【文章內(nèi)容簡介】 提供的數(shù)據(jù)鏈路層的服務(wù)如表 21 所示：表 21 PROFIBUSDP 數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)服務(wù) 功能 SRD 發(fā)送和請求回答的數(shù)據(jù) SDN 發(fā)送數(shù)據(jù)不需要應(yīng)答 PROFIBUSDP 是一個主站/從站(Master／Slave)總線系統(tǒng)。主站是有一個自動控制儀表/系統(tǒng)(1 類主站)或一個 PC(2 類主站)來完成。1 類主站也完成自動化調(diào)節(jié)功能，通過循環(huán)的和非循環(huán)的報文對現(xiàn)場的儀表進行全面的訪問。2 類主站在需要時用非循環(huán)報文與 1 類主站交換數(shù)據(jù)(上，下裝數(shù)據(jù)，診斷信息)，同現(xiàn)場儀表交換數(shù)據(jù)。PROFIBUSDP 按照主從方式運行時，主要有以下兩種狀態(tài)：● 運行：輸入和輸出數(shù)據(jù)循環(huán)傳送。1 類主站由 DP 從站讀取輸入信息并向DP 從站寫入信息?！? 清除：1 類主站讀取 DP 從站的輸入信息并使輸出信息保持為故障——安全狀態(tài)?？偩€傳輸技術(shù)為；NRZ，RS485；介質(zhì)為雙絞線，雙絞電纜，光纜；波特率為：9．6kbps12Mbps,總線上每段最多 32 個站，共 126 個主從設(shè)備。在 時傳輸距離為 2022M，使用光纜為 21．730km；在 12Mbps 時距離為 100m。拓撲結(jié)構(gòu)有；線型、心型和環(huán)型。DP 是一種適合于所有自動化行業(yè)的總線類型，主從結(jié)構(gòu)使這種總線具有低廉的造價，極高的速率。本系統(tǒng)中，以一臺 S7300 型的 PLC（CPU 為 3152DP）作為主站，變頻器及I/O 設(shè)備 ET200M 作為從站。二、PLC、WinCC 服務(wù)器、監(jiān)控機之間采用工業(yè)以太網(wǎng)方式組成PLC、WinCC 服務(wù)器、監(jiān)控機之間采用工業(yè)以太網(wǎng)如圖 22 所示設(shè)計。監(jiān)控機 WinCC服務(wù)器 監(jiān)控機ESM TP80 CP 3431 IT CP1613 1613 CP1613 1613 CP1613 1613 圖 22 PLC、WinCC 服務(wù)器、監(jiān)控機之間的工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)計時采用了西門子產(chǎn)品工業(yè)以太網(wǎng)的 ESM TP80 交換機。 ，WinCC 服務(wù)器、監(jiān)控機內(nèi)各插一塊西門子 CP 1613 通訊處理器，通過 CP 1613 通訊處理器與 ESM TP80 相連，PLC 通過 CP3431 IT 通訊處理器與 ESM TP80 相連。下面對 CP3431 IT、CP 1613 通訊處理器及 ESM 作簡要介紹：(1)、CP3431 IT：CP3431 IT 通訊處理器可以實現(xiàn) SIMATIC S7300 和 S7400 以及工業(yè)以太網(wǎng)（10／100Mbit／s）的相互連接，這種連接是全雙工連接并可依靠自適應(yīng)進行自動轉(zhuǎn)換。CP3431 IT 具有以下通訊功能：? 用 SIMATIC S7 實現(xiàn) S7 通訊；? SEND／RECEIVE(S5—兼容通訊)；? PG/OP 通訊(在網(wǎng)絡(luò)或 WAN 上進行網(wǎng)絡(luò) CPU 編程)；? 使用 SIMATIC S7 發(fā)送電子郵件；? 利用 Web 瀏覽器對過程和操作數(shù)據(jù)進行訪問。CP3431 IT 運用工業(yè)以太網(wǎng)可以獨立處理數(shù)據(jù)的傳輸，并且集成有工業(yè)雙絞線連接收發(fā)器。CP 模板產(chǎn)品可以使用標準的 Web 瀏覽器對過程數(shù)據(jù)進行訪問(密碼保護)，降低了客戶端方面的軟件成本。在本地或世界范圍內(nèi)可以通過電子郵件對事件控制信息進行傳送。運用廣域網(wǎng)的 TCP/IP 功能通過電話網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編程也是毫無問題的。由于具有 100M 位/秒的自適應(yīng)功能，CP 模板產(chǎn)品適用于大型系統(tǒng)；由于與 S5 通訊功能兼容又可將現(xiàn)有系統(tǒng)方便地集成到新系統(tǒng)中。(2)、CPl613 通訊處理器CPl613 通訊處理器可為 SIMATIC 網(wǎng)絡(luò)編程設(shè)備或 IPCs 提供工業(yè)以太網(wǎng)連接，也可以使用于帶 PCI 插槽的通用計算機中。它有如下通訊功能：? 在 SIMATIC S7 中實現(xiàn) S7 通訊；? PG 通訊（通過網(wǎng)絡(luò)或 WAN 網(wǎng)進行網(wǎng)絡(luò) CPU 編程） ；? SEND／RECEIVE(S5 兼容通訊)。CPl613 是工業(yè)和辦公室通訊集于—身的理想產(chǎn)品。它可運行 ISO 傳輸協(xié)議和TCP/IP（集成于板中） 。CPl613 允許頻繁的大數(shù)據(jù)量的流量吞吐。這就為 PC 的其它應(yīng)用比如 HMI 的運行留下了空間。即插即用和自適應(yīng)的功能使 CPl613 易于操作。CPl613 適合運用于大型網(wǎng)絡(luò)組態(tài)和冗余通訊，因為它有很多連接資源并可用OPC 作為通訊界面。(3)、工業(yè)以太網(wǎng)的 ESMESM(電氣交換模塊)用來構(gòu)建 100Mbit／s 交換網(wǎng)絡(luò)，并可節(jié)省成本。網(wǎng)絡(luò)分割(將網(wǎng)絡(luò)劃分為若干部分或網(wǎng)段)并將各網(wǎng)段連接到 ESM，使得實現(xiàn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的負載分擔成為可能，從而改善網(wǎng)絡(luò)的性能。包含在 ESM 中的網(wǎng)絡(luò)冗余管理器，用來構(gòu)建冗余工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)型結(jié)構(gòu)，并可通過交換技術(shù)實現(xiàn)高速的介質(zhì)冗余(重新配置時間最大為 秒)。構(gòu)建電氣環(huán)網(wǎng)要用 2 個 ESM 的雙絞線端口。環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸速率為 100Mbit／s，每個環(huán)中最多允許使用 50 個 ESM。除了有兩個環(huán)網(wǎng)端口，ESM 還有另外 6 個端口（具有 ITP 或 RJ45 兩種接口） ，這些端口用來連接終端設(shè)備和網(wǎng)段。ESM 的使用使得網(wǎng)絡(luò)拓撲很容易適應(yīng)工廠的結(jié)構(gòu)。帶 ESM 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以是線型和星型。一般網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)深度和區(qū)域大小會因傳輸延時而受到限制，采用ESM，整個網(wǎng)絡(luò)的范圍可達 5 公里。兩模塊間或模塊到站點之間帶 SubD 連接器的 ITP 電纜的最大長度為 100 米。雙絞線電纜的最大長度：TP 雙絞線為 10 米；當與 RJ45 接插座和 FC TP 電纜相連時最大可達 100 米。工業(yè)以太網(wǎng)簡介(1)、特點工業(yè)以太網(wǎng)是為工業(yè)應(yīng)用而專門設(shè)計的，它是一種遵循國際標準 開放式的以太網(wǎng)、多供應(yīng)商、高性能的區(qū)域和單元級網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)以太網(wǎng)將自動化系統(tǒng)相互連接，而且還將自動化系統(tǒng)連接到 PC 機和工作站。工業(yè)以太網(wǎng)能夠以高達 100Mbit／S 的速度實現(xiàn)廣泛的、開放的網(wǎng)絡(luò)解決方案。目前，以太網(wǎng)在世界范圍內(nèi)的局域網(wǎng)(LAN)市場上基于主導(dǎo)地位。以太網(wǎng)具有如下重要特點：● 啟動快速，因為簡化了網(wǎng)絡(luò)連接方法?！? 靈活性大，因為現(xiàn)有設(shè)備可以不受影響地隨時擴展。? 可靠性高，因為采用了冗余的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。? 無限的通信性能，因為使用交換技術(shù)可根據(jù)用戶需求提供可伸縮的性 能。 ? 覆蓋極為廣泛的企業(yè)應(yīng)用，可從辦公室到生產(chǎn)現(xiàn)場。? 在整個公司范圍實現(xiàn)通信，因為以太網(wǎng)可連接到廣域網(wǎng)（WAN） ，例 如綜 合服務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)或因特網(wǎng)。? 投資可靠，因為該系統(tǒng)正不斷得到進一步開發(fā)，而且完全向下兼容。(2)、網(wǎng)絡(luò)解決方案工業(yè)以太網(wǎng)可采用雙絞線（TP）和光纖（FO）等傳輸技術(shù)，10Mbit/s 以太網(wǎng)可以是線型或星型拓撲結(jié)構(gòu)，并使用光學鏈接模塊（OLM）和電氣鏈接模塊（ELM） ，這些網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)也可組合應(yīng)用。光纖交換模件(OSM)或電氣交換模件(ESM)適用于網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。它有下面的界面和接口：? 模件本身的信號界面? 使用串行口和 PC 機通過命令行（CLI命令行接口）進行的終端仿真。? 使用瀏覽器的網(wǎng)絡(luò)訪問(基于 Web 的管理)。帶有瀏覽器的 PC 機可以通過網(wǎng)絡(luò)選擇 OSM 模件進行訪問。使用 SNMP 連接通過網(wǎng)絡(luò)從網(wǎng)絡(luò)管理工作站到 OSM 的網(wǎng)絡(luò)訪問。如果需要—種傳輸速率更高(達 100Mbit/s)或者范圍更廣的網(wǎng)絡(luò)，則可將快速以太網(wǎng)技術(shù)與交換系統(tǒng)結(jié)合使用，快速以太網(wǎng)是在已成熱的以太網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上進—步發(fā)展而來。(3)、通訊選項一個中心要素是 HMI(人機界面)系統(tǒng)(例如 SIMATIC WinCC)使用工業(yè)以太網(wǎng)與 SIMATIC S7 進行通訊，采用 S7 通訊來實現(xiàn)。這個功能可直接訪問控制器的數(shù)據(jù)不再需要調(diào)用 PLC 的其它功能。S7 通訊系統(tǒng)從 PLC 發(fā)送數(shù)據(jù)到 HMI 系統(tǒng)是一個循環(huán)的過程?？刂破髦g交換過程數(shù)據(jù)是通過 SEND／RECEIVE 實現(xiàn)的。在 S7300／400 和 SIMATIC S7 之間通過 SEND／RECEIVE 可以進行簡便的，事件控制的數(shù)據(jù)傳輸。通過使用 CP3431 IT 模塊，系統(tǒng)狀態(tài)信息可以通過 INTERNET 在本地或全世界范圍內(nèi)發(fā)送。IP 地址分配該系統(tǒng)由雙網(wǎng)卡構(gòu)成，工業(yè)以太網(wǎng) CP3431 地址如圖 23 和 INTERNET 地址如圖 24.圖 23 工業(yè)以太網(wǎng) CP3431 地址圖 24 INTERNETIP 地址三、系統(tǒng)與 Inter 網(wǎng)的連接解決方案對于網(wǎng)絡(luò)訪問的連接，SIMATIC NET 提供了三種不同的解決方案。(1)、使用 ISDN 路由器的網(wǎng)絡(luò)訪問需要高性能的可靠連接時，可以使用 ISDN。該方案顯著的優(yōu)點是：? 穩(wěn)定的傳輸質(zhì)量? 快速的連接建立時間? 可達 128K 位／秒的高速傳輸速率此外，自動數(shù)字識別和回傳功能確保了信息傳遞的安全性。(2)、使用模擬路由器的網(wǎng)絡(luò)訪問如果沒有安裝 ISDN 或考慮到安裝 ISDN 的成本，我們推薦使用通過模擬電話線連接的路由器。這種模擬路由器可以連接到任何—種電話插槽上。但是這種解決方案的連接建立相對來說比較慢，傳輸速率也比較低(最快為 56K 位／秒)，取決于電話線路的質(zhì)量，并且象自動數(shù)字連接等—些安全功能也不能實現(xiàn)。(3)、使用 Inter 的網(wǎng)絡(luò)訪問當需要考慮長距離通訊的連接成本時，推薦使用 Inter 的網(wǎng)絡(luò)訪問。本系統(tǒng)采用的 Inter 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方案本系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)訪問方案如圖 25 所示。采用 INTERNET 網(wǎng)絡(luò)訪問。數(shù) 據(jù) 庫 服 務(wù) 器 WEB服 務(wù) 器WinC服 務(wù) 器防 火 墻路 由 器圖 25 系統(tǒng)與 INTERNET 網(wǎng)的連接 實現(xiàn) Inter 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控通過 WINCC 的 Web 發(fā)布功能設(shè)置實現(xiàn) Inter 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。 用戶權(quán)限設(shè)置 通過用戶管理器執(zhí)行許可檢查可保護相應(yīng)的功能，并避免未經(jīng)授權(quán)就訪問操作系統(tǒng)。 網(wǎng)絡(luò)的安裝一、LAN 插頭PROFIBUS 的結(jié)點連接非常簡單，采用 SIEMENS 的 LAN(Local area works)插頭將網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點依次連接起來即可。LAN 插頭分為兩種，—種是不帶編程裝置插座的 LAN 插頭，另—種是帶編程裝置插座的 LAN 插頭。這兩種不同的 LAN 插頭如圖 26 所示。不帶編程裝置插座的 LAN 插頭不能夠直接連接編程裝置，而帶有編程裝置插座的 LAN 插頭上可以隨時連接編程設(shè)備，對整個系統(tǒng)進行調(diào)試。插頭的接線很容易，只要按照插頭指示的進線和出線關(guān)系依次連接即可，對于網(wǎng)絡(luò)終端結(jié)點，LAN 插頭上只須接一根進線，但要把 LAN 插頭的終端電阻撥位開關(guān)撥到 ON的位置。采用 LAN 插頭除了能夠滿足網(wǎng)絡(luò)通信的需要，還有兩個好處：(1)通過將編程設(shè)備連接到任何—個 LAN 插頭上，就能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)的任何一個 PLC 進行調(diào)試，這對整個系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)是一個極大的便利；(2)當要去掉一個結(jié)點時，只需要把連接該結(jié)點的 LAN 插頭拔下即可，其他的結(jié)點能夠正常工作，不受任何影響。a)帶編程裝置 b)不帶編程裝置圖 26 LAN 插頭二、FROFIBUS 總線連接器FROFIBUS 總線的安裝非常簡單，使用一般的 9 針 D 型頭即可，但為了保證網(wǎng)絡(luò)的安全性，一般使用西門子提供的連接器。FROFIBUS 總線連接器如圖 27 所示。連接器的 A 相與 A 相短接，B 相與 B 相短接，左相為進線，右相為出線。這樣的目的是保證當該站脫離總線時，只須拔下接頭即可，總線上的其它設(shè)備不會受影響。圖 27 FROFIBUS 總線連接器三、電纜設(shè)計和敷設(shè)一般來說，工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境都比較惡劣。例如現(xiàn)場的各種動力線會通過電磁耦合產(chǎn)生干擾；電焊機、火焰切割機和電動機會產(chǎn)生高頻火花電流造成干擾；高速電子開關(guān)的接通和關(guān)斷將產(chǎn)生高次諧波，從而形成高頻干擾；大功率機械設(shè)備的啟停、負載的變化將引起電網(wǎng)電壓的波動，產(chǎn)生低頻干擾。這些干擾都會通過與現(xiàn)場設(shè)備相連的電纜引入可編程序控制器組成的控制系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)的安全可靠工作。所以合理地設(shè)計、選擇、敷設(shè)電纜在可編程序控制器的系統(tǒng)設(shè)計中尤為重要。下面就與此有關(guān)的一些問題進行簡單介紹。電纜的選擇對于可編程序控制器組成的控制系統(tǒng)而言，既包括供電系統(tǒng)的動力線，又包括各種開關(guān)量、模擬量、高速脈沖、網(wǎng)絡(luò)通訊等信號用的信號線。對于各種不同用途的信號線和動力線要選擇不同的電纜。開關(guān)量信號（如連接按鈕、限位開關(guān)，接近開關(guān)等電纜）可編程序控制器根據(jù)“0” 、 “1”信號來作出判斷，信號的容許范圍較大，一般情況下對信號電纜無特殊要求，可選用一般電纜；當信號傳輸較遠時，可選用屏蔽電纜。模擬量信號屬于小信號，極易受外界干擾影響，同時模擬量是連續(xù)變化的信號，其大小由信號的幅度決定，信號的容差小。為了保證控制系統(tǒng)的控制精度，模擬量信號應(yīng)選用雙層屏蔽電纜。高速脈沖信號（如脈沖傳感器、計數(shù)碼盤等） ，一般頻率都高于 100HZ，應(yīng)選擇屏蔽電纜，其作用是既防止外來信號的干擾，也防止高速脈沖信號本身對低電平信號的干擾。通訊信號頻率高，有一些特殊要求，一般應(yīng)選用可編程序控制器廠家提供的專用電纜；在要求不很嚴格的情況下，也可選用帶屏蔽的雙絞線電纜。電源供電系統(tǒng)一般可按通常的供電系統(tǒng)相同地選擇電源電纜。在系統(tǒng)中還將有一些特殊要求的設(shè)備，此時所要電纜一般由設(shè)備廠家直接提供，如需自行設(shè)計，則要根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)