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1、第八章第八章 PLC网络通信功能及其网络通信功能及其应用应用 8.1 常用现场总线介绍常用现场总线介绍 8.2 PROFIBUS现场总线技术简介现场总线技术简介 8.3 PROFIBUS网络连接实例网络连接实例 8.1 常用现场总线介绍常用现场总线介绍 现场总线是20世纪80年代中期在国际上发展起来的。随着微处理器与计算机功能的增强和价格的降低，计算机网络得到迅速发展，而处于生产过程底层的测控自动化系统仍采用一对一连线，用电压、电流的模拟信号进行测量和控制，难以实现设备与设备之间以及系统与外界之间的信息交换，使自自动动化化系系统统成成为为“信信息息孤孤岛岛”。要实现整个企业的信息集成和综合自动
2、化，就必须设计出一种能在工业现场环境运行的、性能可靠的、造价低廉的通信系统，形成现场的底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层设备之间以及生产现场与外界之间的信息交换。现场总线就是在这种实际需要的驱动下应运而生的。现场总线的国际标准从1984年IEC（国际电工委员会）开始制定现场总线国际标准至今，争夺现场总线国际标准的大战持续了16年之久。先后经过9次投票表决，最后通过协商、妥协，于1999年底IEC TC65（负责工业测量和控制的第65标准化技术委员会）通过了8种类型的现场总线作为IEC61158国际标准。 （1）类型1 IEC技术报告（即FF的H1）；（2）类型2 Cont
3、rolNet（美国Rockwell公司支持）；（3）类型3 Profibus（德国Siemens公司支持）；（4）类型4 P-Net（丹麦Process Data公司支持）；（5）类型5 FF HSE（即原FF的H2，Fisher-Rosemount等公司支持）；（6）类型6 Swift Net（美国波音公司支持）；（7）类型7 World FIP（法国Alstom公司支持）；（8）类型8 Interbus（德国Phoenix Contact公司支持）。加上IEC TC17B通过的三种现场总线国际标准，即SDS（Smart Distributed System）、ASI（Actuator Se
4、nsor Interface）和DeviceNet，此外，ISO还有一个ISO 11898的CAN（Control Area Network），所以一共有12种之多。现场总线的国际标准虽然制定出来了，但是它与IEC（国际电工委员会）于1984年开始制定现场总线标准时的初衷是相违背的。8.2 PROFIBUS现场总线技术简介现场总线技术简介 1. 概述概述 在传统的自动化工厂中，位于生产现场的许多设备和装置，当这些装在传统的自动化工厂中，位于生产现场的许多设备和装置，当这些装置和设备相距较远、分布较广时，人们迫切需要一种可靠、快速、能经置和设备相距较远、分布较广时，人们迫切需要一种可靠、快速、能
5、经受工业现场环境的低廉的通信总线，将分散于现场的各种设备连接起来，受工业现场环境的低廉的通信总线，将分散于现场的各种设备连接起来，对其实施监控。现场总线对其实施监控。现场总线(Field Bus)就是在这样的背景下产生的。就是在这样的背景下产生的。现场总线是现场总线是“安装在过程区域的现场设备安装在过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线的一种串行、数字式、多点通信的数据总线”。2. 现场总线的主要特点现场总线的主要特点 (1) 全数字化通信。只用一条通信电缆就可以将控制全数字化通信。只用一条通信电缆就
6、可以将控制器与现场设备连接起来，实现了检错、纠错功能，提高了器与现场设备连接起来，实现了检错、纠错功能，提高了可靠性。可靠性。 (2) 可以实现彻底的分散性和分布性。可以实现彻底的分散性和分布性。(3) 有较强的信息集成能力，实现设备状态故障、有较强的信息集成能力，实现设备状态故障、参数信息的一体化传送。参数信息的一体化传送。 (4) 节省连接导线，降低安装和维护费用。节省连接导线，降低安装和维护费用。 (5) 具有互操作性和互换性。不同生产厂家的性具有互操作性和互换性。不同生产厂家的性能类似的设备都可以进行互换。能类似的设备都可以进行互换。3. 现场总线的类型现场总线的类型 目前，国际上有多
7、种现场总线的企业、集团、国家和国际目前，国际上有多种现场总线的企业、集团、国家和国际性组织，并有相应的现场总线标准和配套的专用集成电路供性组织，并有相应的现场总线标准和配套的专用集成电路供用户开发产品。现今较流行的现场总线主要有：用户开发产品。现今较流行的现场总线主要有： * 基金会现场总线基金会现场总线(Foundation Fieldbus，FF) * 过程现场总线过程现场总线(Process Field Bus，PROFIBUS) * 控制器区域网络控制器区域网络(Controller Area Network，CAN)。PROFIBUS（西门（西门子过程现场总线过程现场总线) PROF
8、IBUS在世界市场上所占的份额高达，居于在世界市场上所占的份额高达，居于所有现场总线之首。所有现场总线之首。 PROFIBUS是一种开放式的现场总线标准，由主站和从站是一种开放式的现场总线标准，由主站和从站组成，主站能够控制总线，当主站获得总线控制权后，可以主组成，主站能够控制总线，当主站获得总线控制权后，可以主动发送信息。从站通常为传感器、执行器、驱动器和变送器。动发送信息。从站通常为传感器、执行器、驱动器和变送器。它们可以接收信号并给予响应，但没有控制总线的权力。当主它们可以接收信号并给予响应，但没有控制总线的权力。当主站发出请求时，从站回送给主站相应的信息。站发出请求时，从站回送给主站相
9、应的信息。PROFIBUS除了除了支持这种主从模式外，还支持多主多从的模式。支持这种主从模式外，还支持多主多从的模式。(1)PROFIBUS的组成。的组成。PROFIBUS包括包括3个相互兼容的部分：个相互兼容的部分： PROFIBUS-DP(Distributed Periphery)。它可以用于它可以用于PLC与分散的现场设备进行通信。与分散的现场设备进行通信。(2) PROFIBUS-PA(Process Automation)。它是专为它是专为过程自动化所设计的协议，可用于安全性要求较高的场过程自动化所设计的协议，可用于安全性要求较高的场合。合。(3) PROFIBUS-FMS(Fie
10、ldbus Message Specification)。可以用于车间级监控网络。对于可以用于车间级监控网络。对于FMS而言，它考虑的主而言，它考虑的主要是系统功能而不是响应时间，要是系统功能而不是响应时间，FMS通常用于大范围、通常用于大范围、复杂的通信系统。复杂的通信系统。(2) PROFIBUS协议结构：协议结构： PROFIBUS协议以协议以ISO/OSI参考模型为基础，第参考模型为基础，第1层为物理层，定义了物理的传输特性；第层为物理层，定义了物理的传输特性；第2层为数层为数据链路层；第据链路层；第36层层PROFIBUS未使用；第未使用；第7层为应层为应用层，定义了应用的功能。这种
11、简化的结构确保了用层，定义了应用的功能。这种简化的结构确保了PROFIBUS -DP的快速、高效的数据传输。的快速、高效的数据传输。(3)PROFIBUS网络部件网络部件 1). 通信口通信口 西门子公司西门子公司PLC的的CPU模块上的通信口是与模块上的通信口是与RS-485兼容的兼容的9针针D型连接器。型连接器。2). 网络连接器网络连接器 利用西门子公司提供的两种网络连接器可以把多个设利用西门子公司提供的两种网络连接器可以把多个设备很容易地连到网络中。两种连接器都有两组螺钉端子，备很容易地连到网络中。两种连接器都有两组螺钉端子，可以连接网络的输入和输出。一种连接器仅提供连接到可以连接网络
12、的输入和输出。一种连接器仅提供连接到CPU的接口，而另一种连接器增加了一个编程器接口的接口，而另一种连接器增加了一个编程器接口.网络连接器网络连接器3)网络中继器网络中继器 利用中继器可以延长网络距离，增加接入网络的设备，利用中继器可以延长网络距离，增加接入网络的设备，并且提供了一个隔离不同网络段的方法。波特率为并且提供了一个隔离不同网络段的方法。波特率为9600 b/s时，时，PROFIBUS允许一个网络段最多有允许一个网络段最多有32个设备，最个设备，最长距离是长距离是1200 m，每个中继器允许给网络增加另外，每个中继器允许给网络增加另外32个设个设备，最多可以使用备，最多可以使用9个中
13、继器，网络总长度可增加至个中继器，网络总长度可增加至9600 m。4) S7-300通信处理器模块通信处理器模块CP342-5 DP CP342-5 DP是为把是为把S7-300系列系列PLC连接到西门子网络连接到西门子网络上而设计的成本优化的通信模块。它是一个智能化的通信上而设计的成本优化的通信模块。它是一个智能化的通信模块，能大大减轻模块，能大大减轻CPU的负担，也支持很多其它通信电路。的负担，也支持很多其它通信电路。CP342-5 DP主要技术数据如下：主要技术数据如下： (1) 用户存储器用户存储器(Flash EPROM)128 KB； (2) SINEC L2 LAN标准符合标准符
14、合DIN 19245； (3) RS-485传输方式，波特率为传输方式，波特率为1500 kb/s； (4) 可连接的设备数量达可连接的设备数量达127个。个。8.3 PROFIBUS网络连接实例网络连接实例通过CP342-5的主从连接通过PROFIBUS-DP连接智能从站（S7-300之间的一对一相互连接，使用CP342-5模块，一个做主站，一个做从站）（1）概述CP342-5是S7-300系列的PROFIBUS通信模块，带有PROFIBUS接口，可以作为PROFIBUS-DP的主站或从站，只能在S7-300的中央机架上使用，在使用CP342-5进行通信时需要调用通信功能FC1和FC2，同时
15、要在主站和从站上建立通信的发送缓冲和接收缓冲。（2）网络配置情况使用两台带有CP342-5模块的PLC分别作为主站和从站组成网络。使用PROFIBUS总线将两台PLC相连接。（3）网络组态及参数设置1）主站在STEP7中建立项目DP_Test_01，加入S7-300站并命名为MASTER，在硬件组态部分加入相应的模块，新建PROFIBUS-DP子网，将CP342-5的网络操作模式设置为主站（如图8-1至8-3所示）。在主站程序部分插入两个共享数据块DB1和DB2，分别作为主站的发送缓冲和接收缓冲。 建立子网 设定为主站 组态好的主站示意图 2）从站在项目DP_Test_01中加入S7-300站
16、并命名为SLAVE，在硬件组态部分加入相应模块，将CP342-5的网络操作模式设置为从站。在从站程序部分插入两个共享数据块DB1和DB2，分别作为从站的发送缓冲和接收缓冲。将从站与刚才建立的子网连接 组态好的从站 3）组态网络打开MASTER的硬件组态，将组态好的SLAVE从PROFIBUS从站列表中加入到主站的网络中，使SLAVE成为MASTER的一个从站。选择从站，组态通信接口区，插入两个通信接口并设置成为10字节的输入和10字节的输出。将所有的组态数据下载到各个站上就可以进行编程了 将从站加入主站系统 带从站的主站组态 为从站添加通讯区 双击并组态通讯区 4）编程在S7-300中在使用C
17、P342-5模块进行通信时，在网络组态时设定的从站通信接口只是主站的虚拟地址映射区，而不占用S7-300的实际I/O区。虚拟地址的输入区和输出区要分别调用FC1（DP_SEND）和FC2（DP_RECV）进行访问。在FC1中：CPLADDR是CP342-5所在插槽的地址（16进制，图8-11中的地址必须进行转换），SEND为发送缓冲的地址，DONE在发送成功时为1，ERROR为错误位，STATUS为发送状态字；在FC2中：CPLADDR是CP342-5所在插槽的地址（16进制，图8-11中的地址必须进行转换），RECV为接收缓冲的地址，NDR在接收到数据时为1，ERROR为错误位，STATUS为接收状态字，DPSTATUS为DP网络状态字。注意在使用时CP342-5和CP442-5所使用的FC1及FC2有所区别，CP342-5的通讯块在CP300目录中，CP442-5的通讯块在CP400目录中。主站和从站的程序分别如下：在库中选择FC1和FC2 FC1和FC2中的模块地址 主站程序（从站程序与之相同 )通过程序在主站和从站之间建立了如下的数据对应关系： 主从连接的数据对应关系输入：DB2.DBB 0DB2.DBB 9输入：DB2.DBB 0DB2.DBB 9输出：DB1.DBB 0DB1.DBB 9输出：DB1.DBB 0DB1.DBB 9主站数据从站数据
