某大楼总控室与楼层通过DP总线传输数字量课程设计.doc

目录一、某大楼总控室与楼层通过DP总线传输数字量11.设计课题简介12.设计要求23.设计思路24.输入输出分配表55.梯形图程序及说明66.系统调试报告8二、 某大楼各楼层通过CAN总线通信91.CAN总线介绍91.1 CAN总线92.CAN总线系统结构及特点92.1 CAN总线网络结构92.2 CAN总线系统结构102.3 CAN总线的特点113.CAN总线的通信方式123.1 数据交换原理123.2 实时数据传送123.3 CAN总线的传输速率与传输距离134.大楼各层CAN总线调试134.1设计课题简介134.2设计要求154.3程序设计思路154.4系统调试报告20三、课程设计体会21四、参考文献23附录22图一 S7300与S7200电气原理图23图二 S7300与S7300电气原理图23图三 CAN总线电气原理图23 一、某大楼总控室与楼层通过DP总线传输数字量 1.设计课题简介（1）设备THSMS-C型网络可编程控制器高级实验装置（2）设备组成THSMS-C型网络可编程控制器高级实验装置的组成及结构如图所示图1-1 THSMS-C型网络可编程控制器高级实验装置的结构图1-2 THSMS-C型网络可编程控制器高级实验装置的组成（3）项目组成1. 总控室控制器是S7 300可编程控制器。2. 楼层（2个或2个以上）S7 300可编程控制器和S7 200可编程控制器至各少一个。3. PROFIBUS DP总线PROFIBUS DP总线连接可编程控制器，作为信息传输的通道。2. 设计要求(1) 硬件组态通过STEP 7软件对总控室和楼层的控制器进行硬件组态，总控室和楼层的控制器根据网络特性确定主站和从站。(2) 总线配置完成总控室和楼层控制器之间（主站和从站）的PROFIBUS DP总线配置。(3) 软件编程通过PROFUBUS DP总线实现总控室和楼层n（n=1、2、3）之间数字量（位、字节、字）传输。(4) 结果演示对试验台进行连线，演示课程设计结果。3.设计思路通过复习课内实验的相关理论知识，并在此基础上进行探索，完成本次课程设计课题。（1）实现西门子S7300和S7200之间利用PROFIBUS总线进行通信利用STEP7软件进行编程，实现PROFIBUS总线通信。本实验的实验原理是通过软硬件配置，设置合适的PLC地址号，编写程序完成通信。（要注意各设备号及DP地址）图1-3 S7300硬件配置图1-4 OB1模块程序 图1-5 STEP7软件编程模块在实现西门子S7300和S7200之间利用PROFIBUS总线进行通信的基础上，完成特定位的数据传输。图1-6 OB1模块程序 图1-7 OB1模块程序（2）实现西门子S7300和S7300之间利用PROFIBUS总线进行通信利用STEP7软件进行编程，实现PROFIBUS总线通信。本实验的实验原理是通过软硬件配置，设置合适的PLC地址号，编写程序完成通信。图1-8 主站硬件配置图1-9 从站（建立伙伴关系）图1-10 从站DP地址组态图1-11主站OB1模块编程图1-12 从站OB1模块编程4.输入输出分配表图1-13 PLC300接线图相同颜色圈的端子要用导线连接，作为S7300型PLC输入输出模块的电源，在从L+接一根导线到I0端口的其中一个端子上作为输入信号。表1 I/O分配表分类地址说明输入I0.4作为PLC300的输入信号输出Q0.4作为PLC200的输出信号图1-14 PLC200接线图DI1输入端1M与电源M端相连接，电源L+接到线到输入端子作为输入信号。表2 I/O分配表分类地址说明输入I0.3作为PLC200的输入信号输出Q0.3作为PLC300的输出信号5.梯形图程序及说明（1）实现西门子S7300和S7200之间利用PROFIBUS总线进行通信程序说明：EM277中的module是8 bytes out/8 bytes in的话，下面表示硬件配置设定的300与200之间储存区的对应关系。S7-300主站 S7-200从站QB0QB7 VB0VB7IB0IB7 VB8VB15程序说明：将PLC接收到的高8位数据传入IB0，通过MOVE移位传送至QB124寄存器，寄存器内的数据再通过MOVE移位传送至输出端，发送到输出端的高8位地址位，从而实现“位”数据传送。（2）实现西门子S7300和S7300之间利用PROFIBUS总线进行通信控制室主站程序说明：将主站IB0高8位数据传送给主站的发送端楼层从站程序说明：接收主站发送的数据，传送给从站的输出端楼层从站程序说明：将从站IB0高8位数据传送给从站的发送端控制室主站程序说明：接收从站发送的数据，传送给主站的输出端通过以上程序，实现大楼总控制室与各楼层之间多台S7300之间利用PROFIBUS总线进行相互通信。6.系统调试报告 在S7300与S7200之间，用导线给予一个总控室的PLC300的I0.0一个高电平信号，相对应的楼层的PLC200的Q0.0输出高电平；反之，用导线给予一个楼层的PLC200的I0.0一个高电平信号，总控室的PLC300的Q0.0也输出高电平；分别依次给总控室的PLC的输入端I0.0I0.7高电平，相应的楼层PLC的输出端Q0.0Q0.7输出高电平。完成应用PROFIBUS总线实现S7300与S7200PLC之间的8输入8输出通信。在S7300与S7300之间，用导线给予一个总控室的PLC300的I0.0一个高电平信号，相对应的楼层的PLC300接收到信号，其Q0.0输出高电平；反之，用导线给予一个楼层PLC300的I0.0一个高电平信号，相应的大楼总控室的PLC300接收到信号，其Q0.0也输出高电平；分别依次给总控室PLC的输入端I0.0I0.7高电平，相应的楼层的PLC的输出端Q0.0Q0.7输出高电平。完成应用PROFIBUS总线实现S7300与S7300PLC之间通信。二、 某大楼各楼层通过CAN总线通信1、CAN总线介绍1.1 CAN总线1.1.1 CAN总线的概念CAN是控制器局域网络1(Controller Area Network, CAN)的简称，属于现场总线（Fieldbus）的范畴，是众多的属于现场总线标准之一，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了的，并最终成为国际标准（ISO118?8）。是国际上应用最广泛的现场总线之一。在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。1.1.2 CAN总线的应用CAN总线适用于工业控制系统，具有通信速率高、可靠性强、连接方便、性能价格比高等诸多特点2。近年来，其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。2、 CAN总线系统结构及特点2.1 CAN总线网络结构CAN总线已用于生活的各个方面，比如工厂生产线，汽车控制系统等，在汽车控制系统中CAN总线的作用就是将整车中各种不同的控制器连接起来，实现信息的可靠共享，并减少整车线束数量。可以设想一种极端情况，如图2.1所示：组合开关组合灯具电磁阀雨刷电机仪表图2.1.1 CAN总线网络示意图对于一般的CAN总线网络4，其网络结构图可以简化为图2所示节点1节点2节点1节点3节点4CAN-busCANHCANLCANHCANLCANHCANLCANHCANL图2.1.2 CAN总线网络拓扑结构图2.2 CAN总线系统结构CAN数据传输系统中每个节点的内部增加了一个CAN控制器，一个CAN收发器；每个节点外部连接了两条CAN数据总线5。在系统中每个节点内部还装有一个数据传递终端。（1）CAN控制器。CAN控制器作用是接收控制单元中微处理器发出的数据，处理数据并传给CAN收发器。同时CAN控制器也接收收发器收到的数据，处理数据并传给微处理器。（2）CAN收发器。CAN收发器是一个发送器和接收器的组合，它将CAN控制器提供的数据转化成电信号并通过数据总线发送出去，同时它也接收总线数据，并将数据传到CAN控制器。CAN收发器电路图如图2.3所示图2.1.3 CAN收发器电路图（3）数据传送终端。数据传送终端实际是一个电阻器，作用是避免数据传输终了反射回来，产生反射波而使数据遭到破坏。（4）CAN数据总线。CAN数据总线是用于传输数据的双向数据线，分为CAN高（CAN_high）和低位（CAN_low）数据线。数据没有指定接收器，数据通过数据总线发送给各控制单元6。CAN总线结构如图2.4所示图2.1.4CAN总线结构图2.3 CAN总线的特点（1）多主控制在总线空闲时，所有的单元都可开始发送消息（多主控制）。最先访问总线的单元可获得发送权（CSMA/CA 方式*1）。多个单元同时开始发送时，发送高优先级 ID 消息的单元可获得发送权。（2） 消息的发送在 CAN 协议中，所有的消息都以固定的格式发送。总线空闲时，所有与总线相连的单元都可以开始发送新 消息。两个以上的单元同时开始发送消息时，根据标识符（Identifier 以下称为 ID）决定优先级。ID 并不 是表示发送的目的地址，而是表示访问总线的消息的优先级。两个以上的单元同时开始发送消息时，对各消 息 ID 的每个位进行逐个仲裁比较。仲裁获胜（被判定为优先级最高）的单元可继续发送消息，仲裁失利的 单元则立刻停止发送而进行接收工作。（3） 系统的柔软性 与总线相连的单元没有类似于“地址”的信息。因此在总线上增加单元时，连接在总线上的其它单元的软硬 件及应用层都不需要改变。 （4） 通信速度 根据整个网络的规模，可设定适合的通信速度。 在同一网络中，所有单元必须设定成统一的通信速度。即使有一个单元的通信速度与其它的不一样，此单元也会输出错误信号，妨碍整个网络的通信。不同网络间则可以有不同的通信速度。 （5） 远程数据请求 可通过发送“遥控帧”请求其他单元发送数据。 （6）错误检测功能 错误通知功能错误恢复功所有的单元都可以检测错误（错误检测功能）。 检测出错误的单元会立即同时通知其他所有单元（错误通知功能）。 正在发送消息的单元一旦检测出错误，会强制结束当前的发送。强制结束发送的单元会不断反复地重新发送 此消息直到成功发送为止（错误恢复功能）。 （7） 故障封闭 CAN 可以判断出错误的类型是总线上暂时的数据错误（如外部噪声等）还是持续的数据错误（如单元内部 故障、驱动器故障、断线等）。由此功能，当总线上发生持续数据错误时，可将引起此故障的单元从总线上隔离出去。 （8） 连接 CAN 总线是可同时连接多个单元的总线。可连接的单元总数理论上是没有限制的。但实际上可连接的单元 数受总线上的时间延迟及电气负载的限制。降低通信速度，可连接的单元数增加；提高通信速度，则可连接的单元数减少。3、CAN总线的通信方式3.1 数据交换原理CAN是一种基于广播的通讯机制，广播通讯依靠报文（Message）的传送机制来实现，因此CAN并未定义站及站地址，而仅仅定义了报文，这些报文依靠报文确认区（Identifier）来进行识别，一个消息报文确认区在一个网络中必须是唯一的，它不但描述了某一报文的意义，而且还定义了报文的优先级，当很多站都在访问总线时，优先级是很重要的，因此，CAN是通过报文的确认区来决定报文的优先级的7。CAN使用地址访问的方法，使网络系统的配置变得非常灵活，用户很容易可以增加一个新的站到一个已经存在CAN网络里，而不用对已经存在的站进行任何硬件或软件上的修改，但必须此新增的站为完全的接收者，这样它将不会对网络上各节点的通讯产生影响。每个节点的收发器都会接收总线上的数据，但是要检查判断此数据是否是所需要的数据，如果不是将忽略掉。3.2 实时数据传送在实时处理系统中，通过网络交换紧急报文存在很大的不同：一个迅速改变的值，如发动机负载必须频繁的进行传送且要求延迟比其它的值如发动机温度要小。发送的报文都要和其它的不太紧急的报文进行优先级的比较，在系统设计中，报文的优先级体现在写入报文确认区的二进制值，这些值不能被动态的改变。确认区中的值越小，其报文的优先级越高（也就是0比1的优先级高）。3.3 CAN总线的传输速率与传输距离 CAN总线上任意两个节点之间的最大传输距离与其位速率相关。如表3所示表3 传输速率与最大传输距离的关系位速率/kbps10005002501251005020105最大距离/m40130270530620130033006700100004、大楼各层CAN总线调试4.1设计课题简介设备：可编程计算机控制器实验装置设备组成：可编程计算机控制器实验装置的组成及结构如图所示图2-1可编程计算机控制器实验装置的组成及结构项目组成N（N2）个房间控制室；2.CAN总线；N个楼层控制室采用可编程计算机控制器（B&R PCC）底板（铝合金材质）电源CPUCPU模块的共通性：CAN与RS232插槽、指示灯。电源插槽。运行、方式、错误等指示灯。CAN站号拨码设置：0F；0F。扩展模块（数字输入、输出模块）CAN总线CAN总线连接可编程计算机控制器和可编程计算机控制器，作为信息传输的通道。4.2设计要求（1）硬件组态通过Automation Studio软件对可编程计算机控制器和可编程计算机控制器进行硬件组态。（2）总线配置完成可编程计算机控制器之间的CAN总线配置。（3）软件编程通过CAN总线实现各楼层间位、单变量、多变量传输。（4）结果演示对试验台进行连线，演示课程设计结果。4.3程序设计思路通过复习课内实验的相关理论知识，并在此基础上进行探索，完成本次课程设计课题。认识CAN总线配置，学习B&R Automation Basic语言的编程方程方法。通过本次实验，学会使用B&R Automation Basic语言，新建工程，新建对象，编写程序。熟悉贝加莱B&R2003系列PCC的软件、硬件配置，实现I/O分配，熟悉PCC的基本功能，注意与PLC编程方法的区别。图2-2 CAN总线认识实验举例图2-3 CAN总线认识实验调试结果实验结果：编程实现变量a从0加到100，不断循环。实现各楼层间内利用CAN总线进行单变量通信实现两台PCC间利用CAN总线单变量的传输。利用B&R Automation Basic语言进行编程，并实现CAN总线的单变量通信。本实验的实验原理是CAN_lib中的三个函数是实现CAN总线传变量的关键，包括：CANopen()，CANread()，CANwrite()。图2-4 利用CAN总线进行单变量传输实验程序实验步骤：1）在（*init program*）的窗口中输入CANopen(1,50, 8, adr(error_adr),“CAN”, 0, us_ident, rc_open) 2）在（*cyclic program*）的窗口中输入CANwrite(1, us_ident, 10, adr(wr_dat), 8, rc_write) CANread (1, us_ident, 20, adr(rd_dat), rd_len, rc_read) 3）程序编写完后，需要对程序中的变量定义类型，每个变量的类型要与帮助文件中函数说明里要求的变量类型一致。图2-5利用CAN总线进行单变量传输实验调试结果实验结果：实现各楼层之间利用CAN总线进行单变量传输。实现各楼层间内利用CAN总线变量表的传输实现两台PCC间利用CAN总线变量表的传输。利用B&R Automation Basic语言进行编程，并实现CAN总线的变量表通信。本实验的实验原理是CAN_lib中的三个函数是实现CAN总线传变量的关键，包括：DA_ident()，DA_info ()，CANdftab ()、CANrwtab()等四个函数的使用。图2-6利用CAN总线进行变量表传输实验程序实验步骤：1）在（*init program*）的窗口中输入can_01_int_1=0ev_can_01_int_1=0can_01_real_1=0ev_can_01_real_1=0can_02_int_1=0ev_can_02_int_1=0can_02_real_1=0ev_can_02_real_1=0CANopen(1,50,8,adr(error_adr),CAN,0,us_ident,rc_open)CANdftab(1,us_ident,start_adr,4,tab_ident,rc_tab_ident)2）在cyclic program中对变量表进行读写函数的输入：ev_can_01_int_1=1ev_can_01_real_1=1ev_can_02_int_1=3ev_can_02_real_1=83）变量名定义为can_01_int_1,can_01_real_1，（一定要写满31个字符，不够的用空格代替）4）变量使能定义为ev_can_01_int_1，（一定要写满31个字符，不够的用空格代替）5）CANdftab()创建一个包含CAN总线数据的变量列表6)CANopen(enable,baud_rate,cob_no,adr(error_adr),device,info,us_ident,status)，实现了CAN控制器的初始化，并申请了传输数据所需的资源。7）功能函数CANrwtab()处理周期性的读写操作图2-7 定义变量表8）变量地址为$+8位字节（如$00000100,$00000101）9）读写标志为$0000001为写，$0000000为读图2-8定义变量类型10）对程序中的变量定义类型，每个变量的类型要与帮助文件中函数说明里要求的变量类型一致CAN总线实现各楼层之间位、单变量、多变量传输。利用以上实验的编程方法和实验原理，通过软硬件配置，使用B&R Automation Basic语言进行编程，完成通信。变量表及说明变量表使用说明：1） 定义变量表为一个包含有四个变量的表格，两个变量为int型，两个变量为real型，在一个变量表中应包含两站点的所有变量。 2）变量表的一行行包括：变量地址，变量名，变量使能，读写标志3）变量地址为$+8位字节（如$00000100,$00000101），4）变量名定义为can_01_int_1,can_01_real_1，（一定要写满31个字符，不够的用空格代替）5）变量使能定义为ev_can_01_int_1，（一定要写满31个字符，不够的用空格代替）6）读写标志为$0000001为写，$0000000为读（本站点的为写，另外一个站点的为读） 4.4系统调试报告通过软硬件配置，使用B&R Automation Basic语言进行编程，可以实现利用CAN总线实现各楼层之间位、单变量、多变量传输，完成通信。图2-9大楼间之间利用CAN总线进行单变量通信程序图2-10大楼控制室间之间利用CAN总线进行单变量通信调试结果图2-11控制室之间利用CAN总线进行多变量通信程序图2-12控制室之间利用CAN总线进行多变量通信调试结果实验结果： CAN总线实现各楼层之间位、单变量、多变量传输。三、课程设计体会为期一周半的DCS课程设计结束，在这段时间里，对已有的知识进行了回想和复习，由于之前对知识的掌握不是很好，因此在这次课程设计中对DCS现场总线特别是是CAN总线有了很多新的认识，通过不断的操作和矫正，我们变得熟练了许多。以前，我们总是学习书本上的理论知识，过多关注了对理论的理解和掌握，偶尔做实验也只是为了完成作业而实验的，基本学习不到真正要学习的内在精华。而课程设计，通过对一个给定课题的项目研究，不仅需要牢固的理论知识作为铺垫，还需要一定的动手能力，并且通过小组的相互合作来共同完成整个流程的控制。这样不仅把理论知识进行了实践，还在实践中验证了理论知识的正确性和可行性。这次课题的设计，我们组的课题是“某大楼总控室与楼层通过DP总线传输数字量”和“某大楼各楼层通过CAN总线通信”，通过自身理论知识的基础和查阅资料，以及小组成员齐心协力的合作，最终圆满地完成了此次