【正文】 S7200 的 CPU215－ 2DP 有集成的 DP 接口，CPU22 22 226 通過模塊 EM277 可連入現(xiàn)場總線 DP 中。 西門子公司為其自動(dòng)化系統(tǒng)專門 設(shè)計(jì)有編程設(shè)備，如使用 CP5411/5412 網(wǎng)卡的 PG730/740/750/760/770 編程裝置。軟件功能決定PC 機(jī)是做 1 類主站，還是只做編程監(jiān)控的 2 類主站。 DP 從站：是進(jìn)行輸入或輸出、信息采集或發(fā)送的外圍設(shè)備（傳感器、執(zhí)行器）。 PROFIBUS 總線結(jié)構(gòu)圖 PROFIBUS 采用的是線形結(jié)構(gòu)，用一根總干線從控制器連接到受控對(duì)象，總線電纜從主干電纜分支到現(xiàn)場設(shè)備處。這也就是為什么工業(yè)總線被廣泛采用的緣故。樹狀結(jié)構(gòu)實(shí)際上是一般總線結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 工業(yè)總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 工業(yè)系統(tǒng)總線在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中常常要實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換或?qū)δ吃O(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)。 CP4431 支持ISO/OSI, TCP/IP 協(xié)議，帶有自身的處理器，能根據(jù)終端設(shè)備的以太網(wǎng) （ MAC一媒體訪問控制子層 )地址對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，保證本地?cái)?shù)據(jù)通信在本地進(jìn)行，只有目的是網(wǎng)絡(luò)其它部分的數(shù)據(jù)才通過模塊轉(zhuǎn)發(fā)，該功能不僅減輕了 PLC 的 CPU的通信任務(wù)，還減輕了網(wǎng)絡(luò)的通信任務(wù)。 其后介紹了 FDL 幀的結(jié)構(gòu)組成 ， 最后介紹了 PROFIBUS 提供 3 種傳輸方式， RS485 傳輸技術(shù) IEC11582 傳輸技術(shù)光纖傳輸技術(shù)的工作方式。 表 23 IEC11582 傳輸技術(shù) 服務(wù) 功能 SDA 發(fā)送數(shù)據(jù)需應(yīng)答 SRD 發(fā)送和請(qǐng)求數(shù)據(jù)需應(yīng)答 SDN 發(fā)送數(shù)據(jù)無需應(yīng)答 CSRD 循環(huán)地發(fā)送和請(qǐng)求數(shù)據(jù)需應(yīng)答 光纖傳輸技術(shù) 在電磁干擾很大的環(huán)境下應(yīng)用 PROFIBUS 系統(tǒng)時(shí)，可使用光纖導(dǎo)體以增長高速傳輸?shù)木嚯x。 RS485 傳輸技術(shù) PROFIBUS 經(jīng)常使用的是 RS485 傳輸技術(shù)，其基本特點(diǎn)見表 。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外， PROFIBUSDP 還提供智能化現(xiàn)場設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報(bào)警處理。當(dāng) b7=1 時(shí)， b6b5 表示 FCB與 FCV， FCB 位為幀計(jì)數(shù)位， 0/1 交錯(cuò)。只需將其管腳連接到 I/O 信號(hào)線上及總線電纜上即可?？蓪ぶ?1M 字節(jié) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 7 J u n 2 00 6 S he e t o f F i l e : E : \畢業(yè)設(shè)計(jì) \陳淋 \ M yD e s i gn 1 .d db D r a w n B y :b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b80 p 1起始位 數(shù)據(jù)位 偶校驗(yàn)停止位1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 7 J u n 2 00 6 S he e t o f F i l e : E : \ 畢業(yè)設(shè)計(jì) \ 陳淋 \ M yD e s i gn 1 .d db D r a w n B y :P RO FI BU SD AE S AES AE D AEDADASASA站1 站2的外部信 息報(bào)文存儲(chǔ)器，總線存取驅(qū)動(dòng)由硬件完成。 SIM 1 芯片用于 PROFIBUSPA 單元，數(shù)據(jù)傳輸符合 IEC 11582。具有 的信息報(bào)文存儲(chǔ)器， SPC 3 可獨(dú)立完成全部 PROFIBUSDP 通信功能，這樣可加速通信協(xié)議的執(zhí)行，而且可減少接口模板微處理器中的軟件程序。 總線存取方式為：各主站間為令牌傳 送，主站與從站間為主－從傳送，它支持單主或多主站系統(tǒng)，總線上主、從站最多為 126 點(diǎn) 通信方式：用戶數(shù)據(jù)傳送采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，控制指令可用廣播方式。各 DP 從站的動(dòng)態(tài)激活 、 DP 從站組態(tài)的檢查 均由總 線完成，同時(shí)總線還具有 強(qiáng)大的診斷功能， 可提供 三級(jí)診斷信息 、 輸入或輸 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 出的同步 、 通過總線給 DP 從站賦予地址 、 通過總線對(duì) DP 主站（ DPM1）進(jìn)行配置 等等 。在總線系統(tǒng)初建時(shí)，主站介質(zhì)存取控制 MAC的任務(wù)是制定總線上的站點(diǎn)分配 ， 并建立邏輯環(huán)。 PROFIBUS 第 2 層按照非連接的模式操作，除提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)邏輯數(shù)據(jù)傳輸外，還提供多點(diǎn)通信（廣播及有選擇廣播）功能。 主從方式允許主站在得到總線存取令牌時(shí)可與從站通信，每個(gè)主站均可向從站發(fā)送或索取信息，通過這種存取方法，可以實(shí)現(xiàn) 下列系統(tǒng)配置：純主 —從系統(tǒng)（單主站）；純主 — 主系統(tǒng)（帶令牌傳遞）；混合系統(tǒng)（多主－多從）。由于從站只需總線協(xié)議的一小部分，所以實(shí)施起來特別經(jīng)濟(jì)。使用分段式 耦合器， PROFIBUS－PA 設(shè)備能很方便地集成到 PROFIBUS－ DP 網(wǎng)絡(luò)。這是該系統(tǒng)的一大特點(diǎn)。 2 現(xiàn)場總線能否全面取代現(xiàn)時(shí)風(fēng)靡世界的 DCS 系統(tǒng)。 這一熱點(diǎn)問題涉及目前為什么會(huì)出現(xiàn)幾種現(xiàn)場總線并存，這其中除了技術(shù)上的競爭外，商業(yè)利益上的激烈競爭是其主要原因。 PA 具有本質(zhì)安全特性，實(shí)現(xiàn)了 IEC11582 規(guī)定的通信規(guī)程。這樣，用戶可以自由集成不同制造商的通信網(wǎng)絡(luò)，既可與同層網(wǎng)絡(luò)互連，也可以與不同層網(wǎng)絡(luò)互連；另外，用戶可極其方便地共享網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。 4 綜合功能。 現(xiàn)場總線的主要優(yōu)點(diǎn) 1 可靠性高。自從 70年代矢量控制技術(shù)發(fā)展以來，從理論上解決了交流調(diào)速系統(tǒng)在靜、動(dòng)態(tài)性能上與直流傳動(dòng)相媲美的問題 [7]。此后，交流調(diào)速系統(tǒng)主要沿用下 述 兩個(gè)方向發(fā)展和應(yīng)用 。在現(xiàn)在的在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，最為常見的是由 PLC 控制變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。我國對(duì)交流變頻調(diào)速技術(shù)的研究起步較晚，到上個(gè)世紀(jì) 90 年代才有產(chǎn)品出現(xiàn)，采用的控制技術(shù)幾乎都還只是 V/F控制，調(diào)速性能根本無法與國外產(chǎn)品相比。從而最終達(dá)到通過 PLC 和變頻器對(duì)交流電機(jī)調(diào) 速的目的。通用變頻器以及可編程控制器以其優(yōu)越的調(diào)速和 其 保停性能、高效率、高功率因數(shù)和顯著的節(jié)電效果而廣泛應(yīng)用于大、中型交流電機(jī)等，被公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速控制。我國具有各類風(fēng)機(jī)約 780 萬臺(tái)，水泵 4， 000 萬臺(tái)，空壓機(jī) 560 萬臺(tái)，這些裝置又占去了電機(jī)耗電的一半以上 [1]。對(duì)耗電大、生產(chǎn)環(huán)境惡劣的煤炭行業(yè)推廣應(yīng)用變頻技術(shù)更具有現(xiàn)實(shí)意義。在 20 世紀(jì)的大部分年代里，鑒于直流傳動(dòng)具有優(yōu)越的調(diào)速性能，高性能可調(diào)速傳動(dòng)都采用直流電動(dòng)機(jī)，而約占電氣傳動(dòng)總?cè)萘?80%的不變速傳動(dòng)則采用交流電動(dòng)機(jī)，這種狀況在一段時(shí)期內(nèi)已成為一種舉世公認(rèn)的格局。如果把這些設(shè)備的控制系統(tǒng)換成交流調(diào)速系統(tǒng)，就能節(jié)省消耗在擋板和閥門上的能量?，F(xiàn)場總線的含義表現(xiàn)在現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)、互操作性、分散功能塊、通信線供電、開放式互連網(wǎng)絡(luò) [8]。用戶可以自由選擇不同制造商所提供的性能價(jià)格比最優(yōu)的現(xiàn)場設(shè)備，并將不同廠商的設(shè)備互連?？刂普竟δ芊稚⒃诂F(xiàn)場設(shè)備中，通過現(xiàn)場設(shè)備就可以構(gòu)成控制回路，實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制，提高了系統(tǒng)的可靠性、自治性和靈活性。 PROFIBUS 的基本特性 PROFIBUS 為多主從結(jié)構(gòu)，可 方便地構(gòu)成集中式、集散式和分布式控制系統(tǒng)。因此， PROFIBUSPA 特別適用于化工、石油、冶金等行業(yè)的過程自動(dòng)化控制系統(tǒng) [12]。在未來較長的一段時(shí)間內(nèi)，現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之爭會(huì)越演越烈。當(dāng)然，就技術(shù)而言，從 1975 年Hneywell 公司推出世界上第一套集散控制系統(tǒng)以來， DCS 經(jīng)歷了 20 多年的發(fā)展和完善，依靠其靈活方便和功能豐富的組態(tài)功能以及可靠的網(wǎng)絡(luò)通信能力，已在工業(yè)控制中獲得廣泛應(yīng)用。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 第 2章 PROFIBUS 的通訊原 理 協(xié)議及通訊方式 協(xié)議結(jié)構(gòu) PROFIBUS 協(xié)議的結(jié)構(gòu)定向根據(jù) ISO7498 國際標(biāo)準(zhǔn)，以開放系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)OSI 為參考模型，結(jié)構(gòu)如圖 所示。主站決定總線的數(shù)據(jù)通信，當(dāng)主站得到總線的控制權(quán)（令牌）時(shí)，沒有外界請(qǐng)求也可以主動(dòng)發(fā)送信息。 PROFIBUS 協(xié)議的設(shè)計(jì)旨在滿足介質(zhì)存取控制的兩個(gè)基本要求： 1 在復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng)（主站）間通信，必須保證在確切限定的時(shí)間間隔中，任何一個(gè)站點(diǎn)要有足夠的時(shí)間來完成通信任務(wù)。 在總線系統(tǒng)初建時(shí)，主站介質(zhì)存取控制 MAC 的任務(wù)是制定總線上的站點(diǎn)分配并建立邏輯環(huán)，在總線運(yùn)行期間，斷電或損壞的主站必 須從環(huán)中刪除，新上電的主站必須加入邏輯環(huán)。 1 PROFIBUS –DP 總線結(jié)構(gòu) 三種 PROFIBUS 即 DP、 FMS、 PA 均使用一致的總線存取協(xié)議。 PROFIBUS 第二層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)格式可保證 數(shù)據(jù)的高度完整性 , PROFIBUS 第二層按照非連接的模式操作，除提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)邏輯數(shù)據(jù)傳輸外，還提供多點(diǎn)通信。 DPM1 和相關(guān) DP 從站之間的用戶數(shù)據(jù)傳輸是由 DPM1 按照確定的遞歸順序自動(dòng)進(jìn)行 ， 在對(duì)總線系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)時(shí)，用戶對(duì) DP 從站與 DPM1 的關(guān)系作出規(guī)定，確定哪些 DP 從站被納入信息交換的循 環(huán)周期，哪些被排斥在外 。 可靠性和保護(hù)機(jī)制：所有信息的傳輸在海明距離 HD=4 進(jìn)行， DP 從站帶看門狗定時(shí)器，其輸入輸出有存取保護(hù)， DP 主站上帶可變定時(shí)器的用戶數(shù)據(jù)傳送監(jiān)視。與應(yīng)用對(duì)象之間通信采用數(shù)據(jù)接口，因此數(shù)據(jù)的交換獨(dú)立于總線周期?？偩€存取采用硬件驅(qū)動(dòng)。這兩種芯片支持 PROFIBUSDP 協(xié)議。 FDL 幀的結(jié)構(gòu) PROFIBUS 協(xié)議結(jié)構(gòu)中 FDL 幀由異步格式的字符組成 ,字符格式為 11 位 ,其中一個(gè)起始位 ,8 個(gè)數(shù)據(jù)位 ,一個(gè)偶校驗(yàn)位 ,一個(gè)停止位。 FC 幀控制段，幀控制段是最關(guān)鍵的字段，其格式如下： b8 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 Res 幀類型 FCB FCV 功 能 碼 Stn 類型 圖 25 PROFIBUS 總線存取協(xié)議 傳輸技術(shù) 使用不同的傳輸技術(shù)可以決定現(xiàn)場總線系統(tǒng)的使用范圍。各 DP 從站的動(dòng)態(tài)激活、 DP 從站組態(tài)的檢查均由總線完成，同時(shí)總線還具有強(qiáng)大的診斷功能，可提供三級(jí)診斷信息、輸入或輸出的同步、通過總線給 DP 從站賦予地址、通過總線對(duì) DP 主站（ DPM1）進(jìn)行配置等等。一旦系統(tǒng)安裝完畢，只能選定一種傳輸速率。 三種 PROFIBUS（ DP、 FMS 和 PA）均使用一致的總線存取協(xié)議，該協(xié)議是通過 OSI 參考模型的第 2 層來實(shí)現(xiàn)的，它包括數(shù)據(jù)的可靠性以及傳輸協(xié)議和報(bào)文的處理。 一般存儲(chǔ)區(qū) 外部輸入存儲(chǔ)區(qū) 外部輸出存儲(chǔ)區(qū) 一般存儲(chǔ)區(qū) 外部輸入存儲(chǔ)區(qū) 外部輸出存儲(chǔ)區(qū) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 第 3章 硬件設(shè)計(jì)方案 工業(yè)以太網(wǎng)簡介 系統(tǒng)的最上層為 SIEMENS 工業(yè)以太網(wǎng) ,該網(wǎng)絡(luò)有兩臺(tái)計(jì)算機(jī) ,分別為工程師站和操作員站 ,工程師站安裝有監(jiān)控軟件 組態(tài)王 遠(yuǎn)行狗 ,負(fù)責(zé)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn) 行 . 西門子工業(yè)以太網(wǎng)其本質(zhì)上與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)一樣 ,只是其硬件都是工業(yè)級(jí)專用 ,如網(wǎng)卡、網(wǎng)線、鏈路模塊（ HUB）等； PLC 連接以太網(wǎng)是通過以太網(wǎng)通信模塊來實(shí)現(xiàn)，采用標(biāo)準(zhǔn)的 TCP/IP 通訊協(xié)議， 10M 帶寬。本系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)傳輸介質(zhì)采用光纖電纜 ，具有優(yōu)良的 EMC 抗電磁干擾 )特性。現(xiàn)場總線是工業(yè)總線系統(tǒng)中的一個(gè)串行方式分支。對(duì)于樹狀結(jié)構(gòu)當(dāng)建立一個(gè)新的樹枝時(shí)使用中繼器。由此隨著總線成員數(shù)目的增多，發(fā)送者的壓力也越大。系統(tǒng)配置的描述包括：站數(shù)、站地址和輸入 /輸出地址的分配、輸入輸出數(shù)據(jù)的格式、診斷信息的格式以及所使用的總線參數(shù)。 PROFIBUSDP 現(xiàn)場總線的設(shè)備 用西門子公司產(chǎn)品構(gòu)成 PROFIBUSDP 網(wǎng)絡(luò)，可配置的設(shè)備如下： 1 1 類主站 ： 選擇 PLC 做 1 類主站，有兩種方案： 1）用 PLC 中 CPU 上集成的 PROFIBUSDP 接口，如 S7300 的 CPU3152DP 等均有這種集成的內(nèi)置 DP 接口，以它作主站可帶 63 個(gè)從站，傳輸速率~12Mbps,不帶連接器傳輸 距離為 100～ 1200m，用光纖可達(dá) 。 CP5412 通信處理器用于 PG 或 AT 兼容機(jī)，具有 DOS、 Windows、 Unix 操作系統(tǒng)下的驅(qū)動(dòng)軟件包，支持 FMS、 DP 、 FDL（發(fā)送 / 接收服務(wù)）、 S7 Function、 PG Function，具有 C 語言接口（ C 庫或 DLL）。 2） 操作員面板 操作員面板用于操作員控制，如設(shè)定和修改參數(shù)、設(shè)備起停；并可在線監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，如流程圖你、趨勢圖、參數(shù)顯示。 S5－ 95U/DP 有集成的內(nèi)置 D