淺析PLC與智能從站之間數(shù)據(jù)通訊

1、淺析PLC與智能從站之間數(shù)據(jù)通訊CPU315-2D是西門子生產(chǎn)的S7系列產(chǎn)品，它的CPU上集成有PROFIBUS-DP 通訊接口。AriCon211-DP是北京金自天正智能控制股份以下簡稱金自天正公 司的產(chǎn)品，它的CPU1也集成有PROFIBUS-D®訊接口。整個的連接結(jié)構(gòu)如圖 1所示。近年來，隨著工廠自動化系統(tǒng)的興起，可編程控制器PLC和現(xiàn)場總線在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。在工廠自動化系統(tǒng)中，一般利用PLC的高可 靠性、模塊化結(jié)構(gòu)以及編程簡單等特點，將其作為下位機完成實時采集和控制任 務(wù)；利用現(xiàn)場總線系統(tǒng)的開放性、互用性以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性來構(gòu)筑自動 化領(lǐng)域的開放互連系統(tǒng)?？?/p>

2、制系統(tǒng)中的主從站結(jié)構(gòu)是經(jīng)常用到的通訊方式，不過 以往的從站只能單純的靠主站中存儲的程序來運行，主站假設(shè)發(fā)生故障，從站就不能繼續(xù)工作，這樣就使整個系統(tǒng)的連續(xù)工作能力下降，不利于企業(yè)效益的增長。 要解決這一問題，可換用帶 CPU的智能化DP從站，它不僅能實現(xiàn)獨立的PID控 制，也能接收Profibus的PLC主站或PC主站的控制數(shù)據(jù)，構(gòu)成一個數(shù)字化、智 能雙向、多點的通信系統(tǒng)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)最優(yōu)控制，而且 DP從站具有可靠 性高、抗擾能力強、性價比高、維護方便的特點，因而可以很好的解決上述問題。1通訊結(jié)構(gòu)CPU315-2D是西門子生產(chǎn)的S7系列產(chǎn)品，它的CPU上集成有 PROFIBUS-D通訊接

3、口。AriCon211-DP是北京金自天正智能控制股份 以下簡稱 金自天正公司的產(chǎn)品，它的CPU上也集成有PROFIBUS-D通訊接口。整個的連 接結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)連接框圖MP： MPI :MultiPointlnterface丨數(shù)據(jù)線用來連接 PC機的串口和CPU315-2DP勺通訊口。它是通過一個西門子生產(chǎn)的 PC適配器把PC機的串口轉(zhuǎn) 化為MPI協(xié)議的。RS232C RS232C RS表示 RecommendedStandard C代表 RS232最新定 義的一個型號是目前PC機與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。它被定 義為連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE和數(shù)據(jù)電路設(shè)備DCE的

4、電纜中的信號電特性，是一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標準，采取不平衡傳輸方式，即單端通訊。RS232C適用于近距離傳輸。連接方式如圖 2所示。PCtJl RS232 CPU315TXDXXTxDExDM:發(fā)送戟據(jù) 蝕；接牧數(shù)據(jù)RTS1 KTSRT3S諳求發(fā)送CTSLCTSCTS. 1WS 發(fā)送5GG僦信號地圖2RS232串行接口連接方式PROFIBUS-DpProcessFieldBus：采用 RS485傳輸技術(shù)通訊，波特率 可選9.6Kbps12Mbps電纜的最大長度就取決于所選用的波特率。線路的兩端 帶有終端傳輸電阻，介質(zhì)為帶屏蔽的雙絞電纜。在這一級，PLC通過高速串行線同分散的

5、現(xiàn)場設(shè)備進行通訊。2硬件局部2.1CPU315-2DP其主存儲器的最大存儲量為512KB CPU能最多處理82K語句，并提供 最大8192個標記，512個定時器和512個計數(shù)器。同時CPU可擴充到1024DI/DO 或128AI/AO。它的最強大功能也可用一個集成的 PROFIBUS-D接口到達，并可 作為主設(shè)備或從設(shè)備設(shè)置。最多可將125個PROFIBUS-D站連接到主設(shè)備。數(shù)據(jù) 傳輸率為12Mbps分布式I/O以與中央I/O完全相同的方式即用STEP7進行 配置和編程。它的通信協(xié)議芯片SPC3集成了 DP協(xié)議中的FDL層，可以承當通信 局部的微處理器負載，實現(xiàn)DP從站通信處理。2.2Ari

6、Co n211-DP可用符合IEC61131-3標準的AriOCS對其組態(tài)編程，具有高靈活性，可 以連接32個功能模塊數(shù)字I/O、模擬I/O、脈沖計數(shù)、通訊等。具有極快的 掃描周期，可連接附加的外部存儲器，無需 MPI適配器。最大傳輸率為12Mbps 組態(tài)好的數(shù)據(jù)要使用RS232C下裝到模塊的CPU中。3軟件局部由PROFIBU總線構(gòu)成的現(xiàn)場總線控制器的軟件包括：PROFIBU總線設(shè) 備的配置軟件、驅(qū)動軟件、組態(tài)軟件和應(yīng)用程序等。它們具有以下功能：主站和 遠程從站的參數(shù)設(shè)定，主站對從站的數(shù)據(jù)讀寫、圖形組態(tài)、數(shù)據(jù)庫建立與維護、 數(shù)據(jù)統(tǒng)計、報表打印、故障報警，應(yīng)用程序的開發(fā)、調(diào)試、運行等。其中，配

7、置 軟件和驅(qū)動軟件由設(shè)備廠商提供，組態(tài)軟件可采用STEP7等通用型軟件。本次實驗所有的軟件都基于MicrosoftWindowsNT系統(tǒng)，有良好的用戶 界面，其功能也都相當完善和實用，使用非常方便。3.1編程組態(tài)軟件STEP7STEP7是西門子開發(fā)的一套SIMATIC工業(yè)軟件。它功能非常強大，不僅 對開關(guān)量有完善的指令，而且在處理模擬量時也有豐富的指令系統(tǒng)。可以使用任 何一種編程語言，如STL語句表、FBD功能塊圖和LAD梯形圖，可隨 心所欲的從一種語言切換到另一種。硬件配置工具和試驗工作方式的切換設(shè)備以 及指令集存有豐富的指令，即使是非常復(fù)雜的功能也能簡便地編程。地址的 分配和安裝模塊的組態(tài)

8、是西門子 STEP7管理器的一個功能，在這里，模塊作為一 個實際的PROFIBU主站系統(tǒng)出現(xiàn)。完成的工程通過串口 MPI傳送給CPU3.2組態(tài)軟件AriOCSAriOCS是金自天正公司開發(fā)的專用于 IEC1131-3AriCo nCPU21x編程組 態(tài)的軟件，采用IEC標準規(guī)定的五種語言。它支持在線調(diào)試修改和離線仿真，調(diào) 試功能非常豐富，具有在線幫助功能。另外，它還附帶了一個參數(shù)配置軟件 WinNCS3.3GSD文件PROFIBU設(shè)備具有不同的性能特征，主要表現(xiàn)在現(xiàn)有功能即 I/O信 號的數(shù)量和診斷信息的不同或可能的總線參數(shù)，例如波特率和時間的監(jiān)控不同。 這些參數(shù)對每種設(shè)備類型和每家生產(chǎn)廠來說

9、均有差異，為到達PROFIBU簡單的即插即用配置，這些特性均在電子數(shù)據(jù)單中具體說明，有時稱為設(shè)備數(shù)據(jù)庫文件 即GSD文件。使用基于GSD勺組態(tài)工具可將不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備集成在一個 總線系統(tǒng)中。GSD文件由生產(chǎn)廠商分別針對每一種設(shè)備并以設(shè)備數(shù)據(jù)庫清單的形 式提供給用戶，此種文件格式便于讀出任何一種 PROFIBUS-D設(shè)備的設(shè)備數(shù)據(jù)庫 文件，并且在組態(tài)總線系統(tǒng)時自動使用這些信息。4操作過程將所有設(shè)備按照圖1所示順序連接好。PROFIBUS1信協(xié)議將網(wǎng)絡(luò)中通訊參與者分為主站和從站：主站首先要 向從站發(fā)送通訊請求指令，從站根據(jù)請求指令中指定的內(nèi)容向主站發(fā)回數(shù)據(jù)。一個主站可以向多個從站發(fā)送通訊請求，并

10、利用從站地址SLAVEADDRSS或從站 識別碼SLAVEID來區(qū)分。智能從站與普通從站的最大區(qū)別就是帶有自己的 CPU因此，它除了處 理來自主站的數(shù)據(jù)外，還要處理本身的I/O數(shù)據(jù)，并且必須確保兩種數(shù)據(jù)不重疊。 在給主站組態(tài)的同時，也要給從站組態(tài)。主站的CPU必須從FFh到OOh記數(shù)，并且要先把來自智能從站的數(shù)據(jù)傳 送到主站的輸出模塊，然后，主站再把自己的數(shù)據(jù)傳送給智能從站。 從站接收到 的數(shù)據(jù)必須保存在CPU外圍模塊的輸入?yún)^(qū)域，并且通過背板總線傳送給輸出模 塊。另一方面，智能從站要從 OOh到FFh記數(shù)。這些數(shù)據(jù)也必須被保存到從站 CPU勺輸出區(qū)域，然后通過PROFIBU傳送到主站，主站再傳

11、給輸出模塊。以此 做周期性循環(huán)。這里對以下數(shù)據(jù)進行組態(tài)： 主站：PROFIBU地址 1輸入?yún)^(qū)域從10開始字節(jié)長度：2Byte輸出區(qū)域從20開始字節(jié)長度：4Byte 智能從站：PROFIBU地址 2輸入?yún)^(qū)域從30開始字節(jié)長度：4Byte輸出區(qū)域從40開始字節(jié)長度：2Byte參數(shù)數(shù)據(jù)從50開始字節(jié)長度：24Byte固定診斷數(shù)據(jù)從60開始字節(jié)長度：6Byte固定狀態(tài)數(shù)據(jù)從100開始字節(jié)長度：2Byte固定組態(tài)好的PROFIBU地址必須與CPU模塊上撥碼開關(guān)設(shè)定的地址一致。輸入輸出區(qū)域中的數(shù)據(jù)是映射到對方 CPU中的數(shù)據(jù)：主站的輸入對應(yīng)于 從站的輸出，它們的字節(jié)長度要相等；而主站的輸出那么對應(yīng)于從站的

12、輸入， 它們 的字節(jié)長度也要相等。用STEP7給主站CPU315-2DPA態(tài)，組態(tài)好的數(shù)據(jù)通過 MPI電纜下裝到 主站的CPU中。在STEP7中，為主站編程，梯形圖如圖 3所示。圖3主站編程梯形圖其中：M0.0為中間變量，Q1.0對應(yīng)于主站所帶的I/O模塊地址，而Q20.0 那么為映射到智能從站的數(shù)據(jù)，它對應(yīng)著智能從站的Q30.0。智能從站的組態(tài)采用組態(tài)軟件AriOCS,組態(tài)好的數(shù)據(jù)通過RS232C專送給AriCon211-DP。在AriOCS中，為智能從站編程，梯形圖如圖 4所示。圖4從站編程梯形圖其中：130.0為映射到主站的數(shù)據(jù)，而 Q2.7那么對應(yīng)于智能從站所帶的 I/O模塊地址。PROFIBUS1信協(xié)議保障了通信的高可靠性，不過這要以硬件和軟件設(shè) 計為根底。在通信接