第二章 Profibus现场总线通信系统的组建.pptx

第二章 Profibus 现场总线通信系统的组建 2.1 Profibus 基础2.1 Profibus 基础Profibus优点:1.节省硬件和安装费用，减少硬件成份(I/O,终端块、隔离栅)，更容易、更快捷和低成本的安装Profibus减少40%的安装费用。2.节省工程费用更容易组态(对所有设备只需一套工具)。更容易保养和维修，更容易和更快捷的系统起动。3.更大的制造灵活性,改进功能减少故障时间，准确、可靠的诊断数据，可靠的数字传输技术。2.1 Profibus 基础2.1.1 Profibus现场总线的分类2.1 Profibus 基础2.1.1 Profibus现场总线的分类Profibus-DP:是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。Profibus-PA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本质安全规范。Profibus-FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时的多主网络。2.1 Profibus 基础（1）代替 PLC/PC 与 I/O 之间昂贵的电线，减少组态和维护费用。（2）传输快速，传输 1 千字节的输入数据和 1千字节的输出数据所需时间2 ms。（3）被所有主要的 PLC 制造商支持。（4）单主和多主网络。（5）每个站的输入和输出数据最多可达244字节 1.Profibus-DP的特点2.1.1 Profibus现场总线的分类2.1 Profibus 基础2.1.1 Profibus现场总线的分类(1)基于扩展的Profibus-DP协议和IEC 1158-2 传输技术,适用于代替现今的4.20 mA 技术。(2)仅用一根双绞线进行数据通信和供电,进行控制、调节和监视。(3)可靠的串行数字传输,通过串行总线连接仪器仪表与控制系统。(4)适用于本质安全的应用区域，由于Profibus-PA行规，保证了互操作性和互换性仪器仪表的维护和诊断信息。2.Profibus-PA的特点2.1 Profibus 基础2.1.1 Profibus现场总线的分类2.Profibus-PA的特点Profibus-PA的典型配置系统2.1 Profibus 基础2.1.1 Profibus现场总线的分类（1）FMS最佳适用于车间级智能主站间通用的、面向对象的通信。（2）FMS提供一个 MMS-功能子集（MMS 即 Manufacturing Message Specification,ISO9506)主要应用区域大数量的数据传输，例如程序、数据块等若干个分散过程部分集成到一个公共过程中智能站间的通信。3.Profibus-FMS的特点2.1 Profibus 基础2.1.1 Profibus现场总线的分类3.Profibus-FMS的特点 典型的Profibus-FMS系统2.1 Profibus 基础2.1.2Profibus总线的通信协议1.Profibus总线的通信协议纯主-主系统(令牌传送方式)，纯主-从系统(主从方式)以及两种方式的组合.2.1 Profibus 基础纯主-主系统(令牌传送方式)2.1.2Profibus总线的通信协议1.Profibus总线的通信协议2.1 Profibus 基础纯主-从系统(主从方式)2.1.2Profibus总线的通信协议1.Profibus总线的通信协议2.1 Profibus 基础2.1.2Profibus总线的通信协议1.Profibus总线的通信协议两方式的组合2.1 Profibus 基础2.Profibus现场总线的传输技术2.1.2Profibus总线的通信协议(1)用于DP和FMS的RS-485传输技术使用中继器连接各点总线段2.1 Profibus 基础2.Profibus现场总线的传输技术2.1.2Profibus总线的通信协议(1)用于DP和FMS的RS-485传输技术2.1 Profibus 基础2.Profibus现场总线的传输技术2.1.2Profibus总线的通信协议(1)用于DP和FMS的RS-485传输技术型接头的内部电阻及其总线电缆连接2.1 Profibus 基础2.Profibus现场总线的传输技术2.1.2Profibus总线的通信协议(1)用于DP和FMS的RS-485传输技术RS-485总线结构2.1 Profibus 基础传输速率所对应的最大传输长度波特率/(kbit)9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500 12000传输长度/m1200 1200 1200 1000 400 200 1002.Profibus现场总线的传输技术2.1.2Profibus总线的通信协议(1)用于DP和FMS的RS-485传输技术2.1 Profibus 基础2.Profibus现场总线的传输技术2.1.2Profibus总线的通信协议(2)IEC 1158-2:用于 PA IEC 1158-2传输技术能满足化工、石化等工作对环境的要求，可保证本质安全，并通过总线向现场设备供电。这是一种位同步协议，可进行无电流的连续传输，通常称为H1。PA总线的结构2.1 Profibus 基础2.Profibus现场总线的传输技术2.1.2Profibus总线的通信协议(3)光纤 光纤是一种采用玻璃作为传输介质，以光的形式传递信息的技术。光纤电缆对电磁干扰 不敏感并能保证总线上站与站的电气隔离，允许Profibus系统站之间的距离最大可过15km。2.1 Profibus 基础1.现场设备的分类2.1.3Profibus系统的配置（1）根据现场设备是否具有Profibus接口分为以下几种。1）现场设备都不具有Profibus接口，2）所有设备都有Profibus接口3）部分设备有Profibus接口2.1 Profibus 基础（2）根据现场设备在控制系统中的作用不同，现场设备可分为以下几种。1.现场设备的分类2.1.3Profibus系统的配置1）1类主站(DPM1)。这类设备是中央控制器,有能力控制若干从站，完成总线通信控制、管理及周期性数据访问。无论Profibus采用何种结构，1类主站都是系统必须的。比较典型的的DPM1有PLC、PC等。2）2类主站（DPM2）。主要作用是管理1 类主站的组态数据和诊断数据的设备，同时具有1 类主站通信的的能力，用于完成各站点的数据读写、系统组态、监控、故障诊断等，常用的DPM2设备有编程器、操作员工作站、触摸屏等。3）从站。从站是对数据和控制信号进行输入/输出的现场设备，提供I/O数据并分配给1类主站，从站在主站的控制下完成组态、参数修改、娄据交换等。2.1 Profibus 基础。2.Profibus从站的配置2.1.3Profibus系统的配置（1）由PLC或其它智能控制器做Profibus系统中的一个从站（2）分散式的远程I/O（3）智能现场设备2.1 Profibus 基础3.Profibus系统主站的配置2.1.3Profibus系统的配置（1）PLC或其它控制器作为1类主站，不设监控站。PLC作为1类主站不设监控站的配置形式2.1 Profibus 基础2.Profibus从站的配置2.1.3Profibus系统的配置（2）用PLC或其它控制器作为1 类主站，监控器通过串口与PLC相连。作为1类主站的监控器与PLC相连的配置形式2.1 Profibus 基础2.1.3Profibus系统的配置2.Profibus从站的配置3）用PLC或其它控制器作为1类主站 PLC作为1类主站，监控器做2类主站2.1 Profibus 基础2.1.3Profibus系统的配置 2.1.3Profibus系统的配置2.Profibus从站的配置(4)用工业级PC+Profibus网卡作为1 类主站用工业级PC+Profibus网卡作为1 类主站（5）采用工业级PC机PC+Profibus网卡+SoftPLC。2.2 Profibus-DP控制系统2.2.1 Profibus-DP系统的网络结构Profiubs-DP允许构成单主站或多主站系统，在同一总线上最多可以连接127个站点（站号从0-126,不包括中继器）。Profiubs-DP单主站系统2.2 Profibus-DP控制系统2.2.1 Profibus-DP系统的网络结构 Profiubs-DP多主站系统2.2 Profibus-DP控制系统2.2.2 Profibus-DP系统的工作过程Profibus-DP系统从通电到进行数据交换的正常工作状态，分为4个阶段1.主站和从站的初始化2.令牌环的建立3.主站与从站通信的初始化4.交换用户数据通信2.2 Profibus-DP控制系统2.2.2 Profibus-DP系统的工作过程数据交换过程主从通信初始化流程图2.3 Profibus-DP总线通信系统的组建2.3.1S7-300 PLC单站的硬件组态1.S7-300/400 PLC简介（1）S7-300概述S7-300是模块化的中小型PLC，适用于中等性能的控制要求，品种繁多的CPU模块、信号模块和功能模块能满足各种领域的自动控制任务，用户可以根据系统的具体情况选择合适的模块，维修时更换模块也很方便。S7-300PLC有350多条指令，包括位逻辑指令、比较指令、定时指令、整数和浮点、计数指令、整数和浮点数运算指令等。CPU的集成系统提供了中断处理和诊断信息等系统功能。2.3 Profibus-DP总线通信系统的组建2.3.1S7-300 PLC单站的硬件组态1.S7-300/400 PLC简介（2）S7-300PLC系统的组成1）中央处理单元（CPU）标准型CPU：CPU312、CPU 314、CPU 315-2DP、CPU 315-2DP/PN、CPU 317-2DP、CPU 317-2DP/PN和CPU 319-3DP/PN。紧凑型CPU：CPU312C、CPU313C、CPU 313C-PTP、CPU 313C-2DP、CPU 314C-PTP和CPU314C-2DP。技术功能型CPU：CPU 315T-2DP和CPU 317 T-2DP。故障安全型CPU：CPU 315F-2DP、CPU 315F-2PN/DP、CPU 317F-2DP和CPU 317F-2PN/DP。SIPLUS户外型CPU：可以在环境-25-+700度和有害的气体环境下运行。2.3 Profibus-DP总线通信系统的组建2.3.1S7-300 PLC单站的硬件组态1.S7-300/400 PLC简介2）S7-300PLC系统的组成2）电源模块（PS）。3）信号模块（SM）。4）功能模块（FM）。5）通信模块（CP）。通信模块用于PLC之间、PLC与计算机和其它智能设备之间的通信。6）接口模块（IM）。多机架时，IM用于连接主机架T 和扩展机架。7）导轨。铝制导轨用来固定和安装S7-300的各种模块。2.3 Profibus-DP总线通信系统的组建2.3.1S7-300 PLC单站的硬件组态1.S7-300/400 PLC简介（3）S7-300控制系统的安装系统背版总线导轨（机架）S7-300模块2.3 Profibus-DP总线通信系统的组建2.3.1S7-300 PLC单站的硬件组态1.S7-300/400 PLC简介（3）S7-300控制系统的安装导轨 PS电源模块CPU IM接口模块SM:DISM:DOSM:AISM:AO FM:-计数-定位-闭环控制 CP:-点-到-点-PROFIBUS-工业以太网2.3 Profibus-DP总线通信系统的组建2.3.1S7-300 PLC单站的硬件组态1.S7-300/400 PLC简介（4）S7-300PLC CPU的开关与指示灯 RUN-P：可编程运行模式。在此模式下，CPU不仅可以执行用户程 序，在 运 行 的 同 时，还 可 以 通 过 编 程 设 备（如 装 有STEP 7的PG、装有STEP 7的计算机等）读出、修改、监控用户程序。RUN：运行模式。在此模式下，CPU执行用户程序，还可以通过编程设备读出、监控用户程序，但不能修改用户程序。模式选择开关 STOP：停机模式。在此模式下，CPU不执行用户程序，但可以通过编程设备（如装有STEP 7的PG、装有STEP 7的计算机等）从CPU中读出或修改用户程序。MRES：存储器复位模式。该位置不能保持，当开关在此位置释放时将自动返回到STOP位置。将钥匙从STOP模式切换到MRES模式时，可复位存储器，使CPU回到初始状态。2.3 Profibus-DP总线通信系统的组建2.3.1S7-300 PLC单站的硬件组态1.S7-300/400 PLC简介（4）S7-300PLC CPU的开关与指示灯状态及故障显示 SF（红色）：系统出错/故障指示灯。CPU硬件或软件错误时亮。BATF（红 色）：电 池 故 障 指 示 灯（只 有CPU313和 314配备）。当电池失效或未装入时，指示灯亮。DC5V（绿 色）：5V电 源 指 示 灯。CPU和S7-300总 线 的5V电源正常时亮。FRCE（黄 色）：强制作业有效指示灯。至少有一个I/O被强制状态时亮。RUN（绿色）：运行状态指示灯。CPU处于“RUN”状态时亮；LED在“S t a r t u p”状 态 以2 H z频 率 闪 烁；在“H O L D”状 态 以0.5Hz频率闪烁。2.3 Profibus-DP总线通信系统的组建2.3.1S7-300 PLC单站的硬件组态1.S7-300/400 PLC简介（4）S7-300PLC CPU的开关与指示灯状态及故障显示 STOP（黄色）：停止状态指示灯。CPU处于“STOP”或“HOLD”或“Startup”状态时亮；在存储器复位时LED以0.5Hz频率闪烁；在存储器置位时LED以2Hz频率闪烁。BUS DF（BF）（红 色）：总线出错指示灯（只适用于带有DP接口的CPU）。出错时亮。SF DP：DP接口错误指示灯（只适用于带有DP接 口 的CPU）。当DP接口故障时亮。2.3 Profibus-DP总线通信系统的组建2.3.1S7-300 PLC单站的硬件组态1.S7-300/400 PLC简介（4）S7-300PLC CPU的开关与指示灯2.3 Profibus-DP总线通信系统的组建2.3.1S7-300 PLC单站的硬件组态2.STEP7编程软件（1）STEP7编程软件的功能1）组态硬件，即为机架中的模块分配地址和设置模块的参数。2）程序编辑器，使用编程语言编写用户程序。3）符号编辑器，用于管理全局变量。4）组态通信连接、定义通信伙伴和连接特性。5）下载和上传调试用户程序等。（2）STEP7安装步骤（3）STEP7的授权2.3 Profibus-DP总线通信系统的组建2.3.1S7-300 PLC单站的硬件组态3.STEP7编程软件的编程步骤2.3 Profibus DP现场总线通信系统的组建2.3.2S7-300 PLC单站的硬件组态（1）启动SIMATIC管理器并创建一个项目（2）硬件组态（3）编程（4）程序的清除（存储器复位）1）模式选择器放在STOP位置。2）模式选择器保持在MERS位置，直到STOP指示灯闪烁两次（慢速）。3）松开模式选择器（自动回到STOP位置）。4）模式选择器保持在MERS位置（STOP指示灯快速闪烁）。5）松开模式选择器（自动回到STOP位置）。（5）运行并监控3.STEP7编程软件的编程步骤2.3 Profibus DP现场总线通信系统的组建2.3.1S7-300 PLC单站的硬件组态4.S7-300PLC单站的硬件组态配置要求组态的模块包括PS电源模块，CPU模块和一个信号模块。在组态时，依据模块的型号和订货号进行组态。2.3 Profibus DP现场总线通信系统的组建2.3.2 S7-300 PLC之间的Profibus-DP现场总线通信系统的组建系统配置系统为单主站Profibus-DP网络系统，系统配置如图。系统主站与从站之间通过Profibus连接，构成单主站形式的Profibus-DP网络系统，系统要求的网络传输速率为1.5Mbit/s。2.3 Profibus DP现场总线通信系统的组建2.3.3S7-300 PLC和远程I/O之间的Profibus-DP现场总线通信系统的组建系统配置系统为单主站Profibus-DP网络系统，系统配置如图，即个S7-300 PLC（CPU315-2DP）作为主站、一个固定式的I/O从站（ET200L）、一个可扩展的I/O从站（ET200M，IM153-1接口）。系统主站与从站之间通过Profibus连接，构成单主站形式的Profibus-DP网络系统，系统要求的网络传输速率为1.5Mbit/s。2.3 Profibus DP现场总线通信系统的组建2.3.3S7-300 PLC和远程I/O之间的Profibus-DP现场总线通信系统的组建2.3 Profibus DP现场总线通信系统的组建2.3.4 S7-300 PLC与S7-200 PLC之间Profibus-DP现场总线通信系统的组建1.EM277模块EM 277 Profibus-DP模块是智能模块，其RS485接口是隔离型的，端口波特率为9.6 kbit/s12 Mbit/s，能自适应系统的通信速率。作为DP从站，EM277接受来自主站的I/0组态，向主站发送和接收数据；主站也可以读写S7-200 PLC的存储区，每次可以与EM 277交换l128个字节。2.3 Profibus DP现场总线通信系统的组建2.3.4 S7-300 PLC与S7-200 PLC之间Profibus-DP现场总线通信系统的组建2.Profiubs的GSD文件 GSD文件是不同生产厂商为其产品提供电子设备数据库的文件，对Profibus-DP设备的特性（如波特率、信息长度、诊断信息等进行详细说明，目的是将不同厂家生产的Profibus-DP设备集成在一起。2.3 Profibus DP现场总线通信系统的组建2.3.4 S7-300 PLC与S7-200 PLC之间Profibus-DP现场总线通信系统的组建2.Profiubs的GSD文件GSD文件包含通信通用的规范和设备专用的规范，其文件结构可以分为以下3个部分。（1)一般规范。这部分包括制造商的信息设备的名称、硬件和软件的版本状况、所支持的传输速率、可能的监视时间间隔以及在总线连接器上的信号分配等。（2)与DP主站有关的规范。这部分包含所有与主站有关的参数，如最大可连接的从站个数、上装和下载选项等。这部分内容不能用于从站设备。（3)与DP从站有关的规范。这部分包括与从站有关的信息，如输入输出通道的数量和类型。通过读GSD到组态程序中，用户可以获得最合适使用的设备专用通信特性。为了支持设备商，Profibus网站上有GSD编辑、检查程序可供下载，便于用户创建和检查GSD文件，也有专用的GSD文件库供相关设备的用户下载使用。2.3 Profibus DP现场总线通信系统的组建2.3.4 S7-300 PLC与S7-200 PLC之间Profibus-DP现场总线通信系统的组建3.系统的构建S7-300与S7-200通过EM277进行Profibus-DP通讯，Profibus-DP的所有组态工作有主站完成。在S7-200系统中不需要对通讯进行组态和编程，只需要将要进行通讯的数据整理存放在V 存储区与S7-300组态的EM277从站时的硬件I/O地址相对应就可以了。2.3 Profibus DP现场总线通信系统的组建2.3.4 S7-300 PLC与S7-200 PLC之间Profibus-DP现场总线通信系统的组建系统配置要求单主站Profibus-DP网络系统，采用Profibus-DP通信方式实现S7-200PLC与S7-300PLC之间的数据通信，如图2-54所示。设定S7-300的数据接收地址为IB10、IB11,发送地址为QB10、QB11；设定S7-200PLC的数据接收区地址为VB100和VB101,发送区地址为VB102、VB103。2.3 Profibus DP现场总线通信系统的组建2.3.4 S7-300 PLC与S7-200 PLC之间Profibus-DP现场总线通信系统的组建 数据的交换设备配置2.3 Profibus DP现场总线通信系统的组建2.3.4 S7-300 PLC与S7-200 PLC之间Profibus-DP现场总线通信系统的组建2.3 Profibus DP现场总线通信系统的组建2.3.5 S7-300 PLC与MM420 变频器之间Profibus-DP现场总线通信系统的组建控制要求PLC作为系统的控制器根据系统控制要求，采用变频器控制电动机。系统配置情况如下。1）1类主站为S7-300PLC，CPU型号为CPU314C-2DP，货号为314-6CG03-0AB0 V2.6；电源型号为PS307 2A。2）带DP接口的MM420变频器从站，相关参数如下：货号：6SE6420-2UC17-5AA1。输入电压范围:(200240)(110%)V。输出频率范围：0650Hz。适配电动机功率:0.75kW。3）计算机作为监控站，通过MPI电缆与S7-300PLC连接，用于实现对S7-300PLC编对Profibus-DP网络组态、通信设置。2.4 Profibus总线系统的维护维修 电缆的接地问题 屏蔽电缆的接地示意图2.4 Profibus总线系统的维护维修 A、B线径的混淆在连接每一个站点时，要注意不要混淆DP和PA电缆的两根A、B线径应该准确地接入D型接头的相应端上，如果在某一个站点上A、B的接入被颠倒了，则此站点不能被正确接入总线，系统认不出此站点。关于连接安装中其他常见问题还有：(1)导线与接头端子未接触好。(2)电缆屏蔽层没有与地连接好。(3)在接头内部连线时，发生短路。(4)接入的抗干扰的端子电阻太多了，一般只需在电缆的两端各接入一个，在某些情况下（尤其是在室内短路的范围试验时）或者可以根本不用终端电阻。(5)电缆间的最短距离没有保证2.4 Profibus总线系统的维护维修 A、B线径的混淆终端电阻的设置2.4 Profibus总线系统的维护维修 运行期间的常见错误 除了在安装过程中的各种常见问题致使系统不能正常运行外，在运行期间的错误也应该引起注意，此类错误常见的有以下几种。地址设置出错。错误的功能初始2经参数和组态参数配置。INDENT标识号错。WATCHDOG的时间值对从站来说太小。对多段的Profibus系统，当要扩展新的线段时，还可使用总线连接器.2.4 Profibus总线系统的维护维修 Profibus的网络监听器BUS MONITOR实际上就是一个Profibus的网络（协议分析）监听器，类似现有的许多网络监听工具，它是一种重要的维护、试车、发现并修理故障的工具。通常的故障例如地址冲突、线缆断开和参数配置错误等极易被识别，意外的错误诸如过载、通信错误等都可以被捕获并记录下来。Profibus ANALYZER 外观图 PROFITRACE示意图四、为了防止安装过程中的错误，还可以使用各种检查设备，如手持的网络查错设备、BUSMONITOR 等。