毕业设计论文：基于西门子 PROFIBUS 通讯实现.doc

1、毕业设计论文南京机电职业技术学 院南京机电职业技术学院毕 业 设 计(论 文)题目 基于西门子 PROFIBUS 通讯实现数据共享系部 自动化工程系 专业 电气自动化姓名 学号指导教师2014 年3 月20 日2毕业设计论文南京机电职业技术学 院目录摘要 . 4绪论 . 3S7 系列 PLC 简介. 5S7-300PLC/400PLC 简介. 6STEP7 编程软件的使用方法 . 7调试方案 . 15过程发现的问题、以及解决方案 . 15结论 . 16致谢 . 16参考文献 . 173毕业设计论文 南京机电职业技术学院基于西门子300-200PLC 之间的 PROFIBUS 通讯实现数据共享摘

2、要 随着工业自动化控制理论、计算机技术和通信技术的飞速发展，各类控制系统的竞争日益强烈，用户对工业自动化控制系统的可靠性，复杂性，功能性， 人机界面的友好性，数据分析和数据管理的快速性，系统安装的调试和运行维护的方便性等体现出了越来越高的要求性。西门子自动化与驱动集团作为全球自动化领域技术、标准与市场的领导者，响应市场的需求，在1996年提出“全集成自动化的概念”。全集成自动化技术是西门子自动化技术与产品的合信思想和主导理念。全集成自动化立足于一种新的概念以实现工业自动化控制任务，解决现有 的系统瓶颈。它将所有的设备和系统都完整的嵌入到一个彻底的自动化解决方案中，采用共同的组态和编程，共同的数

3、据管理和共同的通信。应用这种解决 方案可以大大简化系统的结构、减少大量接口部件，克服上位机和工业控制器之间、连续控制和逻辑控制之间、集成控制和分散控制之间的界限。关键词：PLC，自动化系统绪论PLC 在工业自动控制中的地位 工业自动化系统包括：逻辑控制、系统控制、过程控制和运动控制等。其中逻辑控制系统通常使用电控装置，过程控制系统通常使用电议装置，运动控制系统通常使用电转装置。4毕业设计论文 南京机电职业技术学院PLC 集成三电于一体，是一种同时具备逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能和联网通信功能的多功能控制器。因此PLC 被公认为现代化工业自动化三大支柱（PLC、机器人、

4、CADDAM）。西门子 PLC 产品的发展历程西门子公司早在 1979 年，S3 系列被 S5 系列所取代，该产品广泛的使用了微处理器。20 世纪 80 年代初，S5 系列进一步升级为 U 系列 PLC，较常使用的机型有： S5_90U、95U、100U、115U、135U、155U，该系列产品在工业自动化领域得到了广泛的使用。20 世纪 90 年代初，S7 系列 PLC 诞生，它具有体积小，速度快，标准化，具有网络通信功能，功能更强，可靠信高，window 是系统兼容。其机型分为 S7-200、S7-300、S7-400。S7 系列 PLC 简介1S7 系列：传统意义的 PLC 产品， S7

5、-200 是5毕业设计论文 南京机电职业技术学院针对低性能要求的小型 PLC。S7-300 是模块式中小型 PLC，最多可以扩展 32 个模块。S7-400是大型 PLC，可以扩展 300 多个模块。S7-300/400可以组成 MPI、PROFIBUS 和工业以太网等。2M7-300/400：采用与 S7-300/400 相同的结构，它可以作为 CPU 或功能模块使用。具有 AT 兼容计算机的功能，可以用 C，C或 CFC 等语言来编程。3C7 由 S7-300 PLC，HMI（人机接口）操作面板、I/O、通信和过程监控系统组成。4WinAC 基于 Windows 和标准的接口(Active

6、X，OPC)，提供软件 PLC 或插槽 PLC。S7-300/400 系列 PLC 简介S7-300 系列 PLC1、系统结构S7-300 的 CPU 模块（简称为 CPU）都有一个编程用的 RS-485 接口，有的有 PROFIBUS-DP接口或 PtP 串行通信接口，可以建立一个 MPI（多点接口）网络或 DP 网络。6毕业设计论文 南京机电职业技术学院1 5 63 2 4 7 8 91.电源模块 2.后备电池 3. 24V DC 连接器4.模式开关 5.状态和故障指示灯6.存储器卡(CPU 313 以上) 7. MPI 多点接口 8.前连接器 9.前盖功能最强的CPU的RAM为512KB

7、，最大8192个存储器位，512 个定时器和 512 个计数器，数字量最大 65536，模拟量通道最大为 4096。有350 多条指令。计数器的计数范围为 1999，定时器的定时范围为 10ms9990s。IM 扩展机架机架2 总 总 总 总 总电源模块 3 4 5 6 7 8 9 10 11 槽号DIN总 总扩展机架机架1IM电源模块 3 4 5 6 7 8 9 10 11 槽号中央机架机架0IM 1 1DIN总 总1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 槽号PS CPU IM SM SM SM SM SM SM 电源模块 CPU 模块图 2-2 S7-300 的安装、多机架的 S7

8、-300 PLC只需要扩展一个机架，可以使用价格便宜的7毕业设计论文 南京机电职业技术学院IM 365 接口模块对。数字量模块从 0 号机架的 4 号槽开始，每个槽位分配 4 个字节的地址，32 个 I/O 点。模拟量模块一个通道占一个字地址。从 IB256开始，给每一个模拟量模块分配 8 个字。（1）模块诊断功能可以诊断出以下故障：失压，熔断器熔断，看门狗故障，EPROM、RAM 故障。模拟量模块共模故障、组态/参数错误、断线、上下溢出。（2）过程中断数字量输入信号上升沿、下降沿中断，模拟量输入超限，CPU 暂停当前程序，处理 OB40。1状态与故障显示 LEDSF（系统出错/故障显示，红色

9、）：CPU 硬件故障或软件错误时亮。BATF（电池故障，红色）：电池电压低或没有电池时亮。DC 5V（5V 电源指示，绿色）： 5V 电源正常时亮。FRCE（强制，黄色）：至少有一个 I/O 被强制时亮。8毕业设计论文 南京机电职业技术学院RUN（运行方式，绿色）：CPU 处于 RUN 状态时亮；重新启动时以 2 Hz的频率闪亮；HOLD（单步、断点）状态时以 0.5Hz 的频率闪亮。STOP（停止方式，黄色）：CPU 处于 STOP，HOLD 状态或重新启动时常亮。BUSF（总线错误，红色）。SF SF DPBATF BASFDC 5VFRCE 状态与故障LEDRANSTOP 存储器卡插槽

10、RAN-PRAN模式选择器STOPMRES后备电池 多点接口(MPI)电源与系统接地端子PROFIBUS-DP接口图 2-4 CPU 318-2 的面板 2模式选择开关（a）RUN-P(运行-编程)位置：运行时还可以读出和修改用户程序，改变运行方式。（b）RUN (运行)位置：CPU 执行、读出用户程序，但是不能修改用户程序。（c）STOP（停止）位置：不执行用户程序，可以读出和修改用户程序。9毕业设计论文 南京机电职业技术学院（d）MRES（清除存储器）：不能保持。将钥匙开关从 STOP 状态搬到 MRES 位置，可复位存储器，使CPU 回到初始状态。复位存储器操作：通电后从 STOP 位置

11、扳到MRES 位置，“STOP”LED 熄灭1s，亮1s，再熄灭 1s 后保持亮。放开开关，使它回到 STOP位置，然后又回到MRES，“STOP”LED 以2Hz的频率至少闪动 3s，表示正在执行复位，最后“STOP”LED 一直亮。某些CPU 模块上有集成I/O。PLC 使用的物理存储器：RAM，ROM，快闪存储器（Flash EPROM）和EEPROM。STEP 7 编程软件的使用方法 一 、 STEP 7 概述STEP 7 用于S7，M7，C7 的编程、监控和参数设置，基于STEP 7 V5.2 版。STEP 7 具有以下功能：硬件配置和参数设置、通信组态、编程、测试、启动和维护、文件

12、建档、运行和诊断功能等。STEP 7 的硬件接口：PC./MPI 适配器RS-232C 通信电缆。计算机的通信卡CP 5611（PCI 卡 ）、CP 551110毕业设计论文 南京机电职业技术学院或 CP 5512（PCMCIA 卡）将计算机连接到 MPI或 PROFIBUS 网络。计算机的工业以太网通信卡 CP 1512（PCMCIA 卡 ）或 CP 1612（PCI 卡 ），通过工业以太网实现计算机与 PLC 的通信。STEP 7 的授权在软盘中。STEP 7 光盘上的程序用于显示、安装和取出授权。二、 STEP 7 的编程功能1编程语言3 种基本的编程语言：梯形图(LAD)、功能块图(F

13、BD) 和语句表(STL)。S7-SCL (结构化控制语言) ，S7-GRAPH（顺序功能图语言），S7 HiGraph 和 CFC。2符号表编辑器3增强的测试和服务功能设置断点、强制输入和输出、多CPU 运行(仅限于 S7-400)，重新布线、显示交叉参考表、状态功能、 直接下载和调试块、 同时监测几个块的状态等。程序中的特殊点可以通过输入符号名或地址快速查找。4STEP 7 的帮助功能按 F1 键便可以得到与它们有关的在线帮助。11毕业设计论文 南京机电职业技术学院菜单命令“Helpcontents”进入帮助窗口。三、 STEP 7 的硬件组态与诊断功能1硬件组态（1）系统组态：选择硬件机

14、架，模块分配给机架中希望的插槽。（2）CPU 的参数设置。（3）模块的参数设置。可以防止输入错误的数据。2通信组态（1）网络连接的组态和显示；（2）设置用 MPI 或 PROFIBUS-DP 连接的设备之间的周期性数据传送的参数。（3）设置用 MPI、PROFIBUS 或工业以太网实现的事件驱动的数据传输，用通信块编程。3系统诊断（1）快速浏览 CPU 的数据和用户程序在运行中的故障原因。（2）用图形方式显示硬件配置、模块故障；显示诊断缓冲区的信息等。4 硬件组态与参数设置4. 1 项目的创建与项目的结构插入新的对象的方法。12毕业设计论文 南京机电职业技术学院4.2 硬件组态图 4-2 S7

15、-300 的硬件组态窗口系统数据（System Data）包括硬件组态、网络组态和连接表，也下载到 CPU。4.2 在线连接的建立与在线操作（1）建立在线连接通过硬件接口连接计算机和 PLC 必须，然后通过在线的项目窗口访问 PLC。管理器中执行菜单命令“ViewOnline”、“ViewOffline”进入离线状态。在线窗口显示的是 PLC 中的内容，离线窗口显示的是计算机中的内容。如果 PLC 与 STEP 7 中的程序和组态数据是一致的，在线窗口显示的是 PLC 与 STEP 7 中13毕业设计论文 南京机电职业技术学院的数据的组合。（2）处理模式与测试模式在设置 CPU 属性的对话框中

16、的“Protection”（保护）标签页选择处理（Process）模式或测试（Test）模式。（3）在线操作进入在线状态后，执行菜单命令“PLCDiagnostics/Settings”中不同的子命令。进入在线状态后，“PLC”主菜单中的命令功能。设置了口令后，执行在线功能时，会显示出“Enter Password”对话框。若输入的口令正确，就可以访问该模块。用菜单命令“PLCAccessRights Setup”输入口令。4.3 下载与上载（1）下载的准备工作计算机与 CPU 之间必须建立起连接，要下载的程序已编译好；在 RUN-P 模式一次只能下载一个块，建议在 STOP 模式下载。在保存

17、块或下载块时，STEP 7 首先进行语法检查，应改正检查出来的错误。下载前应将 CPU中的用户存储器复位。可以用模式选择开关复14毕业设计论文 南京机电职业技术学院位 ，CPU 进入 STOP 模式，再用菜单命令“PLCClear/Reset”复位存储器。（2）下载的方法1在离线模式下载在管理器的块工作区选择块，可用 Ctrl 键和Shift 键选择多个块，用菜单命令“PLCDownload”将被选择的块下载到 CPU。在管理器左边的目录窗口中选择 Blocks 对象，下载所有的块和系统数据。对块编程或组态硬件和网络时，在当时主窗口，用菜单命令“ PLCDownload”下载当前正在编辑的对象

18、。（3）上载程序可以用“ PLCUpload”命令从 CPU 的RAM 装载存储器中，把块的当前内容上载到计算机打开的项目中。4.4 故障诊断4.4.1 故障诊断的基本方法 当前组态与实模块故障 无法诊断 际组态不匹配起动 停止多机运行模式中被运行另一CPU触发停止强制与运行 保持15毕业设计论文 南京机电职业技术学院图 4-20 诊断符号在管理器中用 “ViewOnline”打开在线窗口。查看是否有 CPU 显示诊断符号。4.4.2 模块信息在故障诊断中的应用（1）打开模块信息窗口建立在线连接后，在管理器中选择要检查的站，执行菜单命令“PLCDiagnostics/ SettingsModu

19、le Information”，显示该站中 CPU 模块的信息。诊断缓冲区（Diagnostic Buffer）标签页中，给出了 CPU 中发生的事件一览表。图 4-21 CPU 模块的在线模块信息窗口最上面的事件是最近发生的事件。因编程错误造成 CPU 进入 STOP 模式，选择该事件，并点16毕业设计论文 南京机电职业技术学院击“Open Block”按钮，将在程序编辑器中打开与错误有关的块，显示出错的程序段。（2） 用快速视窗和诊断视窗诊断故障1用快速视窗诊断故障管理器中选择要检查的站，用命令“PLCDiagnostics/SettingsHardware Diagnose”打开CPU

20、的硬件诊断快速视窗（Quick View），显示该站中的故障模块。用命令“OptionCustomize”，在打开的对话框的“View”标签页中，应激活“诊断时显示快速视窗”。图 4-22 快速视窗2打开诊断视窗诊断视窗实际上就是在线的硬件组态窗口。在快速视窗中点击“Open Station Online”（在线打开站）按键，打开硬件组态的在线诊断视窗。在管理器中与 PLC 建立在线连接。打开一个17毕业设计论文 南京机电职业技术学院站的“Hardware”对象，可以打开诊断视窗。3诊断视窗的信息功能诊断视窗显示整个站在线的组态。用命令“ PLCModule Information”查看其模块

21、状态。4.5 用户程序中的块操作系统处理起动、刷新过程映像表、调用用户程序、处理中断和错误、管理存储区和处理通信等。用户程序包含处理用户特定的自动化任务所需要的所有功能。用户程序和所需的数据放置在块中，使程序部件标准化，用户程序结构化，可以简化程序组织，使程序易于修改、查错和调试。块结构显著地增加了PLC 程序的组织透明性、可理解性和易维护性。表4-23 用户程序中的块块 简要描述组 织 块 操作系统与用户程序的接口，决定用（OB） 户程序的结构系 统 功 集成在CPU 模块中，通过SFB 调用能 块 一些重要的系统功能，有存储区18毕业设计论文 南京机电职业技术学院（SFB）系 统 功 集成

22、在 CPU 模块中，通过 SFC 调用能（SFC）一些重要的系统功能，无存储区功 能 块 用户编写的包含经常使用的功能的（FB） 子程序，有存储区功 能 用户编写的包含经常使用的功能的（FC） 子程序，无存储区背 景 数 调用 FB 和 SFB 时用于传递参数的数据 块 据块，在编译过程中自动生成数据（DI）共 享 数 存储用户数据的数据区域，供所有的据 块 块共享（DB）PROFIBUS 网络通信 一 、 PROFIBUS 协议现场总线的主要特征就是采用数字通信方式取代设备级的 DC24V（数字量）。PROFIBUS19毕业设计论文 南京机电职业技术学院是目前世界上通用的现场总线标准之一，它

23、以独特的技术特点，严格的认证规范、开放的标准而得到众多厂商的支持和不断的发展。PROFIBUS广泛应用在制造业、楼宇、过程控制和电站自动化，尤其是 PLC 的网络控制，是一种开放式，数字化，多点通信的底层控制网络。在本论文中，主要介绍的是 PROFIBUSDP 通信。PROFIBUS-DP：主站和从站之间采用轮询的用心方式实现基于分布式 I/O 的高速数据交换，主要应用于制造业自动化系统现场通信。PROFIBUS 总线访问控制能够满足两个要求：1） 同级别的 PLC 或 PC 之间的通信要求每个总线站点能够在规定的时间内获得充分的机会来完成它的通信任务。2） 复杂的 PLC 或 PC 与简单的

24、分布式处理I/O 外设之间的还素居通信一定要快速并应尽可能的降低协议开销PRUFIBUS 通过使用混合的总线控制机制来达到要求，包括主站之间的 Token 转地方式和主站与从站之间的主从方式，即 Token和主从行规。20毕业设计论文 南京机电职业技术学院典型的 PROFIBUS-DP 标准结构即是基于这种总线访问行规，也即 DP 主站与 DP 从站之间的通信于主从原理，DP 主站按轮询表依次访问 DP 从站二 、 通过 PROFIBUS 通讯实现主站和各个从站的数据共享用 S7-300 与 S7-200 通 过 EM277PROFIBUS_DP 通讯实现 300PLC 与 200PLC 的数

25、据共享。1、S7-300 硬件组态（符合通信要求的硬件组态）、S7-300 对 EM277 分配电址（分配地址需要做好I/O 分配）：3、S7-300 对 EM277 分配电址偏移量进行设置、DP 从站的通讯地址必须与硬件 200PLC 的EM277 通讯模块地址一致，否则出错。DP 通信21毕业设计论文 南京机电职业技术学院模块地址 DP 头主站和尾站需要设置到到 ON 模式，在非主站尾站 EM277 模块中设置到 OFF 模式。通讯地址设置：2、S7-300 软件设计，在数据共享程序设计中，需要前提分配共享地址区域，在分配好之后，进行程序设置。本程序仅供参考。在本程序中，利22毕业设计论文

26、 南京机电职业技术学院用外设变量和内部变量结合的方式实现本地和远程的数据交换和数据共享。部分程序简单分析、MOVE 指令不做详细说明，本程序仅提供从站 DB103 为说明对象：L PID 128 外设变量 ID128 TO ACC0T DB103.DBD 32 ACC0TO DB103.DBD32L PID 132 外设变量 ID132 TO ACC0T DB103.DBD 36 ACC0TO DB103.DBD36L PID 136 外设变量 ID136 TO ACC0T DB103.DBD 40 ACC0TO DB103.DBD40L PID 140 外设变量 ID140 TO ACC0T

27、 DB103.DBD 44 ACC0TO DB103.DBD44L PID 144 外设变23毕业设计论文 南京机电职业技术学院量 ID144 TO ACC0T DB103.DBD 48 ACC0TO DB103.DBD48L PID 148 外设变量 ID148 TO ACC0T DB103.DBD 52 ACC0TO DB103.DBD52L PID 152 外设变量 ID152 TO ACC0T DB103.DBD 56 ACC0TO DB103.DBD56L PID 156 外设变量 ID156 TO ACC0T DB103.DBD 60 ACC0TO DB103.DBD6024毕业设

28、计论文 南京机电职业技术学院调试方案一般的调试流程1. 首先检查电源是否正确接入，观察总电源灯，PLC 电源灯是否正常亮起，空气开关有无跳闸，保险丝有无烧断，24V 电压模块有无输出电压。2. 在供电正常情况下，通过短接线依次试触各输出点，试验各执行部件是否正常工作。确定各个站点的EM277通讯模块的地址旋钮是否和程序硬件组态一致。3. 关闭电源，根据程序，正确将PLC 输入输出点与控制面板相连，并通过串口联接到PC。确保无误后上电。4. 下载编写好的程序，如无法正常下下载检查联接设置。25毕业设计论文 南京机电职业技术学院5. 通过WINCC V7.0来监控是否达到数据共享的目的。在WINC

29、C V7.0的组态画面中实现主站和各个从站的数据监控，组态画面中，讲各个从站的数据共享到西门子S7-300PLC中，并且，从站均可以访问数据共享区域，最终实现通信目的。过程发现的问题、以及解决方案在整个毕业设计编程过程中，发现一些问题。比如，各个站点通讯不上，主站报警持续，从站未与主站连接成功 ，EM277 通讯模块报警等一系列问题，在自己的不断努力之下，解决了这些问题。以上是设计过程所遇到的问题，在问题解决方面，在经过与指导老师和企业老师讨论之下，得到了解决。对于各个站点通讯不上，其原因是26毕业设计论文 南京机电职业技术学院由于 DP 网络未形成整体，也有一种原因是 DP 头设置模式不对，

30、主站尾站 ON 模式，中间其他从站为 OFF 模式。从站未与主站连接成功原因可能是程序未加载成功，也有可能是西门子 S7-300硬件组态不正确，总之，在实践过程中，问题不止一种，解决方法多种。在于思考，在于实践。结论如今的可编程控制器已经成为工业控制领域的主流控制设备，发挥着越来越大的作用。计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，会在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。在 PLC 设计过程中,从硬件设计到软件设计几乎是开发者针对本系统特点亲自完成的。PLC的软件调试相对于硬件连接来说

31、要复杂的多，需要用的到的软件更是多种多样，有编程的，有负责连接 PLC 与编程软件的，还有监控用的软件，学习与熟悉这些软件的过程无形中消耗了编者大量的精力。PLC 系统的硬件和软件是不能分开27毕业设计论文 南京机电职业技术学院的,有的硬件错误是在软件调试中被发现和纠正的。但通常是先排除明显的硬件故障以后,再和软件结合起来调试以进一步排除故障。可见硬件的调试是基础,如果硬件调试不通过,软件设计则是无从做起。人机界面的设计也是 PLC 实现自动化控制必不可少的途径，可以实现减少工程的优点，实现自动化控制的简单化。致谢在机电学院的三年大学生活马上就要结束了，在这几年里我学到了很多东西。首先，我要感

32、谢对教学工作作出贡献的各位老师。你们教了我很多专业知识，而且更重要的教会了我做人的道理，这些将对我以后的人生起到很好的不可忽视作用。其次感谢实习企业巨林公司。在不断学习中完善自己。通过对基于西门子 PROFIBUS 通讯实现数据共享的设计，掌握了西门子系列的组态编程软件，在学习与设计的过程中，了解所设计工程的工艺流程，以及对通信硬件的了解。对软件的深知。本论文的构思，撰写，在史丹青老师的指导下完成，在编程设计时时给予热心的指导与帮28毕业设计论文 南京机电职业技术学院助，他的谆谆教诲给予我更加努力的动力。在此，表示对史丹青老师的深深感谢。在论文设计的过程中，感谢对我帮助的同学，在我遇到困难时，

33、深处援助之手的实习企业同事们表示万分感谢。即将毕业，心中难免有些不舍，最后，感谢亲爱的辅导员张立凤老师和系部潘主任彭书记，这三年你们教会了我许多东西，做人，做事。更是给了我从事自己喜爱的工作的机会。我会努力工作学习，为学校争光，不负你们的期望。值此论文完成之际，谨向所有曾对我帮助和指导的老师、同学和朋友们致以衷心的感谢！29毕业设计论文 南京机电职业技术学院参考文献1 钱晓龙，李鸿儒.智能电器与 MicroLogix 控制器M.北京：机械工业出版社.20032 李凤阁，佟为明，等编著.电气控制与可编程序控制器应用技术M.北京机械工业出版社.2007 3 顾德英，罗长杰，等编著.现代电气控制技术

34、M.北京：北京邮电大学出版社.20064 陈在平,等编著.可编程序控制器（PLC）系统设计.北京：电子工业出版社.2007 5 钱晓龙,李鸿儒.编著，MicroLogix 控制器应用实例M.北京：机械工业出版社.20056 赵一丁.软件工程基础M. 北京：北京邮电大学出版社.20067 陈江.基于 DH-485现场总线和以太网的自来水加压泵站自动监控系统. 2001.1013 马志溪.电气工程设计M.北京：机械工业出版社.200214 齐占庆.王振臣电气控制技术M北京：机械工业出版社.200215 史国生电气控制与可编程控制器技术M北京:化学工业出版社.200316 SIMATIC S7-200可编程序控制器 CPU22X 系统手册西门子（中国）有限公司1830