2022年西门子总线设备及应用培训课件

1、培训内容：西门子ProfiBus PA-DP总线设备及应用主讲人：王新一章现场总线控制系统的组成与认识1.1、现场总线控制系统简介现场总线控制系统是从八十年代中期发展起来的。经历了十几年的时间，现场总线控制技术已经被广泛应用于汽车、造纸、纺织、烟草、机械、石油化工、电力、楼宇自控等各个控制领域。现场总线控制技术由于其巨大的技术优势，被认为是工业控制发展的必然趋势，将逐步取代传统的PLC点对点接线的控制方法。 现场总线是一种串行的数字数据通讯链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（即现场级设备）之间以及更高层次自动控制领域的自动化控制设备（即车间级设备）之间的联系。

2、与传统的PLC点对点的控制方法相比，现场总线控制系统具有无可比拟的优势。其特点包括：一，具有较高的性能价格比。系统综合成本及时性安装费用减少40%。 导线、连接附件的大幅度的减少。由原来的几百根，甚至几千根控制电缆减少到一根总线电缆，从而也使接线端子、电缆桥架等附件大幅度的减少。 设计、安装、调试、维护的费用大幅度地减少，维护和改造的停工时间减少60%。原来繁琐的原理图、布线图设计变得简单易行；标准接插件快速、简便的安装，使人力、物力大量的减少；强大 的故障诊断能力，使系统的调试和维护变得轻松和愉快。 二 ，系统性能大幅度的提高，使控制系统的档次跨越了一个台阶可靠的数据传输，快速的数据响应，强

3、大的抗干扰能力。许多总线在通讯介质、信息检验、信息纠错、重复地址检测等方面都有严格的规定，从而确保总线通讯快速、完全可靠的进行。 自动诊断、显示故障位置。诊断包括总线节点的通讯故障、电源故障，以及现场装置和连接件的断路、短路故障，从而迅速地发现系统的各种故障位置和状态。 采用数字信号通讯，有效提高系统的测量和控制精度。各种开关量、模拟量信号就近转变为数字信号，避免了信号的衰减和变形。许多总线节点具有IP67的防护等级，具有防水、防尘、抗振动的特性。可以直接安装于工业设备上，大量减少了现场接线箱，使系统美观而实用。 本质安全型总线。更加适合直接安装于石油、化工等危险防爆场所，减少系统发生危险的可

4、能性。1.2现场总线控制系统及应用 现场总线在发展的最初，各个公司都提出自己的现场总线的协议，如AB公司的DeviceNet,TURCK公司的Sensoplex,Honeywell公司的SDS，Phoenix公司InterBus-S，以及Seriplex,ASI等。经过十几年的发展，现场总线的协议逐渐趋于统一，针对制造业自动化，DeviceNet在北美和日本用的比较普遍，PROFIBUS-DP在欧洲用的比较普遍。针对过程自动化，PROFIBUS-PA和Foundation Fieldbus占据大部分市场。其他的总线协议如ASI、InterBus-S、Sensoplex在某些特殊的领域也有一些市

5、场，下面分别介绍各种总线的一些特点。 1.PROFIBUS总线。 PROFIBUS是在1987年，由德国科技部集中了13家公司和5家科研机构的力量，按照ISO/OSI参照模型制订的现场总线的德国国家标准。 最近，在欧洲通过投票，成为欧洲的标准EN50170。主要由拥有400多个公司成员的PROFIBUS用户组织（PNO）进行管理。PROFIBUS由三部分组成，即PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP是制造业自动化主要应用的协议内容，是满足用户快速通讯的最佳方案，每秒可传输12兆位。扫描1000个I/O点的时间少于1ms。PROFIBUS是世界范围的标准，取得了很大的成功：至少1，00

6、0，000套设备投入运行，超过600家成员公司，超过1100种PROFIBUS产品。 2.DeviceNet总线 DeviceNet（设备网）是一种低价位的总线，它可连接自动化生产系统中广泛的工业设备。在制造业领域，设备网遍及全球，尤其是北美和日本。最初是由AB公司设计，现在已经民展成为一种开放式的现场总线的协议，其管理组织ODVA由全球多家公司组成，提供设备网的产品，支持设备网规范的进一步开发。DeviceNet能够降低设备的安装费用和时间。控制系统中的接近开关、光电开关和阀门等到可通过电缆、插件、站等产品进行宽距离通讯。相对于PROFIBUS-DP，DeviceNet具有更强大的通讯功能，

7、支持除了主-从方式之外的，多种通讯方式，可以更灵活地应用于控制系统中。3.Foundation Fieldbus Foundation Fieldbus 针对过程自动化而设计，它是通过数字、串行、双向的通讯方法来连接现场装置的。Foundation Fieldbus通讯不是简单的数字4-20mA信号，而是使用复杂的通讯协议，它可连接能执行简单的闭环算法（如PID）的现场智能装置。一个通讯段可配置32个现场装置，通讯速度为每秒31。25kb,每段最大距离为1900米。 4.Sensoplex 2Sensoplex 2 是TURCK设计应用于重工业自动化领域的网络 ，Sensoplex 2 是采用

8、先进的频率偏移技术进行通讯的，对于易引起通讯故障的强电磁场有较强的抗干扰能力，优于其它 现场总线。已广泛应用于世界上主要的汽车制造厂。它通过一根电缆通讯及供电，其固定的传输速度为188K，使用中继器的最大传输距离为400米，可接入512个I/O点，通过主站可连接多种PLC和现场总线，如PROFIBUS和DeviceNet，Modbus Plus,Siemens S5/S7,Modicon,GEC,AB PLC等。 5.AS-i总线 AS-i 代表着执行器、传感器接口。使用两线为设置与输入传送数据及电源。线圈输出等需使用附加的两芯电缆供电。AS-i区别于其它工业总线，使用扁平电缆通讯，将连接齿嵌

9、入电缆。也可使用传统的IP67/、NEMA6 eurofast 连接件。AS-i系统包括一个主站接口，供电电源，最多31个子站。整个系统长度不能超过100米，但可以自由分布，没有分支规则和终端。AS-i适合于不需要昂贵总线的小型网络。当需要简单的主-从总线连接分散的信息和I/O装置，并且数据不是 很重要时，AS-i是最经济的方案。 6.Interbus_S总线 Interbus_S网络可以简单的安装与配置。网上的节点类似简单的移位寄存器，位流经过节点则发生翻转。Interbus_S启动网络并自动配置，不需要节点地址。使用一根电缆，符合IEEE802.5令牌环的规定。一个网络上最多可有64个装置

10、，速度可达500KB/S，最远距离为25600米，移动节点间距离为400米。7.Seriplex总线Seriplex总线是比较早的开放式总线，它使用五线，一根数据线，一根时钟线，一根屏蔽线，两根电源线。输出一般使用辅助电源供电。使用操作模式一，系统可以作为没有主站的高速长距离点对点网络。输出节点映射输入节点，并可简单的编程。第二章、PROFIBUS现场总线系统 PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他领域自动化。它既适用于离散生产过程，如机械装备制造过程，也适用于连续生产过程，如石油化工过程等等。截至

11、2006年初，PROFIBUS全球的安装节点已经超过1500万个。Profibus包括了兼容的三个部分：Profibus-DP、FMS、PA。DP用于分散设备间高速数据传输，适用于加工自动化领域。FMS适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。PA用于过程自动化的总线类型，服从IEC1158-2标准。下图是PROFIBUS典型的结构形式2.1、主要设备及功能我们常见的总线控制系统主要设备（器件）及功能如下：1 ET200s分布式I/O西门子ET200S:将常规信号转换成总线信号，并可做为DP从站进行使用；每套 1个电源模块, ,1个CPU接口模块,1个2线制电流输入模块,1个2线制电压

12、输出模块。2 S7-200PLC-DP通讯模块西门子EM277；通过EM277PROFIBUS-DP扩展从站模块可以将S7-200CPU接到PROFIBUS-DP网络。EM277经过IO串行总线连接到S7-200CPU。PROFIBUS网络通过其DP通信端口连接到EM277模块，这个端口可以运行9600bps和12Mbps之间的任何PROFIBUS波特率。作为从站，EM277接受从主站来的多种不同的配置,并向主站发送不同数量的数据，EM277能读写S7-200CPU中定义的数据块，能与主站交换任何类型的数据，3 DP总线通讯卡西门子CP5611PCI卡；CP5611卡是西门子控制系统最常用的P

13、ROFIBUS DP总线接口卡，在通常的系统集成当中有着广泛的应用，增加整套DP总线架构系统提供主站控制系统；可以为S7-200从站系统和远程I/O从站系统提供主站接入系统。4 总线连接器西门子总线连接器连接Profibus站与Profibus电缆之间进行信号传输，带有内置的终端电阻。连接器的设计充分考虑到了水平电缆进线，缓解拉紧的问题，内置接地金属片有效的抗EMC干扰。使用方便，直接将总线连接器插入Profibus主/从站的接口，总线电缆用螺丝钉固定接入即可。ProfibusDP电缆采用实心裸铜线导体作芯线，加厚铝箔和加密裸金属丝编织层，屏蔽效果好，紫色PVC外护套。具有良好的信号传输性能。

14、5 智能压力变送器西门子智能压力变送器，型号为7MF40341BA003BB；提供压力变送器PA信号。变送器具有符合 IEC 61158-2 和 EN 50170 的总线连接具有防爆本质安全的变送器设计，可安装在具有爆炸危险的场合确认性证书符合欧洲准则（CENELEC）数据传输和辅助电源（9 到 32 V）通过总线连接到一起总线连接独立于极性和发生错误时的固定总线电流界限接点间隔（测试电压 500 V AC）本质安全和防火版本，用于爆炸保护场合（Ex 场合）可通过 PROFIBUS-PA （概要版本 3.0，B 类）通信，变送器可以使用三个按钮在本地进行参数化，或从外部通过 SIMATIC P

15、DM 进行。 6 智能温度变送器 西门子智能温度型号为7NG32130NN00；提供温度变送器PA信号。SITRANS TH400 温度传送器是一个安装在 B 型接线盒中的小型现场总线变送器。其功能广泛，能够精确地适应设备的需要。尽管设定选项很多，但操作却非常简单。由于其采用了通用性的设计，所以能够应用于各工业领域，并且很容易在全集成自动化应用中集成。SITRANS TH400 在温度传感器中的安装使他们变成完整的总线测量点，并且形成紧凑的单个装置。7 智能气动调节阀门定位器西门子智能气动阀门定位器SIPART PS2，型号为6DR5510-0NG11-0AA1.西门子智能气动阀门定位器用于控

16、制气动直行程或角行程执行机构这类终端控制元件。电气定位器驱动终端执行机构至与设定点相应的阀位。附加的输入功能可用于锁定阀位或驱动阀门到安全位置，为实现此功能一个数字输入通道已作为标准配置集成到了产品中。8 变频器用PROFIBUS 模板为了连接成PROFIBUS 系统，必须采用PROFIBUS 模板。这一模板安装在变频器的正面，通过RS485 串行接口与变频器进行通讯。在PROFIBUS 模板的底板上装有一个9 针的“D 型”插头/座（这是PROFIBUS 标准的要求）。PROFIBUS 系统以类似于USS 的方式对变频器进行控制和监测。PROFIBUS 协议较之USS 协议更为复杂，但采用专

17、用软件进行的控制程序开发也最好。9 DP/PA耦合器DP/PA 耦合器是 PROFIBUS DP 和 PROFIBUS PA 之间的物理连接器。它使得在单机运行中通过 PROFIBUS DP 对 PA 现场设备进行寻址成为可能。而无需其它任何组件。DP/PA 耦合器还用于 DP/PA 连接器中更高级的耦合任务。DP/PA 耦合器 FDC 157-0（FDC 代表“现场设备耦合器”）订货号为6ES7157-0AC83-0XA0：或157-0，订货号为：6ES7157-0AC82-0XA0。与 DP 从站一样具有PROFIBUS-DP 诊断功能。D其典型的集成连接如图所示。10、相关的名词解释（1

18、） 什么是Profibus-DPProfibus-DP用于现场层的高速数据传送。主要特点就是高速，速率可达12Mbps,在这一级，中央处理器（如PLC，DCS）通过高速串行线同分散的现场设备（i/0，驱动器、阀门等）进行通讯。（2） 什么是Profibus-PA Profibus-PA 适用于Profibus过程自动化。主要特点就是本征安全，通信速率为32.15Kbps，PA 将自动化系统和过程控制系统与压力、温度和液位变送器等现场设备连接起来，并可用来替代4-20mA的模拟技术。（3） 什么是Profibus-FMSProfibus-FMS的设计旨在解决车间监控级通讯任务，提供大量的通讯服务

19、。可编程控制器（如PLC,PC机等）之间需要比现场层更大量的数据传送，用以完成中等传输速度进行的循环与非循环的通信任务，但通信的实时性要求低于现场层。但现在用的非常少。第三章：变频器总线控制系统实现 变频器的PROFIBUS-DP设备总体结构PROFIBUS DP控制网络如图所示。DP设备包括ET200S，执行器包括变频器具体的操作步骤如下：1 新建一个项目，通过 Insert Station Simatic PC Station 插入一个 SIMATIC 300 站,如图：3.1 创建STEP7 程序2.打开硬件组态窗口，组态与所安装的 相一致的硬件，插槽结构与在 Station Confi

20、guration Editor 组态的 PC 站一致，选中DP线，插入ET200S。在CATALOG窗口选择PROFIBUS DP，双击ET 200S（IM151）。选中ET200S，在下面的窗口中显示插入的模块。选择第一行，然后从右边选择模块，包括电源，2AI, 2AO,2DI,2DO模块，系统自动分配地址。编译并保存，同样的方法插入MM420变频器。首先双击选择SIMOVERT,MICROMASTER 4。然后下面的表中选中一行，然后选择CATALOG窗口中的4 PKW, 2PZD（PPO1）注意其地址如图所示。3 创建OB1，OB35，VAT-1，DB3。复制FC201,FC2024 在

21、DB3中建立如图所示的变量并保存5 在OB35中编写如下梯形图6 设置通讯，并下载组态好的硬件和程序3.2 创建组态王工程1 双击打开组态王，并新建工程，工程名称为“bianpinkongzhi”2 双击该工程，进入组态王工程浏览器。在工程浏览器中，选择左侧大纲项“设备” “COM1”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，运行“设备配置向导”，如图所示。3 选择“PLC” “西门子” “S7-300系列” “TCP”。如图所示。4 单击“下一步”，弹出“逻辑名称”窗口，可任意输入一个名称。这里我们采用默认名称。如图所示。5 单击“下一步”，弹出“选择串口号”，如图所示。6 单击下一步，

22、填写设备IP地址，格式为5:2其中5为CPU315的IP地址，2为CPU315所在的插槽号默认为2单击“下一步”，弹出“通信参数”，如图所示。单击“下一步”，弹出“信息总结”，如图所示。单击完成。设备定义完成后，可以在工程浏览器的右侧看到新建的外部设备。在定义数据库变量时，只要把IO变量连结到这台设备上，它就可以和组态王交换数据了。 3.3组态王定义数据变量数据库是“组态王”软件的核心部分，工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上，操作者在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场，所有这一切都是以实时数据库为中介环节，所以说数据库是联系上位机和下位

23、机的桥梁。选择工程浏览器左侧大纲项“数据库数据词典”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，弹出“变量属性”对话框。此对话框可以对数据变量完成定义、修改等操作，以及数据库的管理工作。在“变量名”处输入变量名，如：SETFRE；在“变量类型”处选择变量类型如：IO整数，如图所示。同样方法定义如下图所示其他变量3.4创建组态画面1 选择工程浏览器左侧大纲项“文件画面”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，弹出对话框如图所示。在“画面名称”处输入新的画面名称，其它属性目前不用更改。点击“确定”按钮进入内嵌的组态王画面开发系统。2 在组态王开发系统中从“工具箱”中分别选择“矩形”和“文本

24、”，按钮等图标，绘制如下图所示对象，如图所示。3.5 建立动画连接定义动画连接是指在画面的图形对象与数据库的数据变量之间建立一种关系，当变量的值改变时，在画面上以图形对象的动画效果表示出来；或者由软件使用者通过图形对象改变数据变量的值（参见 “第七章 动画连接”）。“组态王”提供了21种动画连接方式：双击“变频器当前频率”后面的“#”文本，出现如图所示动画连接窗口单击“模拟值输出”按钮，出现如下图所示对话框单击“?”出现选择变量名窗口，选中”REALFRE”变量，单击“确定”按钮单击“确定”按钮。完成当前频率的动画连接，用同样方法完成其他的文本和按钮的动画连接后，选择“文件”“全部存”如图所示

25、3.6运行工程 组态王工程已经初步建立起来，进入到运行和调试阶段。在组态王开发系统中选择“文件切换到 View”菜单命令，进入组态王运行系统。在运行系统中选择“画面打开”命令，从“打开画面”窗口选择“变频器总线控制”画面。显示出组态王运行系统画面。在运行画面中我们就可以对变频器进行总线控制了第四章. PA温度变送器仪表组态4.1 OPC简介 OPC是OLE for Process Control的缩写，即把OLE应用于工业控制领域。OLE原意是对象链接和嵌入，随着OLE 2的发行，其范围已远远超出了这个概念。现在的OLE包容了许多新的特征，如统一数据传输、结构化存储和自动化，已经成为独立于计算

26、机语言、操作系统甚至硬件平台的一种规范，是面向对象程序设计概念的进一步推广。OPC建立OLE规范之上，它为工业控制领域提供了一种标准的数据访问机制。工业控制领域用到大量的现场设备，在OPC出现以前，软件开发商需要开发大量的驱动程序来连接这些设备。即使硬件供应商在硬件上做了一些小小改动，应用程序就可能需要重写；同时，由于不同设备甚至同一设备不同单元的驱动程序也有可能不同，软件开发商很难同时对这些设备进行访问以优化操作。硬件供应商也在尝试解决这个问题，然而由于不同客户有着不同的需要，同时也存在着不同的数据传输协议，因此也一直没有完整的解决方案。 自OPC提出以后，这个问题终于得到解决。OPC规范包

27、括OPC服务器和OPC客户两个部分，其实质是在硬件供应商和软件开发商之间建立了一套完整的“规则”，只要遵循这套规则，数据交互对两者来说都是透明的，硬件供应商无需考虑应用程序的多种需求和传输协议，软件开发商也无需了解硬件的实质和操作过程。 4.2 组态王通过OPC访问PA温度变送器数据4.21 配置 PC Station 1.打开 Station Configration Editor，分别在第一插槽插入 OPC Server，第三槽插入 CP5611 卡，如图，站名本例取名为“PAOPC” 2.新建一个项目，通过 Insert Station Simatic PC Station 插入一个 P

28、C 站，注意站名要更改成 Station Configuration Editor 中所命名的 Station Name ，即命名为“PAOPC”，如图 3.打开硬件组态窗口，组态与所安装的 SIMATIC NET 软件版本相一致的硬件，插槽结构与在 Station Configuration Editor 组态的 PC 站一致，如图：4 分配 CP5611 网络参数 双击 CP5611 打开其属性对话框，将 CP5611 接口设为 profibus,点击“ New” 建立一个 Profibus 网络，Profibus 地址与波特率的设置要与 Station Configurator 中对CP5611 参数设置相同同时，在 Operating Mode 中，选择 DP 模式为 DP master。如图示。从硬件目录中选择 PROFIBUS PA SITRANS TH400，将TH400从站托拽到 CP5611 的 DP 轨道上,设置其从站地址为 7，如图