基于Profibus-DP协议现场总线的控制系统设计

4546列表摘要.1序言.21.简介.31.1任务来源和研究内容.31.2现场总线概念和特征.31.3一般现场总线简报.41.4现场总线发展趋势.52.Profibus现场总线概述.62.1 Profibus协议结构和OSI参考模型.62.2 Profibus物理层.72.3 Profibus数据链路层.82.4 Profibus应用程序层.93.Profibus-DP协议.103.1 Profibus-DP的基本功能.103.2 Profibus-DP中的数据通信.133.3 Profibus-DP的交叉通信方法.143.4 Profibus-DP的技术优势.154.西门子PLC中Profibus总线通信的实现.164.1挑战要求.164.2可编程控制器S7-300的实验系统配置.164.3硬件配置和参数设置.194.4 Profibus现场总线控制网络的网络.265.主机计算机监控软件的研究与设计.345.1 WinCC配置软件的功能和特点.34利用5.2配置软件WinCC设计系统监视界面.366.结论和展望.43审计.44参考文献.45基于PROFIBUS-DP现场总线控制系统设计摘要：本文通过分析Profibus-DP现场总线的物理层、数据链路层等通信模型的技术特点，讨论了与Profibus网络相关的单主和多主问题。使用STEP7软件实际配置现有s7-300实验设备，完成硬件选择、程序块定义和阶梯程序编辑和模拟调试，下载，使用Siemens WinCC软件实现PC和PLC之间的通信，S7-300和S7-200上的EM277之间的Profibus-本研究的目的是实现基于Profibus-DP现场总线的Siemens PLC S7-300控制系统的设计和配置，包括PLC控制系统设计、主机计算机管理和监控系统设计。总线协议研究使您可以更深入地了解PROFIBUS的通信机制。PLC控制系统与现场总线技术相结合，实现了系统的高速实时通信目的，提高了系统的稳定性、安全性和实时性。关键字：Profibus - DP现场总线，S7-300 PLC，WinCCabstract:this artical analyzes the technical features of the communication s model such as profibus-DP field bus physical layer，Datausing step 7 software to actual configure the existing laboratory equipment S7-300，completing the hardware selection，Block definitionat the same time use Siemens WINCC software achieving the communication of a PC and PLC，completing the S7-300 and S7-200s em 277 communication of a PC and PLCthe purpose of this study is to design and configure Siemens PLC S7-300 control system based on profibus-DP field-bus，Which includingkeywords 3360 profibus-DP field-bus，S7-300 PLC，WINCC序言：产业控制系统自20世纪40年代以来就开始走向成熟。第一代过程控制系统(气动控制系统或PCS)使用了只有简单测量和控制功能的基于现场的仪器。气动控制系统直到20世纪60年代才发挥支配作用，目前在防爆等特殊情况下起着不可替代的作用。第二代控制系统(模拟控制系统或ACS)开始应用4-20ma模拟信号标准，意味着控制系统的另一次飞跃。但是，由于传感器和执行器信号的定义不同，很难规范许多仪表的信号标准，从而限制了控制系统的大小和性能，降低了系统强度。随着数字计算机在测量、模拟和逻辑控制领域的广泛使用，创建了第三代流程控制系统(CCS)，这是一个集中控制系统。利用单片机、PLC或微机作为控制器传输数字信号，克服了模拟仪表控制系统模拟信号精度低的缺陷，提高了系统抗干扰能力，便于根据全局情况进行控制计算和判断。在控制方法、实际选择方面，可以同意调度和调度。但是，集中式计算机控制系统存在可靠性问题，如果作为控制中心的计算机发生故障，生产可能完全瘫痪1。为了改善CCS的缺陷，出现了第四代流程控制系统(DCS)。采用集中管理、分布式控制的方法，有力地克服了集中数字控制系统中控制器处理能力和可靠性要求高的缺点。因此，DCS系统广泛应用于电力、石油、化工等重要领域。但是，每个系统集成企业都以垄断经营为目的，采用了各自封闭的控制通信模式，可以在不同的场中安装设备，以进行通信和信息连接。因此，DCS成为一个没有广泛可操作性的封闭式分布式控制系统。电子信息技术的快速发展又给自动化工业控制系统带来了重大变化。逐渐形成了基于当前网络集成自动化的企业信息系统。开放、数字化，易于数据交换。此外，利用现场总线连接智能现场设备和自动化系统，构建形成数字、双向传输、多点结构网络特征的自动控制系统。这样，现场总线成为当今计算机、控制和通信(3C)开发的结合点，同时也是过程控制技术、自动化仪表技术和计算机网络技术开发的交叉点，是控制领域信息技术、网络技术开发的集中表示，也是将信息技术和网络技术扩展到现场的必然结果。因此现场总线控制系统是及时开放的通信网络，是智能设备的连接环节，是将作为控制节点连接到总线的功能设备连接到网络系统，进一步构成自动化控制系统的分布式控制系统。自动化控制系统在制造、工艺产业、交通、建筑等领域的应用越来越广泛2。将现场总线技术应用于PLC控制系统，实现PLC与现场设备、客户机、服务器之间的实时通信，实现分布式优化集成控制是工业控制领域的热点问题。综合控制系统设计的优越性直接影响工业生产的经济性。PLC及现场总线控制技术的深入研究将有助于工业自动化领域的发展。Siemens业界领先的PROFIBUS和SIMATIC PLC控制系统提供了完整的硬件和软件支持和系统解决方案。这缩短了工业控制系统的开发周期，扩展了设备之间的通信功能，优化了软件设计，提高了系统的兼容性。因此，理论上研究PROFIBUS现场总线，深入研究西门子SIMATIC系列PLC，可以缩小我国产业自动化与国外的差距，提高我国自动化产业的竞争力。1.简介1.1主题来源和研究内容本课题是利用自动化学科现有西门子设备的Profibus-DP网络技术研究课题，取自三峡大学电气信息学院研究室建设项目设计课题。本研究的主要内容是对Profibus-DP现场总线的物理层、数据链路层等通信模型和技术特性的分析。STEP7软件的配置方法研究；使用STEP7软件对现有S7-300试验设备进行物理配置。让PLC300通过EM277与PLC200 DP网络通信，并使用WinCC软件监控温度信号。首先，研究与Profibus现场总线通信协议、应用程序接口和协议体系结构、PLC以及监控管理设备的互连。其次，研究Siemens PLC S7-300硬件和软件应用程序、SIMATIC应用程序和WinCC配置。最后，PLC300通过EM277与PLC200通信，以构建具有一定开放系统特性的基本系统，例如PLC控制系统设计、主机计算机管理和监控系统设计。1.2现场总线概念和特性现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的所有数字、双向、多站通信系统。主要解决了工业现场智能仪表、控制器、执行机构等现场设备之间的数字通信，以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。主要用于制造、工艺行业、交通、建筑、电力领域的自动化系统。现场总线是近年来迅速发展的一种工业数据总线，应用于生产现场，实现计算机化测量控制设备之间双向串行多节点数字通信的系统，也称为开放式、数字、多点通信的基本控制网络。将微处理器技术、网络技术、通信技术和自动化技术集成在现场自动控制设备上，从而为设备提供数字计算和数字通信功能。现场总线功能：1)系统的开放性。通信协议可以在不同制造商的设备之间交换信息，用户可以根据自己的需要和考虑，将不同厂商的产品配置为任意的系统，并通过现场总线构建自动化领域的开放式互连系统。2)互操作性和互操作性。互操作性可实现互连设备之间、系统之间的信息传递和通信。互操作性意味着不同制造商的类似性能的设备可以相互替代。3)系统结构的高分布式。现场总线构成了新的全分布式控制系统的体系结构。现有DCS从根本上改变了分布式和集中式分布式控制系统系统，简化了系统结构，提高了可靠性。4)数字通信。从发射机、传感器、调节阀到系统中间层或多层总线设备之间使用数字信号进行通信。使用数字信号代替模拟信号，可以将多个信号传输到一对电缆，同时为多个设备供电。5)对现场环境的适应性。在生产现场前端工作，可用作基于工厂网络的现场总线，支持扭曲-双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外、电力线等，具有良好的抗干扰能力，可以使用双线系统进行电源和通信，满足本质上安全的防爆要求。1.3一般现场总线概述20世纪80年代以来，国际知名的大企业包括现场基础现场总线(FF)、Profibus(ProcessFieldbus)和controllerare anetwork controller(CAN)主要技术差异和适用情况如下：1)FF现场总线Foundation fieldbus基于ISO/OSI开放系统互连模型，采用相应的层(物理层、数据链路层、应用层是FF通信模型)，并将用户层添加到应用程序层。FF分为低速H1和高速H2两种通信速度。H1的传输速率为1.25 kbit/