PLC网络系统手册.doc

OPC服务器SIEMENS工业以太网Profibus-DP现场总线ASI现场总线SIEMENS-S7400、S7300控制对象概述湖南工程学院多功能PLC网络实验系统目 录第一章 系统总述1 网络结构2 硬件及软件结构第二章 SIEMENS工业以太网1 SIEMENS工业以太网的硬件结构2 SIEMENS工业以太网的软件支持3 关于OPC服务器第三章 Profibus-DP现场总线1 DP总述2 本系统的DP拓扑结构3 关于SIEMENS S7400、S7300的DP支持4 关于西门子MM420变频器5 MP270触摸屏第四章 ASI工业现场总线1 ASI网关2 LOGO与ASI第五章 监控软件-组态王的相关介绍（详见组态王手册）第六章 系统中的各控制对象介绍1 交通灯2 挖土机3 天车4 变频器5 两轴位移6 炉温控制7 直流发电8 电梯9 ASI-4I/4O模块、ASI光电开关、ASI接近开关第七章 系统操作中的注意事项第一章 系统总述本系统通过网络分层控制各被控对象，最后在用户终端（上位机CRT）上监视和操作被控对象；涉及到OPC服务器、工业以太网、Profibus-DP现场总线、ASI现场总线、PLC编程、触摸屏组态、网络数据交换、PLC数据交换、监控软件组态等多方面的题材，综合性强；实用性强，能全方位地锻炼试验者的综合动手能力，并有效地将抽象的书本理论知识具体化，成为高级课题不可多得的实验工具。1.1 网络结构详见图1-1操作员站以太网工程师站412-2DP编程站Profibus-DP总线315-2DPDP/ASI网关触摸屏软启动变频器ET200各控制对象4I/4OASI总线接近开关光电开关控制对象LOGOLOGO（图1-1）网络结构示意图1.2 硬件及软件结构最上一层为SIEMENS工业以太网，该网络上有两台计算机，分别为工程师站和操作员站，工程师站安装有监控软件组态王运行狗，负责整个监控系统的运行；同时作为OPC服务器，负责与Profibus主站-西门子S7400系列可编程CPU412-2DP交换数据，使组态王的变量与PLC中的各个控制点关联起来。工程师站、操作员站、CPU412-2DP是通过SIEMENS工业以太网电气链路模块（相当于HUB）6GV1 105-3AA0互相连接通讯；其中工程师站和操作员站分别装有SIEMENS专用工业以太网卡CP1612；而CPU412-2DP则是通过CP443-1工业以太通讯模块连接。（该模块的作用相当于PLC的以太网卡），同时CPU412-2DP是OPC客户端。在以太网中是通过各站点的IP地址来标识身份的，本系统的IP地址分别为：工程师站：140.80.0.10操作员站：140.80.0.11 CP443-1：140.80.0.3第二层为Profibus-DP现场总线网，各站点是通过DP地址来标识身份的，本系统的各站点地址分别为：主站CPU412-2DP其DP地址为2，挂在DP总线上的各从站点分别：CPU315-2DP其DP：3远程I/O ET200M其DP：4，变频器其DP：5，DP/ASI网关其DP地址为：6，CP5613其DP：0（系统规定，一般不允许更改），触摸屏其DP：1（系统规定，一般不允许更改）第三层为ASI现场总线网，通过DP/ASI网关（IM153）与DP网相连，该网关同时作为ASI主站，ASI总线的特点是结构简单，两线信号即是电源回路也是信号回路（类似于两线制传感器的工作方式），可连接31个ASI从站，每站点最大传输点为4I/4O，比较适合于一些简单的检测器件和执行机构的组态，本系统中的ASI从站有以下几个：带ASI接口模块的西门子LOGO两块，4I/4O模块一块，带ASI接口的光电开关和接近开关各一只；一个LOGO用于控制挖土机，另一个用于控制天车；ASI各从站的地址通过专用的ASI手持编址器进行设定。第二章 西门子工业以太网第一节 SIEMENS工业以太网的硬件结构西门子工业以太网其本质上与传统的以太网一样，只是其硬件都是工业级专用，如网卡、网线、链路模块（HUB）等；PLC连接以太网是通过以太网通讯模块来实现（如上所述），采用标准的TCP/IP通讯协议，10M带宽，硬件结构见下图：Profibus-DPS7400PLC以太网通讯模块CP443-1PC Station 2CP1612PC Station 1CP1612链路模块（HUB）6GV1 105-3AA0第二节 SIEMENS工业以太网的软件支持西门子工业以太网的建立需要相应的软件支持，STEP7是西门子工业自动化控制系统软件，该软件为模块化的软件，在本体软件的基础上有很多可选软件能和其实现无缝连接，本系统选用的是西门子的工业网络软件Soft Net，该软件和STEP7配合能组建西门子的工业以太网、DP网和ASI网，并能对PLC编程。第三节 关于OPCOPC（用于过程控制的OLE）是由OPC基金会定义的开放的接口标准。OPC基金会由自动化行业中占主导地位的大型企业所支持的如Fisher-Rosemount、Intuitive Technologies、OPTO22、Intellution以及罗克威尔、西门子等，该标准基于Microsoft Windows，保证其一致性。开发OPC的目的是建立基于Windows的OLE（对象链接和嵌入）技术，并创建一种开放式接口，它以标准化的接口在办公室和生产部门之间传送数据。通过OPC服务器，将所有的过程数据能应用于其他程序（OPC客户机），也就是说通过OPC标准化后，使不同生产商之间的设备通讯成为可能，只要这两者都支持OPC就行。本系统的上位软件组态王支持OPC，将其做为OPC服务器，而西门子的STEP7也支持OPC，将其做为客户机，这样组态王就通过OPC的方式经以太网与S7400进行数据交换。注：OPC不是硬件，其相当于一种协议，它的对象都是针对软件而言，如本系统的上位监控软件组态王和STEP7，两个软件都支持OPC就能实现通讯。第三章 Profibus-DP现场总线第一节 DP总述DP是一种现场工业总线标准，最先由西门子公司使用，由于其应用广泛，传输速度快（最大12M）、传输距离远（最远1KM左右）以及总线结构简单（两芯DP通讯电缆）、最多能挂126个站等优点而在全球范围内普及开来，被越来越多的生产厂商采用。西门子公司的PLC产品有多种支持DP的产品可供选择，其他非PLC同类产品也有相应的DP通讯适配选件供使用。本系统的DP主要器件见下表：名称型号备注地址PLCCPU412-2DP自带DP口2PLCCPU315-2DP自带DP口3远程I/OET200M自带DP口4远程I/OET200M自带DP口7变频器MM420外置DP通讯模块5网关IM-153自带DP口6DP InterfaceCP5613自带DP口0OPMP270B自带DP口1第二节 本系统的DP拓扑结构终端置ONDP总线接头6ES7972-0BA12-0XA0DP从站变频器MM4206ES6400-1PB00注：两端的总线接头终端开关要置ON，其他的置OFF编程站 PC StationCP5613OFF ONDP主站PLCCPU412-2DPDP从站PLCCPU315-2DPDP从站远程I/O ET200MDP从站远程I/OET200MDP/ASI网关IM-153触摸屏MP270B终端置ON第三节 关于S7400、S7300的 DP支持 西门子CPU412-2DP和CPU315-2DP都带有两个通讯口，一个为MPI另一个为DP，在出厂时，新的PLC其MPI地址和DP地址都为2，因此在CPU首次使用时，若系统中DP总线上有两个以上的CPU就必须先对每个CPU进行单独DP地址设置，否则系统将报错，地址重复。CP5613既可设置为DP也可设置为MPI，先将CP5613设置为MPI方式，然后用一根两端装有总线接头的DP电缆（注：电缆和总线接头MPI和DP是一样的）一端插在CP5613上，另一端插在PLC的MPI口上，通过STEP7就可以和PLC连接上了，此时通讯占用MPI口，DP口被自由释放，可以修改地址。本系统就是通过此方式将CPU412-2DP的DP地址设置为2，CPU315-2DP的DP地址设置为3，ET200M、变频器的DP地址通过其自身拨码开关设置，网关和触摸屏可通过其设置按键设置。一般情况下，为保证系统的通讯可靠，修改DP的地址，DP的通讯速率等参数均采用系统的默认值（1.5Mbps），这样一致性好，且不会出错。当硬件连接好后，主要是通过STEP7软件中的管理器来组态各硬件之间的关系。首先在管理器中建立各个站（这里主要是指建立各类型主站），本系统各类型主站分别为：S7300 Station、S7400 Station、PC Station (5613)、PC Station 1 (1612)、PC Station 2 (1612)，然后再分别对每个站进行硬件配置，此处必须与实物对应，包括具体的槽位、各组件的产品序列号等，当配置PLC的CPU时，系统会自动提示网络选择。注意：本系统的DP主站CPU412-2DP，而CPU315-2DP也是主站类型PLC，在硬件设置时要将其改为从站，此时系统会要求你选择和主站的数据交换方式，选择MS方式，即主从方式，再设置相应的数据交换区间以及长度，这里的交换区间是指PI和PQ，S7300和S7400都有此两个称之为外部输入输出的交换区，交换数据的方式是交叉的，区间定义好了后，S7300和S7400的数据交换就会通过DP总线自动进行，无须编写通讯程序，如下图所示：S7300和S7400通过DP的主从方式交换数据：S7300PLCS7400PLC一般存储区I、Q、M等外部输入存储区PI外部输出存储区PQ一般存储区I、Q、M等外部输入存储区PI外部输出存储区PQ例如：当设置了S7300的PQW100与S7400的PIW100交换数据 S7400的PQW100与S7300的PIW100交换数据在S7300中PQW100的状态会自动同步反应在S7400的PIW100上，在S7400中对PQW100的操作将自动同步反应在S7300的PIW100中，也就是说在主站S7400中通过PI反应从站的状态，通过PQ操作从站。第四节 关于西门子MM420变频器 该系列变频器本身无DP通讯口，通过一块DP通讯模块卡在变频器前操作面板上来实现DP通讯，该模块上有拨码开关用于设置DP地址。在STEP7软件的硬件组态中，DP从站里没有变频器选项，通过将MM420系列变频器GSD（类说明和DP驱动）文件导入后就有该变频器的选项了。（GSD文件的获得可通过经销商或西门子官方网站下载）第五节 关于触摸屏MP270BMP270B触摸屏为西门子公司较高档次的产品，其显示分辨率为640480 256色，装有Microsoft windows CE操作系统，带有多个通讯端口：MPI/DP、RS232、USB、IE等。新触摸屏首次使用时，其默认的通讯端口为RS232串口，其他的端口需通过串口下载组态后激活，其DP地址允许修改，但一般系统规定其DP地址为1，除非有两个以上挂在同一DP总线时才做修改。触摸屏的画面组态通过软件PROTOOL来完成，该软件能集成在STEP7中，也能单独使用。本系统为集成使用，相当于将PROTOOL做为STEP7的一部分由它统一管理数据，同时能方便地使用PLC程序中的符号表直接做为MP270B的变量使用。第四章 ASI工业现场总线第一节 网关DP/ASI网关其实就是一个通讯适配模块，它负责DP与ASI的通讯，同时做为ASI主站管理ASI总线上的各个站；网关上有几个用于显示状态的双色指示灯和设置按钮，能反映网关自身的工作状态以及各站的状态，通过设置按钮可设置网关的DP地址以及查看各个站.第二节 LOGO和ASI西门子公司的LOGO是一种将控制点+CPU+编程器+显示器合为一体的可编程逻辑块，应用于一些控制点少，控制动作简单的场合。本系统中LOGO本身不带ASI接口，通过外置ASI通讯模块来实现ASI通讯，ASI地址设置使用专用的ASI手持编址器；在STEP7中对ASI进行组态和分配数据地址。第五章 监控软件组态王组态王是北京亚控公司的产品，目前是我国用户数量最大的国产监控软件生产商，多年来经过现场的验证以及不断更新和改进，现在的版本6.0已经非常成熟和稳定。其通用性强，几乎支持所有的常用工控产品的通讯：各品牌主流PLC、变频器、智能仪表、板卡、数采模块等，同时全面支持OPC既可做OPC服务器也可做OPC客户机。本系统中就是将其做为OPC服务器。组态王软件分为两部分：开发和运行；分别需要相应的并口加密狗才能正常使用，否则只能演示两个小时并且开发的点数不能超过64点。开发和运行又按照点数分为64点版、128点版、256点版、512点版和无限点版，每个版本都有相应的加密狗；本系统采用的是512点版。加密狗是一个插在计算机并口（打印口）上的一个小块，是硬件，严禁带点拔插，否则很容易造成损坏，在使用中要特别注意这一点。另：组态王开发环境中有个特殊性，即在修改设备配置（如COM口、OPC设置等）时，即使此时退出系统不会提示存盘，是即改即用的，在此要注意此特性。第六章 系统中的各控制对象介绍第一节 交通灯交通灯分为5组，每组灯都是一个完整的十字路口，路面上设有右转、直行、左转方向指示灯，中间设有四方岗亭，岗亭每个方向都有两位数码管显示时间、右转、直行、左转、停止指示灯，所有的控制线都连接在侧面的接线端子上（注：岗亭的四个方向的数码管是连在一起的）交通灯的控制采用两台ET200M远程I/O，通过DP总线挂在主站S7400上，其各I/O点的编程地址直接使用S7400的I/O地址，详见I/O地址表。交通灯当前的控制方式：前后方向左右方向直行左转直行左转第一个30秒允许禁止禁止禁止第二个30秒禁止允许禁止禁止第三个30秒禁止禁止允许禁止第四个30秒禁止禁止禁止允许交通灯的当前程序运行按照上表所示循环，右转始终允许。第二节 挖土机挖土机的控制动作有8个：左轮前进、左轮后退、右轮前进、右轮后退、主臂上升、主臂下降、抓斗上升、抓斗下降，使用LOGO直接控制，经ASI总线和DP通讯。由于ASI总线上各站点的通讯最多只有4I/4O，因此在实际使用中需先在PLC中编码，将8个命令编码成4位，经ASI传输后在LOGO中解码，以达到控制其8个动作的目的，详见地址表和程序的说明。（注：LOGO的编程是在其本体上完成与PLC无关，PLC只是发动作指令，由LOGO接收后按LOGO的程序执行）第三节 天车天车的控制动作有4个：左右方向选择、左右移动开始、上下方向选择、上下移动开始，返回信号有两个：左限位、右限位，使用LOGO直接控制，经ASI总线和DP通讯。由于ASI总线上各站点的通讯最多4I/4O，因此在实际使用中刚好够用，无需编码。（注：LOGO的编程是在其本体上完成与PLC无关，PLC只是发动作指令，由LOGO接收后按LOGO的程序执行）第四节 变频器变频器通过DP通讯模块挂在主站S7400上，在硬件组态时，系统会自动分配通讯字地址给变频器，通讯字为16位，分为控制字和状态字，控制字用于发指令控制变频器，状态字用于反应变频器的工作状态，（具体每个位的含义见西门子驱动手册电子版）。变频器驱动一台变频电机，变频电机的轴上装有旋转编码器，旋转编码器的脉冲信号送至S7300中的FM350高速记数模块检测转速。变频器在程序中设有两种控制方式：开环和闭环，开环控制模式时，变频器的输出电压频率直接由PLC发出的频率信号确定，闭环控制模式时，PLC发出频率给定信号与旋转编码器检测到的速度信号比较。经模糊控制处理后控制变频器转速。第五节 两轴位移 两轴位移是由两套带光栅尺的步进驱动轴垂直交叉安装构成，每轴带有接近开关限位点，步进电机使用S7300中的两块FM353驱动，光栅尺的信号送至FM350计算移动距离，精确到