PLC网络通信功能及其应用课件

PLC網路通信功能及其應用

8.1常用現場匯流排介紹

現場匯流排是20世紀80年代中期在國際上發展起來的。隨著微處理器與電腦功能的增強和價格的降低，電腦網絡得到迅速發展，而處於生產過程底層的測控自動化系統仍採用一對一連線，用電壓、電流的模擬信號進行測量和控制，難以實現設備與設備之間以及系統與外界之間的資訊交換，使自動化系統成為“資訊孤島”。要實現整個企業的資訊集成和綜合自動化，就必須設計出一種能在工業現場環境運行的、性能可靠的、造價低廉的通信系統，形成現場的底層網路，完成現場自動化設備之間的多點數字通信，實現底層設備之間以及生產現場與外界之間的資訊交換。現場匯流排就是在這種實際需要的驅動下應運而生的。現場匯流排的國際標準從1984年IEC（國際電工委員會）開始制定現場匯流排國際標準至今，爭奪現場匯流排國際標準的大戰持續了16年之久。先後經過9次投票表決，最後通過協商、妥協，於1999年底IECTC65（負責工業測量和控制的第65標準化技術委員會）通過了8種類型的現場匯流排作為IEC61158國際標準。

（1）類型1IEC技術報告（即FF的H1）；（2）類型2ControlNet（美國Rockwell公司支持）；（3）類型3Profibus（德國Siemens公司支持）；（4）類型4P-Net（丹麥ProcessData公司支持）；（5）類型5FFHSE（即原FF的H2，Fisher-Rosemount等公司支持）；（6）類型6SwiftNet（美國波音公司支持）；（7）類型7WorldFIP（法國Alstom公司支持）；（8）類型8Interbus（德國PhoenixContact公司支持）。加上IECTC17B通過的三種現場匯流排國際標準，即SDS（SmartDistributedSystem）、ASI（ActuatorSensorInterface）和DeviceNet，此外，ISO還有一個ISO11898的CAN（ControlAreaNetwork），所以一共有12種之多。現場匯流排的國際標準雖然制定出來了，但是它與IEC（國際電工委員會）於1984年開始制定現場匯流排標準時的初衷是相違背的。8.2PROFIBUS現場匯流排技術簡介

1.概述

在傳統的自動化工廠中，位於生產現場的許多設備和裝置，當這些裝置和設備相距較遠、分佈較廣時，人們迫切需要一種可靠、快速、能經受工業現場環境的低廉的通信匯流排，將分散於現場的各種設備連接起來，對其實施監控。現場匯流排(FieldBus)就是在這樣的背景下產生的。現場匯流排是“安裝在過程區域的現場設備/儀錶與控制室內的自動控制裝置/系統之間的一種串行、數字式、多點通信的數據匯流排”。2.現場匯流排的主要特點

(1)全數字化通信。只用一條通信電纜就可以將控制器與現場設備連接起來，實現了檢錯、糾錯功能，提高了可靠性。

(2)可以實現徹底的分散性和分佈性。(3)有較強的資訊集成能力，實現設備狀態故障、參數資訊的一體化傳送。

(4)節省連接導線，降低安裝和維護費用。

(5)具有互操作性和互換性。不同生產廠家的性能類似的設備都可以進行互換。3.現場匯流排的類型目前，國際上有多種現場匯流排的企業、集團、國家和國際性組織，並有相應的現場匯流排標準和配套的專用積體電路供用戶開發產品。現今較流行的現場匯流排主要有：

*基金會現場匯流排(FoundationFieldbus，FF)*

過程現場匯流排(ProcessFieldBus，PROFIBUS)*

控制器區域網路(ControllerAreaNetwork，CAN)。PROFIBUS（西門子過程現場匯流排)PROFIBUS在世界市場上所占的份額高達21.5％，居於所有現場匯流排之首。PROFIBUS是一種開放式的現場匯流排標準，由主站和從站組成，主站能夠控制匯流排，當主站獲得匯流排控制權後，可以主動發送資訊。從站通常為感測器、執行器、驅動器和變送器。它們可以接收信號並給予回應，但沒有控制匯流排的權力。當主站發出請求時，從站回送給主站相應的資訊。PROFIBUS除了支持這種主從模式外，還支持多主多從的模式。PROFIBUS的組成。PROFIBUS包括3個相互相容的部分：①PROFIBUS-DP(DistributedPeriphery)。它可以用於PLC與分散的現場設備進行通信。

②PROFIBUS-PA(ProcessAutomation)。它是專為過程自動化所設計的協議，可用於安全性要求較高的場合。

③PROFIBUS-FMS(FieldbusMessageSpecification)。可以用於車間級監控網路。對於FMS而言，它考慮的主要是系統功能而不是回應時間，FMS通常用於大範圍、複雜的通信系統。(2)PROFIBUS協議結構：

PROFIBUS協議以ISO/OSI參考模型為基礎，第1層為物理層，定義了物理的傳輸特性；第2層為數據鏈路層；第3～6層PROFIBUS未使用；第7層為應用層，定義了應用的功能。這種簡化的結構確保了PROFIBUS-DP的快速、高效的數據傳輸。(3)PROFIBUS網路部件

1).通信口西門子公司PLC的CPU模組上的通信口是與RS-485相容的9針D型連接器。2).網路連接器利用西門子公司提供的兩種網路連接器可以把多個設備很容易地連到網路中。兩種連接器都有兩組螺釘端子，可以連接網路的輸入和輸出。一種連接器僅提供連接到CPU的介面，而另一種連接器增加了一個編程器介面.網路連接器3)網路中繼器利用中繼器可以延長網路距離，增加接入網絡的設備，並且提供了一個隔離不同網路段的方法。串列傳輸速率為9600b/s時，PROFIBUS允許一個網路段最多有32個設備，最長距離是1200m，每個中繼器允許給網路增加另外32個設備，最多可以使用9個中繼器，網路總長度可增加至9600m。4)S7-300通信處理器模組CP342-5DPCP342-5DP是為把S7-300系列PLC連接到西門子網路上而設計的成本優化的通信模組。它是一個智能化的通信模組，能大大減輕CPU的負擔，也支持很多其他通信電路。CP342-5DP主要技術數據如下：

(1)用戶記憶體(FlashEPROM)128KB；

(2)SINECL2LAN標準符合DIN19245；

(3)RS-485傳輸方式，串列傳輸速率為9.6～1500kb/s；

(4)可連接的設備數量達127個。8.3PROFIBUS網路連接實例通過CP342-5的主從連接通過PROFIBUS-DP連接智能從站（S7-300之間的一對一相互連接，使用CP342-5模組，一個做主站，一個做從站）（1）概述CP342-5是S7-300系列的PROFIBUS通信模組，帶有PROFIBUS介面，可以作為PROFIBUS-DP的主站或從站，只能在S7-300的中央機架上使用，在使用CP342-5進行通信時需要調用通信功能FC1和FC2，同時要在主站和從站上建立通信的發送緩衝和接收緩衝。（2）網路配置情況使用兩臺帶有CP342-5模組的PLC分別作為主站和從站組成網路。使用PROFIBUS匯流排將兩臺PLC相連接。（3）網路組態及參數設置1）主站在STEP7中建立專案DP_Test_01，加入S7-300站並命名為MASTER，在硬體組態部分加入相應的模組，新建PROFIBUS-DP子網，將CP342-5的網路操作模式設置為主站（如圖8-1至8-3所示）。在主站程式部分插入兩個共用數據塊DB1和DB2，分別作為主站的發送緩衝和接收緩衝。

建立子網

設定為主站

組態好的主站示意圖

2）從站在專案DP_Test_01中加入S7-300站並命名為SLAVE，在硬體組態部分加入相應模組，將CP342-5的網路操作模式設置為從站。在從站程式部分插入兩個共用數據塊DB1和DB2，分別作為從站的發送緩衝和接收緩衝。將從站與剛才建立的子網連接

組態好的從站

3）組態網路打開MASTER的硬體組態，將組態好的SLAVE從PROFIBUS從站列表中加入到主站的網路中，使SLAVE成為MASTER的一個從站。選擇從站，組態通信介面區，插入兩個通信介面並設置成為10位元組的輸入和10位元組的輸出。將所有的組態數據下載到各個站上就可以進行編程了

將從站加入主站系統

帶從站的主站組態

為從站添加通訊區

雙擊並組態通訊區

4）編程在S7-300中在使用CP342-5模組進行通信時，在網路組態時設定的從站通信介面只是主站的虛擬地址映射區，而不佔用S7-300的實際I/O區。虛擬地址的輸入區和輸出區要分別調用FC1（DP_SEND）和FC2（DP_RECV）進行訪問。在FC1中：CPLADDR是CP342-5所在插槽的地址（16進制，圖8-11中的地址必須進行轉換），SEND為發送緩衝的地址，DONE在發送成功時為1，ERROR為錯誤位，STATUS為發送狀態字；在FC2中：CPLADDR是CP342-5所在插槽的地址（16進制，圖8-11中的地址必須進行轉換），RECV為接收緩衝的地址，NDR在接收到數據時為1，ERROR為錯誤位，STATUS為接收狀態字，DPSTATUS為DP網路狀態字。注意在使用時CP342-5和CP442-5所使用的FC1及FC2有所區別，CP342-5的通訊塊在CP300目錄中，CP442-5的通訊塊在CP400目錄中。主站和從站的程式分別如下：在庫中選擇FC1