第八章PLC网络通信功能及其应用

第八章PLC网络通信功能及其应用•8.1常用现场总线介绍•8.2PROFIBUS现场总线技术简介•8.3PROFIBUS网络连接实例8.1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，使自动化系统成为“信息孤岛”。要实现整个企业的信息集成和综合自动化，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IECTC65（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1IEC技术报告（即FF的H1）；（2）类型2ControlNet（美国Rockwell公司支持）；（3）类型3Profibus（德国Siemens公司支持）；（4）类型4P-Net（丹麦ProcessData公司支持）；（5）类型5FFHSE（即原FF的H2，Fisher-Rosemount等公司支持）；（6）类型6SwiftNet（美国波音公司支持）；（7）类型7WorldFIP（法国Alstom公司支持）；（8）类型8Interbus（德国PhoenixContact公司支持）。加上IECTC17B通过的三种现场总线国际标准，即SDS（SmartDistributedSystem）、ASI（ActuatorSensorInterface）和DeviceNet，此外，ISO还有一个ISO11898的CAN（ControlAreaNetwork），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。8.2PROFIBUS现场总线技术简介1.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(FieldBus)就是在这样的背景下产生的。现场总线是“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/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线”。2.现场总线的主要特点(1)全数字化通信。只用一条通信电缆就可以将控制器与现场设备连接起来，实现了检错、纠错功能，提高了可靠性。(2)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、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。(5)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。3.现场总线的类型目前，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(FoundationFieldbus，FF)*过程现场总线(ProcessFieldBus，PROFIBUS)*控制器区域网络(ControllerAreaNetwork，CAN)。PROFIBUS（西门子过程现场总线)PROFIBUS在世界市场上所占的份额高达21.5％，居于所有现场总线之首。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。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。PROFIBUS除了支持这种主从模式外，还支持多主多从的模式。(1)PROFIBUS的组成。PROFIBUS包括3个相互兼容的部分：①PROFIBUS-DP(DistributedPeriphery)。它可以用于PLC与分散的现场设备进行通信。②PROFIBUS-PA(ProcessAutomation)。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合。③PROFIBUS-FMS(FieldbusMessageSpecification)。可以用于车间级监控网络。对于FMS而言，它考虑的主要是系统功能而不是响应时间，FMS通常用于大范围、复杂的通信系统。(2)PROFIBUS协议结构：PROFIBUS协议以ISO/OSI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2层为数据链路层；第3～6层PROFIBUS未使用；第7层为应用层，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。(3)PROFIBUS网络部件1).通信口西门子公司PLC的CPU模块上的通信口是与RS-485兼容的9针D型连接器。2).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CPU的接口，而另一种连接器增加了一个编程器接口.带编程器接口的网络连接器网络连接器网络连接器连接电缆……ABABABABABABONOFFON网络连接器3)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，并且提供了一个隔离不同网络段的方法。波特率为9600b/s时，PROFIBUS允许一个网络段最多有32个设备，最长距离是1200m，每个中继器允许给网络增加另外32个设备，最多可以使用9个中继器，网络总长度可增加至9600m。4)S7-300通信处理器模块CP342-5DPCP342-5DP是为把S7-300系列PLC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模块，能大大减轻CPU的负担，也支持很多其它通信电路。CP342-5DP主要技术数据如下：(1)用户存储器(FlashEPROM)128KB；(2)SINECL2LAN标准符合DIN19245；(3)RS-485传输方式，波特率为9.6～1500kb/s；(4)可连接的设备数量达127个。8.3PROFIBUS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CP342-5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FC2FC1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.DBB0~DB2.DBB9输入：DB2.DBB0~DB2.DBB9输出：DB1.DBB0~DB1.DBB9输出：DB1.DBB0~DB1.DBB9主站数据从站数据