1、工业控制网络技术第四章第四章 现场总线及其应用现场总线及其应用现场总线的发展历程现场总线的发展历程现场总线概述现场总线概述20世纪60年代，人们利用微处理器和一些外围电路构成了数字式仪表取代模拟仪表，提高了系统的控制精度和灵活性，在多回路的巡回采样和控制中表现了传统模拟仪表无法比拟的优越性。20世纪80年代，随着工业控制系统的日益复杂，用单片机作为前置机的分层控制系统开始出现。由单片机对现场设备进行过程控制，由中小型计算机对生产工作进行集中管理，实现了控制功能和管理功能的分离。20世纪90年代以后，随着工业控制系统的进一步扩大和芯片性价比的进一步提高，前置机被压缩进了现场设备之中形成了智能仪表
2、，而中控计算机由于分布计算省去很多控制工作而有能力管理更多的节点。现场总线的特点现场总线的特点现场总线概述现场总线概述1开放性。现场总线的开放性有几层含义。一是指相关标准的一致性和公开性，开放的标准有利于不同厂家设备之间的互连与替换。二是系统集成的透明性和开放性，用户进行系统设计、集成和重构的能力大大提高。三是产品竞争的公正性和公开性，用户可按自己的需要和评价，选用不同供应商的产品组成大小随意的系统。2交互性。现场总线设备的交互性一是指上层网络与现场设备之间具有相互沟通的能力。二是指现场设备之间具有相互沟通的能力，也就是具有互操作性。三是指不同厂家的同类设备可以相互替换，也就是具有互换性。3自
3、治性。由于智能仪表将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能下载到现场设备中完成，因此一台单独的现场设备即具有自动控制的基本功能，可以随时诊断自己的运行状况，实现功能的自治。4适应性。安装在工业生产第一线的现场总线是专为恶劣环境而设计的，对现场环境具有很强的适应性。具有防电、防磁、防潮和较强的抗干扰能力，可满足本质安全防爆要求，可支持多种通讯媒体如双绞线，同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等。PROFIBUSPROFIBUS网络组成网络组成PROFIBUSPROFIBUS介绍介绍名名 称称PROFIBUS-FMSPROFIBUS-DPPROFIBUS-PA用用 途途通用目的自动化工厂自动化
4、过程自动化过程自动化目目 的的通用快速面向应用面向应用特特 点点大范围连网通信多主通信即插即用高效、廉价总线供电总线供电本质安全本质安全传输介质传输介质RS485 或或 光纤光纤RS485 或或 光纤光纤IEC 1158-2PROFIBUSPROFIBUS层级构成层级构成PROFIBUSPROFIBUS介绍介绍PROFIBUSPROFIBUS网络协议网络协议PROFIBUSPROFIBUS介绍介绍1 1DPDP协议：协议：PROFIBUS-DP协议采用主从通信方式，主要实现主站（控制器）与从站（现场设备，包含智能传感、执行机构，分布式I/O等），但主站之间不能直接通信。2 2PAPA协议：协议
5、：主要用于过程控制系统的现场总线通信，逻辑协议与DP相同、但物理层采用IEC1131-1作为通信介质，支持现场设备总线供电，如果安装防爆栅则可用于本质安全系统。3 3FMSFMS协议：协议：采用数据报文作为协议数据单元（PDU），可以实现PLC与PLC之间的主主通信，主要用于车间级通信，但用于海量数据通信时效率低下，随着工业以太网的发展已经逐渐被淘汰。4 4FDLFDL协议：协议：自由第二层（数据链路层）通信协议，协议数据单元（PDU）为数据帧，通用DP通信模块CP342-5（用于S7-300）及CP442-5（用于S7-400）支持该协议，可以实现简单的主主通信。5 5S7S7协议：协议：建
6、立在MPI、PROFIBUS及工业以太网之上的综合通信协议，主要实现S7-400之间、S7-400与S7-300及PLC与上位机之间的通信，但由于系统资源问题，S7-300之间无法使用该协议进行主主通信。PLCPLC作为主站连接作为主站连接ET-200ET-200S7S7系列系列PLCPLC的的DPDP应用应用网络配置网络配置创建项目创建项目PLCPLC作为主站连接作为主站连接ET-200ET-200S7S7系列系列PLCPLC的的DPDP应用应用添加添加CPUCPU模块、设置模块、设置DPDP口参数、创建口参数、创建DPDP子网子网PLCPLC作为主站连接作为主站连接ET-200ET-200
7、S7S7系列系列PLCPLC的的DPDP应用应用添加从站添加从站DPDP接口接口PLCPLC作为主站连接作为主站连接ET-200ET-200S7S7系列系列PLCPLC的的DPDP应用应用设置从站设置从站DPDP地址地址PLCPLC作为主站连接作为主站连接ET-200ET-200S7S7系列系列PLCPLC的的DPDP应用应用在从站上添加在从站上添加I/OI/O模块并设置模块并设置I/OI/O地址地址CP342-5CP342-5作为主站连接作为主站连接ET-200ET-200S7S7系列系列PLCPLC的的DPDP应用应用网络配置网络配置创建项目创建项目CP342-5CP342-5作为主站连接
8、作为主站连接ET-200ET-200S7S7系列系列PLCPLC的的DPDP应用应用设置设置CP342-5CP342-5网络地址及操作模式网络地址及操作模式CP342-5CP342-5作为主站连接作为主站连接ET-200ET-200S7S7系列系列PLCPLC的的DPDP应用应用添加添加ET-200ET-200并设置地址并设置地址在在OB1OB1中调用中调用FC1FC1、FC2FC2建立通信区建立通信区CP342-5CP342-5作为从站通信作为从站通信S7S7系列系列PLCPLC的的DPDP应用应用网络配置网络配置建立项目建立项目CP342-5CP342-5作为从站通信作为从站通信S7S7系
9、列系列PLCPLC的的DPDP应用应用在项目中插入从站并组态在项目中插入从站并组态CP342-5CP342-5模块，将模式设为模块，将模式设为slaveslaveCP342-5CP342-5作为从站通信作为从站通信S7S7系列系列PLCPLC的的DPDP应用应用建立主站，将建好的从站连接到主站建立主站，将建好的从站连接到主站CP342-5CP342-5作为从站通信作为从站通信S7S7系列系列PLCPLC的的DPDP应用应用设置主站与从站的通信接口区设置主站与从站的通信接口区CP342-5CP342-5作为从站通信作为从站通信S7S7系列系列PLCPLC的的DPDP应用应用在在OB1OB1中编写
10、程序建立通信中编写程序建立通信S7-300S7-300与与EM277EM277通信通信第三方通信第三方通信在项目中添加在项目中添加S7-300S7-300作为主站作为主站S7-300S7-300与与EM277EM277通信通信第三方通信第三方通信硬件组态中导入第三方设备的硬件组态中导入第三方设备的GSDGSD文件文件S7-300S7-300与与EM277EM277通信通信第三方通信第三方通信在在DPDP子网中加入子网中加入EM277EM277并选择通信方式并选择通信方式S7-300S7-300与与EM277EM277通信通信第三方通信第三方通信在模块在模块EM277EM277的的PROFIBU
11、SPROFIBUS属性中设置其属性中设置其DPDP地址地址S7-300S7-300与与EM277EM277通信通信第三方通信第三方通信通过模块上的拨码开关确定通过模块上的拨码开关确定EM277EM277的地址的地址S7-300S7-300与与EM277EM277通信通信第三方通信第三方通信在双方编程软件中监控通信情况在双方编程软件中监控通信情况主站（主站（S7-300S7-300）从站（从站（S7-200S7-200）FDLFDL通信（双方采用通信（双方采用CP342-5CP342-5）创建项目，创建项目，CP342-5CP342-5模块选择模块选择NO DPNO DP操作模式操作模式自由第二
12、层自由第二层FDLFDL通信通信FDLFDL通信（双方采用通信（双方采用CP342-5CP342-5）打开网络配置，将打开网络配置，将PLCPLC接入网络并插入新连接接入网络并插入新连接自由第二层自由第二层FDLFDL通信通信FDLFDL通信（双方采用通信（双方采用CP342-5CP342-5）选择通信对象、通信协议并确定编程参数选择通信对象、通信协议并确定编程参数自由第二层自由第二层FDLFDL通信通信FDLFDL通信（双方采用通信（双方采用CP342-5CP342-5）选择通信对象、通信协议并确定编程参数选择通信对象、通信协议并确定编程参数自由第二层自由第二层FDLFDL通信通信注意：注意
13、：因为本例中两个站分属不同项目，因此选择因为本例中两个站分属不同项目，因此选择UnspecifiedUnspecifiedFDLFDL通信（双方采用通信（双方采用CP342-5CP342-5）选择选择Free Layer2Free Layer2选项并确定地址及选项并确定地址及LSAPLSAP自由第二层自由第二层FDLFDL通信通信FDLFDL通信（双方采用通信（双方采用CP342-5CP342-5）组态组态2 2号站的号站的FDLFDL连接连接自由第二层自由第二层FDLFDL通信通信FDLFDL通信（双方采用通信（双方采用CP342-5CP342-5）在两个项目中分别编写通信程序在两个项目中分
14、别编写通信程序自由第二层自由第二层FDLFDL通信通信S7-400S7-400冗余系统冗余系统系统构成系统构成特殊环境下的现场总线特殊环境下的现场总线S7-400S7-400冗余系统冗余系统创建项目（选择创建项目（选择H H站而不是站而不是400400站），添加机架站），添加机架特殊环境下的现场总线特殊环境下的现场总线S7-400S7-400冗余系统冗余系统在机架上添加在机架上添加CPUCPU模块和以太网模块模块和以太网模块特殊环境下的现场总线特殊环境下的现场总线S7-400S7-400冗余系统冗余系统通过复制粘贴增加一个机架通过复制粘贴增加一个机架特殊环境下的现场总线特殊环境下的现场总线S7
15、-400S7-400冗余系统冗余系统设置设置CPUCPU中的冗余参数中的冗余参数特殊环境下的现场总线特殊环境下的现场总线S7-400S7-400冗余系统冗余系统配置配置ET-200ET-200特殊环境下的现场总线特殊环境下的现场总线S7-400S7-400冗余系统冗余系统配置配置Y-LinkY-Link耦合器耦合器特殊环境下的现场总线特殊环境下的现场总线运动控制系统运动控制系统创建项目，调整创建项目，调整MPIMPI通信速率通信速率特殊环境下的现场总线特殊环境下的现场总线运动控制系统运动控制系统创建项目，调整创建项目，调整MPIMPI通信速率通信速率特殊环境下的现场总线特殊环境下的现场总线运动控制系统运动控制系统设置设置PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP属性属性特殊环境下的现场总线特殊环境下的现场总线运动控制系统运动控制系统在子网上加入运动控制器在子网上加入运动控制器特殊环境下的现场总线特殊环境下的现场总线运动控制系统运动控制系统设置轴参数和时钟同步设置轴参数和时钟同步特殊环境下的现场总线特殊环境下的现场总线运动控制系统运动控制系统下载组态参数下载组态参数特殊环境下的现场总线特殊环境下的现场总线运动控制系统运动控制系统激活工艺参数激活工艺参数特殊环境下的现场总线特殊环境下的现场总线
