【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 AO(I)I 1 . 0I 1 . 3 I 1 . 4I 1 . 2I 1 . 1I 1 . 5Q 0 . 7Q 1 . 1Q 1 . 0E S t a n dP O R T1M P 1D PP O R T2 圖 25 CPU224XP 引腳圖 (2) EM235 模擬量擴(kuò)展模塊 EM 235 模塊是組合強(qiáng)功率精密線性電流互感器、意法半導(dǎo)體（ ST）單片集成變送器 ASIC 芯片于一體的新一代交流電流隔離變送 器模塊，它可以直接將被測(cè)主回路交流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的 DC4～ 20mA（通過(guò) 250Ω 電阻轉(zhuǎn)換 DC 1～ 5V 或通過(guò) 500Ω 電阻 轉(zhuǎn)換 DC2～ 10V）恒流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，連續(xù)輸送到接收裝置（計(jì)算機(jī)或顯示儀表） EM235CN 的校準(zhǔn)和配置位置如圖 26所示。 表 22所示為如何用 DIP 開關(guān)設(shè)置 EM 235 CN 模塊。開關(guān) 1到 6可選擇模擬量輸入范圍和分辨率。所有的輸入設(shè)置成相同的模擬量輸入范圍和格式。下表22 中， ON為接通， OFF 為斷開 。 第二章 硬件的設(shè)計(jì)與選擇 9 表 22 EM235 CN選擇模擬量輸入范圍和分辨率的開關(guān)表 單極性 滿量程輸入 分辨率 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF ON 0到 50mV OFF ON OFF ON OFF ON 0到 100mV 25μV ON OFF OFF OFF ON ON 0到 500mV 125uA OFF ON OFF OFF ON ON 0到 1V 250μV ON OFF OFF OFF OFF ON 0到 5V ON OFF OFF OFF OFF ON 0到 20mA 5μA OFF ON OFF OFF OFF ON 0到 10V 雙極性 滿量程輸入 分辨率 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF OFF 177。25mV OFF ON OFF ON OFF OFF 177。50mV 25μV OFF OFF ON ON OFF OFF 177。100mV 50μV ON OFF OFF OFF ON OFF 177。250mV 125μV OFF ON OFF OFF ON OFF 177。500 mV 250μV OFF OFF ON OFF ON OFF 177。1V 500μV ON OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF 177。 177。5V 177。10V 5mV 圖 26 EM235CN的校準(zhǔn)和配 置位置 2. S7300 的選擇 S7300PLC是 SIEMENS公司生產(chǎn)的緊湊模塊式結(jié)構(gòu)的小型可編程控制器，擁有功能強(qiáng)、速度快的特點(diǎn)。它采用緊湊、無(wú)槽位限制的模塊化結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)展，應(yīng)用型好，性價(jià)比高。 本次設(shè)計(jì)采用 西門子 S7300系列 CPU 313C2DP。 CPU 313C是一種緊湊型 CPU，用于對(duì)過(guò)程處理能力和響應(yīng)時(shí)間要求很高的應(yīng)用。集成數(shù)字量和模擬量輸入 /輸出可實(shí)現(xiàn)與過(guò)程的直接連接。 EM235 CN的端子連接如圖 27所示。 第二章 硬件的設(shè)計(jì)與選擇 10 圖 27 EM235 CN的端子連接圖 CPU 313C2 DP 安裝有： ① 微處理器。處理器處理每個(gè)二進(jìn)制指令的時(shí)間達(dá)到 100 200 ns。 ② 擴(kuò)展存儲(chǔ)器。 64 KB 高速 RAM (相當(dāng)于大約 21 K 的指令 ) 用于執(zhí)行相關(guān)的程序部分，為用戶程序提供充分的空間；微存儲(chǔ)卡（最大 8 MB）作為程序的裝載存儲(chǔ)器，也允許在 CPU 中保 存項(xiàng)目（包括完整符號(hào)和注解）。 ③ 靈活的擴(kuò)展能力。多達(dá) 31 個(gè)模塊，（ 4排結(jié)構(gòu)）。 ④ 多點(diǎn)接口 MPI。內(nèi)置 MPI 接口可以最多同時(shí)建立 8 個(gè)與 S7300/400 或與 PG、 PC、 OP 的連接。在這些連接中，始終分別為 PG 和 OP 各保留一個(gè)連接。 ⑤ PROFIBUS DP 接口。帶有 PROFIBUS DP 主 /從接口的 CPU 313C2 DP 可以用來(lái)建立高速、易用的分布式自動(dòng)化系統(tǒng)。 對(duì)用戶來(lái)說(shuō) ,分布式 I/O 單元可作為一個(gè)集中式單元來(lái)處理 (相同的組態(tài)、編址和編程 )。 ⑥ 內(nèi)置輸 入 /輸出。 16個(gè)數(shù)字量輸入 (均可用于報(bào)警處理 )和 16個(gè)數(shù)字量輸出。 CPU 313C2 DP 的實(shí)物圖 如圖 28所示， CPU 313C2 DP 的引腳圖 如圖 29所示。 圖 28 CPU 313C2 DP 實(shí)物圖 第二章 硬件的設(shè)計(jì)與選擇 11 1 L +Q 0 . 0 Q 0 . 1 Q 0 . 3Q 0 . 2Q 0 . 4Q 0 . 5 Q 0 . 6 2 MI 0 . 0 I 0 . 1 I 0 . 2 I 0 . 3I 0 . 4I 0 . 5 I 0 . 6 I 0 . 7C P U 3 1 3 C 2 D PP O R T1DC24VP1P O R T2I 1 . 0 I 1 . 3 I 1 . 4I 1 . 2I 1 . 1I 1 . 5Q 0 . 7 Q 1 . 1Q 1 . 0I 1 . 6 I 1 . 7Q 1 . 2 Q 1 . 3 Q 1 . 4 Q 1 . 5 Q 1 . 6 Q 1 . 7P2P3P4P5P6P7P8P9P10P30P21P22P23P24P25P26P27P28P292 L+P11P12P13P14P15P16P17P18P19P201 MP32P31P33P34P35P36P37P38P39P403 L +3 ML+M 圖 29 CPU 313C2 DP引腳圖 PROFIBUS 的選擇 PROFIBUS，是一種國(guó)際化．開放式．不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS 傳送速度可在 范圍內(nèi)選擇且當(dāng)總 線系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，所有連接到總線上的裝置應(yīng)該被設(shè)成相同的速度。廣泛適用于 制造業(yè)自動(dòng)化 、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。 PROFIBUS 是一種用于工廠自動(dòng)化車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) ?？蓪?shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng) 通信絡(luò) ，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。 它由三個(gè)兼容部分組成，即 PROFIBUS－ DP， PROFIBUS－ PA， PROFIBUSFMS。其中 PROFIBUS－ DP 應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，它是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級(jí) 控制系統(tǒng)與分散式 I/O 之間的通訊； PROFIBUS－ PA 適用于過(guò)程自動(dòng)化，可使傳感器和執(zhí)行器接在一根共用的總線上，可應(yīng)用于本征安全領(lǐng)域； PROFIBUS－ FMS 用于車間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，它是令牌結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò)，用來(lái)完成控制器和智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信以及控制器之間的信息交換。主要使用主 從方式，通常周期性地與傳動(dòng)裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 此次設(shè)計(jì)選用 PROFIBUSDP。 1． PROFIBUSDP ProfibusDP主要用于自動(dòng)化系統(tǒng)中單元級(jí)控制設(shè)備與分布式 I/O的通訊，可以取代 420MA的模擬信號(hào)傳輸。它采 用 RS485數(shù)據(jù)接口，傳輸介質(zhì)用光纖或雙絞電纜，傳輸波特率從 12Mbps，傳輸距離可以通過(guò)適配器進(jìn)行擴(kuò)展。 PROFIBUS – DP基本特征 ① 速率：在一個(gè)有著 32個(gè)站點(diǎn)的分布系統(tǒng)中， PROFIBUSDP 對(duì)所有站點(diǎn)傳送 512 bit/s 輸入和 512bit/s 輸出，在 12Ｍ bit/s 時(shí)只需１毫秒。 ② 診斷功能：經(jīng)過(guò)擴(kuò)展的 PROFIBUSDP 診斷能對(duì)故障進(jìn)行快速定位。診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。診斷信息分三級(jí)： 本站診斷操作：本站設(shè)備的一般操作狀態(tài)，如溫度過(guò)高．壓力 過(guò)低。 第二章 硬件的設(shè)計(jì)與選擇 12 模塊診斷操作：一個(gè)站點(diǎn)的某具體 I/O 模塊故障。 通過(guò)診斷操作：一個(gè)單獨(dú)輸入／輸出位的故障。 PROFIBUSDP 允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)。在同一總線上 最多可連接 126個(gè)站點(diǎn)。系統(tǒng)配置的描述包括：站數(shù)．站地址．輸入／輸出地址．輸入／輸出數(shù)據(jù)格式．診斷信息格式及所使用的總線參數(shù)。每個(gè) PROFIBUSDP系統(tǒng)可包括以下三種壞同類型設(shè)備： ① 一級(jí) DP主站（ DPM1）：一級(jí) DP 主站是中央控制器，它在預(yù)定的周期內(nèi)與分散的站（如 DP從站）交換信息。典型的 DPM1 如 PLC 或 PC。 ② 二級(jí) DP主站（ DPM2）：二級(jí) DP 主站是編程器．組態(tài)設(shè)備或操作面板，在DP系統(tǒng)組態(tài)操作時(shí)使用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。 ③ DP 從站： DP 從站是進(jìn)行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設(shè)備（ I／ O設(shè)備．驅(qū)動(dòng)器． HMI．閥門等）。 ④ 單主站系統(tǒng)：在總線系統(tǒng)的運(yùn)行階段，只有一個(gè)活動(dòng)主站。 單主站系統(tǒng)如圖 210 所示。 ⑤ 多主站系統(tǒng)：總線上連有多個(gè)主站。這些主站與各自從站構(gòu)成相互獨(dú)立的子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)包括一個(gè) DPMI．指定的若干從站及可能的 DPM2 設(shè)備。任何一個(gè)主站均可讀取 DP 從站的輸入／輸出映象，但只有一個(gè) DP 主站允許對(duì) DP從站寫入數(shù)據(jù)。 多主站系統(tǒng)如圖 211 所示。 主 站從 站從 站 從 站P R O F I B U S令 牌 圖 210 單主站系統(tǒng) 二 類 主 站從 站從 站 從 站P R O F I B U S令 牌從 站一 類 主 站 一 類 主 站圖 211 多主站系統(tǒng) 第二章 硬件的設(shè)計(jì)與選擇 13 2. PROFIBUSDP 的數(shù)據(jù)通訊 1） DP 主站之間的通信 DP 主站之間采用令牌環(huán)方式進(jìn)行通信，主站按地址的升序依次排列，控制令牌按順序一次在主站之間進(jìn)行傳遞，獲得令牌的站具有控制權(quán)，可發(fā)送數(shù)據(jù)，令牌的工作傳遞過(guò)程如圖 212 所示。如主站 1 需向主站 3 發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)令牌傳遞到主站 1 時(shí)，主站 1 將要發(fā)送的數(shù)據(jù)按圖 213 所示的格式發(fā)往主站 2，主站 2將本站的地址與接受到的幀信息中的目的地址進(jìn)行比較，兩者不同，則主站 2將幀信息繼續(xù)傳遞后到達(dá)主站 3。此時(shí)，主站 3 將本站的地址與接受到的幀信息中的目的地址進(jìn)行比較，比較相同后，主站 3 對(duì)幀信息進(jìn)行差錯(cuò)校驗(yàn)，并將校驗(yàn)結(jié)果以肯定或否定應(yīng)答填入 ACK 段中，把該幀信息復(fù)制之后將其繼續(xù)向下傳遞給主站 1。主站 1 將本站的地址與源地址進(jìn)行比較，比較相同后檢查 ACK 是否為肯定應(yīng)答，若檢查到已為肯定應(yīng)答，則去除幀信息，將令牌交出繼續(xù)在環(huán)內(nèi)傳遞。如果 ACK 的檢查結(jié)果為否定 應(yīng)答，則主站 1 需重新發(fā)送。 圖 212 邏輯令牌環(huán) 圖 213 幀結(jié)構(gòu) 2） DP 主站一從站之間的通信 (1) DP 通信關(guān)系和 DP 數(shù)據(jù)交換 通信作業(yè)的發(fā)起方為請(qǐng)求方，通信的另一則為響應(yīng)方。一類 DP 主站的請(qǐng)求報(bào)文使用第 2 層 (數(shù)據(jù)鏈路層 )的“高優(yōu)先權(quán)”報(bào)文服務(wù)級(jí)別。而 DP 從站發(fā)出的響應(yīng)則以第 2 層中的“低優(yōu)先權(quán)”報(bào)文服務(wù)級(jí)別處理。 DP 從站將當(dāng)前出現(xiàn)的診斷中斷或狀態(tài)事件通知給 DP 主站，僅在此刻，可通過(guò)將 DataExchange 的響應(yīng)報(bào)文服務(wù)級(jí)別從“低優(yōu)先權(quán)”改變?yōu)椤案邇?yōu)先權(quán)”來(lái)實(shí)現(xiàn)。 (2) 初始化 階段、再啟動(dòng)和用戶數(shù)據(jù)通信 DP 從站初始化階段的主要順序 如圖 214 所示。 DP 主站首先檢查從站是否在總線上，如果檢查到 DP 從站己在總線上，則 DP 主站通過(guò)請(qǐng)求從站的診斷數(shù)據(jù)來(lái)檢查 DP 從站的準(zhǔn)備情況。檢查到 DP 從站己準(zhǔn)備就緒之后， DP 主站裝在參數(shù)集和組態(tài)數(shù)據(jù)。然后 DP 主站再請(qǐng)求從站的診斷數(shù)據(jù)以判斷從站是否準(zhǔn)備好進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，進(jìn)行完上述工作一切就緒之后， DP 主站才開始循環(huán)地與 DP 從站進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)通信。 第二章 硬件的設(shè)計(jì)與選擇 14 圖 214 從站初始化階段的主要順序 3． EM277 智能擴(kuò)展模塊 EM277 是 S7200 的一個(gè)智能擴(kuò)展模 塊。通常， S7200 需要進(jìn)行 PROFIBUSDP通信時(shí)，就需要使用此模塊。 PROFIBUS 總線是和 PPI、 MPI總線不同的一種總線形式。 S7200CPU 不能通過(guò)本體集成的通信接口進(jìn)行 PROFIBUSDP 通信，而只能通過(guò) EM277模塊。 利