天津实训中心培训西门子现场总线

第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开展起来的。阅历了十几年的时间，现场总线控制技术曾经被广泛运用于汽车、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宏大的技术优势，被以为是工业控制开展的必然趋势，将逐渐取代传统的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，它沟通了消费过程领域的根本控制设备〔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〕之间的联络。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较的优势。其特点包括：一，具有较高的性能价钱比。系统综合本钱及时性安装费用减少40%。

导线、衔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；规范接插件快速、简便的安装，使人力、物力大量的减少；强大的缺点诊断才干，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，快速的数据呼应，强大的抗干扰才干。许多总线在通讯介质、信息检验、信息纠错、反复地址检测等方面都有严厉的规定，从而确保总线通讯快速、完全可靠的进展。自动诊断、显示缺点位置。诊断包括总线节点的通讯缺点、电源缺点，以及现场安装和衔接件的断路、短路缺点，从而迅速地发现系统的各种缺点位置和形状。采用数字信号通讯，有效提高系统的丈量和控制精度。各种开关量、模拟量信号就近转变为数字信号，防止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，使系统美观而适用。本质平安型总线。更加适宜直接安装于石油、化工等危险防爆场所，减少系统发生危险的能够性。1.2现场总线控制系统及运用现场总线在开展的最初，各个公司都提出本人的现场总线的协议，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。经过十几年的开展，现场总线的协议逐渐趋于一致，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FoundationFieldbus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场，下面分别引见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参照模型制定的现场总线的德国国家规范。

最近，在欧洲经过投票，成为欧洲的规范EN50170。主要由拥有400多个公司成员的PROFIBUS用户组织〔PNO〕进展管理。PROFIBUS由三部分组成，即PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP是制造业自动化主要运用的协议内容，是满足用户快速通讯的最正确方案，每秒可传输12兆位。扫描1000个I/O点的时间少于1ms。

PROFIBUS是世界范围的规范，获得了很大的胜利：至少1，000，000套设备投入运转，超越600家成员公司，超越1100种PROFIBUS产品。2.DeviceNet总线DeviceNet〔设备网〕是一种低价位的总线，它可衔接自动化消费系统中广泛的工业设备。在制造业领域，设备网普及全球，尤其是北美和日本。最初是由AB公司设计，如今曾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可以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经过电缆、插件、站等产品进展宽间隔通讯。相对于PROFIBUS-DP，DeviceNet具有更强大的通讯功能，支持除了主-从方式之外的，多种通讯方式，可以更灵敏地运用于控制系统中。3.FoundationFieldbusFoundationFieldbus针对过程自动化而设计，它是经过数字、串行、双向的通讯方法来衔接现场安装的。FoundationFieldbus通讯不是简单的数字4-20mA信号，而是运用复杂的通讯协议，它可衔接能执行简单的闭环算法〔如PID〕的现场智能安装。一个通讯段可配置32个现场安装，通讯速度为每秒31。25kb,每段最大间隔为1900米。4.Sensoplex2Sensoplex2是TURCK设计运用于重工业自动化领域的网络，Sensoplex2是采用先进的频率偏移技术进展通讯的，对于易引起通讯缺点的强电磁场有较强的抗干扰才干，优于其它现场总线。已广泛运用于世界上主要的汽车制造厂。它经过一根电缆通讯及供电，其固定的传输速度为188K，运用中继器的最大传输间隔为400米，可接入512个I/O点，经过主站可衔接多种PLC和现场总线，如PROFIBUS和DeviceNet，ModbusPlus,SiemensS5/S7,Modicon,GEC,ABPLC等。5.AS-i总线AS-i代表着执行器、传感器接口。运用两线为设置与输入传送数据及电源。线圈输出等需运用附加的两芯电缆供电。AS-i区别于其它工业总线，运用扁平电缆通讯，将衔接齿嵌入电缆。也可运用传统的IP67/、NEMA6eurofast衔接件。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越100米，但可以自在分布，没有分支规那么和终端。AS-i适宜于不需求昂贵总线的小型网络。当需求简单的主-从总线衔接分散的信息和I/O安装，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存放器，位流经过节点那么发生翻转。Interbus_S启动网络并自动配置，不需求节点地址。运用一根电缆，符合IEEE802.5令牌环的规定。一个网络上最多可有64个安装，速度可达500KB/S，最远间隔为25600米，挪动节点间间隔为400米。7.Seriplex总线Seriplex总线是比较早的开放式总线，它运用五线，一根数据线，一根时钟线，一根屏蔽线，两根电源线。输出普通运用辅助电源供电。运用操作方式一，系统可以作为没有主站的高速长间隔点对点网络。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、不依赖于设备消费商的现场总线规范。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。它既适用于离散消费过程，如机械配备制造过程，也适用于延续消费过程，如石油化工过程等等。截至2006年初，PROFIBUS全球的安装节点曾经超越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规范。以下图是PROFIBUS典型的构造方式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：1ET200s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从站进展运用；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线制电压输出模块。2S7-200PLC-DP通讯模块西门子EM277；经过EM277PROFIBUS-DP扩展从站模块可以将S7-200CPU接到PROFIBUS-DP网络。EM277经过IO串行总线衔接到S7-200CPU。PROFIBUS网络经过其DP通讯端口衔接到EM277模块，这个端口可以运转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，3DP总线通讯卡西门子CP5611PCI卡；CP5611卡是西门子控制系统最常用的PROFIBUSDP总线接口卡，在通常的系统集成当中有着广泛的运用，添加整套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总线衔接器西门子总线衔接器衔接Profibus站与Profibus电缆之间进展信号传输，带有内置的终端电阻。衔接器的设计充分思索到了程度电缆进线，缓解拉紧的问题，内置接地金属片有效的抗EMC干扰。运用方便，直接将总线衔接器插入Profibus

主/从站的接口，总线电缆用螺丝钉固定接入即可。Profibus

DP

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。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IEC61158-2和EN50170的总线衔接具有防爆本质平安的变送器设计，可安装在具有爆炸危险的场所确认性证书符合欧洲准那么〔CENELEC〕数据传输和辅助电源〔9到32V〕经过总线衔接到一同总线衔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500VAC〕本质平安和防火版本，用于爆炸维护场所〔Ex场所〕可经过PROFIBUS-PA〔概要版本3.0，B类〕通讯，变送器可以运用三个按钮在本地进展参数化，或从外部经过SIMATICPDM进展。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。SITRANSTH400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，可以准确地顺应设备的需求。虽然设定选项很多，但操作却非常简单。由于其采用了通用性的设计，所以可以运用于各工业领域，并且很容易在选集成自动化运用中集成。SITRANSTH400在温度传感器中的安装使他们变成完好的总线丈量点，并且构成紧凑的单个安装。7智能气动调理阀门定位器西门子智能气动阀门定位器SIPARTPS2，型号为6DR5510-0NG11-0AA1.西门子智能气动阀门定位器用于控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平安位置，为实现此功能一个数字输入通道已作为规范配置集成到了产品中。8变频器用PROFIBUS模板为了衔接成PROFIBUS系统，必需采用PROFIBUS模板。这一模板安装在变频器的正面，经过RS485串行接口与变频器进展通讯。在PROFIBUS模板的底板上装有一个9针的“D型〞插头/座〔这是PROFIBUS规范的要求〕。PROFIBUS系统以类似于USS的方式对变频器进展控制和监测。PROFIBUS协议较之USS协议更为复杂，但采用公用软件进展的控制程序开发也最好。9DP/PA耦合器DP/PA耦合器是PROFIBUSDP和PROFIBUSPA之间的物理衔接器。它使得在单机运转中经过PROFIBUSDP对PA现场设备进展寻址成为能够。而无需其它任何组件。DP/PA耦合器还用于DP/PA衔接器中更高级的耦合义务。DP/PA耦合器FDC157-0〔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其典型的集成衔接如下图。10、相关的名词解释〔1〕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，中央处置器〔如PLC，DCS〕经过高速串行线同分散的现场设备〔i/0，驱动器、阀门等〕进展通讯。〔2〕什么是Profibus-PAProfibus-PA适用于Profibus过程自动化。主要特点就是本征平安，通讯速率为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衔接起来，并可用来替代4-20mA的模拟技术。〔3〕什么是Profibus-FMSProfibus-FMS的设计旨在处理车间监控级通讯义务，提供大量的通讯效力。可编程控制器〔如PLC,PC机等〕之间需求比现场层更大量的数据传送，用以完成中等传输速度进展的循环与非循环的通讯义务，但通讯的实时性要求低于现场层。但如今用的非常少。

第三章：变频器总线控制系统实现变频器的PROFIBUS-DP设备总体构造PROFIBUSDP控制网络如下图。DP设备包括ET200S，执行器包括变频器详细的操作步骤如下： 1新建一个工程，经过Insert>Station>SimaticPCStation插入一个SIMATIC300站,如图：3.1创建STEP7程序2. 翻开硬件组态窗口，组态与所安装的相一致的硬件，插槽构造与在StationConfigurationEditor组态的PC站一致，选中DP线，插入ET200S。在CATALOG窗口选择PROFIBUSDP，双击ET200S〔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。编译并保管，同样的方法插入MM420变频器。首先双击选择SIMOVERT,MICROMASTER4。然后下面的表中选中一行，然后选择CATALOG窗口中的4PKW,2PZD〔PPO1〕留意其地址如下图。3创建OB1，OB35，VAT-1，DB3。复制FC201,FC2024在DB3中建立如下图的变量并保管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双击翻开组态王，并新建工程，工程称号为“bianpinkongzhi〞2双击该工程，进入组态王工程阅读器。在工程阅读器中，选择左侧大纲项“设备〞>“COM1〞，在工程阅读器右侧用鼠标左键双击“新建〞图标，运转“设备配置导游〞，如下图。3选择“PLC〞>“西门子〞>“S7-300系列〞>“TCP〞。如下图。4单击“下一步〞，弹出“逻辑称号〞窗口，可恣意输入一个称号。这里我们采用默许称号。如下图。5单击“下一步〞，弹出“选择串口号〞，如下图。6单击下一步，填写设备IP地址，格式为5:2其中5为CPU315的IP地址，2为CPU315所在的插槽号默以为2单击“下一步〞，弹出“通讯参数〞，如下图。单击“下一步〞，弹出“信息总结〞，如下图。单击完成。设备定义完成后，可以在工程阅读器的右侧看到新建的外部设备。在定义数据库变量时，只需把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〞软件的中心部分，工业现场的消费情况要以动画的方式反映在屏幕上，操作者在计算机前发布的指令也要迅速送达消费现场，一切这一切都是以实时数据库为中介环节，所以说数据库是联络上位机和下位机的桥梁。选择工程阅读器左侧大纲项“数据库\数据词典〞，在工程阅读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、修正等操作，以及数据库的管理任务。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，如下图。同样方法定义如以下图所示其他变量3.4创建组态画面

1选择工程阅读器左侧大纲项“文件\画面〞，在工程阅读器右侧用鼠标左键双击“新建〞图标，弹出对话框如下图。在“画面称号〞处输入新的画面称号，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〞，按钮等图标，绘制如以下图所示对象，如下图。3.5建立动画衔接

定义动画衔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，当变量的值改动时，在画面上以图形对象的动画效果表示出来；或者由软件运用者经过图形对象改动数据变量的值〔参见“第七章动画衔接〞〕。“组态王〞提供了21种动画衔接方式：属性变化线属性变化、填充属性变化、文本色变化位置与大小变化填充、缩放、旋转、水平移动、垂直移动值输出模拟值输出、离散值输出、字符串输出值输入模拟值输入、离散值输入、字符串输入特殊闪烁、隐含滑动杆输入水平、垂直命令语言按下时、弹起时、按住时双击“变频器当前频率〞后面的“####〞文本，出现如下图动画衔接窗口单击“模拟值输出〞按钮，出现如以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衔接，用同样方法完成其他的文本和按钮的动画衔接后，选择“文件〞>“全部存〞如下图3.6运转工程组态王工程曾经初步建立起来，进入到运转和调试阶段。在组态王开发系统中选择“文件\切换到View〞菜单命令，进入组态王运转系统。在运转系统中选择“画面\翻开〞命令，从“翻开画面〞窗口选择“变频器总线控制〞画面。显示出组态王运转系统画面。在运转画面中我们就可以对变频器进展总线控制了第四章.PA温度变送器仪表组态4.1OPC简介OPC是OLEforProcessControl的缩写，即把OLE运用于工业控制领域。OLE原意是对象链接和嵌入，随着OLE2的发行，其范围已远远超出了这个概念。如今的OLE包容了许多新的特征，如一致数据传输、构造化存储和自动化，曾经成为独立于计算机言语、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行。OPC建立OLE规范之上，它为工业控制领域提供了一种规范的数据访问机制。工业控制领域用到大量的现场设备，在OPC出现以前，软件开发商需求开发大量的驱动程序来衔接这些设备。即使硬件供应商在硬件上做了一些小小改动，运用程序就能够需求重写；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能够不同，软件开发商很难同时对这些设备进展访问以优化操作。硬件供应商也在尝试处理这个问题，然而由于不同客户有着不同的需求，同时也存在着不同的数据传输协议，因此也不断没有完好的处理方案。自OPC提出以后，这个问题终于得到处理。OPC规范包括OPC效力器和OPC客户两个部分，其本质是在硬件供应商和软件开发商之间建立了一套完好的“规那么〞，只需遵照这套规那么，数据交互对两者来说都是透明的，硬件供应商无需思索运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本质和操作过程。4.2组态王经过OPC访问PA温度变送器数据总的网络构造如以下图所示软件配置阐明：在配置ＰＡ仪表之前计算机应该并且曾经安装有运用STEP7V5.3和PDM6.0，SIMATICNET,组态王6.53等软件并且电脑曾经安装有了CP5611卡。4.21PA表的地址设置1双击电脑“开场〞>“控制面板〞>“SETPG/PC接口在SETPC/PGINTERFACE中参数设置如下。点击ＯＫ后确定2双击翻开SIMATICMANAGER，新建工程PA或PATEST〔称号可恣意命名〕，点击工具栏的VIEW的下拉菜单中的ProcessDeviceNetworkView选项，出现如下界面。3在线配置PA仪表的地址，此时应检查硬件衔接能否正确。〔留意：由于PA仪表的初始地址均为１２６，所以在第一次PA仪表与耦合器衔接时，一次只衔接一个PA仪表，以便区分〕。点击工具菜单PLC，在其下拉选项中选择AssignPROFIBUSAddress…，如下假设通讯正常的话，在弹出的对话框中显示两行，上面一行是检测到在线PA仪表的地址，下面一行显示的是将要设置的地址，然后点击运用确认，这期间需求一段时间。4点击工程管理器中的PATEST，然后右击network，选择InsertNewObject中的PC,如以下图所示：再次右击network，选择InsertNewObject中的PROFIBUSDPnet，如以下图：5右击PROFIBUSDPnet，选择InsertNewObject中的PROFIBUSPAdevice，如下。弹出一个对话窗口，如下名字选择默许，地址对应着刚刚设置过的PA仪表的地址：4然后可以选择建立几个PA仪表，这里选择默许的1，点击OK后在右侧出现刚刚建立的PROFIBUSPAdevice，然后双击它，进入硬件组态界面，如以下图所示选择Specialist，点击ＯＫ弹出如下窗口选择〞Sensors“>Temperature>SIEMENS>SI018157点击OK后进入PDM设备参数修正界面在上面的界面窗口可以进展参数以及地址的修正。〔建议运用ＰＡ仪表的默许参数〕，设置终了后，点击“下载〞按钮，弹出“下载到设备〞窗口，如以下图所示点击“OK〞，假设设置正确，出现如以下图所示下载进度条下载终了后，点击“封锁〞按钮，再出现的能否保管对话框中，选择“YES〞保管。如以下图所示4.3配置PCStation1. 翻开StationConfigrationEditor，分别在第一插槽插入OPCServer，第三槽插入CP5611卡，如图，站名本例取名为“PATEST〞2. 新建一个工程，经过Insert>Station>SimaticPCStation插入一个PC站，留意站名要更改成StationConfigurationEditor中所命名的StationName，即命名为“PATEST〞，如图3. 翻开硬件组态窗口，组态与所安装的SIMATICNET软件版本相一致的硬件，插槽构造与在StationConfigurationEditor组态的PC站一致，如图：4分配CP5611网络参数双击CP5611翻开其属性对话框，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StationConfigurator中对CP5611参数设置一样．同时，在OperatingMode中，选择DP方式为DPmaster。如图示。从硬件目录中选择PROFIBUSPA>SITRANSTH400，将TH400从站托拽到CP5611的DP轨道上,设置其从站地址为4，如图假设没找到TH400那么需求更新GSD，方法如下：首先，翻开如以下图所示的安装软件〞SITRANS_TH400_PA_DTM_FDT_1_01_01_02.exe“，并双击之，在随后出现的窗口中，按照提示安装完成在PDM的设备管理目录中添加TH400：双击“开场〞>SIMATIC>PDM>MANAGEDEVICECATALOG,如以下图所示：在随后出现的窗口中，点击“browse〞按钮，在出现的“阅读文件夹〞窗口中，选中TH400所在的文件夹，并点击确定按钮，如以下图所示勾选“SI018157〞文件，点〞OK〞按钮在“communication〞空白框中，选择“PROFIBUSPA〞,如以下图所示在catalogposition后面的空白框中选择“Sensors-Temperature〞，点击“OK〞按钮，如以下图所示：在随后出现的对话框中，点击〞确定“按钮，稍等片刻，TH400就添加到PDM的设备管理目录中了。如以下图所示：再回到刚刚SIMATICManager中的“硬件组态界面〞先封锁当前组态工程，如图：然后，在“选项〞中选择“安装GSD文件〞，如以下图：出现以下图，然后点击“阅读〞找到保管该GSD文件的文件夹的途径，选择“英语〞版本，点击安装，并确认安装即可。最后重新翻开“硬件组态〞，从硬件目录中选择PROFIBUSPA>SITRANSTH400，将TH400从站托拽到CP5611的DP轨道上,