【正文】 OB) 。運(yùn)行 PROFIBUS NCM S7 組態(tài)軟件后 ,在 STEP7 (PLC 的標(biāo)準(zhǔn)工具軟件 ) 中進(jìn)行硬件組態(tài) (CP343 5) 和通信組態(tài) (FDL 連接 ) 。圖 6為 PLC1 和 PLC3 通信調(diào)用的示意圖。接收緩沖區(qū)應(yīng) 有足夠的長(zhǎng)度。ASRECV 功能為接收數(shù)據(jù) ,即從通信方接收的數(shù)據(jù)傳送到 PLC 指定的接收緩沖區(qū)。發(fā)送緩沖區(qū)的指針可以指向一個(gè)過程映像區(qū)、一個(gè)位存儲(chǔ)器區(qū)或一個(gè)數(shù)據(jù)塊。FDL 編程比較簡(jiǎn)單 ,因?yàn)?PLC 通信的功能已經(jīng)在軟件程序上集成為二個(gè)功能模塊 FC5 和FC6 ,即 AGSEND(FC5) 和 AGRECV ( FC6) 。適合于工業(yè)中等容量的通信任務(wù) (240 字節(jié) ) 。綜合系統(tǒng)開發(fā)成本和功能適用性等多方面指標(biāo)和要求 ,選用 FDL 連接方式進(jìn)行 PLC 之間的通信。利用這種方式可以實(shí)現(xiàn) :純主從 (一主多從 ) 、純主站 (多主 ) 和混合方式 (多主多從 ) 。得到令牌的主站可在一定的時(shí)間內(nèi) 執(zhí)行本站的工作。 PROFIBUS 通信協(xié)議根據(jù) ISO7498 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) (OSI) 作為參考模型。PROFIBUS —DP 以其較快的傳輸速度和較強(qiáng)的抗干擾能力 ,廣泛應(yīng)用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式 I/ O之間的通信 。針對(duì)不同的范圍和功能 ,PROFIBUS 又分為三個(gè)兼容的組成部分。 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 圖 5 基于現(xiàn)場(chǎng)總線的 PLC 控制系統(tǒng)的構(gòu)成 PROFIBUS 是 Process Fieldbus 的縮寫。 IPC 采用臺(tái)灣研華公司的工控機(jī) (P2 型 ) 并通過西門子CP5412A 通信適配卡與 PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線相連。 P LC 通信的實(shí)現(xiàn) 根據(jù)上述的方案選擇 , 構(gòu)成基于現(xiàn)場(chǎng)總線的 PLC 控制系統(tǒng)如圖 5 所示。 20xx 年 1 月公布的現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158 雖然包括了八種類型的現(xiàn)場(chǎng)總線而非單一標(biāo)準(zhǔn) ,但它們都是開放的 ,通信的功能及參數(shù)都是規(guī)范化的。開放協(xié)議是基于公開化、標(biāo)準(zhǔn)化 ,即各廠商、各種產(chǎn)品、各種硬軟件都必須遵守同一協(xié)議規(guī)范。如西門子公司 S7 —200 系列 PLC 的 PPI 協(xié)議和 AB 公司 DH + 網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議等。 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 圖 4 基于 “ 簡(jiǎn)單協(xié)議 ” 的通信網(wǎng)絡(luò) 專用協(xié)議與開放協(xié)議 專用協(xié)議是 PLC 開發(fā)商提供的本廠商特定的通信協(xié)議。顯然本文所述的 PLC 通信就屬于“多主 ”或 “對(duì)等 ”的通信。通過多層次的協(xié)議 ,能夠解 決諸如總線控制、沖突檢測(cè)、鏈路維護(hù)等問題。例如在 RS485 上可以增加 PLC ,但所有的 PLC 都是通信從站 ,因?yàn)椤昂?jiǎn)單協(xié)議 ”決定了這里只允許存在一個(gè)通信主站 (即 IPC) ,而且所有的通信從站要想互通信息只有通過主站中轉(zhuǎn)才能實(shí)現(xiàn)。 VB 程序中 Msm. setting =“9600 ,N ,8 ,1”就是一種 “簡(jiǎn)單協(xié)議 ”的規(guī)定 (即波特率是 9 600 ,無奇偶校驗(yàn) ,8 位數(shù)據(jù)位 ,1 位停止位 ) 。圖 4 中對(duì)一臺(tái)西門子小型 PLC(S7 —200) 利用自由口方式與一臺(tái) IPC 進(jìn)行串行通信。因此實(shí)際上目前各類 PLC 的聯(lián)網(wǎng)通信主要采用的是串行通信 ,并行通信一般僅發(fā)生在 PLC 的內(nèi)部 ,例如模塊式 PLC 中的 CPU 單元與各種工作模塊之間的通信。串行通信則恰好相反。 串行通信與并行通信 PLC 聯(lián)網(wǎng)通信在數(shù)據(jù)傳輸方式上有兩種基本方式 ,即并行通信和串行通信。工業(yè)生產(chǎn)本身的系統(tǒng)性決定了各臺(tái) PLC 之間必然有各種信息要進(jìn)行交換 ,因而 PLC 除了完成各自的控制任務(wù)之外 ,還要進(jìn)行彼此之間的通信。由于控制的復(fù)雜程度增加和規(guī)模擴(kuò)大 ,單臺(tái) PLC 已難以滿足生產(chǎn)對(duì)自動(dòng)控制的要求。組態(tài)軟件構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)可以聯(lián) 網(wǎng)，它的兼容性比較強(qiáng)，不像專業(yè) PLC 構(gòu) 成的網(wǎng)絡(luò)，組態(tài)軟件可以充分利用電腦的資源。同時(shí)也減小了一些硬件的投入。 PLC 是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用一類可編程的存貯器，用于其內(nèi)部存貯程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式輸入輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程，可編程控 制器具備高可靠性、編程方便、易于使用、環(huán)境要求低、與其他裝置配置連接方便的特點(diǎn)。它具有可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、靈活通用、使用方便、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動(dòng)控制中。 通過對(duì)以上兩種設(shè)計(jì)法的分析比較，我們自然采用順序控制法進(jìn)行程序編寫。 M 與 Q之間具有簡(jiǎn)單的邏輯關(guān)系，輸出電路的設(shè)計(jì)極為簡(jiǎn)單。使系統(tǒng)由當(dāng)前步進(jìn)入下一步的信號(hào)稱為轉(zhuǎn)換條件，可以是外部輸入信號(hào)，也可以是 PLC 內(nèi)部產(chǎn)生的信號(hào)（定時(shí)器，計(jì)數(shù)器）。步是根據(jù)輸出量的狀態(tài)的變化來劃分的，在任何一步之內(nèi)，各輸出量狀態(tài)不變，但是相鄰兩步輸出量的狀態(tài)是不同的。另外，用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)出的梯形圖往往比較復(fù)雜，程序維護(hù)人員很難讀懂，給 PLC 控制系統(tǒng)的維護(hù)和改進(jìn)帶來很大困難。特別是在設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)的梯形圖時(shí) ，需要大量的中間單元來完成記憶、連鎖、互鎖等功能，考慮的因素較多，它們往往又交織在一起，分析起來比較困難，很容易遺漏一些應(yīng)考慮的問題。 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 控制程序設(shè)計(jì)方法 經(jīng)驗(yàn)法，本質(zhì)是借助典型的控制電路，通過反復(fù)的調(diào)試及修改來完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ,沒有固定的步驟可遵循，且有很大的試探性和隨意性。梯形圖程序中輸入信號(hào)與 輸出信號(hào)之間的邏輯關(guān)系一目了然，易于理解，與繼電器電路圖的表達(dá)方式極為相似，梯形圖中功能塊對(duì)應(yīng)的語句只占一行的位置，還可以為每一條語句加上注釋，便于復(fù)雜程序的閱讀。 編程語言 S7200 的編程軟件可以提供梯形圖、功能塊圖（國(guó) 內(nèi)很少有人使用）、語句表三種編程語言。 ●寫輸出：即輸出刷新階段，在輸出過程映象寄存器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)被復(fù)制到物理輸出點(diǎn)，當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后， PLC就進(jìn)入輸出刷新階段，在此期間， CPU按照存在 I/O映象區(qū)的運(yùn)算結(jié)果，刷新所有對(duì)應(yīng)的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，并按先左后右、先 上后下的順序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，邏輯運(yùn)算的結(jié)果存于映象區(qū)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段，在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變，因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入， S7200將物理輸入點(diǎn)上的狀態(tài)復(fù)制到輸入過程映象寄存器中。 S7200周而復(fù)始地執(zhí)行一系列任務(wù)，任務(wù)循環(huán)執(zhí)行一次稱為一個(gè)掃描周期。 S7－ 200 CPU將一個(gè)微處理器、一個(gè)集成電源和數(shù)字量 I/O點(diǎn)集成在一個(gè)緊湊的封裝中，從而形成了一個(gè)功能強(qiáng)大的微型 PLC,其 強(qiáng)大功 能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能，再加上緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強(qiáng)大的指令集，使 S7－ 200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案。對(duì)于 SIEMENS STEP7 開發(fā)平臺(tái)，在 ET200M 上的分散 I/O節(jié)點(diǎn)的地址排布與傳統(tǒng)集中式的地址排布是一致的，所以在編程時(shí)就和編制集中式控制程序一樣，而且分散 I/O的模塊地址可以根據(jù)用戶需要而改變，以適應(yīng)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)的需要。雙向 RAM 中的每一個(gè)字都被編址，在變頻（流）器端的雙向 R A M 可通過被編址參數(shù)排序，向變頻（流）器寫入控制字、設(shè)置值或讀出實(shí)際值，診斷信息等參數(shù)。當(dāng) S7300或S7400PROFIBUSDP網(wǎng)的主站時(shí)，可分別帶這樣的從站（ SLAVE） 32 個(gè)，如加中繼器，最多可達(dá) 127個(gè)。 從站 A中， SIMOVERT Master drives為交流變頻器， CB1為與之配套的通信處理器。本系統(tǒng)選用 CPU3152DP 模塊化 PLC，它集成了PROFIBUSDP現(xiàn)場(chǎng)總線接口裝置，具有強(qiáng)大的處理能力（具有 1024語句的速度）。NT組態(tài)軟件 SIEMENS公司 WINCC 軟件，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示、報(bào)警、趨勢(shì)、控制策略、控制網(wǎng)絡(luò)通信等功能，并提供一個(gè)友好的用戶界面，使用戶根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要生成相應(yīng)的應(yīng)用軟件。 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(chǎng)設(shè)備處，控制器掃描所有 I／ 0站上的輸入，必要時(shí)還可發(fā)送信息到輸出通道，實(shí)現(xiàn)多主式和對(duì)等式通信， PROFIBUS— DP現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如 圖 3所示 圖 3 PROFIBUS— D現(xiàn)場(chǎng)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 本系統(tǒng)采用研華工控機(jī)作上位機(jī)，通過 CP5611接口卡使工控機(jī)與 PROFIBUSDP 相連，這樣 IPC與現(xiàn)場(chǎng)總線就連接成能完成組態(tài)、運(yùn)行、操作等功能的完整的控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 N（ R） =3 表示從站 A已正確接收序號(hào)為 2及以前的 I幀，終止符 F表示從站只有一幀發(fā)送。 圖中 U 表示 H D L C 的無編號(hào)幀， U ： A ， SNRM ， P 表示在 SNRM 模式上 選擇從站 A ， P 為探詢位； U ： A ， U A ， F 表示用 U 幀的無編號(hào)確認(rèn)命令 UA作為響應(yīng)主站建立數(shù)據(jù)鏈， F為終止位。數(shù)據(jù)鏈路中幀的傳輸過程分為三個(gè)階段：數(shù)據(jù)鏈路建立、幀傳輸和鏈路釋放。若該主站沒有需要發(fā)送的幀或在規(guī)定時(shí)間內(nèi)發(fā)送完了所需發(fā)送的幀，或者該主站的控制時(shí)間終了時(shí)它就將主站令牌傳遞給下一個(gè)主站，這樣就保證了即使在重載下，每個(gè)主站都可以在確定的時(shí)間內(nèi)得到總線使用權(quán)，避免了在以太網(wǎng)中重載下容易阻塞的缺點(diǎn)，保留了總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自由增減站點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)。 數(shù)據(jù)鏈路層又稱現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)鏈路層（ Fieldbus Data Link. FDL）一般有兩種介質(zhì)存取方式：令牌總線（ Token Bus，令牌總線協(xié)議符合 ）和主從方式。 圖 1 多級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線體系結(jié) 構(gòu)框圖 現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊 PROFIBUSDP 網(wǎng)絡(luò)使用了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及自己的用戶層，其中物理層采用ETA RS485傳輸技術(shù)，采用屏蔽雙絞銅線或光纖兩種傳輸電纜。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到控制器的連接方式，現(xiàn)場(chǎng)總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常采用以下三種方式：線形、樹形和環(huán)形。它是德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) DIN 19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN 50170的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，是一種國(guó)際化、開發(fā)式、不依賴于生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線。目前，已逐漸成熟并對(duì)工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程 形成影響的主要有 PROFIBUS， HART，LONWORKS， FF 等等。 現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)總線是信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展在控制領(lǐng)域的體現(xiàn)，是自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。 (3)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中許多控制功能從控制室轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場(chǎng)儀表，大量過程檢測(cè)與控制的信息就地采集、就地處理、就地使用， 在新技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)施就地控制，使過程控制基本分散到現(xiàn)場(chǎng)，而控制室內(nèi)的儀表裝置主要完成數(shù)據(jù)處理、監(jiān)督控制、優(yōu)化控制、協(xié)調(diào)控制和自動(dòng)化管理功能。 (1)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，這樣一來就大大減少了現(xiàn)場(chǎng)與控制室之間的一對(duì)一的導(dǎo)線連接，節(jié)約初投資，提高了可靠性和抗干擾能力。這些儀表和裝置都遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，按照系統(tǒng)化和開放化的要求，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化，并且增加遠(yuǎn)距離操作、故障自診斷和就地控制能力，構(gòu)成新一代的自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)先進(jìn)體系。 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 2章 PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) 現(xiàn)場(chǎng)總線概述 現(xiàn)場(chǎng)總線是將現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室內(nèi)儀表連接起來的全數(shù)字化、雙向、多站的通信網(wǎng)絡(luò)，用數(shù)字信號(hào)取代模擬信號(hào)，提高系統(tǒng)的可靠性、精確度和抗干擾能力，延長(zhǎng)信息傳輸距離。 本論文研究的內(nèi)容 本論文主要介紹以可編程控制器 PLC 和組態(tài)軟件為核心，采用上、下位機(jī)方式設(shè)計(jì)溫度控制計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的基本思路和方法。 這種方法簡(jiǎn)單 ,易于實(shí)現(xiàn) ,但是參數(shù)整定比較困難 ,在實(shí)際中往往是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來手動(dòng)設(shè)定 PID 參數(shù) ,且一組整定的參數(shù)不能完全適應(yīng)不同退火工藝要求 ,還易產(chǎn)生較大的超調(diào)。 在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置 I/ O 從站用于采集熱電偶溫度 ,讀取爐體上個(gè)傳感器的參數(shù) ,對(duì)爐門電機(jī)和氣缸等進(jìn)行操作 ,避免了溫度模擬量信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸中的干擾問題 ,減少了控制線和信號(hào)線的使用量 ,降低了成本并增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。 本課題研究現(xiàn)狀及意義 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) (FCS) 能夠把原先集散控制系統(tǒng) (DCS)中處于控制室的控制模塊、輸入輸出模塊置入 現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備 ,因而控制系統(tǒng)功能能夠不依賴控制室的計(jì)算機(jī) ,直接在現(xiàn)場(chǎng)完成 ,實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制。這個(gè)結(jié)局表明，在今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)多種現(xiàn)場(chǎng)總線將并存，控制網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)集成與信息集成會(huì)面臨困難的復(fù)雜局面。 面對(duì)如此之多的現(xiàn)場(chǎng)總線，用戶如何選擇 ?為解決這個(gè)問題，國(guó)際電工委員會(huì) IEC在1984年就開始籌備制定單一現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。其次，現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生也反映了企業(yè)管控一體化信息集成的要求。但由于這些通信標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了物理層上的電氣特性，而對(duì)于數(shù)據(jù)鏈路層及其以上各高層協(xié)議規(guī)范，則沒有統(tǒng)一定義，致使不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的儀器儀表由于通信協(xié)議的專有與不兼容而無法實(shí)現(xiàn)相互之間的信息互訪。其中，全模擬式儀表是將傳感 器信號(hào)進(jìn)行調(diào)理放大后，經(jīng)過 V／ I 電路轉(zhuǎn)換，輸出 4— 20mA 或 0～ 5V 的模擬信號(hào)，其后隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微處理器在儀器儀表中得到了廣泛應(yīng)用，過程變量經(jīng)調(diào)理放大、 A／ D 采樣，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并經(jīng)過微處理器的運(yùn)算、