LC技术培训班(第5讲)现场总线介绍.ppt

2020 3 27 1 热烈欢迎 中核集团的领导和工程师们 北京机械工业自动化研究所 2020 3 27 2 热烈欢迎 参加PLC技术培训班的全体学员 北京精诚智合教学科技有限公司 2020 3 27 3 陈忠华教授 PLC培训班 第5讲 现场总线标准介绍 2020 3 27 4 现场总线技术介绍 1 现场总线技术产生的背景2 现场总线技术概念3 现场总线技术的主要特点4 现场总线的主要优点5 成熟的现场总线应该具有的技术特点6 现场总线技术对自动控制及自动化技术的影响7 使用Profibus DP进行数据通信的实例 2020 3 27 5 2020 3 27 6 2020 3 27 7 现场总线技术产生的背景 现场总线技术自20世纪80年代产生以来 一直受到人们的关注 被誉为自动化控制领域的一次新的革命 进入90年代以后 现场总线技术一度成为人们研究的热点 现场总线技术的产生是由多方面因素共同作用的结果 首先 现场总线技术的产生反映了当时仪器仪表自身发展的需要 同时也反映了用户实现企业综合自动化 信息化的实际应用的要求 是工业自动化技术和仪器仪表发展的必然趋势 其次由于计算机技术 通信技术和控制技术的迅速发展 为实现上述要求提供了技术基础 因此 用户的需要是产生现场总线技术的动力 而计算机 网络通信和自动控制三种技术的发展则为研究开发现场总线提供了技术基础 2020 3 27 8 现场总线技术产生的背景 传统控制系统有诸多不足 控制器与现场设备之间靠I O连线连接 传送4 20ma模拟量信号或24VDC等开关量信号 并以此监控现场设备 这样 控制器获取信息量有限 大量的数据如设备参数 故障及故障记录等数据很难得到 底层数据不全 信息集成能力不强 不能完全满足自动化系统对底层数据的要求 除现场设备均靠标准4 20ma 24VDC连接外 系统其它软 硬件通常只能使用一家产品 不同厂家产品之间缺乏互操作性 互换性 因此开放性 可集成性差 2020 3 27 9 现场总线技术产生的背景 这种系统很少留出接口允许其它厂商将自己专长的控制技术 如控制算法 工艺流程 配方等集成到通用系统中去 因此 面向行业的监控系统很少 对于大范围的分布式系统 使用大量的I O电缆 以及敷设施工 不仅增加成本 也增加了系统的不可靠性 由于现场级设备信息不全 现场级设备的在线故障诊断 报警 记录功能不强 也很难完成现场设备的远程参数设定 修改等参数化功能 影响了系统的可维护性等 2020 3 27 10 现场总线技术产生的背景 由于大规模集成电路的发展 许多传感器 执行机构 驱动装置等现场设备智能化 即内置CPU控制器 完成诸如线性化 量程转换 数字滤波甚至回路调节等功能 因此 对于这些智能现场设备增加一个串行数据接口 如RS 232 485 是非常方便的 有了这样的接口控制器就可以按其规定协议 通过串行通信方式 而不是I O方式 完成对现场设备的监控 如果设想全部或大部分现场设备都具有串行通信接口 并具有统一的通信协议 控制器只需一根通信电缆就可与分散的现场设备连接 采用数字通信方式 完成对所有现场设备的监控和信息集成 这就是现场总线技术的初始想法 2020 3 27 11 现场总线技术产生的背景 随着控制 计算机 通信 网络等技术的发展 信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制 管理的各个层次 覆盖从工段 车间 工厂 企业乃至世界各地的市场 信息技术的飞速发展 引起了自动化系统结构的变革 逐步形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统 现场总线就是顺应这一形式发展起来的新技术 2020 3 27 12 现场总线技术产生的背景 20世纪末 世界最重大的变化是全球市场的逐步形成 从而导致竞争空前加剧 产品技术含量高 更新换代快 处于全球市场之中的工业生产必须加快新产品的开发 按市场需求调整产品的上市时间T 改善质量Q 降低成本C 并不断完善售前售后服务S 才能在剧烈的竞争之中立于不败之地 追求完善的T Q C S是一个永无止境的过程 它能不断地促进技术进步与管理改革 为了适应市场竞争需要 在追求TQCS的过程中逐渐形成了计算机集成制造系统CIMS 2020 3 27 13 现场总线技术产生的背景 它采用系统集成 信息集成的观点来组织工业生产 把市场 生产计划 制造过程 企业管理 售后服务看做要统一考虑的生产过程 并采用计算机 自动化 通信等技术来实现整个过程的综合自动化 以改善生产加工 管理决策等 由于它把整个生产过程看做是信息的采集 传送及加工处理的过程 因而信息技术成为工业生产制造过程的重要因素 综合自动化就是在信息采集 加工的基础上 运用网络和数据库技术 实现信息集成 在集成信息的基础上进一步优化生产与操作 增加产量 改善T Q C S提高企业的市场应变能力和竞争能力 2020 3 27 14 现场总线技术产生的背景 随着计算机功能的不断增强 价格急剧降低 计算机与计算机网络系统得到迅速发展 据统计 过去二十年中 计算机和通信的年增长率不低于25 使计算机集成制造系统的实施具备了良好的物质基础 但处于企业生产过程底层的测控自动化系统 要与外界交换信息 要实现整个生产过程的信息集成 要实现综合自动化 就必须设计出一种能在工业现场环境运行的 性能可靠 造价低廉的通信系统 以实现现场自动化智能设备之间的多点数字通信 形成工厂底层网络系统 实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换 现场总线就是在这种背景下产生的 2020 3 27 15 现场总线技术概念 现场总线是应用在生产现场 在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统 也被称为开放式 数字化 多点通信的底层控制网络 它把单个分散的测量控制设备变成网络节点 以现场总线为纽带 把它们连接成可以相互沟通信息 共同完成自控任务的网络系统与控制系统 2020 3 27 16 现场总线技术概念 根据国际电工委员会 IEC 的定义 现场总线是 安装在生产过程区域的现场设备 仪表与控制室内的自动化控制装置 系统之间的一种串行 数字式 多点通信的数据总线 或者说 现场总线是以单个分散的数字化 智能化的测量和控制设备作为网络节点 用总线相连接 实现相互交换信息 共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统 其中 生产过程 应包括断续生产过程和连续生产过程 现场设备 仪表指位于现场层的传感器 驱动器 执行机构等设备 因此 现场总线是面向工厂底层自动化及信息集成的数字化网络技术 2020 3 27 17 现场总线技术的主要特点 1 现场总线使用数字化通信信号取代传统的4 20mA模拟信号 可用一条通信电缆将控制器与现场设备连接 使用数字化通信完成底层设备通信及控制要求 2 现场总线要求现场设备数字化 智能化 因此 现场设备是带有串行通信接口的智能化设备 3 现场总线系统中的控制器可从现场设备获取大量信息 可实现设备状态 故障 参数信息传送 可完成设备远程控制 参数化及故障诊断工作 2020 3 27 18 现场总线技术的主要特点 4 现场总线是计算机网络通信向现场级的延伸 现场总线技术采用计算机数字化通信技术 使自控系统与设备加入工厂信息网络 完成了企业信息系统的覆盖范围一直延伸到生产现场的要求 5 现场总线技术是实现工厂底层信息集成的关键技术 要成功地实施CIMS 各层次的信息集成及支撑技术 计算机网络问题 就必须得到解决 现场总线是工厂计算机网络到现场设备的延伸 是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础 2020 3 27 19 现场总线的主要优点 1 基于现场总线的自动化监控系统增强了现场级信息集成能力 现场总线可从现场设备获取大量丰富信息 能够更好地满足工厂自动化及CIMS系统的信息集成要求 系统除完成远程控制 还可完成远程参数化工作 2 开放式 互操作性 互换性 可集成性 不同厂家产品只要使用同一总线标准 就具有互操作性 互换性 因此设备具有很好的可集成性 系统为开放式 允许其它厂商将自己专长的控制技术集成到通用系统中去 因此 市场上将会出现许多面向行业特点的监控系统 2020 3 27 20 现场总线的主要优点 3 系统可靠性高 可维护性好 基于现场总线的自动化监控系统采用总线连接方式替代一对一的I O连接 对于大规模I O系统来说 减少了由接线点造成的不可靠因素 同时系统具有现场级设备的在线故障诊断 报警 记录功能 可完成现场设备的远程参数设定 修改等参数化工作 也增强了系统的可维护性 4 节省成本 对大范围 大规模I O的分布式系统来说 省去了大量的电缆费用 I O模块及电缆的敷设工程费用 降低了系统及工程成本 2020 3 27 21 成熟的现场总线应该具有的技术特点 目前 国际上流行的现场总线技术有很多 但一种成熟的现场总线技术应该包括以下特点 1 现场总线组织 一个由产品制造商 系统集成商 研究院所组成的企业组织联盟 负责管理现场总线的技术标准 研发 市场拓展 技术信息交流 产品技术认证等工作 2 现场总线标准 一部无知识产权保护 开放的现场总线技术标准 2020 3 27 22 成熟的现场总线应该具有的技术特点 3 现场总线产品 有一批产品制造商开发并生产出相当数量和品种的现场总线产品 供用户选择使用 4 现场总线认证 有独立于产品制造业的产品测试认证机构 负责产品的技术标准测试认证工作 以保证现场总线技术产品的标准一致性和可互换性 5 现场总线工程研究 有一批系统集成商针对行业应用 给出基于现场总线的自动化系统解决方案 并可完成工程实施 2020 3 27 23 现场总线技术对自动控制及自动化技术的影响 现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一 被誉为自动化的计算机局域网 它导致了传统控制系统结构的变革 形成了新型的网络集成式全分布控制系统 现场总线控制系统FCS 最终将取代传统的DCS 它的出现 标志着工业控制技术领域又一个新时代的开始 并将对该领域的发展产生重要影响 其深度与广度将超过历史上的任何一次 将开创自动化的新纪元 2020 3 27 24 现场总线技术对自动控制及自动化技术的影响 1 现场总线技术是实现现场级设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术 计算机网络及信息集成技术在自动化领域发展的必然结果 是一次工业现场级设备通信的数字化变革 正像计算机网络给社会经济带来巨大变化一样 现场总线技术将给自动化领域带来一场深刻的革命 2020 3 27 25 现场总线技术对自动控制及自动化技术的影响 2 现场总线技术以其开放性为重要特点 为自动化领域带来全新的技术概念 现场总线技术打破了自动化领域被少数几个国际性大公司垄断的局面 使众多中 小企业有机会参与技术及市场竞争 自动化产品 市场 及产业格局将发生巨大变化 以技术为核心 具有技术创新活力的企业在自动化产业中将占有重要位置 2020 3 27 26 现场总线技术对自动控制及自动化技术的影响 3 以现场总线技术 自动化技术 计算机网络及信息集成技术 计算机软件技术为核心 推出基于现场总线技术的先进控制系统平台 不局限于工业自动化领域 可广泛应用于市政建设 交通运输 能源电力 环保工程 智能楼宇及住宅小区的自动化控制及监控系统 现场总线技术促进与该系统平台相关的技术研究 产品开发及相关产业的发展 如现场总线技术及工业控制网络技术和产品 计算机网络及信息技术和软件产品 自动化及机电一体化技术和智能仪器仪表产品 带出一个以相关高新技术为核心的自动化技术产业群体 2020 3 27 27 现场总线技术对自动控制及自动化技术的影响 4 现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸 是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础 基于现场总线的自动化监控系统采用计算机数字化通信技术 使自控系统与设备加入工厂信息网络 成为企业信息网络底层 使企业信息系统的覆盖范围一直延伸到生产现场 从工厂底层自动化及信息集成技术角度看 现场总线技术不是一项单纯的以芯片换电缆的技术 是计算机及其数字化通信技术向工厂底层 即设备层的延伸 是工厂底层通信技术的一次数字化革命 是实现全厂自动化及CIMS系统的基础 现场总线技术的发展 使传统系统结构发生变革 并带来传统系统无法比拟的优异特性 2020 3 27 28 现场总线技术对自动控制及自动化技术的影响 5 现场总线技术将使自动化和自动控制领域产生重大变化 如传统的信号制 将由4 29mA模拟信号制转换为双向数字通信的现场总线信号制 自动控制系统的体系结构 将由模拟与数字的分散型系统 DCS 转换为全数字现场总线控制系统 FCS 进而 自动控制系统的设计方法和安装调试方式也将发生重大的变化 现行的现场设备和仪表的产品结构将发生重大变革 现场总线把自动控制系统和设备带进了信息网络之中 形成为企业信息网络的底层 从而为实现企业信息集成和企业综合自动化提供了可行的基础 2020 3 27 29 经过国际协商 专家们认识到 以一种现场总线技术适应各行各业的自动化需求是不现实的 最后通过协商 妥协 于1999年底IECTC65 负责工业测量和控制的第65标准化委员会 通过了包含8种类型的现场总线的IEC61158作为现场总线国际标准 并于2000年正式发布 此国际标准 2000 所包含的8种类型的现场总线分别为 IEC61158现场总线标准 2020 3 27 30 类型1IEC技术报告 以FF的H1为原型 类型2Control Net 美国Rockwell公司支持 类型3Profibus 德国西门子公司支持 类型4P Net 丹麦ProcessDats公司支持 类型5FFHSE 即原FF的H2Fisher Rosemount公司支持 类型6SwiftNet 美国波音公司支持 类型7WorldFIP 法国Alstom公司支持 类型8Interbus 德国Phoenixcontact公司支持 IEC61158现场总线标准 2020 3 27 31 由于2000年IEC61158标准的发布比较仓促 又由于现场总线技术的发展必须满足用户的新要求 于是 在此后各类型总线协议的提出者又分别做了修改 完善和补充 现在已进入第三版 根据最新的IEC TC65C文件 该标准目前包括10种协议类型 除以上所说的8种外 增加了 类型9 FF应用层类型10 PROFInet 工业以太网 IEC61158现场总线标准 2020 3 27 32 现场总线Profibus标准介绍 1987年德国工业界开始起动了Profibus联合开发项目 由这个联合体开发的规则和标准成为德国的工业标准 即DINE19245 2 Profibus标准 并于1996年 德国的国家现场总线标准成为国际性标准 即欧洲标准EN50170 2000年3月 Profibus标准被批准为国际现场总线标准IEC61158的组成部分Type ISO OSI模型Profibus利用了现有的国家标准和国际标准 其协议以国际ISO 国际标准组织 的OSI 开放系统互连 参考模型为基础 图5 1用图解说明ISO OSI通信标准模型 2020 3 27 33 ISO OSI通信标准模型 2020 3 27 34 ISO OSI通信标准模型 ISO OSI通信标准模型由7层组织 并分成两类 一类是面向用户的第5层到第7层 另一类是面向网络的第1层到第4层 第1层到第4层描述数据从一个地方传输到另一个地方 而第5层到第7层给用户提供适当的方式去访问网络系统 2020 3 27 35 协议结构和类型 从图5 2可以看出 Profibus协议采用了ISO OSI模型中的第1层 第2层以及必要时还采用了第7层 第1层和第2层的物理介质和传输协议是依据美国标准EIARS485 8 国际标准IEC870 5 1 3 和欧洲标准EN60870 5 1 4 制定的 总线存取程序 数据传输和管理服务是基于德国DIN19241 5 标准的第1到3部分和IEC955 6 标准制定的 管理功能 FMA7 采用了ISODIS7498 4 管理框架 的概念 从用户的角度看 Profibus提供了三种通信协议类型 DP FMS和PA 2020 3 27 36 Profibus DP Profibus DP使用了第1层 第2层和用户接口层 第3到7层未使用 这种精简的结构能确保高速数据传输 采用直接数据链路映象程序 DDLM 提供对第2层的访问 在用户接口中规定了Profibus DP设备的应用功能 以及各种类型的系统和设备的行为特性 这种为高速传输用户数据而优化的Profibus协议特别适用于可编程序控制器与现场级分散的I O设备之间的通信 2020 3 27 37 Profibus的协议结构 2020 3 27 38 Profibus FMS Profibus FMS使用了第1层 第2层和第7层 应用层 第7层 包括FMS 现场总线报文规范 和LLI 低层接口 FMS包含应用协议和提供的通信服务 LLI建立各种类型的通信关系 并给FMS提供不依赖于设备的对第2层的访问 FMS处理单元级 PLC和PC 的数据通信 功能强大的FMS服务可在广泛的应用领域内使用 并为解决复杂通信任务提供了很大的灵活性 Profibus DP和Profibus FMS使用相同的传输技术和总线存取协议 因此 它们可以在同一根电缆上同时运行 2020 3 27 39 Profibus PA Profibus PA使用扩展的Profibus DP协议进行数据传输 此外 它执行规定现场设备特性的PA设备行规 传输技术依据IEC1158 2 7 标准 确保 本徵 安全和通过总线对现场设备供电 使用段耦合器可将Profibus PA设备很容易地集成到Profibus DP网络之中 Profibus PA是为 过程 自动化工程中的高速 可靠的通信要求而特别设计的 用Profibus PA可以把传感器和执行机构连接到通常的现场总线段上 即使在防爆区域的传感器和执行机构也可如此 2020 3 27 40 DP FMS RS485 的物理层 第一层 对于屏蔽双绞电缆的基本类型来说 Profibus的第1层实现对称的数据传输 符合EIARS485 8 标准 也称为H2 一个总线段内的导线是屏蔽双绞电缆 段的两端各有一个终端器 见图5 3 传输速率从9 6kbit sec到12Mbit sec可选 所选用的波特率适用于连接到总线 段 上的所有设备 2020 3 27 41 Profibus信号的传输程序 用于ProfibusRS485的传输程序是以半双工 异步 无间隙同步为基础的 数据的发送用NRZ 不归零 编码 即1个字符帧为11位 bit 见图5 4 当发送位 bit 时 由二进制 0 到 1 转换期间的信号形状不改变 在传输期间 二进制 1 对应于R D T D P Receive Transmit Data P 线上的正电位 而在RXD TXD N线上则相反 各报文间的空闲 idle 状态对应于二进制 1 信号 见图5 5 在专用文献中 两根Profibus数据线也常称之谓A线和B线 A线对应于RXD TXD N信号 而B线则对应于R D T D P信号 2020 3 27 42 RS485 总线段的结构 2020 3 27 43 Profibus信号的传输程序 2020 3 27 44 Profibus信号的传输程序 2020 3 27 45 Profibus总线导线长度与波特率的关系 对于Profibus而言 最大允许的总线长度 亦称为段长度 取决于所选用的传输速率 见表5 1 在一个总线段中最多可以运行32个站 2020 3 27 46 Profibus的总线终端器 根据EIARS485标准 在数据线A和B的两端均加接总线终端器 Profibus的总线终端器包含一个下拉电阻 与数据基准电位DGND相连接 和一个上拉电阻 与供电正电压VP相连接 当在总线上没有站发送数据时 也就说在两个报文之间总线处于空闲状态时 这两个电阻确保在总线上有一个确定的空闲电位 几乎在所有标准的Profibus总线连接器上都组合了所需要的总线终端器 而且可以由跳接器或开关来启动 当总线系统运行的传输速率大于1 500Kbit s时 由于所连接的站的电容性负载而引起导线反射 因此必须使用附加有轴向电感的总线连接插头 见图5 6 2020 3 27 47 传输速率 1500Kbit s时的总线插头连接器和总线终端器的结构 2020 3 27 48 现场总线数据链路 第2层 根据OSI参考模型 第2层规定总线存取控制 数据安全性以及传输协议和报文的处理 在Profibus中 第2层称为FDL层 现场总线数据链路层 第2层报文格式 图5 11 提供高等级的传输安全性 所有报文均具有海明距离HD 4 HD 4的含意是 在数据报文中 可以检查出最多3个同时出错的位 这一要求是通过使用国际标准IEC870 5 1的规定 选择特殊的报文起始和终止标识符 使用无间隙同步以及使用奇偶校验位和控制字节来实现的 可以检查出以下类型的出错 2020 3 27 49 现场总线数据链路 第2层 字符格式出错 奇偶校验 溢出 帧出错 协议出错 起始和终止定界符出错 帧检查字节出错 报文长度出错出错的报文至少要被自动地重发一次 在第2层中 报文的重发次数最多可设定为8 retry 总线参数 除逻辑的点对点的数据传输外 第2层还允许进行广播和群播通信的多点传输 2020 3 27 50 在广播通信中 一个主站发送信息给所有其他站 主站和从站 数据的接收不需应答 在群播通信中 一个主站发送信息给一组站 主站和从站 数据的接收不需应答 第2层提供的数据服务列于表5 5中 现场总线数据链路 第2层 2020 3 27 51 Profibus传输服务 2020 3 27 52 PROFIBUS的报文格式 2020 3 27 53 PROFIBUS的报文格式 其中 L信息字段长度SC 单字符 单字符 仅用于应答SD1 SD4起始字节 用于区别不同的报文格式 起始定界符 LE LEr长度字节 指出可变长报文中信息字段的长度DA 目的地址 目的地址字节 指出将接收此信息的站SA 源地址 源地址字节 指出将发送此信息的站FC 帧控制 控制字节 包含用于此信息的服务和此信息的优先权的详细说明DU数据单元 包含报文的有用信息 必要时还包含扩展地址的详细说明 FCS 帧检查顺序 检查字节 包含报文检查和 不进位地加所有报文元素的和 ED 终止定界符 终止字节 指出此报文终止 2020 3 27 54 PROFIBUS的报文格式 Profibus DP和Profibus PA各使用第2层服务的子集 例如 Profibus DP只使用SRD和SDN服务 上一层通过第2层的SAP 服务存取点 调用这些服务 对Profibus FMS来说 这些服务存取点被用来编址逻辑通信关系 在Profibus DP和 PA中 每一个服务存取点分配一个确定的功能 所有主站和从站允许同时使用若干个服务存取点 有两类服务存取点 SSAP 源服务存取点 和DSAP 目的服务存取点 2020 3 27 55 Profibus应用层 第7层 ISO OSI参考模型的应用层 第7层 提供用户需要的各种通信服务 PROFIBUS的应用层由FMS接口 现场总线报文规范 和LLI接口 低层接口 组成 FMS行规为了使FMS通信服务适应实际需要的功能范围和定义符合实际应用的设备功能 PNO Profibus用户组织 制定了FMS行规 这些FMS行规确保由不同制造商生产的同类设备具有同样的通信功能 目前已制定了如下的FMS行规 2020 3 27 56 Profibus应用层 第7层 可编程序控制器之间的通信行规 3 002 此通信行规规定哪些FMS服务将用于可编程序控制器 PLC 之间的通信 依据确定的控制器类型 此行规规定哪种PLC必须能支持哪些服务 参数和数据类型 楼宇服务自动化的行规 3 011 此行规是一个面向应用分支的行规 可作为楼宇服务自动化方面许多公共需求的基础 它描述怎样通过FMS来处理监视 开闭环控制 操作员控制 报警和楼宇服务自动化系统的归档等 2020 3 27 57 Profibus应用层 第7层 低压开关设备行规 3 032 此行规是一个面向应用分支的FMS应用行规 在用FMS的数据通信时它规定了低压开关设备的特性 2020 3 27 58 Profibus应用层 第7层 DP用户接口和DP行规Profibus DP只使用了第1层和第2层 而用户接口定义了PROFIBUS DP设备可使用的应用功能以及各种类型的系统和设备的行为特性 PROFIBUS DP协议的任务只是定义用户数据怎样通过总线从一个站传送到另一个站 在这里 传输协议并没有对所传送的用户数据进行评价 这是DP行规的任务 由于精确规定了相关应用的参数和行规的使用 从而使不同制造商生产的DP部件能容易地交换使用 2020 3 27 59 Profibus应用层 第7层 NC RC行规 3 052 此行规描述怎样通过PROFIBUS DP来控制加工和装配的自动化设备 从高一级自动化系统的角度看 精确的顺序流程图描述了这些自动化设备的运动和程序控制 编码器行规 3 062 此行规描述具有单转或多转分辨率的旋转 角度和线性编码器怎样与PROFIBUS DP相耦连 两类设备定均义了基本功能和高级功能 如标定 报警处理和扩展的诊断 2020 3 27 60 Profibus应用层 第7层 变速驱动的行规 3 072 主要的驱动技术制造商共同参加开发了PROFIDRIVE行规 该行规规定了怎样定义驱动参数 怎样发送设定点和实际值 这样就可能使用和交换不同制造商生产的驱动设备 此行规包含运行状态 速度控制 和 定位 所需要的规范 它规定了基本的驱动功能 并为有关应用的扩展和进一步开发留有足够的余地 此行规包括DP应用功能或FMS应用功能的映象 2020 3 27 61 Profibus应用层 第7层 操作员控制和过程监视行规 HMI 人机接口 3 082 此行规为简单HMI设备规定了怎样通过Profibus DP把它们与高一级自动化部件相连接 本行规使用PROFIBUS DP扩展功能进行数据通信 Profibus DP的防止出错数据传输的行规 3 092 此行规定义了用于有故障安全设备通信的附加数据安全机制 如紧急OFF 由本行规规定的安全机制已经被T V和BIA批准 2020 3 27 62 使用Profibus DP进行数据通信的实例 下面我们介绍行规在传动装置中应用的一个实例 行规的名称叫DRIVECOM 实例说明 怎样通过行规完成西门子公司的S7PLC与德国Lenze公司传动装置之间的通信 2020 3 27 63 一般描述 本例子由德国Lenze公司提供 它与Profibus有关 对于西门子公司的S7PLC方块 通常是可以适用于Lenze装置的应用的 所提供例子的编程方块和项目的策划 支持Lenze产品的Profibus DP应用 并且建议了可能的解决方法 行规规定Profibus接口具有参数通道和过程数据通道 我们提供的功能块支持参数设置和发送 接收过程数据 2020 3 27 64 本例子目的 2020 3 27 65 参数通道和数据通道 参数通道 Parameterchannel 参数通道是用来读和写参数数据的 这些数据对时间的要求不是很严格 参数数据有可能是操作参数 例如 Lenze的C11 nmax 诊断参数 例如 C161 当前的故障号 或者电动机数据 例如 C15 V f额定频率 过程数据通道 Processdatachannel 过程数据必须非常快速而且要周期地交换 过程数据象控制字 状态字 设定点和实际值都是要传送的 过程数据通道的大小是能够通过硬件组态来选择的 2020 3 27 66 建立项目或打开项目 2020 3 27 67 建立项目或打开项目 2020 3 27 68 组态硬件 2020 3 27 69 组态硬件 2020 3 27 70 选择Profibus DP网络的地址和波特率 2020 3 27 71 选择网络协议和波特率 2020 3 27 72 GSE文件 GSEfiles 复制 如果你是第一次用Lenze传动装置与Profibus一起工作 或者你希望插入一个新的GSE文件 你首先必须将这一文件写入硬件目录中 注意 最新的GSE文件能够在Lenze网页的主页上免费下载 服务 下载 PROFIBUS Service Download PROFIBUS 2020 3 27 73 GSE文件 GSEfiles 复制 首先要确认在硬件组态工具内还没有组态这一GSE文件 在SIMATIC管理器的硬件组态画面上 选择 选择项 插入新的GSE Options InstallNewGSE 从打开的对话框中 选择一个新的GSE文件 点击OK确认这一文件 另外一种安装GSE文件的方法 是将所有新的GSE文件 复制到计算机的程序文件 文件夹 ProgramFiels 目录中的 Siemens Step7 S7data gse 文件夹中 然后 在硬件组态工具时 点击菜单条目 Option UpdateCatalog 更新GSE文件目录就可以了 2020 3 27 74 安装和更新GSD文件 2020 3 27 75 生成DP从站 在安装完GSE文件后 Lenze的DP从站模板 能够在硬件组态库目录中找到 PROFIBUSDP AdditionalFieldDevices Drives 用 拖动 或双击DP从站模板名的方法来生成新的DP从站 为了集成一个从站 整个文件夹 2133 8200 9300 必须拖到PROFIBUS硬件的组态线上 这时会打开一个对话框 可以设置地址 在本例子中 模板2133具有的地址是3 2020 3 27 76 对Profibus DP从站进行硬件组态 2020 3 27 77 对Profibus DP从站进行硬件组态 点击在器件目录中所选择的驱动模板前面的 号 从其下拉的列表中 你能选择模板所支持的各种过程数据格式 选中高亮的DP从站 在窗口下方出现一个安排硬件的表 将所选中的过程数据格式 拖动到表中 2020 3 27 78 Lenze传动装置作为DP从站的硬件组态 2020 3 27 79 Lenze传动装置作为DP从站的硬件组态 对从站而言 一个合适的表格 包含完整的两行 第一行表示参数通道 第二行表示过程数据通道在I O地址列 图5 21中的红色圈所示 中的地址是重要的 注意 表中有许多种用于通信的过程数据格式 2020 3 27 80 Lenze传动装置作为DP从站的硬件组态 有关控制字和状态字的分配 请参考相关通信模板手册的操作说明书 目录中标有 cons 的含义是指数据 参数和 或过程数据 是同时连续 consistently 发送的 注意 如果应用FC127功能来发送参数 那么数据的同时连续 consistency 是非常重要的 2020 3 27 81 有关控制字和状态字的分配 什么是 同时连续 consistency 的含义 如果包含的相关数据多于一个字节或一个字 在这种情况下 consistency 的使用 保证了在控制器的中央处理单元与Profibus主站之间通过连接存储器 双口RAM 的数据交换能做到无故障传送 这就是 consistency 这一术语的含义 这一点还意味着 除非 consistency 是允许的 否则在读请求时不会有相关的数据进入CPU中 这时就会出现一个故障信息 2020 3 27 82 中央处理单元CPU和Profibus主站接口之间的数据通信 2020 3 27 83 CPU和Profibus主站接口之间的数据通信 在PLC的程序中 要求有I O的起始地址 它们在组态时是可以改变的 双击图5 21中的地址列 打开对话框 见图5 23 在对话框中能够改变地址的范围 对同一列 输入和输出地址 的地址范围总是应该相同的 见图上红色的圈 这样的表示比较清楚 同时编制应用程序也更容易一些 2020 3 27 84 CPU和Profibus主站接口之间的数据通信 2020 3 27 85 方块的顺序调用 2020 3 27 86 方块的顺序调用 FC30功能是一个例子 可以用来说明参数和过程数据转移的基本要求 除此之外 FC30功能通过过程数据通道写DRIVECOM的控制字和读DRIVECOM的状态字 功能是按照DRIVECOM的状态机制工作的 用这种方法 只要DRIVECOM的状态机制已经被激活 允许通过Profibus对控制器进行初始化 进而 FC30功能还完成 怎样调用FC127功能和怎样让Profibus的参数能够读和写 所有读或写的码都进入到数据块DB31中 为了参数转移 要求同时连续地转移数据 所以 必须装入系统功能SFC14 读 consistent 数据 和SFC15 写 consistent 数据 并调用它们 2020 3 27 87 方块的顺序调用 下面 对每一个方块进行说明 方块是