網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)課件第四章PROFIB總線監(jiān)控系統(tǒng).ppt

2020 2 22 1 第四章PROFIBUS總線監(jiān)控系統(tǒng) 2020 2 22 2 本章內(nèi)容 4 1 概述4 2 西門子的ProfiBus總線監(jiān)控系統(tǒng)4 3 ProfiBus DP開發(fā)4 4 PROFIBUS總線監(jiān)控系統(tǒng)舉例 2020 2 22 3 本節(jié)內(nèi)容 4 1 1PROFIBUS現(xiàn)場總線的發(fā)展歷史4 1 2PROFIBUS適用范圍4 1 3PRFIBUS的協(xié)議結(jié)構(gòu)4 1 4PROFIBUS DP PA FMS的主要特性一 PROFIBUS DP二 PROFIBUS PA三 PROFIBUS FMS4 1 5PROFIBUS的實(shí)現(xiàn)4 1 6PROFIBUS的應(yīng)用及前景 4 1概述 2020 2 22 4 4 1 1PROFIBUS現(xiàn)場總線的發(fā)展歷史 PROFIBUS是聯(lián)邦德國于九十年代初制定的國家工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) 1996年經(jīng)歐洲電工委員會批準(zhǔn)被列為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170 1995年建立PROFIBUS國際組織 簡稱PI 中國的PROFIBUS用戶組織 簡稱CPO 97年7月在北京成立 掛在中國機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用協(xié)會 并籌建了現(xiàn)場總線PROFIBUS產(chǎn)品演示及認(rèn)證的實(shí)驗(yàn)室 2020 2 22 5 4 1 2PROFIBUS適用范圍 適用于工廠內(nèi)車間級和現(xiàn)場級的設(shè)備間數(shù)字化的數(shù)據(jù)交換和通信 以實(shí)現(xiàn)工廠現(xiàn)場底層到車間級分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)化 從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方案 2020 2 22 6 2020 2 22 7 4 1 3PRFIBUS的協(xié)議結(jié)構(gòu) PROFIBUS DP 定義了第一 二層和用戶接口 PROFIBUS FMS 定義了第一 二 七層 應(yīng)用層包括現(xiàn)場總線信息規(guī)范 FieldbusMessageSpecification FMS 和低層接口 LowerLayerInterface LLI PROFIBUS PA PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的PROFIBUS DP協(xié)議 2020 2 22 8 2020 2 22 9 本小節(jié)下面介紹的主要內(nèi)容 1 物理層 1 用于DP FMS的RS485傳輸技術(shù) 2 用于PA的IEC1158 2傳輸技術(shù) 3 光纖傳輸技術(shù)2 數(shù)據(jù)鏈路層 應(yīng)用層 第七層 PROFIBUS協(xié)議的其他部分 2020 2 22 10 1 物理層 PROFIBUS提供了三種數(shù)據(jù)傳輸類型 用于DP和FMS的RS485傳輸用于PA的IEC1158 2傳輸光纖 2020 2 22 11 1 用于DP FMS的RS485傳輸技術(shù) 由于DP與FMS系統(tǒng)使用了同樣的傳輸技術(shù)和統(tǒng)一的總線訪問協(xié)議 因而 這兩套系統(tǒng)可在同一根電纜上同時操作 RS 485傳輸是PROFIBUS最常用的一種傳輸技術(shù) 這種技術(shù)通常稱之為H2 采用的電纜是屏蔽雙絞銅線 RS 485傳輸技術(shù)基本特征 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?線性總線 兩端有有源的總線終端電阻 傳輸速率 9 6Kbit s 12Mbit s介質(zhì) 屏蔽雙絞電纜 也可取消屏蔽 取決于環(huán)境條件 EMC 站點(diǎn)數(shù) 每分段32個站 不帶中繼 最多可達(dá)到127個站 帶中繼 插頭連接 最好使用9針D型插頭 2020 2 22 12 2 用于PA的IEC1158 2傳輸技術(shù) IEC1158 2傳輸技術(shù)主要用于PROFIBUS PA 能滿足化工和石油化工的要求 它可保持其本征安全性 并通過總線供電 IEC1158 2是一種位同步協(xié)議 通常稱為H1 2020 2 22 13 2 用于PA的IEC1158 2傳輸技術(shù) IEC1158 2技術(shù)符合PROFIBUS PA的要求 能夠?qū)崿F(xiàn) 每段只需一個電源作為供電裝置 每個總線站需用10mA基本電流 現(xiàn)場設(shè)備其作用如同無源的電流吸收裝置 每站現(xiàn)場設(shè)備所消耗的為常量穩(wěn)態(tài)基本電流 允許使用線性 樹型和星型網(wǎng)絡(luò) 并可采用冗余的總線段 2020 2 22 14 2 用于PA的IEC1158 2傳輸技術(shù) IEC1158 2傳輸技術(shù)特性 數(shù)據(jù)傳輸 數(shù)字式 位同步 曼徹斯特編碼 傳輸速率 31 25Kbit s 電壓式 數(shù)據(jù)可靠性 前同步信號 采用起始和終止限定符避免誤差 電纜 雙絞線 屏蔽式或非屏蔽式 遠(yuǎn)程電源供電 可選附件 通過數(shù)據(jù)線 防爆型 能進(jìn)行本征及非本征安全操作 拓?fù)?線型或樹型 或兩者相結(jié)合 站數(shù) 每段最多32個 總數(shù)最多為126個 中繼器 最多可擴(kuò)展至4臺 2020 2 22 15 使用電纜耦合器 Profibus PA裝置能很方便的連接到Profibus DP網(wǎng)絡(luò) 2020 2 22 16 3 光纖傳輸技術(shù) PROFIBUS系統(tǒng)在電磁干擾很大的環(huán)境下應(yīng)用時 可使用光纖導(dǎo)體 以增加高速傳輸?shù)木嚯x 可使用兩種光纖導(dǎo)體 一是價格低廉的塑料纖維導(dǎo)體 供距離小于50米情況下使用 另一種是玻璃纖維導(dǎo)體 供距離大于1公里情況下使用 許多廠商提供專用總線插頭可將RS 485信號轉(zhuǎn)換成光纖導(dǎo)體信號或?qū)⒐饫w導(dǎo)體信號轉(zhuǎn)換成RS 485信號 2020 2 22 17 2 數(shù)據(jù)鏈路層 在PROFIBUS中 第二層稱之為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層FDL FieldBusDataLink PROFIBUS DP PA FMS均使用一致的總線存取協(xié)議 2020 2 22 18 2020 2 22 19 傳輸協(xié)議 報文結(jié)構(gòu)如下述 傳輸線的空載電平是 1 一個空載態(tài)至少33Tbit 同步時間 在每個請求報文發(fā)送前必須保證此同步時間 在單個字符之間 所有數(shù)據(jù)傳送時均沒有間隙 2020 2 22 20 報文的格式結(jié)構(gòu)如下 無數(shù)據(jù)字段固定長度的幀 2020 2 22 21 應(yīng)答幀的格式 短應(yīng)答幀的格式 SC E5H 2020 2 22 22 有數(shù)據(jù)字段固定長度的幀 2020 2 22 23 有可變數(shù)據(jù)字段長度的幀 2020 2 22 24 令牌幀 Profibus每一數(shù)據(jù)幀由一定數(shù)目的UART字符構(gòu)成 每個UART字符結(jié)構(gòu)為 1位起始位 8位數(shù)據(jù)位 1位偶校驗(yàn)位和一位停止位 對僅需應(yīng)答的請求 有應(yīng)答要求的發(fā)送數(shù)據(jù) SC是一個允許的肯定應(yīng)答 對需回答的請求 有回答要求的發(fā)送并請求數(shù)據(jù) 如果無數(shù)據(jù)提供 則SC是一個允許的否定應(yīng)答 2020 2 22 25 應(yīng)用層 1 PROFIBUS DP未使用第七層 這種結(jié)構(gòu)確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸陀行?在DP的用戶接口層中 直接數(shù)據(jù)鏈路映像DDLM DirectDataLinkMapper 為用戶接口進(jìn)入第二層提供了簡捷的途徑 規(guī)定了用戶 系統(tǒng)及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能 DP行規(guī) Profile 詳細(xì)說明了各種不同DP設(shè)備的設(shè)備行為等 2 PROFIBUS PA也未使用第七層 在PA的用戶接口層 它以DP基本功能為基礎(chǔ) 采用擴(kuò)展的DP功能 用PA行規(guī)描述了現(xiàn)場設(shè)備的各種參數(shù)和設(shè)備行為的各種要求 2020 2 22 26 3 PROFIBUS FMS使用了應(yīng)用層 應(yīng)用層由現(xiàn)場信息規(guī)范FMS FieldBusMessagespecification 和低層接口LLI LowerLayerInterface 組成 FMS定義了應(yīng)用層 第七層 的內(nèi)容 由于PROFIBUS沒有第三層到第六層 所以這幾層的必要功能在一個稱為 底層接口 LLI 的模塊中完成 由LLI將這些功能映射到FMS中 2020 2 22 27 4 1 4PROFIBUS DP PA FMS的主要特性 一 PROFIBUS DP二 PROFIBUS PA三 PROFIBUS FMS 下節(jié) 2020 2 22 28 一 PROFIBUS DP的主要特性 本小節(jié)內(nèi)容1 PROFIBUS DP的基本功能2 PROFIBUS DP基本特征3 PROFIBUS DP系統(tǒng)配置和設(shè)備類型4 系統(tǒng)行為5 DPM1和DP從站間的循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸6 DPM1和系統(tǒng)組態(tài)設(shè)備間的循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸7 同步和鎖定模式8 保護(hù)機(jī)制9 擴(kuò)展DP功能10 電子設(shè)備數(shù)據(jù)文件 GSD 11 PROFIBUS DP行規(guī) PA 2020 2 22 29 1 PROFIBUS DP的 項基本功能 1 傳輸技術(shù) RS 485雙絞線 雙線電纜或光纜 波特率從9 6Kbit s到12Mbit s 2 總線存取 各主站間令牌傳遞 主站與從站間為主 從傳送 支持單主或多主系統(tǒng) 總線上最多站點(diǎn) 主 從設(shè)備 數(shù)為126 3 通信 點(diǎn)對點(diǎn) 用戶數(shù)據(jù)傳送 或廣播 控制指令 循環(huán)主 從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主 主數(shù)據(jù)傳送 2020 2 22 30 4 運(yùn)行模式 運(yùn)行 清除 停止 5 同步 控制指令允許輸入和輸出同步 同步模式 輸出同步 鎖定模式 輸入同步 6 功能 DP主站和DP從站間的循環(huán)用戶數(shù)據(jù)傳送 各DP從站的動態(tài)激活 DP從站組態(tài)的檢查 三級診斷信息的強(qiáng)大診斷功能 輸入或輸出的同步 通過總線給DP從站賦予地址 通過總線對DP主站 DPM1 進(jìn)行配置 每個DP從站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最大為246字節(jié) 2020 2 22 31 7 可靠性和保護(hù)機(jī)制 所有信息的傳輸按海明距離HD 4進(jìn)行 DP從站帶看門狗定時器 WatchdogTimer 對DP從站的輸入 輸出進(jìn)行存取保護(hù) DP主站上帶可變定時器的用戶數(shù)據(jù)傳送監(jiān)視 海明距離HammingDistance 一個編碼系統(tǒng)中任意兩個合法編碼 碼字 之間不同的二進(jìn)位 bit 數(shù)叫這兩個碼字的碼距 而整個編碼系統(tǒng)中任意兩個碼字的的最小距離就是該編碼系統(tǒng)的碼距 海明距離 8 設(shè)備類型 第二類DP主站 DPM2 是可進(jìn)行編程 組態(tài) 診斷的設(shè)備 第一類DP主站 DPM1 是中央可編程序控制器 如PLC PC等 DP從站可以是帶二進(jìn)制值或模擬量輸入輸出的驅(qū)動器 閥門等 2020 2 22 32 2 PROFIBUS DP基本特征 1 速率 在一個有著32個站點(diǎn)的分布系統(tǒng)中 PROFIBUS DP對所有站點(diǎn)傳送512bit s輸入和512bit s輸出 在12Mb s時只需1ms 2 診斷功能 經(jīng)過擴(kuò)展的PROFIBUS DP診斷能對故障進(jìn)行快速定位 診斷信息在總線上傳輸并由主站采集 診斷信息分三級 本站診斷操作 本站設(shè)備的一般操作狀態(tài) 如溫度過高 壓力過低 模塊診斷操作 一個站點(diǎn)的某一具體I O模塊故障 通道診斷操作 一個單獨(dú)輸入 輸出位的故障 2020 2 22 33 3 PROFIBUS DP系統(tǒng)配置和設(shè)備類型 PROFIBUS DP允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng) 在同一總線上最多可連接126個站點(diǎn) 系統(tǒng)配置的描述包括 站數(shù) 站地址 輸入 輸出地址 輸入 輸出數(shù)據(jù)格式 診斷信息格式及所使用的總線參數(shù) 2020 2 22 34 每個PROFIBUS DP系統(tǒng)可包括以下三種不同類型設(shè)備 1 一級DP主站 DPM1 一級DP主站是中央控制器 它在預(yù)定的信息周期內(nèi)與分散的站 如DP從站 交換信息 典型的DPM1如PLC或PC 2 二級DP主站 DPM2 二級DP主站是編程器 組態(tài)設(shè)備或操作面板 在DP系統(tǒng)組態(tài)操作時使用 完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的 3 DP從站 DP從站是進(jìn)行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設(shè)備 如I O設(shè)備 驅(qū)動器 HMI 閥門等 2020 2 22 35 PROFIBUS DP系統(tǒng)有以下二種 4 單主站系統(tǒng) 在總線系統(tǒng)的運(yùn)行階段 只有一個活動主站 5 多主站系統(tǒng) 總線上連有多個主站 這些主站與各自從站構(gòu)成相互獨(dú)立的子系統(tǒng) 每個子系統(tǒng)包括一個DPM1 指定的若干從站及可能的DPM2設(shè)備 任何一個主站均可讀取DP從站的輸入 輸出映象 但只有一個DP主站允許對DP從站寫入數(shù)據(jù) 2020 2 22 36 2020 2 22 37 2020 2 22 38 4 系統(tǒng)行為 系統(tǒng)行為主要取決于DPM1的操作狀態(tài) 這些狀態(tài)由本地或總線的配置設(shè)備所控制 主要有以下三種狀態(tài) 停止 在這種狀態(tài)下 DPM1和DP從站之間沒有數(shù)據(jù)傳輸 清除 在這種狀態(tài)下 DPM1讀取DP從站的輸入信息并使輸出信息保持在故障安全狀態(tài) 2020 2 22 39 運(yùn)行 在這種狀態(tài)下 DPM1處于數(shù)據(jù)傳輸階段 循環(huán)數(shù)據(jù)通信時 DPM1從DP從站讀取輸入信息并向從站寫入輸出信息 1 DPM1設(shè)備在一個預(yù)先設(shè)定的時間間隔內(nèi) 以有選擇的廣播方式將其本地狀態(tài)周期性地發(fā)送到每一個有關(guān)的DP從站 如圖所示 2 如果在DPM1的數(shù)據(jù)傳輸階段中發(fā)生錯誤 DPM1將所有有關(guān)的DP從站的輸出數(shù)據(jù)立即轉(zhuǎn)入清除狀態(tài) 而DP從站將不再發(fā)送用戶數(shù)據(jù) 然后 DPM1轉(zhuǎn)入清除狀態(tài) 2020 2 22 40 圖7 7PROFIBUS DP用戶數(shù)據(jù)傳輸 2020 2 22 41 5 DPM1和DP從站間的循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸 DPM1和相關(guān)DP從站之間的用戶數(shù)據(jù)傳輸是由DPM1按照確定的遞歸順序自動進(jìn)行 在對總線系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)時 用戶對DP從站與DPM1的關(guān)系作出規(guī)定 確定哪些DP從站被納入信息交換的循環(huán)周期 哪些被排斥在外 DPM1和DP從站間的數(shù)據(jù)傳送分三個階段 參數(shù)設(shè)定 組態(tài) 數(shù)據(jù)交換 在參數(shù)設(shè)定階段 每個從站將自己的實(shí)際組態(tài)數(shù)據(jù)與從DPM1接受到的組態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較 只有當(dāng)實(shí)際數(shù)據(jù)與所需的組態(tài)數(shù)據(jù)相匹配時 DP從站才進(jìn)入用戶數(shù)據(jù)傳輸階段 因此 設(shè)備類型 數(shù)據(jù)格式 長度以及輸入輸出數(shù)量必須與實(shí)際組態(tài)一致 2020 2 22 42 6 DPM1和系統(tǒng)組態(tài)設(shè)備間的循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸 除主 從功能外 PROFIBUS DP允許主 主之間的數(shù)據(jù)通信 這些功能使組態(tài)和診斷設(shè)備通過總線對系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài) 2020 2 22 43 7 同步和鎖定模式 除DPM1設(shè)備自動執(zhí)行的用戶數(shù)據(jù)循環(huán)傳輸外 DP主站設(shè)備也可向單獨(dú)的DP從站 一組從站或全體從站同時發(fā)送控制命令 這些命令通過有選擇的廣播命令發(fā)送 使用這一功能將打開DP從站的同步及鎖定模式 用于DP從站的事件控制同步 2020 2 22 44 同步模式 主站發(fā)送同步命令后 所選的從站進(jìn)入同步模式 在這種模式中 所編址的從站輸出數(shù)據(jù)鎖定在當(dāng)前狀態(tài)下 在這之后的用戶數(shù)據(jù)傳輸周期中 從站存儲接收到輸出的數(shù)據(jù) 但它的輸出狀態(tài)保持不變 當(dāng)接收到下一同步命令時 所存儲的輸出數(shù)據(jù)才發(fā)送到外圍設(shè)備上 用戶可通過非同步命令退出同步模式 鎖定模式 鎖定控制命令使得編址的從站進(jìn)入鎖定模式 鎖定模式將從站的輸入數(shù)據(jù)鎖定在當(dāng)前狀態(tài)下 直到主站發(fā)送下一個鎖定命令時才可以更新 用戶可以通過非鎖定命令退出鎖定模式 2020 2 22 45 8 保護(hù)機(jī)制 對DP主站DPM1使用數(shù)據(jù)控制定時器對從站的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行監(jiān)視 每個從站都采用獨(dú)立的控制定時器 在規(guī)定的監(jiān)視間隔時間中 如數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生差錯 定時器就會超時 一旦發(fā)生超時 用戶就會得到這個信息 如果錯誤自動反應(yīng)功能 使能 DPM1將脫離操作狀態(tài) 并將所有關(guān)聯(lián)從站的輸出置于故障安全狀態(tài) 并進(jìn)入清除狀態(tài) 對DP從站使用看門狗控制器檢測主站和傳輸線路故障 如果在一定的時間間隔內(nèi)發(fā)現(xiàn)沒有主機(jī)的數(shù)據(jù)通信 從站自動將輸出進(jìn)入故障安全狀態(tài) 2020 2 22 46 9 擴(kuò)展DP功能 DP擴(kuò)展功能是對DP基本功能的補(bǔ)充 擴(kuò)展數(shù)據(jù)通信包括 1 DPM1與DP從站間非循環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸 2 帶直接數(shù)據(jù)鏈路映像 DDLM 讀 寫的非循環(huán)讀 寫功能 可讀寫從站任何希望數(shù)據(jù) 3 DP基本功能允許DP從站用診斷信息向主站自發(fā)地傳輸事件 而新增的DDLM ALAM ACK功能被用來直接響應(yīng)從DP從站上接收的報警數(shù)據(jù) 4 DPM2與從站間的非循環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸 2020 2 22 47 10 電子設(shè)備數(shù)據(jù)文件 GSD 為了將不同廠家生產(chǎn)的PROFIBUS產(chǎn)品集成在一起 生產(chǎn)廠家必須以GSD文件 電子設(shè)備數(shù)據(jù)庫文件 方式提供這些產(chǎn)品的功能參數(shù) 如I O點(diǎn)數(shù) 診斷信息 波特率 時間監(jiān)視等 根據(jù)GSD文件所作的組態(tài)工具可將不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備集成在同一總線系統(tǒng)中 如下圖所示 2020 2 22 48 2020 2 22 49 GSD文件可分為三個部分 1 總規(guī)范 包括了生產(chǎn)廠商和設(shè)備名稱 硬件和軟件版本 波特率 監(jiān)視時間間隔 總線插頭指定信號 2 與DP有關(guān)的規(guī)范 包括適用于主站的各項參數(shù) 如允許從站個數(shù) 上載 下載能力 3 與DP從站有關(guān)的規(guī)范 包括了與從站有關(guān)的一切規(guī)范 如輸入 輸出通道數(shù) 類型 診斷數(shù)據(jù)等 2020 2 22 50 11 PROFIBUS DP行規(guī) PROFIBUS DP用戶數(shù)據(jù)的含義和應(yīng)用領(lǐng)域是在行規(guī)中具體說明的 使用行規(guī)可使不同廠商所生產(chǎn)的不同設(shè)備互換使用 而工廠操作人員毋須關(guān)心兩者之間的差異 因?yàn)榕c應(yīng)用有關(guān)的參數(shù)含義在行規(guī)中均作了精確的規(guī)定說明 下面是PROFIBUS DP行規(guī)NC RC行規(guī) 3 052 編碼器行規(guī) 3 062 變速傳動行規(guī) 3 071 操作員控制和過程監(jiān)視行規(guī) HMI 2020 2 22 51 二 PROFIBUS PA主要特性 PROFIBUS PA具有如下特性 1 適合過程自動化應(yīng)用的行規(guī) 使不同廠家生產(chǎn)的現(xiàn)場設(shè)備具有互換性 2 增加和去除總線站點(diǎn) 即使在本征安全地區(qū)也不會影響到其它站 3 在過程自動化的PROFIBUS PA段與制造業(yè)自動化的PROFIBUS DP總線段之間通過藕合器連接 并可實(shí)現(xiàn)兩段間的透明通信 4 使用與IEC1158 2技術(shù)相同的雙絞線完成遠(yuǎn)程供電和數(shù)據(jù)傳送 5 在潛在的爆炸危險區(qū)可使用防爆型 本征安全 或 非本征安全 下節(jié) 2020 2 22 52 1 PROFIBUS PA傳輸協(xié)議PROFIBUS PA采用PROFIBUS DP的基本功能來傳送測量值和狀態(tài) 并用擴(kuò)展的PROFIBUS DP功能來制訂現(xiàn)場設(shè)備的參數(shù)和進(jìn)行設(shè)備操作 2 PROFIBUS PA設(shè)備行規(guī)PROFIBUS PA行規(guī)保證了不同廠商所生產(chǎn)的現(xiàn)場設(shè)備的互換性和互操作性 PA行規(guī)的任務(wù)是選需要的通信的功能 并提供這些設(shè)備功能和設(shè)備行為的一切必要規(guī)格 2020 2 22 53 三 PROFIBUS FMS 1 PROFIBUS FMS應(yīng)用層 概述 2 PROFIBUS FMS通信模型3 通信對象與通信字典 OD 4 PROFIBUS FMS服務(wù)5 低層接口 LLI 6 網(wǎng)絡(luò)管理7 PROFIBUS FMS行規(guī) 2020 2 22 54 1 PROFIBUS FMS應(yīng)用層 概述 PROFIBUS FMS主要用于車間 單元 級的通信 它的通信是面向?qū)ο蟮?應(yīng)用層提供了供用戶使用的通信服務(wù) 這些服務(wù)包括訪問變量 程序傳遞 事件控制等 PROFIBUS FMS應(yīng)用層包括兩部分 現(xiàn)場總線信息規(guī)范 FMS 和低層接口 LLI 2020 2 22 55 低層接口 LLI 第七層到第二層服務(wù)的映射由LLI來解決 主要任務(wù)包括數(shù)據(jù)流控制和聯(lián)接監(jiān)視 用戶通過稱之為通信關(guān)系的邏輯通道與其他應(yīng)用過程進(jìn)行通信 FMS設(shè)備的全部通信關(guān)系都列入通信關(guān)系表CRL CommunicationRelationshipList 每個通信關(guān)系通過通信索引 CREF 來查找 CRL中包含了CREF和第二層及LLI地址間的關(guān)系 2020 2 22 56 2 PROFIBUS FMS通信模型 PROFIBUS FMS利用通信關(guān)系將分散的應(yīng)用過程統(tǒng)一到一個共用的過程中 在應(yīng)用過程中 可用來通信的那部分現(xiàn)場設(shè)備稱虛擬現(xiàn)場設(shè)備VFD VirtualFieldDevice 2020 2 22 57 在實(shí)際現(xiàn)場設(shè)備與VFD之間設(shè)立一個通信關(guān)系表 通信關(guān)系表是VFD通信變量的集合 如零件數(shù) 故障率 停機(jī)時間等 VFD通過通信關(guān)系表完成與現(xiàn)場設(shè)備的通信 2020 2 22 58 3 通信對象和對象字典 OD FMS面向?qū)ο笸ㄐ?它確認(rèn)5種靜態(tài)通信對象 簡單變量 數(shù)組 記錄 域和事件 還確認(rèn)2種動態(tài)通信對象 程序調(diào)用和變量表 每個FMS設(shè)備的所有通信對象都填入對象字典 OD 對簡單設(shè)備 OD可以預(yù)定義 對復(fù)雜設(shè)備 OD可以本地或遠(yuǎn)程通過組態(tài)加到設(shè)備中去 靜態(tài)通信對象進(jìn)入靜態(tài)對象字典 動態(tài)通信對象進(jìn)入動態(tài)通信字典 每個對象均有一個唯一的索引 為避免非授權(quán)存取 每個通信對象可選用存取保護(hù) 2020 2 22 59 4 PROFIBUS FMS服務(wù) FMS服務(wù)分以下幾組 上 下關(guān)系管理 區(qū)域管理 OD管理 變量存取服務(wù) 事件管理 VFD支持服務(wù) 程序調(diào)用管理 2020 2 22 60 5 網(wǎng)絡(luò)管理 FMS還提供網(wǎng)絡(luò)管理功能 由FMA7 FieldBusManagementLayer7 現(xiàn)場總線管理層第7層完成 其主要功能有 上 下關(guān)系管理 配置管理 故障管理等 2020 2 22 61 6 PROFIBUS FMS行規(guī) FMS提供了范圍廣泛的功能來保證它的普遍應(yīng)用 在不同的應(yīng)用中 具體需要的功能范圍必須與具體應(yīng)用要求相適應(yīng) 設(shè)備的功能必須結(jié)合應(yīng)用來定義 這些適應(yīng)性定義稱之行規(guī) 行規(guī)提供了設(shè)備的可互換性 保證不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備具有相同的通信功能 本小節(jié) 2020 2 22 62 4 1 5PROFIBUS的實(shí)現(xiàn) 從原理上 PROFIBUS協(xié)議在任何微處理器上都可以實(shí)現(xiàn) 但當(dāng)協(xié)議的傳輸速率超過500kbit s或需要連接IEC1158 2傳輸技術(shù)時 還是應(yīng)該使用協(xié)議專用芯片 目前PROFIBUS協(xié)議芯片已形成系列產(chǎn)品 使用這些協(xié)議芯片使PROFIBUS協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)簡單 方便 省時間省費(fèi)用 還可達(dá)到快速提供產(chǎn)品的目的 為保證產(chǎn)品的質(zhì)量和設(shè)備的可互操作性和可互換性 PROFIBUS用戶組織在德國和美國已建立了相應(yīng)的測試實(shí)驗(yàn)室 經(jīng)過測試合格的產(chǎn)品 由PROFIBUS用戶組織發(fā)給認(rèn)證證書 同時給一個識別號 目前正在中國CPO建立PROFIBUS產(chǎn)品演示和測試實(shí)驗(yàn)室 該實(shí)驗(yàn)室設(shè)在北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所內(nèi) 這為中國的用戶和PROFIBUS產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)將提供極大的方便 2020 2 22 63 4 1 6PROFIBUS的應(yīng)用及前景 PROFIBUS產(chǎn)品以每年20 30 的驚人速度發(fā)展 截止1998年6月 全世界PROFIBUS設(shè)備安裝總數(shù)已達(dá)200萬臺 100多家企業(yè)生產(chǎn)的PROFIBUS產(chǎn)品已達(dá)1600種以上 應(yīng)用多達(dá)20萬個 總投資達(dá)45億美元 目前 國內(nèi)至少有50家企業(yè)運(yùn)用PROFIBUS DP成功地實(shí)現(xiàn)了從食品 機(jī)械 樓宇 煙草 鋼鐵 電站直至環(huán)保工程的自動化 并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益 2020 2 22 64 思考題 1 簡要說明ProfiBus協(xié)議結(jié)構(gòu) 2 ProfiBus DP主要有那些功能 協(xié)議實(shí)時性如何 簡要說明它的通信協(xié)議是如何保證實(shí)時性的 2020 2 22 65 4 2西門子的ProfiBus總線監(jiān)控系統(tǒng) 4 2 1西門子的PROFIBUS總線監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)4 2 2S7 200小型PLC4 2 3S7 300中型PLC4 2 4STEP 7編程與組態(tài)軟件4 2 5WINCCV6 0監(jiān)控軟件4 2 6分布式I OET2004 2 7AS i傳感器執(zhí)行器接口 2020 2 22 66 4 2 1西門子的PROFIBUS總線監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 單主站系統(tǒng)與多主站系統(tǒng)本小節(jié)內(nèi)容 一 主站的選擇二 二類主站的選擇三 從站的選擇四 網(wǎng)絡(luò)配置與參數(shù)化 2020 2 22 67 一 主站的選擇 1 選擇PLC作為一類主站 1 不帶PROFIBUS接口的CPU PROFIBUS通信處理器 2 內(nèi)置PROFIBUS接口的處理器常用的PLC有 S7 300系列 S7 400系列 S5系列 性能見下表 2 選擇PC 網(wǎng)卡作為一類主站常用的系列網(wǎng)卡有 CP5X11系列網(wǎng)卡CP5412通信處理器CP5613通信處理器 2020 2 22 68 2020 2 22 69 二 二類主站的選擇 二類主站是指監(jiān)控站 操作站 OP HMI等 常用來做二類主站的有 1 以PC為主機(jī)的編程終端及監(jiān)控操作站 2 操作員面板SIMATICHMI COROS3 SIMATICWinCC 詳細(xì)內(nèi)容見4 2 5節(jié) 2020 2 22 70 三 從站的選擇 根據(jù)實(shí)際需要 選擇帶ProfiBus接口的分散式I O 傳感器 驅(qū)動器等從站 如從站不具備PROFIBUS接口 可考慮分散式I 0方案 從站的選擇主要有以下13種方案可供選擇 1 分散式I O 主要有ET200M ET200L ET200B ET200C ET200X ET200U等2 PLC作從站 智能型I O從站3 DP PA耦合和鏈路4 CNC數(shù)控裝置5 具有PROFIBUS的絕對值編碼器 SIMODRIVER傳感器 2020 2 22 71 6 數(shù)字直流驅(qū)動器6RA24 CB24 7 SIMOVERT主驅(qū)動器 CB1 8 SIMADYND數(shù)字控制系統(tǒng)SS52 9 微型 中型主設(shè)備OPMP模塊 10 電動執(zhí)行器SIPOS3MC P和SIPOS5 11 過程控制器 SIPARTDR19數(shù)字控制器 SIPARTDR21數(shù)字控制器 SWARTDRn 數(shù)字控制器 SIPARTDR24數(shù)字控制器 12 具有通信技術(shù)的低壓開關(guān)設(shè)備SIRIUSNET如電機(jī)保護(hù)控制單元IMOCODE DP 3UF50 13 3WN6斷路器用的DP 3WN6接口單元 2020 2 22 72 四 網(wǎng)絡(luò)配置與參數(shù)化 使用PROFIBUS系統(tǒng) 在系統(tǒng)啟動前 要先用SIMATICS7和SIMATICS5及PC網(wǎng)卡先對系統(tǒng)及各站點(diǎn)進(jìn)行配置和參數(shù)化工作 SIMATICS7主要設(shè)備的所有PROFIBUS通信功能都集成在STEPS7編程軟件中 IMATICS5及PC網(wǎng)卡的參數(shù)化配置由COMPROFIBUS軟件完成 使用這兩種軟件可完成PROFIBUS系統(tǒng)及各站點(diǎn)的配置 參數(shù)化 文件 編制啟動 測試 診斷等功能 如下所述 2020 2 22 73 1 遠(yuǎn)程I 0從站的配置STEP7編程軟件和COMPROFIBUS參數(shù)化軟件可完成PROFIBUS遠(yuǎn)程I O從站 包括PLC智能型I O從站 的配置 包括 PROFIBUS參數(shù)配置 站點(diǎn) 數(shù)據(jù)傳輸速率 遠(yuǎn)程I O從站硬件配置 電源 通信適配器 I O模塊 遠(yuǎn)程I O從站I O模塊地址分配 主 從站傳輸輸入 輸出字 字節(jié)數(shù)及通信映像區(qū)地址 設(shè)定故障模式 2020 2 22 74 2 系統(tǒng)診斷在線監(jiān)測下可找到故障站 并可進(jìn)一步讀到故障提示信息 3 第三方設(shè)備集成及GSD文件當(dāng)PROFIBUS系統(tǒng)中需要使用第三方設(shè)備時 應(yīng)該得到設(shè)備廠商提供的GSD文件 將GSD文件拷貝到STEP7或COMPROFIBUS軟件指定目錄下 使用STEP7或COMPROFIBUS軟件可在友好的界面指導(dǎo)下完成第三方產(chǎn)品在系統(tǒng)中的配置及參數(shù)化工作 2020 2 22 75 構(gòu)成PROFIBUS總線監(jiān)控系統(tǒng)的硬件與軟件簡介 4 2 2S7 200小型PLC4 2 3S7 300中型PLC4 2 4STEP 7編程與組態(tài)軟件4 2 5WINCCV6 0監(jiān)控軟件4 2 6分布式I OET200 2 7AS i傳感器執(zhí)行器接口 2020 2 22 76 4 2 2S7 200小型PLC 一 S7 200常用模塊介紹二 現(xiàn)場總線中S7 200通信部件介紹三 S7 200PLC的通信四 S7 200CPU接入PROFIBUS網(wǎng)絡(luò) 2020 2 22 77 一 S7 200常用模塊介紹 1 數(shù)字輸入擴(kuò)展模塊EM22124V DC 2 輸出擴(kuò)展模塊EM222繼電器輸出3 數(shù)字量I O混合模塊EM22324V DC 4 EM235模擬量I O組合模塊5 EM231熱電偶擴(kuò)展模塊 2020 2 22 78 二 現(xiàn)場總線中S7 200通信部件介紹 1 通信端口2 PC PPI電纜3 網(wǎng)絡(luò)連接器4 PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)電纜5 網(wǎng)絡(luò)中繼器6 EM277PROFIBUS DP模塊 2020 2 22 79 三 S7 200PLC的通信 S7 200CPU可支持多種通信協(xié)議 如點(diǎn)到點(diǎn) Point to Point 的協(xié)議PPI 多點(diǎn)協(xié)議 MPI 及PROFIBUS協(xié)議 PPI協(xié)議和MPI協(xié)議通過令牌環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn) 進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)的初始組態(tài)及網(wǎng)絡(luò)調(diào)試時 一般要有PC 筆記本計算機(jī)或SIMATIC編程器參與 這時要在這些設(shè)備上運(yùn)行STEP7 Micro Win32軟件 2020 2 22 80 四 S7 200CPU接入PROFIBUS網(wǎng)絡(luò) S7 200CPU不能直接接入PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信 它必須通過PROFIBUS DP模塊EM277連接到網(wǎng)絡(luò) EM277經(jīng)過串行I O總線連接到S7 200CPU PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過其DP通信端口 連接到EM277模塊 這個端口支持9600b s 12Mb s之間的任何傳輸速率 2020 2 22 81 4 2 3S7 300中型PLC 一 S7 300概述二 S7 300的模塊三 S7 300的常用硬件三 S7 300的通訊和網(wǎng)絡(luò)組態(tài) 2020 2 22 82 一 S7 300概述 采用模塊化設(shè)計 有多種性能的模塊 一共有15種不同的中央處理單元 CPU 能適應(yīng)各種自動化任務(wù)的需要 S7 300具備循環(huán)周期短 處理速度高 指令集功能強(qiáng)大 可用于復(fù)雜功能 2020 2 22 83 產(chǎn)品設(shè)計緊湊 可用于空間有限的場合 模塊化結(jié)構(gòu) 適合密集安裝 有不同檔次的CPU 各種各樣的功能模塊和I O模塊可供選擇 無需電池備份 免維護(hù)的功能 2020 2 22 84 兩種增強(qiáng)型的S7 300PLCS7 300F可以連接帶有安全相關(guān)的模塊 ET200S和ET200M 的分布式I O站 采用PROFISAFE協(xié)議通過PROFIBUS DP進(jìn)行與安全相關(guān)的通訊 SIPLUSS7 300是一種用于惡劣環(huán)境條件下的PLC 其工作溫度范圍為 25 C到 70 C 2020 2 22 85 二 S7 300的模塊 一個S7 300系統(tǒng)由多個模塊組成 2020 2 22 86 三 S7 300的常用硬件 1 SIMATIC微存儲卡 MMC 插槽2 接口多點(diǎn)接口MPI MultipointInterface FROFIBUS DP接口PtP接口3 電源4 數(shù)字 模擬量模塊 2020 2 22 87 四 S7 300的通訊和網(wǎng)絡(luò)組態(tài) 2020 2 22 88 4 2 4STEP 7編程與組態(tài)軟件 本小節(jié)內(nèi)容 STEP 7版本STEP 7組成使用STEP7的基本步驟仿真與調(diào)試 2020 2 22 89 STEP 7提供了幾種不同的版本以適應(yīng)不同的應(yīng)用和需求 STEP 7Micro DOS STEP 7Micro WIN 適用于S7 200系列PLC的編程 組態(tài)軟件包 STEP 7Lite 適用于S7 300 C7系列PLC ET200和ET200S系列分布式I O的編程 組態(tài)軟件包 STEP 7Basis 適用于S7 300 S7 400 M7 300 M7 400和C7系列的編程 組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)軟件包 STEP 7Professional 除包含了STEP 7Basis版本中標(biāo)準(zhǔn)組件外 還包含了STEP 7擴(kuò)展軟件包 如SCL GRAPH和PLCSIM 2020 2 22 90 STEP 7不是單一的應(yīng)用程序 而是由一系列應(yīng)用程序構(gòu)成的軟件包 主要包括以下組件 SIMATIC管理器 用于集中管理所有工具以及自動化項目數(shù)據(jù) 程序編輯器 用于以LAD FBD和STL語言生成用戶程序 符號編程器 用于管理全局變量 硬件組態(tài) 用于組態(tài)和參數(shù)化硬件 硬件診斷 用于診斷自動化系統(tǒng)的狀態(tài) NETPRO 用于組態(tài)MPI和PROFIBUS等網(wǎng)絡(luò)連接 2020 2 22 91 2020 2 22 92 STEP7除了提供標(biāo)準(zhǔn)的軟件包之外 還可通過三類可選軟件包進(jìn)行擴(kuò)展 與西門子的其他工業(yè)軟件集成安裝 這三類可選軟件包需要單獨(dú)訂購 工程工具 EngineeringTool 較高層次的編程語言和面向工藝的軟件 運(yùn)行版軟件 Run TimeSoftware 生產(chǎn)過程中一些常用的預(yù)編程的解決方案 人機(jī)接口 HumanMachineInterface HMI 用于操作人員對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控的軟件 2020 2 22 93 使用STEP7的基本步驟 2020 2 22 94 硬件組態(tài) 模擬真實(shí)的PLC硬件系統(tǒng) 將CPU 電源和信號模塊等設(shè)備安裝到相應(yīng)的機(jī)架上 并對PLC硬件模塊的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和修改的過程 硬件組態(tài)主要由創(chuàng)建一個項目 硬件組態(tài)程序 配置主機(jī)架 CPU參數(shù)設(shè)置 I O模塊參數(shù)配置 機(jī)架擴(kuò)展 分布式系統(tǒng)組態(tài)組成 2020 2 22 95 仿真與調(diào)試 可用PLC的仿真軟件軟件PLCSIM對S7 300 S7 400的CPU的運(yùn)行模擬 與真實(shí)地PLC相比 PLCSIM靈活性高 使用方便 提供了PLC硬件無法實(shí)現(xiàn)的功能 同時無法替代真實(shí)的硬件 無法進(jìn)行全面的仿真 STEP7可以將用戶程序和硬件組態(tài)信息等下載到PLC的CPU中 還可以將CPU中的部分或全部用戶程序塊和組態(tài)信息上傳到PG PC的項目中來 通過硬件狀態(tài)指示燈或診斷緩沖區(qū)等診斷機(jī)制 幫助用戶方便的發(fā)現(xiàn)故障 并查找故障原因 建立了與CPU的在線連接后 可以通過變量表的監(jiān)視和修改功能測試各個程序變量 2020 2 22 96 4 2 5WINCCV6 0監(jiān)控軟件 本小節(jié)內(nèi)容 WINCC特點(diǎn)WINCC組成WINCC功能WINCC應(yīng)用 2020 2 22 97 WINCC特點(diǎn) 西門子視窗控制中心SIMATICWinCC WindowsControlCenter 是HMI SCADA軟件 WinCC與STEP7編程軟件的緊密結(jié)合縮短了項目開發(fā)的周期 WinCC還有對SIMATICPLC進(jìn)行系統(tǒng)診斷的選項 給硬件維護(hù)提供了方便 2020 2 22 98 WINCC組成 WinCC基本系統(tǒng)是很多應(yīng)用程序的核心 它包含變量管理器 圖形編輯器 報警記錄 變量歸檔 報表編輯器 全局腳本 文本庫 用戶管理器和交叉引用表九個部件 WinCC提供有各種用于功能性或工業(yè)用擴(kuò)展的WinCC選件和附加件 WinCC選件是西門子自動化與驅(qū)動集團(tuán)的產(chǎn)品 2020 2 22 99 WINCC功能 WinCC基本系統(tǒng)除用于操作和監(jiān)控 報警 記錄 歸檔和管理等功能外 還包括各種診斷選件 在標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中提供有用于單用戶系統(tǒng)或服務(wù)器的許多不同連接選件 SIMATICS7 SIMATICS5 SIMATIC505 SIMATICWinAC PROFIBUSFMS DP OPC 2020 2 22 100 WINCC應(yīng)用 SIMATICWinCC具有以下系統(tǒng)組態(tài) 單用戶系統(tǒng)多用戶系統(tǒng) 客戶機(jī) 服務(wù)器解決方案 分布式系統(tǒng)Web客戶機(jī)廋客戶機(jī)解決方案歸檔服務(wù)器 Historian 冗余服務(wù)器分布式系統(tǒng) 2020 2 22 101 4 2 6分布式I OET200 西門子系列PLC中 一般都集成有I O模塊 這樣會使得I O模塊與PLC之間的電路變得復(fù)雜 容易產(chǎn)生電磁干擾 進(jìn)而影響工作的穩(wěn)定性 因此開發(fā)了分布式I O ET200是具有PROFIBUS DP功能的從站很容易接入系統(tǒng) ET200是自動化系統(tǒng)中常用的分布式I O模塊 其系列產(chǎn)品主要有 ET200pro ET200eco ET200X ET200Isp ET200M ET200S ET200L等 2020 2 22 102 能源和通信現(xiàn)場安裝系統(tǒng) ECOFAST EnergyandCommunicationFieldInstalla