《現場總線講解》PPT課件.ppt

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1、1.什么是現場總線,現場總線是應用在生產現場、在微機化測量控制設備之間實現雙向串行多節(jié)點數字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數字化、多點通信的底層控制網絡。,2.現場總線的由來,集散控制系統(tǒng)DCS（distributed control system） 隨著生產規(guī)模的擴大，操作人員需要綜合掌握多點的運行參數與信息，需要同時按多點的信息實行操作控制，于是出現了氣動、電動系列的單元組合式儀表，出現了集中控制室。 生產現場各處的參數通過統(tǒng)一的模擬信號，如0.020.1MPa的氣壓信號，010mA、420mA的直流電流信號，15V直流電壓信號等，送往集中控制室。,由于模擬信號的傳遞需要一對一的物理連接，信

2、號變化緩慢，提高計算速度與精度的開銷、難度都較大，信號傳輸的抗干擾能力也較差，人們開始尋求用數字信號取代模擬信號，出現了直接數字控制。 但是，在DCS系統(tǒng)形成的過程中，由于受計算機系統(tǒng)早期存在的系統(tǒng)封閉這一缺陷的影響，各廠家的產品自成系統(tǒng)，不同廠家的設備不能互連在一起，難以實現互換與互操作，組成更大范圍信息共享的網絡系統(tǒng)存在很多困難。,新型的現場總線控制系統(tǒng)則突破了DCS系統(tǒng)中通信由專用網絡的封閉系統(tǒng)來實現所造成的缺陷，把基于封閉、專用的解決方案變成了基于公開化、標準化的解決方案，即可以把來自不同廠商而遵守同一協議規(guī)范的自動化設備，通過現場總線網絡連接成系統(tǒng)，實現綜合自動化的各種功能； 同時把

3、DCS集中與分散相結合的集散系統(tǒng)結構，變成了新型全分布式結構，把控制功能徹底下放到現場，依靠現場智能設備本身便可實現基本控制功能。,現場總線控制系統(tǒng)FCS(fieldbus control system),智能儀表為現場總線的出現奠定了基礎,1983年，Honeywell推出了智能化儀表Smar變送器，這些帶有微處理器芯片的儀表除了在原有模擬儀表的基礎上增加了復雜的計算功能之外，還在輸出的420mA直流信號上迭加了數字信號，使現場與控制室之間的連接由模擬信號過渡到了數字信號。 現場總線之所以具有較高的測控能力指數，一是得益于儀表的微機化，二是得益于設備的通信功能。 把微處理器置入現場自控設備、

4、使設備具有數字計算和數字通信能力，一方面提高了信號的測量、控制和傳輸精度，同時為豐富控制信息的內容，實現其遠程傳送創(chuàng)造了條件。,,伴隨著控制系統(tǒng)結構與測控儀表的更新換代，系統(tǒng)的功能、性能也在不斷完善與發(fā)展，圖4-1為各階段測控儀表能力指數示意圖。,,它表明，測量控制系統(tǒng)從早期基地式模擬儀表只能實現單點、單控制回路的測控功能開始，逐漸發(fā)展到按裝置或過程的多回路、多變量集中監(jiān)控，整個裝置或車間的優(yōu)化控制，以致實現生產過程的控制與管理一體化。 每一代更新都帶來能力指數的躍變，同時隨著工具與功能開發(fā)的不斷完善，每一代系統(tǒng)的測控能力指數會按各自的增長速率不斷升高，為生產過程的控制與管理提供更為完善的服務

5、，帶來更大的經濟效益。這里，圖4-1中對能力指數的描述在數值上并不精確，不過是一種示意性的表達而已。,使用現場總線PROFIBUS PA的經濟優(yōu)勢：與使用傳統(tǒng)的4-20mA模擬信號系統(tǒng)比較,4 幾種有影響的現場總線技術,自80年代末以來，有幾種現場總線技術已逐漸形成其影響并在一些特定的應用領域顯示了自己的優(yōu)勢。它們具有各自的特點，也顯示了較強的生命力。對現場總線技術的發(fā)展已經發(fā)揮并將會繼續(xù)發(fā)揮較大作用。,(1)基金會現場總線,基金會現場總線(FF，Foundation Fieldbus)是在過程自動化領域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的技術。 其前身是以美國FisherRosemount公司為

6、首，聯合Foxboro、橫河、ABB、西門子等80家公司制訂的ISP協議和以Honeywell公司為首，聯合歐洲等地的150家公司制訂的WorldFIP協議。 屈于用戶的壓力，這兩大集團于1994年9月合并，成立了現場總線基金會，致力于開發(fā)出國際上統(tǒng)一的現場總線協議。,H1的傳輸速率為31.25kbps，通信距離可達1900m(可加中繼器延長)，可支持總線供電，支持本質安全防爆環(huán)境。 H2的傳輸速率可為1Mbps和25Mbps兩種，其通信距離分別為750m和500m。物理傳輸介質可支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射，協議符合IECll582標準。 其物理媒介的傳輸信號采用曼徹斯特編碼。,基金會現場總線

7、分低速H1和高速H2兩種通信速率。,本質安全型電氣設備的原理：,通過選擇電氣設備電路的各種參數或采取保護措施來限制電路的火花放電能量和熱能，使其在正常工作和規(guī)定的故障狀態(tài)下，產生的電火花的熱效應均不能點燃周圍環(huán)境的爆炸性混合物，從而實現了電氣防爆。 這種電氣設備的電路本身就具有防爆性能，也就是從“本質”上就是安全的，故稱為本質安全型（本安型）。,基金會現場總線的主要技術內容，包括： FF通信協議； 用于完成開放互連模型中第27層通信協議的通信棧(Communication Stack)； 用于描述設備特征、參數、屬性及操作接口的DDL設備描述語言、設備描述字典； 用于實現測量、控制、工程量轉換

8、等應用功能的功能塊、實現系統(tǒng)組態(tài)、調度、管理等功能的系統(tǒng)軟件技術； 以及構筑集成自動化系統(tǒng)、網絡系統(tǒng)的系統(tǒng)集成技術。,(2) LonWorks,LonWorks是又一具有強勁實力的現場總線技術。它是由美國Echelon公司推出并由它與摩托羅拉、東芝公司共同倡導，于1990年正式公布而形成的。 它采用了ISOOSI模型的全部七層通訊協議，采用了面向對象的設計方法，通過網絡變量把網絡通信設計簡化為參數設置，其通信速率從300bps至15Mbps不等，直接通信距離可達2700m(78kbps，雙絞線)。 支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電力線等多種通信介質，并開發(fā)了相應的本質安全防爆產品，

9、被譽為通用控制網絡。,集成芯片中有3個8位CPU，一個用于完成開放互連模型中第1和第2層的功能，稱為媒體訪問控制處理器，實現介質訪問的控制與處理。 第二個用于完成第36層的功能，稱為網絡處理器，進行網絡變量的尋址、處理、背景診斷、路徑選擇、軟件計時、網絡管理，并負責網絡通信控制，收發(fā)數據包等。 第三個是應用處理器，執(zhí)行操作系統(tǒng)服務與用戶代碼。芯片中還具有存儲信息緩沖區(qū)，以實現CPU之間的信息傳遞，并作為網絡緩沖區(qū)和應用緩沖區(qū)。,LonWorks技術所采用的LonTalk協議被封裝在稱之為Neuron的神經元芯片中而得以實現。,(3) PROFIBUS,PROFIBUS是德國國家標準DINl92

10、45和歐洲標準EN50170的現場總線標準。 由PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA組成了PROFIBUS系列。 DP型用于分散外設間的高速數據傳輸，適合于加工自動化領域的應用。 FMS意為現場信息規(guī)范，PROFIBUS-FMS適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等。 而PA型則是用于過程自動化的總線類型，它遵從IECll582標準。,該項技術是由西門子公司為主的十幾家德國公司、研究所共同推出的。 它采用了OSI模型的物理層、數據鏈路層。FMS還采用了應用層。 傳輸速率為9，6kbps12Mbps，最大傳輸距離在12Mbps時為lOOm，15Mhp

11、s時為400m，可用中繼器延長至10km。其傳輸介質可以是雙絞線，也可以是光纜。最多可掛接127個站點?？蓪崿F總線供電與本質安全防爆。,(4) CAN,CAN是控制局域網絡(Control Area Network)的簡稱，最早由德國BOSCH公司推出，用于汽車內部測量與執(zhí)行部件之間的數據通信。其總線規(guī)范現已被ISO國際標準組織制訂為國際標準。 CAN協議也是建立在國際標準組織的開放系統(tǒng)互連模型基礎上的，只取OSI底層的物理層、數據鏈路層和頂層的應用層。 信號傳輸介質為雙絞線。通信速率最高可達1Mbps40m，直接傳輸距離最遠可達10km5kbps?？蓲旖釉O備數最多可達110個。 CAN的信號

12、傳輸采用短幀結構，每一幀的有效字節(jié)數為8個，因而傳輸時間短，受干擾的概率低。,(5)HART,HART是Highway Addressable Remote Transducer的縮寫。 最早由Rosemount公司開發(fā)并得到八十多家著名儀表公司的支持，于1993年成立了HART通信基金會。 這種被稱為可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協議，其特點是在現有模擬信號傳輸線上實現數字信號通信，屬于模擬系統(tǒng)向數字系統(tǒng)轉變過程中的過渡性產品，因而在當前的過渡時期具有較強的市場競爭能力，得到了較快發(fā)展。,它規(guī)定了一系列命令，按命令方式工作。它有三類命令： 第一類稱為通用命令，這是所有設備都理解、執(zhí)行的命

13、令； 第二類稱為一般行為命令，所提供的功能可以在許多現場設備(盡管不是全部)中實現，這類命令包括最常用的現場設備的功能庫； 第三類稱為特殊設備命令，以便在某些設備中實現特殊功能，這類命令既可以在基金會中開放使用，又可以為開發(fā)此命令的公司所獨有。 在一個現場設備中通常可發(fā)現同時存在這三類命令。,5 控制器局域網總線 CAN,5.1 CAN的性能特點 CAN(Controller Area Network)即控制器局域網絡。 CAN最初是由德國的BOSCH公司為汽車監(jiān)測、控制系統(tǒng)而設計的。 世界上一些著名的汽車制造廠商，如BENZ(奔馳)、BMW(寶馬)、PORSCHE(保時捷)、ROLLS-RO

14、YCE(勞斯萊斯)和JAGUAR(美洲豹)等都已開始采用CAN總線來實現汽車內部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機構間的數據通信。,CAN為多主方式工作，網絡上任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網絡上其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活，且無需站地址等節(jié)點信息。利用這一特點可方便地構成多機備份系統(tǒng)。 CAN網絡上的節(jié)點信息分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求，高優(yōu)先級的數據最多可在134ms內得到傳輸。,其特點可概括如下：,CAN采用非破壞性總線仲裁技術，當多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數據，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間。 C

15、AN只需通過報文濾波即可實現點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數據，無需專門的“調度”。,CAN上的節(jié)點數主要取決于總線驅動電路，目前可達110個；報文標識符可達2032種(CAN2.0A)，而擴展標準(CAN2.0B)的報文標識符幾乎不受限制。 采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯效果。 CAN的每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了數據出錯率極低。,CAN的通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。 CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響。,5.2.1 CAN的一些基本概念,報文 總線上的信息以不同格式

16、的報文發(fā)送，但長度有限制。當總線開放時，任何連接的單元均可開始發(fā)送一個新報文。 信息路由 在CAN系統(tǒng)中，一個CAN節(jié)點不使用有關系統(tǒng)結構的任何信息(如站地址)。這里包含一些重要概念： 系統(tǒng)靈活性-節(jié)點可在不要求所有節(jié)點及其應用層改變任何軟件或硬件的情況下，被接于CAN網絡。,報文通信-每個報文的內容由其標識符ID命名。ID并不指出報文的目的，但描述數據的含義，以便網絡中的所有節(jié)點有可能借助報文濾波決定該數據是否使它們激活。 成組-由于采用了報文濾波，所有節(jié)點均可接收報文，并同時被相同的報文激活。 數據相容性-在CAN網絡內，可以確保報文同時被所有節(jié)點或者沒有節(jié)點接收，因此，系統(tǒng)的數

17、據相容性是借助于成組和出錯處理達到的。,位速率 CAN的數據傳輸率在不同的系統(tǒng)中是不同的，而在一個給定的系統(tǒng)中，此速度是唯一的，并且是固定的。 優(yōu)先權 在總線訪問期間，標識符定義了一個報文靜態(tài)的優(yōu)先權。 遠程數據請求 通過發(fā)送一個遠程幀，需要數據的節(jié)點可以請求另一個節(jié)點發(fā)送一個相應的數據幀，該數據幀與對應的遠程幀以相同標識符ID命名。,多主站 當總線開放時，任何單元均可開始發(fā)送報文，發(fā)送具有最高優(yōu)先權報文的單元，以贏得總線訪問權。 仲裁 當總線開放時，任何單元均可開始發(fā)送報文，若同時有兩個或更多的單元開始發(fā)送，總線訪問沖突運用逐位仲裁規(guī)則，借助標識符ID解決。 這種仲裁規(guī)則可以使信息和時間

18、均無損失。若具有相同標識符的一個數據幀和一個遠程幀同時發(fā)送，數據幀優(yōu)先于遠程幀。,檢測錯誤的措施包括： 發(fā)送自檢、 循環(huán)冗余校驗、 位填充、 報文格式檢查。 錯誤檢測具有如下特性： 所有全局性錯誤均可被檢測； 發(fā)送器的所有局部錯誤均可被檢測； 報文中的多至5個隨機分布錯誤均可被檢測； 報文中長度小于15的突發(fā)性錯誤均可被檢測； 報文中任何奇數個錯誤均可被檢測。,,安全性 為獲得盡可能高的數據傳送安全性，在每個CAN節(jié)點中均設有錯誤檢測、標定和自檢的強有力措施。,出錯標注和恢復時間 已損報文由檢出錯誤的任何節(jié)點進行標注。這樣的報文將失效，并自動進行重發(fā)送。如果不存在新的

19、錯誤，自檢出錯誤至下一個報文開始發(fā)送的恢復時間最多為29個位時間。 故障界定 CAN節(jié)點有能力識別永久性故障和短暫擾動，可自動關閉故障節(jié)點。 連接 CAN串行通信鏈路是一條眾多單元均可被連接的總線，理論上，單元數目是無限的，實際上，單元總數受限于延遲時間和(或)總線的電氣負載。,應答 所有接收器均對接收報文的相容性進行檢查，回答一個相容報文，并標注一個不相容報文。 睡眠方式及喚醒 為降低系統(tǒng)功耗，CAN器件可被置于無任何內部活動的睡眠方式，相當于未連接總線的驅動器。 睡眠狀態(tài)借助任何總線激活或者系統(tǒng)的內部條件被喚醒而告終。,5.2.2 CAN節(jié)點的分層結構,5.2.3 報文傳送及其幀結構,在

20、進行數據傳送時，發(fā)出報文的單元稱為該報文的發(fā)送器。 對于發(fā)送器而言，如果直到幀結束末尾一直未出錯，則對于發(fā)送器報文有效。如果報文受損，將允許按照優(yōu)先權順序自動重發(fā)送。為了能同其他報文進行總線訪問競爭，總線一旦空閑，重發(fā)送立即開始。 對于接收器而言，如果直到幀結束的最后一位一直未出錯，則對于接收器報文有效。,構成一幀的幀起始、仲裁場、控制場、數據場和CRC序列均借助位填充規(guī)則進行編碼。 當發(fā)送器在發(fā)送的位流中檢測到5位連續(xù)的相同數值時，將自動地在實際發(fā)送的位流中插入一個補碼位。 數據幀和遠程幀的其余位場采用固定格式，不進行填充。出錯幀和超載幀同樣是固定格式，也不進行位填充。,報文傳送由4種不同類

21、型的幀表示和控制： 1、數據幀攜帶數據由發(fā)送器至接收器； 2、遠程幀通過總線單元發(fā)送，以請求發(fā)送具有相同標識符的數據幀； 3、出錯幀由檢測出總線錯誤的任何單元發(fā)送； 4、超載幀用于提供當前的和后續(xù)的數據幀的附加延遲。 數據幀和遠程幀借助幀間空間與當前幀分開。,5.2.3.1 數據幀,數據幀由7個不同的位場組成，即幀起始、仲裁場、控制場、數據場、CRC場、應答場和幀結束。數據場長度可為0。CAN2.0A數據幀的組成如圖5-2所示。,在CAN 2.0B中存在兩種不同的幀格式，其主要區(qū)別在于標識符的長度，具有11位標識符的幀稱為標準幀，而包括29位標識符的幀稱為擴展幀。標準格式和擴展格式的數據幀結構

22、如圖5-3所示。,(1)幀起始(SOF)標志數據幀和遠程幀的起始，它僅由一個顯位構成。只有在總線處于空閑狀態(tài)時，才允許站開始發(fā)送。所有站都必須同步于首先開始發(fā)送的那個站的幀起始前沿。 (2)仲裁場由標識符和遠程發(fā)送請求位(RTR)組成。仲裁場如圖5-4所示。,為區(qū)別標準格式和擴展格式，將CAN2.0A標準中的r1改記為IDE位。在擴展格式中，先發(fā)送基本ID，其后是IDE位和SRR位。擴展ID在SRR位后發(fā)送。（圖5-3）,CAN的性能特點 CAN的技術規(guī)范 CAN總線有關器件介紹,,CAN的性能特點 CAN的技術規(guī)范 CAN總線有關器件介紹,5.2.6 CAN總線媒體裝置特性,CAN技術規(guī)范2

23、.0B遵循ISOOSI標準模型，分為邏輯鏈路層和物理層。 其物理層包括位編碼解碼、位定時及同步等內容，但對總線媒體裝置，諸如驅動器接收器特性未作規(guī)定，以便在具體應用中進行優(yōu)化設計。 在1993年形成的國際標準IS011898中對基于雙絞線的CAN總線媒體裝置特性做了建議。,CAN的性能特點 CAN的技術規(guī)范 CAN總線有關器件介紹,ISO 11898建議的電氣連接如圖5-13所示，這里，將連接于總線的每個節(jié)點稱為電子控制裝置(ECU)?？偩€每個末端均接有以RL表示的抑制反射的終端負載電阻，而位于ECU內部的RL應予取消。總線驅動可采用單線上拉、單線下拉或雙線驅動，接收采用差分比較器。,CAN的

24、性能特點 CAN的技術規(guī)范 CAN總線有關器件介紹,CAN的性能特點 CAN的技術規(guī)范 CAN總線有關器件介紹,5.3 CAN總線有關器件介紹,CAN總線的突出優(yōu)點使其在各個領域的應用得到迅速發(fā)展，這使得許多器件廠商竟相推出各種CAN總線器件產品，已逐步形成系列。而豐富廉價的CAN總線器件又進一步促進了CAN總線應用的迅速推廣。 目前，CAN已不僅是應用于某些領域的標準現場總線，它正在成為微控制器的系統(tǒng)擴展及多機通信接口。表5-10列出了一些主要的CAN總線產品。,CAN的性能特點 CAN的技術規(guī)范 CAN總線有關器件介紹,CAN的性能特點 CAN的技術規(guī)范 CAN總線有關器件介紹,5.3.1

25、 CAN通信控制器SJA1000,CAN的通信協議主要由CAN控制器完成。 CAN控制器主要由實現CAN總線協議部分和與微控制器接口部分電路組成。 對于不同型號的CAN總線通信控制器，實現CAN協議部分電路的結構和功能大都相同，而與微控制器接口部分的結構及方式存在一些差異。這里主要以PHILIPS SJA1000為代表對CAN控制器的結構、功能及應用加以介紹。,CAN的性能特點 CAN的技術規(guī)范 CAN總線有關器件介紹,CAN的性能特點 CAN的技術規(guī)范 CAN總線有關器件介紹,二、功能框圖 SJA1000的功能框圖，如圖6-2所示。,,6.3 CAN通信的控制,6.3.1 控制SJA1000

26、通信的基本功能和控制寄存器 主控制器通過應用程序來設定SJA1000的功能，因此我們將對SJA1000進行編程以滿足不同性能的CAN總線系統(tǒng)的要求。 主控制器通過寄存器（控制段）和RAM（報文緩沖器）與SJA1000交換數據。 這些控制寄存器和接收及發(fā)送緩沖器 RAM的可尋址窗口，對主控制器而言均為外設寄存器。,概述 系統(tǒng)構成 CAN通信的控制 CAN通信的應用,(1) BasicCAN模式地址分配 SJA1000對微處理器而言是存儲器尋址方式的I/O裝置，由于寄存器的設計是按RAM方式設計的。 SJA1000的地址范圍包括控制段和報文緩沖器。 在初始化時對控制段進行編程，以便組態(tài)通信參數。位

27、處理器也是通過此段實現對CAN總線通信的控制。 在初始化時位處理器還可對CLKOUT信號的頻率進行編程。 要發(fā)送的報文，必須寫入SJA1000的發(fā)送緩沖器；正確接收的報文，微處理器可以從接收緩沖器中讀取，并將接收緩沖器釋放以備將來使用。,概述 系統(tǒng)構成 CAN通信的控制 CAN通信的應用,BasicCAN模式（P101）,微處理器與SJA1000的狀態(tài)、控制和命令信號的交換都是在控制段完成的。,概述 系統(tǒng)構成 CAN通信的控制 CAN通信的應用, 標示符（ID） 標示符由11位組成（ID.10ID.0），ID.10為最高位，在仲裁過程中它首先被發(fā)送到總線上。 標示符的作用類似于報文的名字，在接

28、收端它被用來進行認可濾波；在仲裁過程中它也用來決定訪問總線的優(yōu)先權。 標示符所代表的二進制數值越小，其優(yōu)先權越高，這是由于二進制數越小，其高位的顯性位就越多。,概述 系統(tǒng)構成 CAN通信的控制 CAN通信的應用,時鐘分頻器寄存器（CDR）控制時鐘輸出腳CLKOUT的輸出頻率，并且允許關斷此位的輸出。 另外，該寄存器還可以控制是否在TX1上增加了一個接收中斷脈沖、旁路接收比較器、選擇BasicCAN還是PeliCAN模式。在硬件復位后時鐘分頻數的默認值為00000101、12分頻（Motorola）或為00000000、2分頻（Intel）。 軟復位對此寄存器沒有影響，保留位CDR.4在寫入時必

29、須為0，以便與將來的功能上保持兼容。,概述 系統(tǒng)構成 CAN通信的控制 CAN通信的應用,(4) 時鐘分頻器寄存器（CDR）,6.4 CAN 的通信功能的應用,通過CAN總線建立通信的過程： 系統(tǒng)上電后 設置主控制器與SJA1000相關的硬件及軟件 在SJA1000上電復位后，設置CAN控制器的通信功能，包括方式選擇、認可濾波器的設置、位定時信息等。 在應用主程序中 準備要發(fā)送的數據并激活SJA1000將數據發(fā)出 處理CAN控制器接收到的報文 處理在通信過程中發(fā)生的錯誤,6.4.1 初始化,SJA1000在上電或硬復拉后，必須對其初始化以便進行通信。 而且在運行過程中還可以通過主控制器對其組態(tài)

30、進行修改 （重新組態(tài)），在進行重新組態(tài)時，首先要進入復位狀態(tài)。 圖6-12給出了初始化程序的流程并給出了8051的樣本程序。,,,通訊簡介,ProfiBus通訊技術,,,通訊簡介,ProfiBus通訊技術,,通訊方法,ET200系列是遠程I0站，為減少信號電纜的敷設，可以在設備附近根據不同的要求放置不同類型的I0站，如ET200M、ET200B、ET200X、ET200S等，ET200M適合在遠程站點I0點數量較多的情況下使用，這里以ET200M為例介紹遠程IO的配置。主站為集成DP接口的CPU。,CPU集成DP口與ET200M之間遠程的通信,ProfiBus通訊技術,,通訊方法,1、硬件連

31、接,圖3-1 集成DP口CPU與ET200M硬件連接,ProfiBus通訊技術,,通訊方法,2、資源需求,帶集成DP口的S7-300的CPU315-2DP作為主站。 從站為帶I/O模塊的ET200M。 MPI網卡CP5611。 ProfiBus總線連接器以及電纜。 STEP7 V5.2系統(tǒng)設計軟件,ProfiBus通訊技術,,通訊方法,1）、按圖3-1連接CPU315C-2DP集成的DP接口與ET200M的PROFIBUS-DP接口。先用MPI電纜將MPI卡CP5611連接到CPU315-2DP的MPI接口，對CPU315-2DP進行初始化，同時對ET200M的“BUS ADDRESS”撥盤開

32、關的PROFIBUS地址設定為4，如圖3-2所示，即把數字“4”左側對應的開關撥向右側即可。如果設定PROFIBUS地址為6，則把“2”、“4”兩個數字左側對應的開關撥向右側，依此類推。 2）、在STEP7中新建一個“ET200M作為從站的DP通信”的項目。先插入一個S7-300站，然后雙擊“Hardware”選項，進人“Hw config”窗口。點擊“catalog”圖標打開硬件目錄，按硬件安裝次序和訂貨號依次插人機架、電源、CPU等進行硬件組態(tài)，如圖3-3所示。,3、網絡組態(tài)以及參數設置,圖9-2 ET200M的外形圖,ProfiBus通訊技術,,通訊方法,,圖9-3 CPU315-2DP

33、 RPROFIBUS網絡配置,ProfiBus通訊技術,,通訊方法,,3）、插入CPU同時，彈出PROFIBUS組態(tài)界面。點擊New按鈕，新建PROFIBUS（1），組態(tài)PROFIBUS站地址為2。點擊“Properties”按鈕組態(tài)網絡屬性，選擇“Network Settings”，界面如圖“3-4”所示，點擊“OK”按鈕確認，完成PROFIBUS網絡創(chuàng)建，同時界面出現PROFIBUS網絡。,ProfiBus通訊技術,,通訊方法,,圖9-4 PROFIBUS-DP的“Network Settings”的參數設置,ProfiBus通訊技術,,通訊方法,,4）、在PROFIBUS-DP選項中，通

34、過左邊的“PROFIBUS-DP”“ET200M”“IM153-1”路徑，選擇接口模塊IM153-1，添加到PROFIBUS網絡上，如圖“3-5所示”。 圖9-5是加載IM 153-1至PROFIBUS（1）網絡過程示意，定義ET200M接口模塊IMl53-2的PROFIBUS站地址，組態(tài)的站地址必須與IMl53-2上撥碼開關設定的站地址相同，本例中站地址為4。 然后組態(tài)ET200M上IO模塊，設定I/O點的地址，ET200M的IO地址區(qū)與中央擴展的IO地址區(qū)一致，不能沖突，本例中ET200M上組態(tài)了16點輸入和16點輸出，開始地址為1，訪問這些點時用I區(qū)和Q區(qū)，例如輸入點為I1.0，第一個

35、輸出點為Q1.0，實際使用時ET200M所帶的I/O模塊就好象是集成在CPU 315-2DP上的一樣，編程非常簡單。硬件組態(tài)結果見圖9-7。,ProfiBus通訊技術,,通訊方法,,圖9-5 加載IM 153-1至PROFIBUS（1）網絡過程示意,ProfiBus通訊技術,,通訊方法,,圖9-6 IM153的PROFIBUS網絡參數配置,ProfiBus通訊技術,,通訊方法,,圖9-7 315-2DP、ET200M的I/O模塊配置,ProfiBus通訊技術,（2）網絡部件 工業(yè)以太網鏈路模塊OLM、ELM OLM（光鏈路模塊）有3個ITP接口和兩個BFOC接口。ITP接口可以連接3個終

36、端設備或網段，BFOC接口可以連接兩個光路設備（如OLM等），速度為10Mbit/s。 ELM（電氣鏈路模塊）有個ITP接口和1個AUI接口。通過AUI接口，可以將網絡設備連接至LAN上，速度為10Mbit/s。 工業(yè)以太網交換機OSM、ESM OSM的產品包括：OSM TP62、OSM TP22、OSM ITP62、OSM ITP62-LD和OSM BC08。從型號就可以確定OSM的連接端口類型及數量，如：OSM ITP62-LD，其中ITP表示OSM上有ITP電纜接口，“6”代表電氣接口數量，“2”代表光纖接口數量，“LD”代表長距離。 ESM的產品包括：ESM TP40、E

37、SM TP80和ESM ITP80，命名規(guī)則和OSM相同。,5.3.1 西門子工業(yè)以太網硬件基本情況,圖5.9 CP243-1,圖5.10 CP343-1,圖5.11 CP443-1,（3）通信處理器 常用的工業(yè)以太網通信處理器（CP，Communicaton Processer，通信處理單元），包括用在S7 PLC站上的處理器CP243-1系列、CP343-1系列、CP443-1系列等。 CP243-1是為S7-200系列PLC設計的工業(yè)以太網通信處理器，并且支持使用STEP7-Micro/WIN 32軟件，通過以太網對S7-200進行遠程組態(tài)、編程和診斷。同時，S7-200也可

38、以同S7-300、S7-400系列PLC進行以太網的連接。 S7-300系列PLC的以太網通信處理器是CP343-1系列。按照所支持協議的不同，可以分為CP343-1、CP343-1 ISO、CP343-1 TCP、CP343-1 IT和CP343-1 PN。,5.3.1 西門子工業(yè)以太網硬件基本情況,5.3.1 西門子工業(yè)以太網硬件基本情況,S7-400 PLC的以太網通信處理器是CP443-1系列。按照所支持協議的不同，可以分為CP443-1、CP443-1 ISO、CP443-1 TCP和CP443-1 IT。,1標準通信（Standard Communication）,表5.2

39、標準通信協議,5.3.2 西門子支持的網絡協議和服務,MAP（Manufacturing Automation Protocol，制造業(yè)自動化協議）提供MMS服務，主要用于傳輸結構化的數據。MMS是一個符合ISO/IES 9506-4的工業(yè)以太網通信標準，MAP3.0的版本提供了開放統(tǒng)一的通信標準，可以連接各個廠商的產品，現在很少應用。,5.3.2 西門子支持的網絡協議和服務,3S7通信 S7通信集成在每一個SIMATIC S7/M7和C7的系統(tǒng)中，屬于OSI參考模型第7層應用層的協議，它獨立于各個網絡，可以應用于多種網絡（MPI、PROFIBUS、工業(yè)以太網）。 S7通信通過不斷地重復接收數

40、據來保證網絡報文的正確。在SIMATIC S7中，通過組態(tài)建立S7連接來實現S7通信，在PC上，S7通信需要通過SAPI-S7借口函數或OPC（過程控制用對象鏈接與嵌入）來實現。 在STEP7中，S7通信需要調用功能塊SFB（S7-400）或FB（S7-300），最大的通信數據可以達64KB。對于S7-400，可以使用系統(tǒng)功能塊SFB來實現S7通信，對于S7-300，可以調用相應得FB功能塊進行S7通信.,5.3.2 西門子支持的網絡協議和服務,4PG/OP通信 PG/OP通信分別是PG和OP與PLC通信來進行組態(tài)、編程、監(jiān)控以及人機交互等操作的服務。,圖5.12 S7-300/400 PL

41、C的以太網通信,5.3.2 西門子支持的網絡協議和服務,1硬件 （1）CPU （2）CP 343-1 IT/CP 343-1 （3）PC（帶網卡） 2軟件 STEP 7 3PG/PC Interface的設定 在“SIMATIC Manger”界面中，選擇“Options”“Set PG/PC Interface”，進入“Set PG/PC Interface”界面，選定“TCP/IP（Auto）Realtek RTL8193/810”為通信協議，見圖5.13所示。,5.3.3 S7-300PLC通信所需的硬件與軟件,圖5.13 “Set PG/PC Interface”界面,5.

42、3.3 S7-300PLC通信所需的硬件與軟件,1TCP （1）新建項目 在STEP7中創(chuàng)建一個新項目，取名為“TCP of IE”。點擊右鍵，再彈出的菜單中選擇“Insert New Object”“SIMATIC 300 Station”，插入一個300站，取名為“313C-2DP”。用同樣的方法在項目“TCP of IE”下插另一個300站，取名為“315-2DP”。如圖5.14所示。,圖5.14 建立項目,5.3.4 S7-300PLC-S5通信,（2）硬件組態(tài),圖5.15 “313C-2DP”站的硬件組態(tài),首先對“313C-2DP”站進行硬件組態(tài)，雙擊“Hardware”進入“HW

43、 Config”界面。在機架上加入CPU 313C-2DP、SM 323和CP 343-1 IT，如圖5.15所示：,同時把CPU的MPI地址設為“4”，CP模塊的MPI地址設為“5”。CP 343-1 IT可以在“SIMATIC 300”“CP300”“Industrial Ethernet”下找到，見圖5.16。,圖5.16 CP 343-1 IT的硬件位置,用同樣的方法，建立“315-2DP”站的硬件組態(tài)。CPU的MPI地址設為“2”，CP模塊的MPI地址設為“3”。CP模塊的IP地址為：10.10.3.58，子網掩碼：255.255.255.192。 硬件組態(tài)好后保存編譯，分別下載到

44、兩臺PLC中。 （3）網絡參數配置 在做工業(yè)以太網通信的項目時，除了要組態(tài)硬件，還要進行網絡參數的配置。 在“SIMATIC Manger”界面中點擊“Configure Network” 鍵，打開“NetPro”設置網絡參數。此時可以看到兩臺PLC已經掛入了工業(yè)以太網中，選中一CPU，點擊鼠標右鍵，選擇“Insert New Connection”建立新的連接，如圖5.18所示。,1.1 組態(tài)軟件概述,組態(tài)是伴隨著計算機軟硬件技術在控制領域的廣泛應用而發(fā)展起來的。為了使用戶在不需要編代碼程序的情況下，便可生成適合自己需求的應用系統(tǒng)，就需要專業(yè)的編程開發(fā)人員創(chuàng)建良好的開發(fā)環(huán)境，把軟件模塊化

45、、對象化、便于工程人員調用，從而獲得目標工程項目的監(jiān)控和控制軟件系統(tǒng)。這種開發(fā)環(huán)境就是“組態(tài)軟件”。 工控領域常會提到組態(tài)（configuration） 工控應用軟件=積木式構件+基本專業(yè)知識+簡單配置和編程,1.1.2 組態(tài)軟件在我國的發(fā)展主要產品介紹,(1) InTouch：Wonderware的InTouch軟件是最早進入我國的組態(tài)軟件。在80年代末、90年代初，基于Windows3.1的InTouch軟件曾讓我們耳目一新，并且InTouch提供了豐富的圖庫。但是，早期的InTouch軟件采用DDE方式與驅動程序通信，性能較差，最新的InTouch9.5版已經完全基于32位的Window

46、s平臺。 (2) Fix：Intellution公司以Fix組態(tài)軟件起家，1995年被愛默生收購，現在是愛默生集團的全資子公司，Intellution將自己最新的產品系列命名為iFiX，在iFiX中，Intellution提供了強大的組態(tài)功能。在iFiX中，Intellution的產品與Microsoft的操作系統(tǒng)、網絡進行了緊密的集成。 (3) Citech：CiT公司的Citech也是較早進入中國市場的產品。Citech具有簡潔的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序員，而不是工控用戶。Citech提供了類似C語言的腳本語言進行二次開發(fā)，但與iFix不同的是，Citech的腳本語言并非是面向對象的，而是類似于C語言，這無疑為用戶進行二次開發(fā)增加了難度。,,壓風機監(jiān)控系統(tǒng)講解,,SCADA系統(tǒng)演示,