《武汉工程大学学报》 2018年01期
83-86
出版日期：2018-02-25
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
基于PROFIBUS-DP主站与从站的通信
过程现场总线（profibusfieldbus，PROFIBUS） 和其他现场总线系统相比，最大的优点在于具有 稳定的国际标准EN50170作保证，并经实际应用 验证［1-3］。现场总线控制系统在技术研发及应用上 有以下特点： 1）开放性，现场总线是开放式的网 络，用户可以购置不同厂家的现场总线产品，把它 们集成在一个控制系统中，并进行相互信息交换。2）智能化，控制系统所需要的各种信号以数 字的方式传送到控制室，并能在现场完成相应的 功能操作，提高了系统的智能化操作水平。3）相 互操作性，即使设备由不同厂商提供，但在各自的 厂商操作环境中可以顺利实现其功能，并且相互 之间可以通信。4）环境适应性，该类总线可以较 好地适应各类工业现场的生产环境，具有较强的抗干扰能力［4-6］。 目前现场总线系统已被用到加工制造、过程 控制、运动控制等领域。如果将一个基于现场总 线系统进行通信的自动化工厂与一个按照传统方 式构建的自动化工厂进行比较，采用现场总线技 术在很大程度上降低了开销，如它减少了分布式 输入/输出设备的电缆布线［7］。由于这种技术的明 显优势衍生出大量的现场设备，为我们提供了许 多选择。 PROFIBUS-DP是PROFIBUS总线的一个组成 部分。PROFIBUS-DP主要用于制造业自动化系统 中单元级和现场级通信，它是一种速度高成本低 的通信，特别适合PLC与现场级分布式I/O设备之 间的快速循环数据交换［8］。DP是PROFIBUS中应 用最广的通信方式。PROFIBUS-DP用于连接下列 设备：可编程逻辑控制器（programmablelogiccon troller，PLC））、PC（personalcomputer），人机交互设 备（human-machineinteraction，HMI）和分布式现场 设备。 1 系统组成 主站与从站的通信实质就是使用专门的I/O 访问命令来寻址分布式外围模块的I/O数据，在 STEP7中编程，通过DP主站与ET200M标准从站 的通信实现接触器的控制功能。在工业现场，对 一个液料的混合搅拌过程可以利用PLC对ET 200M之间数字输入/输出口的控制实现对远程搅 拌器的控制。A、 B两种液料按比例投放，搅拌器 对A、 B两种液料进行搅拌，搅拌器内A、 B两种液 体的液位测量靠两个内部传感器，当液料到达一 定容量时，传感器给ET200M一个信号，ET200M 控制着搅拌器上A、 B两种液体的阀门开合。A、 B 液料装满后，ET200M发出一个控制信号控制搅 拌器电机转动，转动一定时间后搅拌器上开口阀 打开卸料。 而S7-300的仿真软件PLCSIM可以对CPU的 用户程序执行过程和某些DP从站的故障进行仿 真，但它对于通信的仿真是有限制的。大部分的 通信过程需要用通信硬件模块实验来验证，而本 研究在没有通信硬件的情况下，使用STEP7来练 习通信网络的组态和编程。 CPU315-2DP是一个带有大中型程序存储器 和PROFIBUSDP主/从接口的CPU。处理器对每 条二进制指令的处理时间大约为50ns。它在 SI MATICS7-300中经常被用作标准 PROFIBUSDP 目前现场总线系统已被用到加工制造、过程 控制、运动控制等领域。如果将一个基于现场总 线系统进行通信的自动化工厂与一个按照传统方 式构建的自动化工厂进行比较，采用现场总线技 术在很大程度上降低了开销，如它减少了分布式 输入/输出设备的电缆布线［7］。由于这种技术的明 显优势衍生出大量的现场设备，为我们提供了许 多选择。 PROFIBUS-DP是PROFIBUS总线的一个组成 部分。PROFIBUS-DP主要用于制造业自动化系统 中单元级和现场级通信，它是一种速度高成本低 的通信，特别适合PLC与现场级分布式I/O设备之 间的快速循环数据交换［8］。DP是PROFIBUS中应 用最广的通信方式。PROFIBUS-DP用于连接下列 设备：可编程逻辑控制器（programmablelogiccon? troller，PLC））、PC（personalcomputer），人机交互设 备（human-machineinteraction，HMI）和分布式现场 设备。 1 系统组成 主站与从站的通信实质就是使用专门的I/O 访问命令来寻址分布式外围模块的I/O数据，在 STEP7中编程，通过DP主站与ET200M标准从站 的通信实现接触器的控制功能。在工业现场，对 一个液料的混合搅拌过程可以利用PLC对ET 200M之间数字输入/输出口的控制实现对远程搅 拌器的控制。A、 B两种液料按比例投放，搅拌器 对A、 B两种液料进行搅拌，搅拌器内A、 B两种液 体的液位测量靠两个内部传感器，当液料到达一 定容量时，传感器给ET200M一个信号，ET200M 控制着搅拌器上A、 B两种液体的阀门开合。A、 B 液料装满后，ET200M发出一个控制信号控制搅 拌器电机转动，转动一定时间后搅拌器上开口阀 打开卸料。 而S7-300的仿真软件PLCSIM可以对CPU的 用户程序执行过程和某些DP从站的故障进行仿 真，但它对于通信的仿真是有限制的。大部分的 通信过程需要用通信硬件模块实验来验证，而本 研究在没有通信硬件的情况下，使用STEP7来练 习通信网络的组态和编程。 CPU315-2DP是一个带有大中型程序存储器 和PROFIBUSDP主/从接口的CPU。处理器对每 条二进制指令的处理时间大约为50ns。它在 SI? MATICS7-300中经常被用作标准 PROFIBUSDP主 站 ［9-11］ ，带 有 PROFIBUS DP 主/从 接 口 的 CPU315-2DP除了集中式 I/0结构外，还可以用来 建立速度快、易操作的分布式自动化系统。 在该系统中，DP主站使用SiemensPLCS7-300 系列的CPU315-2DP［12］，站地址为2。标准从站使 用ET200M，站地址为3。ET200M的输入/输出模 块连接搅拌机。PC通过CP5613模块接入网络中， 作为编程和调试设备。各站之间通过PROFIBUS 电缆连接，网络终端插头的终端电阻开关必须打 在“ON”的位置；中间站点（ET200M）的插头其终 端电阻开关必须打在“OFF”位置。系统组成如图 1所示。双 击 桌 面 上 Simatic Manager 图 标 ，进 入 STEP7。 点 击 左 上 角“ 文 件 ”新 建 项 目 “DP_ET200”，然后在弹出来的界面中“DP_ET200” 单击右键，选择“插入新站点”，并选择“SIMATIC 300站点”。插入S7-300站，作为DP主站。 在管理器中，单击选中对象“SIMATIC300” 站，双击右侧出现的“硬件”图标，打开 HWConfig 界面。在“配置文件”中选择“SIMATIC300”，首先 插入机架（RACK-300），在1号插槽插入电源 PS 30710A，在2号插槽插入CPU315-2DP。3号插槽 留作扩展模块，不用添加其他模块。在4号插槽中 插入需要的输入/输出模块，这里选择的是DI16/ DO16×24V/0.5A。如图2所示。置，在DP属性对话框中，“工作模式”一栏，可以看 到此时默认的工作模式为“DP主站”。在“常规” 选项卡里，接口类型是FROFIBUS，总站地址为2。 点击“属性”，选择“参数”并选择“新建”一条 PROFIBUS电缆，并在网络设置中，设置通信速率 为1.5Mbps，配置文件为DP［13］。如图3所示。然 后“确定”，返回DP接口属性对话框，可以看到子 网（Subnet）中出现了新的“PROFIBUS（1）”子网。 DP插槽那里引出了一条PROFIBUS（1）网络。ET200M是一种分布式I/O设备。在组建系 统时，通常需要将过程的输入和输出信号集中集 成到该自动化系统中。如果输入和输出设备远离 可编程控制器，将需要铺设很长的电缆，从而增加 成本，并且可能因为电磁干扰而使系统可靠性降 低。因此分布式I/O设备便是这类系统的理想解 决方案。它的控制 CPU 位于中央位置，I/O 设备 可 以 在 本 地 分 布 式 运 行 ，并 且 功 能 强 大 的 PROFIBUSDP具有高速数据传输能力，可以确保 CPU和I/O设备稳定顺畅地进行通讯。打开硬件 目录窗口，在“配置文件”窗口中按照路径“/ PROFIBUSDP/ET200M”，选择 ET200M，并将此 站拖到硬件组态窗口的PROFIBUS网络线上，完成 ET200M与PROFIBUS网络的接入。在拖动过程 中会出现属性对话框，设置该DP从站地址为4，单 击“确定”按钮。然后选中该从站，按照图4所示， 对输入/输出模块进行组态。在插入CPU315-2DP的时候，取消了弹窗出 来PROFIBUS的组态界面。此时对“DP”进行设2 网络组态 在HWConfig界面中，通过菜单中的 “网络组态” （ConfigureNetwork），打开Netpro网络组态界面，可 以看到主站已经与从站通过PROFIIBUS连接。 根据项目需要，需对11个输入/输出点进行设 置，PLC的运行与停止信号，ET200M收到从搅拌 机传来的A， B两种液体的限位信号，及控制搅拌 机A液阀门与B液阀门闭合的信号，当收到B液限 位信号后，ET200M控制搅拌机搅拌运行的信 号。在SIMATICManager界面中，选择“SIMATIC 300”站点［14］，在S7程序里面找到“符号”（Symbol） 块，进行如下软件资源的分配，如图5所示。在SIMATICManager界面中，选择“SIMATIC 300”站点，并在S7程序里面找到“组织块”（OB1）， 用“LAD”语言创建模块，在OB1中编写如图6所示 程序。在OB1中，调用功能块FC1，FC2。FC1主要是 PLC运行状况显示，FC2主要是ET200M对搅拌 器的控制。FC1，FC2程序如图7，图8所示。 3 实验测试 在“SIMATICManager”界面中，点击“仿真器” （PLCSIM）“monitor”（监视）按钮，可以看到一个显 示CPU状态的窗口S7-PLCSIM1［15］。手动插入两2 网络组态 在HWConfig界面中，通过菜单中的 “网络组态” （ConfigureNetwork），打开Netpro网络组态界面，可 以看到主站已经与从站通过PROFIIBUS连接。 根据项目需要，需对11个输入/输出点进行设 置，PLC的运行与停止信号，ET200M收到从搅拌 机传来的A， B两种液体的限位信号，及控制搅拌 机A液阀门与B液阀门闭合的信号，当收到B液限 位信号后，ET200M控制搅拌机搅拌运行的信 号。在SIMATICManager界面中，选择“SIMATIC 300”站点［14］，在S7程序里面找到“符号”（Symbol） 块，进行如下软件资源的分配，如图5所示。在SIMATICManager界面中，选择“SIMATIC 300”站点，并在S7程序里面找到“组织块”（OB1）， 用“LAD”语言创建模块，在OB1中编写如图6所示 程序。在OB1中，调用功能块FC1，FC2。FC1主要是 PLC运行状况显示，FC2主要是ET200M对搅拌 器的控制。FC1，FC2程序如图7，图8所示。 3 实验测试 在“SIMATICManager”界面中，点击“仿真器” （PLCSIM）“monitor”（监视）按钮，可以看到一个显 示CPU状态的窗口S7-PLCSIM1［15］。手动插入两从站通信的实现方法，通过使用STEP7从硬件和 软件方面对系统进行了设计，包括PLC的硬件组态、 通信网络的设计，给出了系统的部分软件程序，在 现有的设备上，模拟了远程控制I/O设备的功能。 本研究模拟从站接受到传感器发过来的信 号，以及从站发出对阀门的控制信号，但是如何将 从站与具体的这些传感器、阀门，执行器等器件相 连，可以做进一步的研究，希望能将PROFIBUS-DP 从站最终实现工程上的应用。 随着现场总线技术的发展要求底层仪器仪表 具有基本的智能化功能，并且能在底层设备中实 现基本的控制规律，因此可以进一步研究将控制 算法集成到从站，组成一个既有现场总线通信功 能又有控制算法的智能从站控制单元