于 PLC 的工业以太网控制交通灯信号 关键词 工业以太网 PLC STEP7 AbstractAbstract This thesis puts forward of Industrial Ethernet control realization technically base on PLC by study the Ethernet an the SIEMENS series S7 300 PLC realization the transportation light signal control The computer witch installed the software of STEP7 connect with the CPU315 2DPs Ethernet parts by the Ethernet and connect the other hardware Make use of your computer to write the program by the software of STEP7 Make use of the timer comparison instruction etc method to imitates the controls of the transportation light and download the program to the CPU of the PLC Realization Industrial Ethernet to control the transportation light signal base on PLC KeywordsKeywords Industrial Ethernet PLC STEP7 8 目 录 中文摘要 i 英文摘要 ii 目录 vi 表列 x 图列 xii 第一章 工业以太网概述 1 1 1 工业以太网概述 1 1 2 工业以太网的特点 2 1 3 工业以太网的应用情况 3 1 4 工业以太网络的构成 3 1 5 工业以太网重要性能 4 第二章 S7 300 5 2 1 S7 300软件 5 2 2 S7 300的硬件 7 2 3 S7 300的以太网模块 CPU343 9 第三章 基于以太网的交通灯控制系统 12 3 1 系统概述 12 3 2 系统的主要内容 15 3 3 系统的梯形图 17 第五章 结论 23 附录A 符号说明 致谢 24 参考文献 25 英文原文 26 中文译文 44 9 表 列 表 2 1 S7 300技术数据 11 10 图 列 图 2 1 使用STEP7步骤 5 图 2 2 S7组合硬件和软件 6 图 3 1 交通灯网络结构图 12 图 3 2 IP地址分配前 13 图 3 3 IP地址分配后 14 图 3 4 十字路口交通示意图 15 图 3 5 交通灯时序控制 16 图 3 6 SIMATIC Manager编程界面 17 图 3 7 OB1 Network1 18 图 3 8 OB1 Network2 18 图 3 9 FC1 Network1 18 图 3 10 FC1 Network2 19 图 3 3 5 FC1 Network3 19 图 3 11 FC1 Network4 19 图 3 12 FC1 Network5 20 图 3 13 FC1 Network6 20 图 3 14 FC1 Network6 20 图 3 15 FC1 Network7 21 图 3 16 FC1 Network8 21 图 3 17 FC1 Network9 21 图 3 18 FC1 Network10 22 11 图 3 19 Symbols 22 0 第一章工业以太网概述 随着世界范围内网络和信息技术的日趋成熟 在工业通信和自动化应 用中日益采用以太网和TCP IP协议作为最主要的通信接口和手段 向网络 化 标准化 开放性方向发展将是各种控制系统技术发展的主要潮流 以 太网作为目前应用最广泛 成长最快的局域网技术 在工业自动化和过程 控制领域得到了超乎寻常的发展 同时 基于IP的全程一体化寻址 为工 业生产提供的标准 共享 高速的信息化通道解决方案 也必将对控制系 统产生深远的影响 1 1 1 1 工业以太网概述工业以太网概述 构建以现场总线为基础的企业信息网络系统 一直是控制领域的美好 前景 从企业的网络架构来看 一般可分为四层 企业管理层 生产管理 层 过程监控层和现场控制层 传统的控制系统在管理层大都采用以太网 而在过程监控层和现场层一般采用不同的现场总线或其他专用网络 目前 以太网技术正以惊人的速度渗透到网络结构的最底层 控制网中融入IP技 术是值得注意的动向 世界上几乎所有著名的PLC和远程I O供应商都能提 供支持TCP IP协议的以太网接口的产品 这种革命式的变化 大体可归纳 为以下几方面的原因 1 1 1 开放的标准和强大的兼容性带来巨大的发展潜力 近来工业以太网的发展已有取代现场总线的趋势 或者说现场总线的 发展必然向工业以太网靠近 工业以太网因其协议开放而有广泛应用的潜 力 以太网技术标准的开放性保证了未来仍可获得最大限度的技术支持 并可伴随着技术的进步不断提高网络的通信性能 这一点是其他厂家专有 协议网络构架无法比拟的 1 1 2 来自国际标准组织 工业设备制造厂商等的强大的推动力 国际标准组织和行业协会也都看到了工业以太网的巨大潜力 也正在 极力推进在工业中采用以太网和 TCP IP 协议 一些互操作的协议也在制定 中 1 世界知名的工业设备生产制造商开始推出自己的基于以太网的产品 这些产品包括 可编程控制器 集散控制系统和各种智能 I O 这必将促 进不同厂家 不同种类 不同类型的设备非常方便的集成在同一个应用系 统中 并最大限度地消除信息孤岛的产生 1 1 3 来自以太网标准自身的发展潜力 以太网的诞生 为各种应用解决了通信瓶颈 而诸如图像 高速数据 等新的应用 也推动了以太网的发展 它已经成为目前最流行的网络技术 所有的操作系统和应用程序都与以太网兼容 诸如 TCP IP IPX NetBEUI 和 DECNet 之类的上层协议栈也与以太网兼容 1998 年是以太网网络设备 发展的里程碑 使用这种技术的产品达到了 86 以太网正沿着从 10Mbps 100Mbps 直到 10Gbps 的速度快速发展 在工业应用中采用以太网 完全可以充分保障实时性数据的实时传输和通信对带宽的需求 使今天的 应用保持最大的灵活性 并充分保障用户的投资和长远利益 在生产企业 建立以 IP 为核心的信息网络架构 实现各层信息之间的无缝连接 使整个 网络变的信息透明 网络的结构也将变的更加简单 安全 1 1 4 以太网普遍的应用给用户带来极大的便利 以太网已在办公系统中无处不在 有非常多的应用服务 而且也非常 熟悉 在工业环境中使用 可以减少用户对系统的培训时间 调试安装方 便 由于许多企业在自动化层采用与信息层完全相同的网络和协议 从而 使自动化信息可以轻松的集成到工厂的 MIS ERP SCM CRM 系统中 减少 了信息集成的时间费用 简化了企业的复杂的信息级别 同时可以通过 Internet 的优势在世界的任意一个角落可以掌握实时的生产信息 1 21 2 工业以太网的特点工业以太网的特点 工业以太网是一种对网络产品的新的解析 虽然与普通商用以太网符 合同一系列标准 但是由于工业以太网设备的工作环境与办公环境存在较 大差别 二者在各个层面上还是存在着较大的差异 有人对工业以太网设 备与普通商用以太网设备之间的区别做了比较 从表中我们可以看出 工 业以太网设备要求工作温度范围较宽 封装牢固 抗振和防冲击 导轨安 2 装 电源冗余 24V DC 可靠供电以及更高的稳定性和网络冗余等 这是普 通商用以太网系统所不能比拟的 而这一切都是基于工业自动化越来越多 地要求工业以太网解决方案必须满足鲁棒性和可靠性方面的专门需要 1 31 3 工业以太网的应用情况工业以太网的应用情况 工业以太网是基于 IEEE 802 3 Ethernet 的强大的区域和单元网络 利用工业以太网 SIMATIC NET 提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的 途径 企业内部互联网 Intranet 外部互联网 Extranet 以及国际互联 网 Internet 提供的广泛应用不但已经进入今天的办公室领域 而且还可 以应用于生产和过程自动化 继 10M 波特率以太网成功运行之后 具有交 换功能 全双工和自适应的 100M 波特率快速以太网 Fast Ethernet 符合 IEEE 802 3u 的标准 也已成功运行多年 采用何种性能的以太网取决于 用户的需要 通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术 为用户带来的利益 市场占有率高达 80 以太网毫无疑问是当今 LAN 局域网 领域中首屈一指的网络 以太网优越的性能 为您的应用带来 巨大的利益 通过简单的连接方式快速装配 通过不断的开发提供了持续的兼容性 因而保证了投资的安全 通过交换技术提供实际上没有限制的通讯性能 各种各样联网应用 例如办公室环境和生产应用环境的联网 通过接入 WAN 广域网 可实现公司之间的通讯 例如 ISDN 或 Internet 的接入 SIMATIC NET 基于经过现场应用验证的技术 SIMATIC NET 已供应多于 400 000 个节点 遍布世界各地 用于严酷的工业环境 包括有高强度电 磁干扰的区域 1 41 4 工业以太网络的构成工业以太网络的构成 1 一个典型的工业以太网络环境 有以下三类网络器件 网络部件 连接部件 FC 快速连接插座 ELS 工业以太网电气交换机 3 ESM 工业以太网电气交换机 SM 工业以太网光纤交换机 MC TP11 工业以太网光纤电气转换模块 通信介质 普通双绞线 工业屏蔽双绞线和光纤 2 SIMATIC PLC 控制器上的工业以太网通讯外理器 用于将 SIMATIC PLC 连接到工业以太网 3 PG PC 上的工业以太网通讯外理器 用于将 PG PC 连接到工业以太网 1 51 5 工业以太网重要性能工业以太网重要性能 为了应用于严酷的工业环境 确保工业应用的安全可靠 SIMATIC NET 为以太网技术补充了不少重要的性能 工业以太网技术上与 IEEE802 3 802 3u 兼容 使用 ISO 和 TCP IP 通 讯协议 10 100M 自适应传输速率 余 24VDC 供电 简单的机柜导轨安装 方便的构成星型 线型和环型拓扑结构 高速冗余的安全网络 最大网络重构时间为 0 3 秒 用于严酷环境的网络元件 通过 EMC 测试 通过带有 RJ45 技术 工业级的 Sub D 连接技术和安装专用屏蔽电缆的 Fast Connect 连接技术 确保现场电缆安装工作的快速进行 简单高效的信号装置不断地监视网络元件 符合 SNMP 简单的网络管理协议 可使用基于 web 的网络管理 使用 VB VC 或组态软件即可监控管理网络 4 第二章s7 300 2 12 1 S7 300S7 300 的软件的软件 STEP 7 是用于 SIMATIC S7 300 400 站创建可编程逻辑控制程序的标准软 件 可使用梯形逻辑 功能块图或语句表 使用 STEP 7 软件 可以在一个项目下生成你的 S7 程序 S7 可编程控制器 包括一个供电单元 一个 CPU 以及输入和输出模板 I O 模板 可编程逻辑控制器 PLC 用 S7 程序监视和控制你的机器 在 S7 程序中通 过地址寻址 I O 模板 图 2 1 使用STEP7步骤 如果要生成一个使用了许多输入和输出的综合程序 我们最好先作组 态硬件 这样的优势在于 STEP7 在硬件的组台编辑器中显示可能的地址 如果你选择第二项 则要自记决定每个地址 只能依据你所选的组件 而 不能通过 STEP7 调入这些地址 在硬件组态中 你不仅可以定义地址 还 可一修改模板的参数和特性 例如 如果要操作几个 CPU 则必须区分各 个 CPU 的 MPI 地址 5 SIMATIC 管理器是一个中央窗口 STEP7 启动时激活 缺省设置启动 STEP7 助手 它可以在创建项目是给你支持 项目结构用来以一定的顺序 保存和排列所有数据和程序 STEP7 支持用符号编程 在 OB1 中创建程序 在 STEP7 中 可以用标准语言梯形逻辑 LAD 语句表 STL 或功能块图 FBD 生成 S7 程序 在实际中你必须决定使用哪种语言 一般使用梯形 逻辑 LAD 和语句表 STL 的比较多 而且在 SIMATIC 管理器中各种语 言之间可以互相转换 这样就能够各种语言之间互补编程了 S7 程序中 你可以创建有功能块和数据块的程序 功能块 FB 在程序 的分级结构中位于组织块之下 它包含程序的一部分 这部分程序可以在 OB1 中被多次调用 功能块的所有形参和静态数据都存储在一个单独的 被指定给该功能块的数据块 OB 中 为使你以后能在 OB1 中编写调用功 能块的指令 必须生成相应的数据块 一个背景数据块 OB 总是被指定 给一个功能块 组态硬件 一旦你创建了一个有SIMATIC站的项目 就可以组态硬件了 硬件使用STEP7组态 这些组态数据以后可以通过下载传送到可编程控制器 在实际当中 为对错误作出快速反应 可以使用拖放功能将块一个一个地 传送到CPU 为测试目的还可能需要修改已经下载到CPU的快 要这么作 在在线窗口双击所需要的块 打开LAD STL FBD编程窗口 然后像往常一样 编程该块 这个编完的块会立即在CPU中生效 6 图 2 2 S7组合硬件和软件 2 22 2 S7 300S7 300硬件硬件 1 1 S7 300S7 300 概述 概述 S7 300 是模块化小型 PLC 系统 能满足中等性能要求的应用 SIMATIC S7 300 可编程序控制器是模块化结构设计 各种单独的模块之间 可进行广泛组合以用于扩展 2 2 S7 300S7 300 系统组成 系统组成 中央处理单元 CPU 各种 CPU 有各种不同的性能 例如 有的 CPU 上集成有输入 输出点 有的 CPU 上集成有 PROFIBUS DP 通讯接口 等 信号模块 SM 用于数字量和模拟量输入 输出 通讯处理器 CP 用于连接网络和点对点连接 功能模块 FM 用于高速计数 定位操作 开环或闭环定位 和闭环控制 负载电源模块 PS 用于将 SIMATIC S7 300 连接到 120 230 伏 交流电源 或 24 48 60 110 伏直流电源 接口模块 IM 用于多机架配置时连接主机架 CR 和扩展机 架 ER S7 300 通过分布式的主机架 CR 和 3 个扩展机架 ER 可以操作多达 32 个模块 运行时无需风扇 SIMATICS7 300 适用于通用领域 高电磁兼容性和强抗振动 冲击性 使其具有最高的工业环境适应 性 3 3 S7 300S7 300 有两种类型 有两种类型 标准型 温度范围从 0 到 60 环境条件扩展型 温度范围从 25 到 60 更强的耐受振动和污染 特性 4 4 S7 300S7 300 功能 功能 SIMATIC S7 300 的大量功能支持和帮助用户进行编程 启动和维护 高速的指令处理 0 6 0 1 s 的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全 新的应用领域 7 浮点数运算 用此功能可以有效地实现更为复杂的算术运算 方便用户的参数赋值 一个带标准用户接口的软件工具给所有模块进行参数赋值 这样就节 省了入门和培训的费用 人机界面 HMI 方便的人机界面服务已经集成在 S7 300 操作系统内 因此人机对话 的编程要求大大减少 SIMATIC 人机界面 hmi 从 S7 300 中取得数据 S7 300 按用户指定的刷新速度传送这些数据 S7 300 操作系统自动地处理数 据的传送 诊断功能 CPU 的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常 记录错误和 特殊系统事件 例如 超时 模块更换 等等 口令保护 多级口令保护可以使用户高度 有效地保护其技术机密 防止未经允 许的复制和修改 操作方式选择开关 操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出 当钥匙拔出时 就不能改变 操作方式 这样就防止非法删除或改写用户程序 5 5 S7 300S7 300 通讯通讯 SIMATIC S7 300 具有多种不同的通讯接口 多种通讯处理器用来连接 AS I 接口 和工业以太网总线系统 串行通讯处理器用来连接点到点的通讯系统 多点接口 MPI 集成在 CPU 中 用于同时连接编程器 PC 机 人机 界面系统及其他 SIMATICS7 M7 C7 等自动化控制系统 CPU 支持下列通讯类型 过程通讯 通过总线 AS I 或 PROFIBUS 对 I O 模块周期寻址 过 程映象交换 数据通讯 在自动控制系统之间或人机界面 HMI 和几个自动控制 系统之间 数据通讯会周期地进行或被用户程序或功能块调用 6 6 S7 300S7 300 结构结构 DIN 标准导轨安装 只需简单地将模块钩在 DIN 标准的安装导轨上 转动到位 然后用螺栓锁紧 8 集成的背板总线 背板总线集成在模块上 模块通过总线连接器 相连 总线连接器插在机壳的背后 更换模块简单并且不会弄错 更换模块时 只需松开安装螺钉 很简单地拔下已经接线的前连接器 在连接器上的编码防止将已接线 的连接器插到其他的模块上 可靠的接线端子 对于信号模块可以使用螺钉型接线端子或弹簧 型接线端子 TOP 连接 采用一个带螺钉或夹紧连接的 1 至 3 线系统进行预接线 或者直接在信号模块上进行接线 确定的安装深度 所有的端子和连接器都在模块上的凹槽内 并 有端盖保护 因此所有的模块都有相同的安装深度 没有槽位的限制 信号模块和通讯处理模块可以不受限制地插到任何 一个槽上 系统自行组态 2 32 3 S7S7 300300 的以太网模块的以太网模块 CP343 CP343 CP343 1 用于将 SIMATIC S7 300 连接到工业以太网 10 100Mbit s 通讯速率自检测 支持全双工 半双工连接 RJ45 接口 可调整的 Keep Alive 功能 可通过网络进行远程编程和调试 基于 SNMP 的远程诊断 通过 S7 路由实现网络间的 PG OP 通讯 通讯服务通讯服务 TCP IP 和 UDP 传输协议 PG OP 通讯 S7 通讯 S5 兼容通讯 客户收益客户收益 9 直接将 S7 300 集成到 100Mbit s 的工业以太网中 对复杂系统也一样 通过使用 S5 兼容通讯 实现对现有投资的保护 没有槽位规则 使用灵活 基于 TCP IP 协议 可通过广域网 WAN 进行远程编程 也可以使用电 话连接 例如 ISDN 最多可访问 16 个 SIMATIC S7 300 上的操作员接口系统 无需 RFC 1006 也可以使用合作伙伴系统中的插座接口 可以通过工业以太网直接调试 即不需要现场 PG 应用应用 通过 CP343 1 自带的微处理器 可以减轻 CPU 的通讯任务 并可建立附加 的连接 通过 CP343 1 S7 300 可以与以下设备通讯 编程设备 处理器和 HMI 设备 其他 SIMATIC S7 系统 SIMATIC S5 PLC 设计设计 CP343 1 提供 SIMATIC S7 300 系统设计的所有优点 设计紧凑 坚固的塑料外壳 15 针 Sub D 接口 可实现 AUI 和双绞线接口的自动转换 RJ45 接口用于连接到工业以太网 安装简便 可直接安装在 S7 300 DIN 导轨上 运行时不需要风扇 不需要后备电池 可用于扩展机架 需与 IM360 361 一起使用 更换 CP343 1 模块时不需要 PG 功能功能 CP343 1 通过自带的微处理器 独立的处理工业以太网上的数据通讯 层 1 至层 4 符合国际标准 支持 ISO TCP IP 和 UDP 的多协议运行 CP343 1 拥有一个预设的唯一 IP 地址 可通过网络直接投入运行 对下列通讯服务来说 CP343 1 工作在多协议操作状态 10 PG OP 通讯 S7 通讯 S5 兼容通讯 诊断诊断 通过 NCM S7 提供丰富的诊断功能 CP 的状态模式 普通的诊断和统计功能 连接的诊断 LAN 控制器统计信息 诊断缓存区 配置配置 配置 CP343 1 需要 STEP 7 V5 2 或更高版本 或者使用用于工业以太 网的 NCM S7 NCM S7 完全嵌入在 STEP 7 环境中 从 STEP 7 NCM S7 版本 5 起 CP 的组态数据也可存储在 CPU 中 并在 断电的过程中保持完整 所有 S5 兼容通讯所需的功能块 FC 和可编程块通讯 S7 客户端 都 包括在 NCM S7 的供货范围内 用于工业以太网的 Socket 接口允许使用 TCP IP 的计算机传送数据 用户可以在这个接口上编制自己的协议 PC 和 UNIX 系统通常具有这接口 在 SIMATIC S7 SEND RECEIVE 功能模块用于访问 TCP IP 用于工业以太 网的 MAP 3 0 使用 MMS 接口作为用户接口 传输速率10 100Mbit s 自感应 接口 通讯接口 供电接口 RF45 2 针插入式端子 供电电压 5V DC 5 和 24V DC 5 电流消耗 背板总线 外部 24V 供电 200mA 160mA 标准 200mA 最大 功率消耗 5 8W 环境条件 工作温度 运输温度 0 60 40 70 11 相对湿度最大 95 25 时 设计 尺寸 W H D 重量 80 125 120 600g 配置软件工业以太网用 NCM S7 连接数 S7 连接 PG OP 连接 多协议总连接数 16 16 32 表 2 1 S7 300 技术数据 第三章 基于以太网的交通灯控制系统 3 13 1 系统的概述系统的概述 工作站 以太网 CP343 CPU315 2DP CPU315 2DP ET200M IM153 交通灯 图 3 1 交通灯网络结构图 计算机 工作站 通过以太网访问安装了以太网单元的 PLC 可以使 用 STEP7 进行编程和调试 计算机和 PLC 通过工业以太网进行通信 3 1 13 1 1 配置配置 STEPSTEP 7 7 首先分配地址首先分配地址 为了连接 最初的地址 和配置 CP 你需要 STEPT 7 配置软件 V5 1SP2 或者更高的版本 工业以太网的 NCM S7 PROFIBUS 是作为 STEP 7 选项被安装的因此完整 STEP 7 NCM S7 也允许你直接访问 NCM 诊断在开始菜单和固件加载器 3 3 23 3 2 地址分派的重要性地址分派的重要性 MAC MAC 地址和地址和 IPIP 地址地址 12 CP 装载着一个出厂设置 MAC 地址 若没有更深入的配置 装置只能利 用 MAC 地址被通过以太网访问 在它的最初的情形 经 CP 用 ISO 协议和出厂设置 MAC 地址你已经能使 用下列各项功能 下载定义配置到 CP 或者 CPU 运行在 CP 或者 CPU 上的诊断 在你能利用一个 IP 地址下载定义配置数据到设备之前 你必须先分配 一个 IP 地址到 CP 3 1 33 1 3 分配地址分配地址 选择和推荐选择和推荐 在 STEP 7 里有 3 个方法去分派这个地址 1 在 SIMATIC Manager 里通过选择目标系统寻址 这个选项允许你分配地址在没有建立一个 STEP 7 项目时 这是有用的 例如 如果你想下载配置数据你创造脱机 S7 300 位置 1 打开 SIMATIC Manager 2 选择菜单命令 PLC 赋值以太网地址 图 3 2 IP地址分配前 3 开始网络搜查可用到的模块在选择 浏览 按钮 4 选择有匹配 MAC 地址从成分列出的 CP 13 5 输入必需的 IP 参数并分配他们到 CP 结果 CP现在可理解的在工业以太网使用这个IP地址 图 3 3 IP 地址分配后 2 利用道具会话寻址在 HW Config 或者 NetPro 这个选项假定那 CP 是网络在 STEP 7 中 这个方法的优势是 IP 参数设 置在构造时在 STEP 7 NetPro 能被使用 在 寻址 表格 你分配先前配置的 IP 地址和 IP 参数到 CP 14 只有那样才能用 PG PC 配下载配置数据到 CP 1 打开 SIMATIC Manager 2 对你的 S7 300 位置定义构造以适当的成分在 HW 配置在一个现有 或者新创造项目 3 当你创造这个 CP 343 1 时 网络有一个工业以太网子网 当你创 建 CP 在 HW 配置时 会话展示在那个你能够连接的装置和分配那 IP 地址 4 选择 寻址 表格在你想寻址的 CP 343 1 的道具会话中 5 为可用到的模块开始一个网络搜索通过选择 浏览 按钮 6 从列出成分中选择带有那匹配 MAC 地址的 CP 7 单击相应的按钮从网络分配 IP 参数到 CP 3 利用 ISO 协议下载配置数据 另外的选择是利用 ISO 协议来下载配置数据有定义 IP 地址 3 1 43 1 4 需求需求 在你能够分配地址作为这里的描述之前 CP 必须能够联机 手段 1 以太网网络配件必须已经存在 那通道里必须是没有路由器在子网之间 的 2 你的 PG PC 上的以太网端口必须是 STEP 7 支持的 3 DLC 协议 数据链路控制 是必须为以太网分界面安装的 如果你的 PG PC 没有安装 DLC 协议 当你选择在这描述的菜单命令时 将会出现一个错误信息 你必须为你的以太网分界面安装 DLC 协议 控制 面板 网络 协议 3 23 2 系统主要内容 系统主要内容 1 控制要求 控制开关接通后 东西 马路 绿灯亮 30S 后灭 黄灯亮 10S 后灭 红灯亮 28S 后灭 对应东西绿 黄灯亮时南北 人行道 红灯 亮 40S 接着南北黄灯亮 10S 接着南北绿灯亮 15S 后闪 3S 灭 红灯亮 循环 2 I O 设备 输入设备 控制开关 SB1 15 输出设备 东西绿灯 HL1 东西黄灯 HL2 东西红灯 HL3 南北绿灯 HL4 南北黄灯 HL5 南北红灯 HL6 人行道 信 号 灯 马路 信 号 灯 图 3 4 十字路口交通示意图 系统目的 用 PLC 控制十字路口交通灯系统 实现交通信号灯正确不误地循环地 控制交通 为了马路的交通畅通 马路上的汽车和过马路的人群要实现分 流控制 分流有 2 种方法 时间分流 空间分流 因为人行道在马路上所 以不存在空间分流的可能 剩下的时间分流是唯一的选择 马路上车辆来 往的交通相对于人行道的交通更加繁忙和重要 在考虑时间分流的时候应 该优先考虑车辆来往的交通并给与更多的通行时间 而相对分配给人行道 通行的时间应该要少点 但是也要保障行人有足够的时间穿越马路 马路 上的汽车质量大运行时候的速度高要从运行当中停止下来的话需要一定的 缓冲时间与距离 在人行道允许通行前马路上的交通需要提前缓冲停止 而人们行走速度慢可以迅速制动 所以人行道的交通不需要缓冲 我们引 入闪烁的黄灯示意危险让马路上的车辆先制动 当车辆经过缓冲时间停下 来的时候 人行道的正好允许通行 又因为人们走路速度慢横跨马路需要 一定的时间 为了不让过马路的行人阻碍马路上汽车的启动 我们让人行 道的绿灯在最后几秒闪烁示意过马路的人群加快速度抓紧时间过马路 16 绿灯 30S 黄灯红灯 绿灯 红灯绿灯红灯 10S 10S15S3S 绿灯闪烁 0 5S通 0 5S断 按下过街按钮 黄灯 图 3 5 交通灯时序控制 PLC 控制交通信号灯的意义 将 PLC 用于对交通信号灯的控制 主要是考虑其具有对使用环境适应 性强的特性 同时其内部定时器资源十分丰富 可对目前普遍使用的 渐 进式 信号灯进行精确控制 特别对多岔路口的控制可方便的实现 目前 大多品牌的 PLC 内部均配有实时时钟 通过编程控制可对信号灯实施全天 候无人化管理 由于 PLC 本身具有通讯联网功能 将同一条道路上的信号 灯组成一局域网进行统一调度管理 可缩短车辆通行等候时间 实现科学 化管理 3 33 3 系统的梯形图系统的梯形图 梯形图 LAD 是 STEP7 编程语言的一种 在 STEP7 编程环境中我们可 以选择用什么语言编写程序 由于梯形图可读性强一般都使用梯形图编程 下面是利用 STEP7 编程软件 SIMATIC Manager 的编程界面 还显示了本次 交通信号灯控制的部分梯形图 17 图 3 6 SIMATIC Manager 编程界面 交通信号灯控制思路 经过分析交通信号灯每个周期需要 68S 所以 我利用计时器计时 68 秒然后将计时器清零 重新开始计时实现循环 使用 比较指令使得交通灯的各方向的颜色灯在每个周期的一定时间内发亮 而 实现交通信号灯的控制 具体的梯形图编程如下 组织模块编程 组织模块编程 1 控制开始 图 3 7 OB1 Network1 2 计时器清零 利用 CMP I 整数比较指令比较临时变量 MW200 和 68 的 当 IN1 的 输入 MW200 IN2 的输入 68 的时候 比较指令输出为 1 即此时 赋值指令的 EN 输入端 1 则执行赋值指令 IN 0 被赋值到当前打开 的数据块的中间变量 MW200 中 因为 WM200 这个临时变量作为计数器的计 18 时 所以有计时器清零 图 3 8 OB1 Network2 功能模块编程 功能模块编程 3 计时 ADD I 整数加法指令 可以由使能 EN 输入端的逻辑 1 信号激活 该指令可以使 IN1 和 IN2 相加 并在 OUT 扫描运算结果 此时 IN1 MW200 加上 IN2 1 赋值到 OUT MW200 中 即使临时变量 MW200 形成累加算法 如果累加后的结果在整数的允许范围之外 则 ENO 输出 1 执行比较指令 如果临时变量 MW200 68 则运行赋值指令 使 MW200 0 即计数器清零 图 3 9 FC1 Network1 4 东西绿灯 使用 2 个整数比较指令 限定东西绿灯的时间 当 MW200 小于或者等 于 30 的时候再比较 MW200 是否大于 0 若成立东西绿灯亮 此时 0 MW200 30 19 图 3 10 FC1 Network2 5 东西黄灯 使用 2 个比较指令使得当 30 MW200 40 的时候让东西黄灯亮 图 3 11 FC1 Network3 6 东西红灯 使用 2 个比较指令使得当 40 MW200 68 的时候东西红灯亮 图 3 12 FC1 Network4 7 南北红灯 使用 2 个比较指令使得当 0 MW200 40 的时候南北红灯亮 20 图 3 13 FC1 Network5 8 南北黄灯 使用 2 个比较指令使得当 40 MW200 50 的时候南北黄灯亮 图 3 14 FC1 Network6 9 南北绿灯 使用 2 个比较指令使得当 50 MW200RUN offonoffRunning RUN offonflashing 0 5 Hz Stopping RUN STOP offoffflashing 0 5 Hz Ready for firmware loading this mode is active for ten seconds following power up when the mode selector is set to STOP onoffflashing 0 5 Hz Waiting for firmware update CP currently has an incomplete or incorrect firmware version offoffon Stopped STOP In the STOP mode 36 configuring and performing diagnostics on the CP remain possible onoffon Stopped STOP with errors In this state the CPU or intelligent modules in the rack remain accessible using PG functions flashing 0 5 Hz flashing 0 5 Hz flashing 0 5 Hz Module error system error1 CP Communication State In addition to the LEDs that signal the CP state the front panel also includes LEDs that provide information about the status of the CP interface to Industrial Ethernet Table 7 2 Front panelRJ 45 jackMeaning LED on LINK LED green Signals an existing connection to ITP TP RX TX LED green Flashing CP sending receiving via TP ITP AUI FAST LED green Signals an existing connection to ITP TP at 100 Mbps Fast Ethernet FD LED green Signals an existing full duplex connection Note Read the explanations of the operating modes in the NCM S7 for Industrial Ethernet manual Controlling the Operating Mode There are different ways in which you can control the mode of the CP as follows Mode selector SIMATIC Manager in STEP 7 To control the mode from STEP 7 NCM S7 the mode selector must be set to RUN Mode selector With the mode selector you can set the following modes Switch from STOP to RUN The CP reads the configured and or modified data into the work memory and then changes to the RUN mode 37 Note The modes can only be controlled using NCM S7 or the SIMATIC Manager when the selector is set to RUN Switch from RUN to STOP The CP changes to STOP with the following results Established connections are terminated In the STOP mode configuring and performing diagnostics on the CP remain possible Note Read the sections about downloading configuration data to the CP in the NCM S7 for Industrial Ethernet manual 2 8 Performance Data 8 1 General Characteristics Table 8 1 CharacteristicExplanation Values Total number of connections on Industrial Ethernet32 maximum 8 2 Characteristics of S7 Communication Table 8 2 CharacteristicExplanation Values Number of connections for S7 communication on Industrial Ethernet The number depends on the CPU type being used Please refer to 1 for the values for your CPU 8 3 Characteristics of Connections SEND RECEIVE Interface Table 8 3 CharacteristicExplanation Values Number of ISO transport connections ISO on TCP connections TCP connections UDP connections in total 16 maximum Note All UDP connections are also possible in the multicast mode Max data length for blocks AG SEND V4 0 and higher and AG RECV V4 0 and higher AG SEND and AG RECV allow the transfer of data fields of between 1 and 240 bytes 1 to 8192 bytes for ISO transport ISO on TCP TCP 1 to 2048 bytes for UDP Restrictions for UDP Transfer is not confirmed The transmission of UDP frames is unconfirmed in other words the loss of messages is not detected or displayed by the send blocks AG SEND 38 Data field length No reception of UDP broadcast The maximum length of the data fields is 2048 bytes To avoid overload resulting from a high broadcast load the CP does not permit reception of UDP broadcast Reaction times on ISO Transport ISO on TCP