《现场总线讲解》PPT课件.ppt

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1、1.什么是现场总线,现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。,2.现场总线的由来,集散控制系统DCS（distributed control system）随着生产规模的扩大，操作人员需要综合掌握多点的运行参数与信息，需要同时按多点的信息实行操作控制，于是出现了气动、电动系列的单元组合式仪表，出现了集中控制室。生产现场各处的参数通过统一的模拟信号，如0.020.1MPa的气压信号，010mA、420mA的直流电流信号，15V直流电压信号等，送往集中控制室。,由于模拟信号的传递需要一对一的物理连接，信号变

2、化缓慢，提高计算速度与精度的开销、难度都较大，信号传输的抗干扰能力也较差，人们开始寻求用数字信号取代模拟信号，出现了直接数字控制。但是，在DCS系统形成的过程中，由于受计算机系统早期存在的系统封闭这一缺陷的影响，各厂家的产品自成系统，不同厂家的设备不能互连在一起，难以实现互换与互操作，组成更大范围信息共享的网络系统存在很多困难。,新型的现场总线控制系统则突破了DCS系统中通信由专用网络的封闭系统来实现所造成的缺陷，把基于封闭、专用的解决方案变成了基于公开化、标准化的解决方案，即可以把来自不同厂商而遵守同一协议规范的自动化设备，通过现场总线网络连接成系统，实现综合自动化的各种功能；同时把DCS集

3、中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场，依靠现场智能设备本身便可实现基本控制功能。,现场总线控制系统FCS(fieldbus control system),智能仪表为现场总线的出现奠定了基础,1983年，Honeywell推出了智能化仪表Smar变送器，这些带有微处理器芯片的仪表除了在原有模拟仪表的基础上增加了复杂的计算功能之外，还在输出的420mA直流信号上迭加了数字信号，使现场与控制室之间的连接由模拟信号过渡到了数字信号。现场总线之所以具有较高的测控能力指数，一是得益于仪表的微机化，二是得益于设备的通信功能。把微处理器置入现场自控设备、使设备具有数

4、字计算和数字通信能力，一方面提高了信号的测量、控制和传输精度，同时为丰富控制信息的内容，实现其远程传送创造了条件。,伴随着控制系统结构与测控仪表的更新换代，系统的功能、性能也在不断完善与发展，图4-1为各阶段测控仪表能力指数示意图。,它表明，测量控制系统从早期基地式模拟仪表只能实现单点、单控制回路的测控功能开始，逐渐发展到按装置或过程的多回路、多变量集中监控，整个装置或车间的优化控制，以致实现生产过程的控制与管理一体化。每一代更新都带来能力指数的跃变，同时随着工具与功能开发的不断完善，每一代系统的测控能力指数会按各自的增长速率不断升高，为生产过程的控制与管理提供更为完善的服务，带来更大的经济效

5、益。这里，图4-1中对能力指数的描述在数值上并不精确，不过是一种示意性的表达而已。,使用现场总线PROFIBUS PA的经济优势：与使用传统的4-20mA模拟信号系统比较,4 几种有影响的现场总线技术,自80年代末以来，有几种现场总线技术已逐渐形成其影响并在一些特定的应用领域显示了自己的优势。它们具有各自的特点，也显示了较强的生命力。对现场总线技术的发展已经发挥并将会继续发挥较大作用。,(1)基金会现场总线,基金会现场总线(FF，Foundation Fieldbus)是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的技术。其前身是以美国FisherRosemount公司为首，联合Foxbor

6、o、横河、ABB、西门子等80家公司制订的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地的150家公司制订的WorldFIP协议。屈于用户的压力，这两大集团于1994年9月合并，成立了现场总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。,H1的传输速率为31.25kbps，通信距离可达1900m(可加中继器延长)，可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。H2的传输速率可为1Mbps和25Mbps两种，其通信距离分别为750m和500m。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射，协议符合IECll582标准。其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码。,基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通

7、信速率。,本质安全型电气设备的原理：,通过选择电气设备电路的各种参数或采取保护措施来限制电路的火花放电能量和热能，使其在正常工作和规定的故障状态下，产生的电火花的热效应均不能点燃周围环境的爆炸性混合物，从而实现了电气防爆。这种电气设备的电路本身就具有防爆性能，也就是从“本质”上就是安全的，故称为本质安全型（本安型）。,基金会现场总线的主要技术内容，包括：FF通信协议；用于完成开放互连模型中第27层通信协议的通信栈(Communication Stack)；用于描述设备特征、参数、属性及操作接口的DDL设备描述语言、设备描述字典；用于实现测量、控制、工程量转换等应用功能的功能块、实现系统组态、调

8、度、管理等功能的系统软件技术；以及构筑集成自动化系统、网络系统的系统集成技术。,(2)LonWorks,LonWorks是又一具有强劲实力的现场总线技术。它是由美国Echelon公司推出并由它与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于1990年正式公布而形成的。它采用了ISOOSI模型的全部七层通讯协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其通信速率从300bps至15Mbps不等，直接通信距离可达2700m(78kbps，双绞线)。支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通信介质，并开发了相应的本质安全防爆产品，被誉为通用控制网络。,集成芯片中有3个8位C

9、PU，一个用于完成开放互连模型中第1和第2层的功能，称为媒体访问控制处理器，实现介质访问的控制与处理。第二个用于完成第36层的功能，称为网络处理器，进行网络变量的寻址、处理、背景诊断、路径选择、软件计时、网络管理，并负责网络通信控制，收发数据包等。第三个是应用处理器，执行操作系统服务与用户代码。芯片中还具有存储信息缓冲区，以实现CPU之间的信息传递，并作为网络缓冲区和应用缓冲区。,LonWorks技术所采用的LonTalk协议被封装在称之为Neuron的神经元芯片中而得以实现。,(3)PROFIBUS,PROFIBUS是德国国家标准DINl9245和欧洲标准EN50170的现场总线标准。由PR

10、OFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA组成了PROFIBUS系列。DP型用于分散外设间的高速数据传输，适合于加工自动化领域的应用。FMS意为现场信息规范，PROFIBUS-FMS适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。而PA型则是用于过程自动化的总线类型，它遵从IECll582标准。,该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的。它采用了OSI模型的物理层、数据链路层。FMS还采用了应用层。传输速率为9，6kbps12Mbps，最大传输距离在12Mbps时为lOOm，15Mhps时为400m，可用中继器延长至10km。其传输介质可以是双绞

11、线，也可以是光缆。最多可挂接127个站点。可实现总线供电与本质安全防爆。,(4)CAN,CAN是控制局域网络(Control Area Network)的简称，最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范现已被ISO国际标准组织制订为国际标准。CAN协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连模型基础上的，只取OSI底层的物理层、数据链路层和顶层的应用层。信号传输介质为双绞线。通信速率最高可达1Mbps40m，直接传输距离最远可达10km5kbps。可挂接设备数最多可达110个。CAN的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，因而传输时间短，受干扰的概

12、率低。,(5)HART,HART是Highway Addressable Remote Transducer的缩写。最早由Rosemount公司开发并得到八十多家著名仪表公司的支持，于1993年成立了HART通信基金会。这种被称为可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较快发展。,它规定了一系列命令，按命令方式工作。它有三类命令：第一类称为通用命令，这是所有设备都理解、执行的命令；第二类称为一般行为命令，所提供的功能可以在许多现场设备(尽管不是全部)中

13、实现，这类命令包括最常用的现场设备的功能库；第三类称为特殊设备命令，以便在某些设备中实现特殊功能，这类命令既可以在基金会中开放使用，又可以为开发此命令的公司所独有。在一个现场设备中通常可发现同时存在这三类命令。,5 控制器局域网总线 CAN,5.1 CAN的性能特点CAN(Controller Area Network)即控制器局域网络。CAN最初是由德国的BOSCH公司为汽车监测、控制系统而设计的。世界上一些著名的汽车制造厂商，如BENZ(奔驰)、BMW(宝马)、PORSCHE(保时捷)、ROLLS-ROYCE(劳斯莱斯)和JAGUAR(美洲豹)等都已开始采用CAN总线来实现汽车内部控制系统

14、与各检测和执行机构间的数据通信。,CAN为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息。利用这一特点可方便地构成多机备份系统。CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，高优先级的数据最多可在134ms内得到传输。,其特点可概括如下：,CAN采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。CAN只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据，无需专门的“

15、调度”。,CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个；报文标识符可达2032种(CAN2.0A)，而扩展标准(CAN2.0B)的报文标识符几乎不受限制。采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果。CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据出错率极低。,CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。,5.2.1 CAN的一些基本概念,报文 总线上的信息以不同格式的报文发送，但长度有限制。当总线开放时，任何连接的单元均可开始发送一个新报文。信息路由 在CAN系统中

16、，一个CAN节点不使用有关系统结构的任何信息(如站地址)。这里包含一些重要概念：系统灵活性-节点可在不要求所有节点及其应用层改变任何软件或硬件的情况下，被接于CAN网络。,报文通信-每个报文的内容由其标识符ID命名。ID并不指出报文的目的，但描述数据的含义，以便网络中的所有节点有可能借助报文滤波决定该数据是否使它们激活。成组-由于采用了报文滤波，所有节点均可接收报文，并同时被相同的报文激活。数据相容性-在CAN网络内，可以确保报文同时被所有节点或者没有节点接收，因此，系统的数据相容性是借助于成组和出错处理达到的。,位速率 CAN的数据传输率在不同的系统中是不同的，而在一个给定的系统中，此速度是

17、唯一的，并且是固定的。优先权 在总线访问期间，标识符定义了一个报文静态的优先权。远程数据请求 通过发送一个远程帧，需要数据的节点可以请求另一个节点发送一个相应的数据帧，该数据帧与对应的远程帧以相同标识符ID命名。,多主站 当总线开放时，任何单元均可开始发送报文，发送具有最高优先权报文的单元，以赢得总线访问权。仲裁 当总线开放时，任何单元均可开始发送报文，若同时有两个或更多的单元开始发送，总线访问冲突运用逐位仲裁规则，借助标识符ID解决。这种仲裁规则可以使信息和时间均无损失。若具有相同标识符的一个数据帧和一个远程帧同时发送，数据帧优先于远程帧。,检测错误的措施包括：发送自检、循环冗余校验、位填充

18、、报文格式检查。错误检测具有如下特性：所有全局性错误均可被检测；发送器的所有局部错误均可被检测；报文中的多至5个随机分布错误均可被检测；报文中长度小于15的突发性错误均可被检测；报文中任何奇数个错误均可被检测。,安全性 为获得尽可能高的数据传送安全性，在每个CAN节点中均设有错误检测、标定和自检的强有力措施。,出错标注和恢复时间 已损报文由检出错误的任何节点进行标注。这样的报文将失效，并自动进行重发送。如果不存在新的错误，自检出错误至下一个报文开始发送的恢复时间最多为29个位时间。故障界定 CAN节点有能力识别永久性故障和短暂扰动，可自动关闭故障节点。连接 CAN串行通信链路是一条众多单元均可

19、被连接的总线，理论上，单元数目是无限的，实际上，单元总数受限于延迟时间和(或)总线的电气负载。,应答 所有接收器均对接收报文的相容性进行检查，回答一个相容报文，并标注一个不相容报文。睡眠方式及唤醒 为降低系统功耗，CAN器件可被置于无任何内部活动的睡眠方式，相当于未连接总线的驱动器。睡眠状态借助任何总线激活或者系统的内部条件被唤醒而告终。,5.2.2 CAN节点的分层结构,5.2.3 报文传送及其帧结构,在进行数据传送时，发出报文的单元称为该报文的发送器。对于发送器而言，如果直到帧结束末尾一直未出错，则对于发送器报文有效。如果报文受损，将允许按照优先权顺序自动重发送。为了能同其他报文进行总线访

20、问竞争，总线一旦空闲，重发送立即开始。对于接收器而言，如果直到帧结束的最后一位一直未出错，则对于接收器报文有效。,构成一帧的帧起始、仲裁场、控制场、数据场和CRC序列均借助位填充规则进行编码。当发送器在发送的位流中检测到5位连续的相同数值时，将自动地在实际发送的位流中插入一个补码位。数据帧和远程帧的其余位场采用固定格式，不进行填充。出错帧和超载帧同样是固定格式，也不进行位填充。,报文传送由4种不同类型的帧表示和控制：1、数据帧携带数据由发送器至接收器；2、远程帧通过总线单元发送，以请求发送具有相同标识符的数据帧；3、出错帧由检测出总线错误的任何单元发送；4、超载帧用于提供当前的和后续的数据帧的

21、附加延迟。数据帧和远程帧借助帧间空间与当前帧分开。,5.2.3.1 数据帧,数据帧由7个不同的位场组成，即帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场和帧结束。数据场长度可为0。CAN2.0A数据帧的组成如图5-2所示。,在CAN 2.0B中存在两种不同的帧格式，其主要区别在于标识符的长度，具有11位标识符的帧称为标准帧，而包括29位标识符的帧称为扩展帧。标准格式和扩展格式的数据帧结构如图5-3所示。,(1)帧起始(SOF)标志数据帧和远程帧的起始，它仅由一个显位构成。只有在总线处于空闲状态时，才允许站开始发送。所有站都必须同步于首先开始发送的那个站的帧起始前沿。(2)仲裁场由标识符和远程

22、发送请求位(RTR)组成。仲裁场如图5-4所示。,为区别标准格式和扩展格式，将CAN2.0A标准中的r1改记为IDE位。在扩展格式中，先发送基本ID，其后是IDE位和SRR位。扩展ID在SRR位后发送。（图5-3）,CAN的性能特点CAN的技术规范CAN总线有关器件介绍,CAN的性能特点CAN的技术规范CAN总线有关器件介绍,5.2.6 CAN总线媒体装置特性,CAN技术规范2.0B遵循ISOOSI标准模型，分为逻辑链路层和物理层。其物理层包括位编码解码、位定时及同步等内容，但对总线媒体装置，诸如驱动器接收器特性未作规定，以便在具体应用中进行优化设计。在1993年形成的国际标准IS011898

23、中对基于双绞线的CAN总线媒体装置特性做了建议。,CAN的性能特点CAN的技术规范CAN总线有关器件介绍,ISO 11898建议的电气连接如图5-13所示，这里，将连接于总线的每个节点称为电子控制装置(ECU)。总线每个末端均接有以RL表示的抑制反射的终端负载电阻，而位于ECU内部的RL应予取消。总线驱动可采用单线上拉、单线下拉或双线驱动，接收采用差分比较器。,CAN的性能特点CAN的技术规范CAN总线有关器件介绍,CAN的性能特点CAN的技术规范CAN总线有关器件介绍,5.3 CAN总线有关器件介绍,CAN总线的突出优点使其在各个领域的应用得到迅速发展，这使得许多器件厂商竟相推出各种CAN总

24、线器件产品，已逐步形成系列。而丰富廉价的CAN总线器件又进一步促进了CAN总线应用的迅速推广。目前，CAN已不仅是应用于某些领域的标准现场总线，它正在成为微控制器的系统扩展及多机通信接口。表5-10列出了一些主要的CAN总线产品。,CAN的性能特点CAN的技术规范CAN总线有关器件介绍,CAN的性能特点CAN的技术规范CAN总线有关器件介绍,5.3.1 CAN通信控制器SJA1000,CAN的通信协议主要由CAN控制器完成。CAN控制器主要由实现CAN总线协议部分和与微控制器接口部分电路组成。对于不同型号的CAN总线通信控制器，实现CAN协议部分电路的结构和功能大都相同，而与微控制器接口部分的

25、结构及方式存在一些差异。这里主要以PHILIPS SJA1000为代表对CAN控制器的结构、功能及应用加以介绍。,CAN的性能特点CAN的技术规范CAN总线有关器件介绍,CAN的性能特点CAN的技术规范CAN总线有关器件介绍,二、功能框图SJA1000的功能框图，如图6-2所示。,6.3 CAN通信的控制,6.3.1 控制SJA1000通信的基本功能和控制寄存器 主控制器通过应用程序来设定SJA1000的功能，因此我们将对SJA1000进行编程以满足不同性能的CAN总线系统的要求。主控制器通过寄存器（控制段）和RAM（报文缓冲器）与SJA1000交换数据。这些控制寄存器和接收及发送缓冲器 RA

26、M的可寻址窗口，对主控制器而言均为外设寄存器。,概述系统构成CAN通信的控制CAN通信的应用,(1)BasicCAN模式地址分配SJA1000对微处理器而言是存储器寻址方式的I/O装置，由于寄存器的设计是按RAM方式设计的。SJA1000的地址范围包括控制段和报文缓冲器。在初始化时对控制段进行编程，以便组态通信参数。位处理器也是通过此段实现对CAN总线通信的控制。在初始化时位处理器还可对CLKOUT信号的频率进行编程。要发送的报文，必须写入SJA1000的发送缓冲器；正确接收的报文，微处理器可以从接收缓冲器中读取，并将接收缓冲器释放以备将来使用。,概述系统构成CAN通信的控制CAN通信的应用,

27、BasicCAN模式（P101）,微处理器与SJA1000的状态、控制和命令信号的交换都是在控制段完成的。,概述系统构成CAN通信的控制CAN通信的应用,标示符（ID）标示符由11位组成（ID.10ID.0），ID.10为最高位，在仲裁过程中它首先被发送到总线上。标示符的作用类似于报文的名字，在接收端它被用来进行认可滤波；在仲裁过程中它也用来决定访问总线的优先权。标示符所代表的二进制数值越小，其优先权越高，这是由于二进制数越小，其高位的显性位就越多。,概述系统构成CAN通信的控制CAN通信的应用,时钟分频器寄存器（CDR）控制时钟输出脚CLKOUT的输出频率，并且允许关断此位的输出。另外，该寄

28、存器还可以控制是否在TX1上增加了一个接收中断脉冲、旁路接收比较器、选择BasicCAN还是PeliCAN模式。在硬件复位后时钟分频数的默认值为00000101、12分频（Motorola）或为00000000、2分频（Intel）。软复位对此寄存器没有影响，保留位CDR.4在写入时必须为0，以便与将来的功能上保持兼容。,概述系统构成CAN通信的控制CAN通信的应用,(4)时钟分频器寄存器（CDR）,6.4 CAN 的通信功能的应用,通过CAN总线建立通信的过程：系统上电后设置主控制器与SJA1000相关的硬件及软件在SJA1000上电复位后，设置CAN控制器的通信功能，包括方式选择、认可滤波

29、器的设置、位定时信息等。在应用主程序中准备要发送的数据并激活SJA1000将数据发出处理CAN控制器接收到的报文处理在通信过程中发生的错误,6.4.1 初始化,SJA1000在上电或硬复拉后，必须对其初始化以便进行通信。而且在运行过程中还可以通过主控制器对其组态进行修改（重新组态），在进行重新组态时，首先要进入复位状态。图6-12给出了初始化程序的流程并给出了8051的样本程序。,通讯简介,ProfiBus通讯技术,通讯简介,ProfiBus通讯技术,通讯方法,ET200系列是远程I0站，为减少信号电缆的敷设，可以在设备附近根据不同的要求放置不同类型的I0站，如ET200M、ET200B、ET

30、200X、ET200S等，ET200M适合在远程站点I0点数量较多的情况下使用，这里以ET200M为例介绍远程IO的配置。主站为集成DP接口的CPU。,CPU集成DP口与ET200M之间远程的通信,ProfiBus通讯技术,通讯方法,1、硬件连接,图3-1 集成DP口CPU与ET200M硬件连接,ProfiBus通讯技术,通讯方法,2、资源需求,带集成DP口的S7-300的CPU315-2DP作为主站。从站为带I/O模块的ET200M。MPI网卡CP5611。ProfiBus总线连接器以及电缆。STEP7 V5.2系统设计软件,ProfiBus通讯技术,通讯方法,1）、按图3-1连接CPU31

31、5C-2DP集成的DP接口与ET200M的PROFIBUS-DP接口。先用MPI电缆将MPI卡CP5611连接到CPU315-2DP的MPI接口，对CPU315-2DP进行初始化，同时对ET200M的“BUS ADDRESS”拨盘开关的PROFIBUS地址设定为4，如图3-2所示，即把数字“4”左侧对应的开关拨向右侧即可。如果设定PROFIBUS地址为6，则把“2”、“4”两个数字左侧对应的开关拨向右侧，依此类推。2）、在STEP7中新建一个“ET200M作为从站的DP通信”的项目。先插入一个S7-300站，然后双击“Hardware”选项，进人“Hw config”窗口。点击“catalog

32、”图标打开硬件目录，按硬件安装次序和订货号依次插人机架、电源、CPU等进行硬件组态，如图3-3所示。,3、网络组态以及参数设置,图9-2 ET200M的外形图,ProfiBus通讯技术,通讯方法,图9-3 CPU315-2DP RPROFIBUS网络配置,ProfiBus通讯技术,通讯方法,3）、插入CPU同时，弹出PROFIBUS组态界面。点击New按钮，新建PROFIBUS（1），组态PROFIBUS站地址为2。点击“Properties”按钮组态网络属性，选择“Network Settings”，界面如图“3-4”所示，点击“OK”按钮确认，完成PROFIBUS网络创建，同时界面出现PR

33、OFIBUS网络。,ProfiBus通讯技术,通讯方法,图9-4 PROFIBUS-DP的“Network Settings”的参数设置,ProfiBus通讯技术,通讯方法,4）、在PROFIBUS-DP选项中，通过左边的“PROFIBUS-DP”“ET200M”“IM153-1”路径，选择接口模块IM153-1，添加到PROFIBUS网络上，如图“3-5所示”。图9-5是加载IM 153-1至PROFIBUS（1）网络过程示意，定义ET200M接口模块IMl53-2的PROFIBUS站地址，组态的站地址必须与IMl53-2上拨码开关设定的站地址相同，本例中站地址为4。然后组态ET200M上I

34、O模块，设定I/O点的地址，ET200M的IO地址区与中央扩展的IO地址区一致，不能冲突，本例中ET200M上组态了16点输入和16点输出，开始地址为1，访问这些点时用I区和Q区，例如输入点为I1.0，第一个输出点为Q1.0，实际使用时ET200M所带的I/O模块就好象是集成在CPU 315-2DP上的一样，编程非常简单。硬件组态结果见图9-7。,ProfiBus通讯技术,通讯方法,图9-5 加载IM 153-1至PROFIBUS（1）网络过程示意,ProfiBus通讯技术,通讯方法,图9-6 IM153的PROFIBUS网络参数配置,ProfiBus通讯技术,通讯方法,图9-7 315-2D

35、P、ET200M的I/O模块配置,ProfiBus通讯技术,（2）网络部件 工业以太网链路模块OLM、ELM OLM（光链路模块）有3个ITP接口和两个BFOC接口。ITP接口可以连接3个终端设备或网段，BFOC接口可以连接两个光路设备（如OLM等），速度为10Mbit/s。ELM（电气链路模块）有个ITP接口和1个AUI接口。通过AUI接口，可以将网络设备连接至LAN上，速度为10Mbit/s。工业以太网交换机OSM、ESM OSM的产品包括：OSM TP62、OSM TP22、OSM ITP62、OSM ITP62-LD和OSM BC08。从型号就可以确定OSM的连接端口类型及数量，如：O

36、SM ITP62-LD，其中ITP表示OSM上有ITP电缆接口，“6”代表电气接口数量，“2”代表光纤接口数量，“LD”代表长距离。ESM的产品包括：ESM TP40、ESM TP80和ESM ITP80，命名规则和OSM相同。,5.3.1 西门子工业以太网硬件基本情况,图5.9 CP243-1,图5.10 CP343-1,图5.11 CP443-1,（3）通信处理器 常用的工业以太网通信处理器（CP，Communicaton Processer，通信处理单元），包括用在S7 PLC站上的处理器CP243-1系列、CP343-1系列、CP443-1系列等。CP243-1是为S7-200系列PL

37、C设计的工业以太网通信处理器，并且支持使用STEP7-Micro/WIN 32软件，通过以太网对S7-200进行远程组态、编程和诊断。同时，S7-200也可以同S7-300、S7-400系列PLC进行以太网的连接。S7-300系列PLC的以太网通信处理器是CP343-1系列。按照所支持协议的不同，可以分为CP343-1、CP343-1 ISO、CP343-1 TCP、CP343-1 IT和CP343-1 PN。,5.3.1 西门子工业以太网硬件基本情况,5.3.1 西门子工业以太网硬件基本情况,S7-400 PLC的以太网通信处理器是CP443-1系列。按照所支持协议的不同，可以分为CP443

38、-1、CP443-1 ISO、CP443-1 TCP和CP443-1 IT。,1标准通信（Standard Communication）,表5.2 标准通信协议,5.3.2 西门子支持的网络协议和服务,MAP（Manufacturing Automation Protocol，制造业自动化协议）提供MMS服务，主要用于传输结构化的数据。MMS是一个符合ISO/IES 9506-4的工业以太网通信标准，MAP3.0的版本提供了开放统一的通信标准，可以连接各个厂商的产品，现在很少应用。,5.3.2 西门子支持的网络协议和服务,3S7通信 S7通信集成在每一个SIMATIC S7/M7和C7的系统中

39、，属于OSI参考模型第7层应用层的协议，它独立于各个网络，可以应用于多种网络（MPI、PROFIBUS、工业以太网）。S7通信通过不断地重复接收数据来保证网络报文的正确。在SIMATIC S7中，通过组态建立S7连接来实现S7通信，在PC上，S7通信需要通过SAPI-S7借口函数或OPC（过程控制用对象链接与嵌入）来实现。在STEP7中，S7通信需要调用功能块SFB（S7-400）或FB（S7-300），最大的通信数据可以达64KB。对于S7-400，可以使用系统功能块SFB来实现S7通信，对于S7-300，可以调用相应得FB功能块进行S7通信.,5.3.2 西门子支持的网络协议和服务,4PG

40、/OP通信 PG/OP通信分别是PG和OP与PLC通信来进行组态、编程、监控以及人机交互等操作的服务。,图5.12 S7-300/400 PLC的以太网通信,5.3.2 西门子支持的网络协议和服务,1硬件（1）CPU（2）CP 343-1 IT/CP 343-1（3）PC（带网卡）2软件 STEP 7 3PG/PC Interface的设定 在“SIMATIC Manger”界面中，选择“Options”“Set PG/PC Interface”，进入“Set PG/PC Interface”界面，选定“TCP/IP（Auto）Realtek RTL8193/810”为通信协议，见图5.13所

41、示。,5.3.3 S7-300PLC通信所需的硬件与软件,图5.13“Set PG/PC Interface”界面,5.3.3 S7-300PLC通信所需的硬件与软件,1TCP（1）新建项目 在STEP7中创建一个新项目，取名为“TCP of IE”。点击右键，再弹出的菜单中选择“Insert New Object”“SIMATIC 300 Station”，插入一个300站，取名为“313C-2DP”。用同样的方法在项目“TCP of IE”下插另一个300站，取名为“315-2DP”。如图5.14所示。,图5.14 建立项目,5.3.4 S7-300PLC-S5通信,（2）硬件组态,图5.

42、15“313C-2DP”站的硬件组态,首先对“313C-2DP”站进行硬件组态，双击“Hardware”进入“HW Config”界面。在机架上加入CPU 313C-2DP、SM 323和CP 343-1 IT，如图5.15所示：,同时把CPU的MPI地址设为“4”，CP模块的MPI地址设为“5”。CP 343-1 IT可以在“SIMATIC 300”“CP300”“Industrial Ethernet”下找到，见图5.16。,图5.16 CP 343-1 IT的硬件位置,用同样的方法，建立“315-2DP”站的硬件组态。CPU的MPI地址设为“2”，CP模块的MPI地址设为“3”。CP模块

43、的IP地址为：，子网掩码：。硬件组态好后保存编译，分别下载到两台PLC中。（3）网络参数配置 在做工业以太网通信的项目时，除了要组态硬件，还要进行网络参数的配置。在“SIMATIC Manger”界面中点击“Configure Network”键，打开“NetPro”设置网络参数。此时可以看到两台PLC已经挂入了工业以太网中，选中一CPU，点击鼠标右键，选择“Insert New Connection”建立新的连接，如图5.18所示。,1.1 组态软件概述,组态是伴随着计算机软硬件技术在控制领域的广泛应用而发展起来的。为了使用户在不需要编代码程序的情况下，便可生成适合自己需求的应用系统，就需要

44、专业的编程开发人员创建良好的开发环境，把软件模块化、对象化、便于工程人员调用，从而获得目标工程项目的监控和控制软件系统。这种开发环境就是“组态软件”。工控领域常会提到组态（configuration）工控应用软件=积木式构件+基本专业知识+简单配置和编程,1.1.2 组态软件在我国的发展主要产品介绍,(1)InTouch：Wonderware的InTouch软件是最早进入我国的组态软件。在80年代末、90年代初，基于Windows3.1的InTouch软件曾让我们耳目一新，并且InTouch提供了丰富的图库。但是，早期的InTouch软件采用DDE方式与驱动程序通信，性能较差，最新的InTou

45、ch9.5版已经完全基于32位的Windows平台。(2)Fix：Intellution公司以Fix组态软件起家，1995年被爱默生收购，现在是爱默生集团的全资子公司，Intellution将自己最新的产品系列命名为iFiX，在iFiX中，Intellution提供了强大的组态功能。在iFiX中，Intellution的产品与Microsoft的操作系统、网络进行了紧密的集成。(3)Citech：CiT公司的Citech也是较早进入中国市场的产品。Citech具有简洁的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序员，而不是工控用户。Citech提供了类似C语言的脚本语言进行二次开发，但与iFix不同的是，Citech的脚本语言并非是面向对象的，而是类似于C语言，这无疑为用户进行二次开发增加了难度。,压风机监控系统讲解,SCADA系统演示,