现场总线讲解(课堂PPT).ppt

,监控系统与现场总线,Erste Ebene(Arial 24 Punkt,bei Bedarf fett),Zweite Ebene(Arial 20 Punkt),*,CUMT,监控系统与现场总线,1.,什么是现场总线,现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现,双向串行多节点数字通信的系统,，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。,2.,现场总线的由来,集散控制系统,DCS,（,distributed control system,）,随着生产规模的扩大，操作人员需要综合掌握多点的运行参数与信息，需要同时按多点的信息实行操作控制，于是出现了气动、电动系列的单元组合式仪表，出现了,集中控制室。,生产现场各处的参数通过统一的模拟信号，如,0.02,0.1MPa,的气压信号，,0,10mA,、,4,20mA,的直流电流信号，,1,5V,直流电压信号等，送往集中控制室。,由于模拟信号的传递需要一对一的物理连接，信号变化缓慢，提高计算速度与精度的开销、难度都较大，信号传输的抗干扰能力也较差，人们开始寻求用数字信号取代模拟信号，出现了,直接数字控制。,但是，在,DCS,系统形成的过程中，由于受计算机系统早期存在的系统封闭这一缺陷的影响，,各厂家的产品自成系统，不同厂家的设备不能互连在一起，,难以实现互换与互操作，组成更大范围信息共享的网络系统存在很多困难。,新型的现场总线控制系统则突破了,DCS,系统中通信由专用网络的封闭系统来实现所造成的缺陷，把基于封闭、专用的解决方案变成了基于公开化、标准化的解决方案，,即可以把来自不同厂商而遵守同一协议规范的自动化设备，通过现场总线网络连接成系统，实现综合自动化的各种功能；,同时把,DCS,集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场，依靠现场智能设备本身便可实现基本控制功能。,现场总线控制系统,FCS(fieldbus control system),智能仪表为现场总线的出现奠定了基础,1983,年，,Honeywell,推出了智能化仪表,Smar,变送器，这些带有微处理器芯片的仪表除了在原有模拟仪表的基础上增加了复杂的计算功能之外，还在输出的,4,20mA,直流信号上迭加了数字信号，使现场与控制室之间的连接由模拟信号过渡到了数字信号。,现场总线之所以具有较高的测控能力指数，一是得益于,仪表的微机化,，二是得益于,设备的通信功能。,把微处理器置入现场自控设备、使设备具有数字计算和数字通信能力，一方面提高了信号的测量、控制和传输精度，同时为丰富控制信息的内容，实现其远程传送创造了条件。,伴随着控制系统结构与测控仪表的更新换代，系统的功能、性能也在不断完善与发展，图,4-1,为各阶段测控仪表能力指数示意图。,它表明，测量控制系统从早期基地式模拟仪表只能实现单点、单控制回路的测控功能开始，逐渐发展到按装置或过程的多回路、多变量集中监控，整个装置或车间的优化控制，以致实现生产过程的控制与管理一体化。,每一代更新都带来能力指数的跃变，同时随着工具与功能开发的不断完善，每一代系统的测控能力指数会按各自的增长速率不断升高，为生产过程的控制与管理提供更为完善的服务，带来更大的经济效益。这里，图,4-1,中对能力指数的描述在数值上并不精确，不过是一种示意性的表达而已。,使用现场总线,PROFIBUS PA,的经济优势：,与使用传统的,4-20,mA,模拟信号系统比较,4,几种有影响的现场总线技术,自,80,年代末以来，有几种现场总线技术已逐渐形成其影响并在一些特定的应用领域显示了自己的优势。它们具有各自的特点，也显示了较强的生命力。对现场总线技术的发展已经发挥并将会继续发挥较大作用。,(1),基金会现场总线,基金会现场总线,(FF,，,Foundation Fieldbus),是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的技术。,其前身是以美国,Fisher,Rosemount,公司为首，联合,Foxboro,、横河、,ABB,、西门子等,80,家公司制订的,ISP,协议和以,Honeywell,公司为首，联合欧洲等地的,150,家公司制订的,WorldFIP,协议。,屈于用户的压力，这两大集团于,1994,年,9,月合并，成立了现场总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。,H1,的传输速率为,31.25kbps,，通信距离可达,1900m(,可加中继器延长,),，可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。,H2,的传输速率可为,1Mbps,和,2,5Mbps,两种，其通信距离分别为,750m,和,500m,。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射，协议符合,IECll58,2,标准。,其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码。,基金会现场总线分低速,H1,和高速,H2,两种通信速率。,本质安全型电气设备的原理：,通过选择电气设备电路的各种参数或采取保护措施来限制电路的火花放电能量和热能，使其在正常工作和规定的故障状态下，产生的电火花的热效应均不能点燃周围环境的爆炸性混合物，从而实现了电气防爆。,这种电气设备的电路本身就具有防爆性能，也就是从“本质”上就是安全的，故称为本质安全型（本安型）。,基金会现场总线的主要技术内容，包括：,FF,通信协议；,用于完成开放互连模型中第,2,7,层通信协议的通信栈,(Communication Stack),；,用于描述设备特征、参数、属性及操作接口的,DDL,设备描述语言、设备描述字典；,用于实现测量、控制、工程量转换等应用功能的功能块、实现系统组态、调度、管理等功能的系统软件技术；,以及构筑集成自动化系统、网络系统的系统集成技术。,(2)LonWorks,LonWorks,是又一具有强劲实力的现场总线技术。它是由美国,Echelon,公司推出并由它与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于,1990,年正式公布而形成的。,它采用了,ISO,OSI,模型的全部七层通讯协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其通信速率从,300bps,至,1,5Mbps,不等，直接通信距离可达,2700m(78kbps,，双绞线,),。,支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通信介质，并开发了相应的本质安全防爆产品，被誉为通用控制网络。,集成芯片中有,3,个,8,位,CPU,，一个用于完成开放互连模型中第,1,和第,2,层的功能，称为媒体访问控制处理器，实现介质访问的控制与处理。,第二个用于完成第,3,6,层的功能，称为网络处理器，进行网络变量的寻址、处理、背景诊断、路径选择、软件计时、网络管理，并负责网络通信控制，收发数据包等。,第三个是应用处理器，执行操作系统服务与用户代码。芯片中还具有存储信息缓冲区，以实现,CPU,之间的信息传递，并作为网络缓冲区和应用缓冲区。,LonWorks,技术所采用的,LonTalk,协议被封装在称之为,Neuron,的神经元芯片中而得以实现。,(3)PROFIBUS,PROFIBUS,是德国国家标准,DINl9245,和欧洲标准,EN50170,的现场总线标准。,由,PROFIBUS-FMS,，,PROFIBUS-DP,，,PROFIBUS-PA,组成了,PROFIBUS,系列。,DP,型用于分散外设间的高速数据传输，适合于加工自动化领域的应用。,FMS,意为现场信息规范，,PROFIBUS-FMS,适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。,而,PA,型则是用于过程自动化的总线类型，它遵从,IECll58,2,标准。,该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的。,它采用了,OSI,模型的物理层、数据链路层。,FMS,还采用了应用层。,传输速率为,9,，,6kbps,12Mbps,，最大传输距离在,12Mbps,时为,lOOm,，,1,5Mhps,时为,400m,，可用中继器延长至,10km,。其传输介质可以是双绞线，也可以是光缆。最多可挂接,127,个站点。可实现总线供电与本质安全防爆。,(4)CAN,CAN,是控制局域网络,(Control Area Network),的简称，,最早由德国,BOSCH,公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范现已被,ISO,国际标准组织制订为国际标准。,CAN,协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连模型基础上的，只取,OSI,底层的物理层、数据链路层和顶层的应用层。,信号传输介质为双绞线。通信速率最高可达,1Mbps,40m,，直接传输距离最远可达,10km,5kbps,。可挂接设备数最多可达,110,个。,CAN,的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为,8,个，因而传输时间短，受干扰的概率低。,(5)HART,HART,是,Highway Addressable Remote Transducer,的缩写。,最早由,Rosemount,公司开发并得到八十多家著名仪表公司的支持，于,1993,年成立了,HART,通信基金会。,这种被称为可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，,其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡性产品，,因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较快发展。,它规定了一系列命令，按命令方式工作。它有三类命令：,第一类称为通用命令，,这是所有设备都理解、执行的命令；,第二类称为一般行为命令，,所提供的功能可以在许多现场设备,(,尽管不是全部,),中实现，这类命令包括最常用的现场设备的功能库；,第三类称为特殊设备命令，,以便在某些设备中实现特殊功能，这类命令既可以在基金会中开放使用，又可以为开发此命令的公司所独有。,在一个现场设备中通常可发现同时存在这三类命令。,5,控制器局域网总线,CAN,5.1,CAN,的性能特点,CAN(Controller Area Network),即控制器局域网络。,CAN,最初是由德国的,BOSCH,公司为汽车监测、控制系统而设计的。,世界上一些著名的汽车制造厂商，如,BENZ(,奔驰,),、,BMW(,宝马,),、,PORSCHE(,保时捷,),、,ROLLS-ROYCE(,劳斯莱斯,),和,JAGUAR(,美洲豹,),等都已开始采用,CAN,总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。,CAN,为多主方式工作，,网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息。,利用这一特点可方便地构成多机备份系统。,CAN,网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，高优先级的数据最多可在,134ms,内得到传输。,其特点可概括如下：,CAN,采用非破坏性总线仲裁技术，,当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。,CAN,只需通过,报文滤波,即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据，无需专门的,“,调度,”,。,CAN,上的,节点数,主要取决于总线驱动电路，目前,可达,110,个；,报文标识符可达,2032,种,(CAN2.0A),，而扩展标准,(CAN2.0B),的报文标识符几乎不受限制。,采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果。,CAN,的每帧信息都有,CRC,校验及其他检错措施，保证了数据出错率极低。,CAN,的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。,CAN,节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。,5.2.1,CAN,的一些基本概念,报文,总线上的信息以不同格式的报文发送，但长度有限制。当总线开放时，任何连接的单元均可开始发送一个新报文。,信息路由,在,CAN,系统中，一个,CAN,节点不使用有关系统结构的任何信息,(,如站地址,),。这里包含一些重要概念：,系统灵活性,-,节点可在不要求所有节点及其应用层改变任何软件或硬件的情况下，被接于,CAN,网络。,报文通信,-,每,个报文的内容由,其标识符,ID,命名。,ID,并不指出报文的目的，但描述数据的含义，以便网络中的所有节点有可能借助报文滤波决定该数据是否使它们激活。,成组,-,由于采用了报文滤波，所有节点均可接收报文，并同时被相同的报文激活。,数据相容性,-,在,CAN,网络内，可以确保报文同时被所有节点或者没有节点接收，因此，系统的数据相容性是借助于成组和出错处理达到的。,位速率,CAN,的数据传输率在不同的系统中是不同的，而在一个给定的系统中，此速度是唯一的，并且是固定的。,优先权,在总线访问期间，标识符定义了一个报文静态的优先权。,远程数据请求,通过发送一个远程帧，需要数据的节点可以请求另一个节点发送一个相应的数据帧，该数据帧与对应的远程帧以相同标识符,ID,命名。,多主站,当总线开放时，任何单元均可开始发送报文，发送具有最高优先权报文的单元，以赢得总线访问权。,仲裁,当总线开放时，任何单元均可开始发送报文，若同时有两个或更多的单元开始发送，总线访问冲突运用逐位仲裁规则，借助标识符,ID,解决。,这种仲裁规则可以使信息和时间均无损失。若具有相同标识符的一个数据帧和一个远程帧同时发送，数据帧优先于远程帧。,检测错误的措施包括：,发送自检、,循环冗余校验、,位填充、,报文格式检查。,错误检测具有如下特性：,所有全局性错误均可被检测；,发送器的所有局部错误均可被检测；,报文中的多至,5,个随机分布错误均可被检测；,报文中长度小于,15,的突发性错误均可被检测；,报文中任何奇数个错误均可被检测。,安全性,为获得尽可能高的数据传送安全性，在每个,CAN,节点中均设有错误检测、标定和自检的强有力措施。,出错标注和恢复时间,已损报文由检出错误的任何节点进行标注。这样的报文将失效，并自动进行重发送。如果不存在新的错误，自检出错误至下一个报文开始发送的恢复时间最多为,29,个位时间。,故障界定,CAN,节点有能力识别永久性故障和短暂扰动，可自动关闭故障节点。,连接,CAN,串行通信链路是一条众多单元均可被连接的总线，理论上，单元数目是无限的，实际上，单元总数受限于延迟时间和,(,或,),总线的电气负载。,应答,所有接收器均对接收报文的相容性进行检查，回答一个相容报文，并标注一个不相容报文。,睡眠方式及唤醒,为降低系统功耗，,CAN,器件可被置于无任何内部活动的睡眠方式，相当于未连接总线的驱动器。,睡眠状态借助任何总线激活或者系统的内部条件被唤醒而告终。,5.2.2,CAN,节点的分层结构,5.2.3,报文传送及其帧结构,在进行数据传送时，发出报文的单元称为该报文的发送器。,对于发送器而言，如果直到帧结束末尾一直未出错，则对于发送器报文有效。,如果报文受损，将允许按照优先权顺序自动重发送。为了能同其他报文进行总线访问竞争，总线一旦空闲，重发送立即开始。,对于接收器而言，如果直到帧结束的最后一位一直未出错，则对于接收器报文有效。,构成一帧的帧起始、仲裁场、控制场、数据场和,CRC,序列均借助位填充规则进行编码。,当发送器在发送的位流中检测到,5,位连续的相同数值时，将自动地在实际发送的位流中插入一个补码位。,数据帧和远程帧的其余位场采用固定格式，不进行填充。出错帧和超载帧同样是固定格式，也不进行位填充。,报文传送由,4,种不同类型的帧表示和控制：,1,、,数据帧,携带数据由发送器至接收器；,2,、,远程帧,通过总线单元发送，以请求发送具有相同标识符的数据帧；,3,、,出错帧,由检测出总线错误的任何单元发送；,4,、,超载帧,用于提供当前的和后续的数据帧的附加延迟。,数据帧和远程帧借助帧间空间与当前帧分开。,5.2.3.1,数据帧,数据帧由,7,个不同的位场组成，,即帧起始、仲裁场、控制场、数据场、,CRC,场、应答场和帧结束。,数据场长度可为,0,。,CAN2.0A,数据帧的组成如图,5-2,所示。,在,CAN 2.0B,中存在两种不同的帧格式，其主要区别在于标识符的长度，,具有,11,位标识符的帧称为标准帧，而包括,29,位标识符的帧称为扩展帧。,标准格式和扩展格式的数据帧结构如图,5-3,所示。,(1),帧起始,(SOF),标志数据帧和远程帧的起始，它仅由一个显位构成。,只有在总线处于空闲状态时，才允许站开始发送。所有站都必须同步于首先开始发送的那个站的帧起始前沿。,(2),仲裁场由标识符和远程发送请求位,(RTR),组成。,仲裁场如图,5-4,所示。,为区别标准格式和扩展格式，将,CAN2.0A,标准中的,r1,改记为,IDE,位。在扩展格式中，先发送基本,ID,，其后是,IDE,位和,SRR,位。扩展,ID,在,SRR,位后发送。（图,5-3,）,CAN,的性能特点,CAN,的技术规范,CAN,总线有关器件介绍,数,据,字,节,数,目,数据长度码,DLC3,DLC2,DLCl,DLC0,0,1,2,3,4,5,6,7,8,d,d,d,d,d,d,d,d,r,d,d,d,d,r,r,r,r,d,d,d,r,r,d,d,r,r,d,d,r,d,r,d,r,d,r,d,CAN,的性能特点,CAN,的技术规范,CAN,总线有关器件介绍,5.2.6,CAN,总线媒体装置特性,CAN,技术规范,2.0B,遵循,ISO,OSI,标准模型，,分为逻辑链路层和物理层。,其物理层包括位编码解码、位定时及同步等内容，但对总线媒体装置，诸如驱动器接收器特性未作规定，以便在具体应用中进行优化设计。,在,1993,年形成的国际标准,IS011898,中对基于双绞线的,CAN,总线媒体装置特性做了建议。,CAN,的性能特点,CAN,的技术规范,CAN,总线有关器件介绍,ISO 11898,建议的电气连接如图,5-13,所示，这里，将连接于总线的每个节点称为电子控制装置,(ECU),。,总线每个末端均接有以,RL,表示的抑制反射的终端负载电阻，,而位于,ECU,内部的,RL,应予取消。总线驱动可采用单线上拉、单线下拉或双线驱动，接收采用差分比较器。,CAN,的性能特点,CAN,的技术规范,CAN,总线有关器件介绍,CAN,的性能特点,CAN,的技术规范,CAN,总线有关器件介绍,5.3,CAN,总线有关器件介绍,CAN,总线的突出优点使其在各个领域的应用得到迅速发展，这使得许多器件厂商竟相推出各种,CAN,总线器件产品，已逐步形成系列。而丰富廉价的,CAN,总线器件又进一步促进了,CAN,总线应用的迅速推广。,目前，,CAN,已不仅是应用于某些领域的标准现场总线，它正在成为微控制器的系统扩展及多机通信接口。表,5-10,列出了一些主要的,CAN,总线产品。,CAN,的性能特点,CAN,的技术规范,CAN,总线有关器件介绍,制造商,产品型号,器件功能及特点,INTEL,82526,82527,8XC196CA/CB,CAN,通信控制器，符合,CAN2.0,CAN,通信控制器，符合,CAB2.0B,扩展的,8XC196+CAN,通信控制器，符合,CAN2.0B,PHILIPS,82C200,SJA1000,8XC592,8XCE598,82C150,82C250,P51XA-C3,CAN,通信控制器，符合,CAN2.0A,CAN,通信控制器，符合,CAN2.0B,8XC552+CAN,通信控制器，去掉了,I,2,C,，符合,CAN2.0A,提高了电磁兼容性的,8XC592,带数字及模拟,I/O,的,CAN,总线扩展器件，符合,CAN2.0A,高性能,CAN,总线收发器,16,位微控制器,+CAN,通信控制器，符合,CAN2.0B,MOTOROLA,68HC05X4,系列,68HC05,微控制器,+CAN,通信控制器，符合,CAN2.0A,SIEMENS,81C90,91,C167C,CAN,通信控制器，符合,CAN2.0A,微控制器,+CAN,通信控制器，符合,CAN2.0A,B,NEC,72005,CAN,通信控制器，符合,CAN2.0A,B,SILICON,S19200,CAN,总线收发器,CAN,的性能特点,CAN,的技术规范,CAN,总线有关器件介绍,5.3.1,CAN,通信控制器,SJA1000,CAN,的通信协议主要由,CAN,控制器完成。,CAN,控制器主要由实现,CAN,总线协议部分和与微控制器接口部分电路组成。,对于不同型号的,CAN,总线通信控制器，实现,CAN,协议部分电路的结构和功能大都相同，而与微控制器接口部分的结构及方式存在一些差异。这里主要以,PHILIPS SJA1000,为代表对,CAN,控制器的结构、功能及应用加以介绍。,CAN,的性能特点,CAN,的技术规范,CAN,总线有关器件介绍,CAN,的性能特点,CAN,的技术规范,CAN,总线有关器件介绍,二、功能框图,SJA1000,的功能框图，如图,6-2,所示。,6.3 CAN,通信的控制,6.3.1,控制,SJA1000,通信的基本功能和控制寄存器,主控制器通过应用程序来设定,SJA1000,的功能，因此我们将对,SJA1000,进行编程以满足不同性能的,CAN,总线系统的要求。,主控制器通过寄存器（控制段）和,RAM,（报文缓冲器）与,SJA1000,交换数据。,这些控制寄存器和接收及发送缓冲器,RAM,的可寻址窗口，对主控制器而言均为外设寄存器。,概述,系统构成,CAN,通信的控制,CAN,通信的应用,(1)BasicCAN,模式地址分配,SJA1000,对微处理器而言是存储器寻址方式的,I/O,装置，由于寄存器的设计是按,RAM,方式设计的。,SJA1000,的地址范围包括控制段和报文缓冲器。,在初始化时对控制段进行编程，以便组态通信参数。位处理器也是通过此段实现对,CAN,总线通信的控制。,在初始化时位处理器还可对,CLKOUT,信号的频率进行编程。,要发送的报文，必须写入,SJA1000,的发送缓冲器；正确接收的报文，微处理器可以从接收缓冲器中读取，并将接收缓冲器释放以备将来使用。,概述,系统构成,CAN,通信的控制,CAN,通信的应用,BasicCAN,模式（,P101,）,微处理器与,SJA1000,的状态、控制和命令信号的交换都是在控制段完成的。,概述,系统构成,CAN,通信的控制,CAN,通信的应用,标示符（,ID,）,标示符由,11,位组成（,ID.10ID.0,），,ID.10,为最高位，在仲裁过程中它首先被发送到总线上。,标示符的作用类似于报文的名字，在接收端它被用来进行认可滤波；在仲裁过程中它也用来决定访问总线的优先权。,标示符所代表的二进制数值越小，其优先权越高，这是由于二进制数越小，其高位的显性位就越多。,概述,系统构成,CAN,通信的控制,CAN,通信的应用,时钟分频器寄存器（,CDR,）控制时钟输出脚,CLKOUT,的输出频率，并且允许关断此位的输出。,另外，该寄存器还可以控制是否在,TX1,上增加了一个接收中断脉冲、旁路接收比较器、选择,BasicCAN,还是,PeliCAN,模式。在硬件复位后时钟分频数的默认值为,00000101,、,12,分频（,Motorola,）或为,00000000,、,2,分频（,Intel,）。,软复位对此寄存器没有影响，保留位,CDR.4,在写入时必须为,0,，以便与将来的功能上保持兼容。,概述,系统构成,CAN,通信的控制,CAN,通信的应用,(4),时钟分频器寄存器（,CDR,）,6.4 CAN,的通信功能的应用,通过,CAN,总线建立通信的过程：,系统上电后,设置主控制器与,SJA1000,相关的硬件及软件,在,SJA1000,上电复位后，设置,CAN,控制器的通信功能，包括方式选择、认可滤波器的设置、位定时信息等。,在应用主程序中,准备要发送的数据并激活,SJA1000,将数据发出,处理,CAN,控制器接收到的报文,处理在通信过程中发生的错误,6.4.1,初始化,SJA1000,在上电或硬复拉后，必须对其初始化以便进行通信。,而且在运行过程中还可以通过主控制器对其组态进行修改,（重新组态），在进行重新组态时，首先要进入复位状态。,图,6-12,给出了初始化程序的流程并给出了,8051,的样本程序。,通讯简介,ProfiBus,通讯技术,通讯简介,ProfiBus,通讯技术,通讯方法,ET200,系列是远程,I,0,站，为减少信号电缆的敷设，可以在设备附近根据不同的要求放置不同类型的,I,0,站，如,ET200M,、,ET200B,、,ET200X,、,ET200S,等，,ET200M,适合在远程站点,I,0,点数量较多的情况下使用，这里以,ET200M,为例介绍远程,I,O,的配置。主站为集成,DP,接口的,CPU,。,CPU,集成,DP,口与,ET200M,之间远程的通信,ProfiBus,通讯技术,通讯方法,1,、硬件连接,图,3-1,集成,DP,口,CPU,与,ET200M,硬件连接,ProfiBus,通讯技术,通讯方法,2,、资源需求,带集成,DP,口的,S7-300,的,CPU315-2DP,作为主站。,从站为带,I/O,模块的,ET200M,。,MPI,网卡,CP5611,。,ProfiBus,总线连接器以及电缆。,STEP7 V5.2,系统设计软件,ProfiBus,通讯技术,通讯方法,1,）、,按图,3-1,连接,CPU315C-2DP,集成的,DP,接口与,ET200M,的,PROFIBUS-DP,接口。,先用,MPI,电缆将,MPI,卡,CP5611,连接到,CPU315-2DP,的,MPI,接口，对,CPU315-2DP,进行初始化，同时对,ET200M,的,“,BUS ADDRESS,”,拨盘开关的,PROFIBUS,地址设定为,4,，如图,3-2,所示，即把数字,“,4,”,左侧对应的开关拨向右侧即可。如果设定,PROFIBUS,地址为,6,，则把,“,2,”,、,“,4,”,两个数字左侧对应的开关拨向右侧，依此类推。,2,）、在,STEP7,中新建一个,“,ET200M,作为从站的,DP,通信,”,的项目。先插入一个,S7-300,站，然后双击,“,Hardware,”,选项，进人,“,Hw config,”,窗口。点击,“,catalog,”,图标打开硬件目录，按硬件安装次序和订货号依次插人机架、电源、,CPU,等进行硬件组态，如图,3-3,所示。,3,、网络组态以及参数设置,图,9-2 ET200M,的外形图,ProfiBus,通讯技术,通讯方法,图,9-3 CPU315-2DP RPROFIBUS,网络配置,ProfiBus,通讯技术,通讯方法,3,）、插入,CPU,同时，弹出,PROFIBUS,组态界面。点击,New,按钮，新建,PROFIBUS,（,1,），组态,PROFIBUS,站地址为,2,。点击,“,Properties,”,按钮组态网络属性，选择,“,Network Settings,”,，界面如图,“,3-4,”,所示，点击,“,OK,”,按钮确认，完成,PROFIBUS,网络创建，同时界面出现,PROFIBUS,网络。,ProfiBus,通讯技术,通讯方法,图,9-4 PROFIBUS-DP,的“,Network Settings”,的参数设置,ProfiBus,通讯技术,通讯方法,4,）、在,PROFIBUS-DP,选项中，通过左边的,“,PROFIBUS-DP,”,“,ET200M,”,“,IM153-1,”,路径，选择接口模块,IM153-1,，添加到,PROFIBUS,网络上，如图,“,3-5,所示,”,。,图,9-5,是加载,IM 153-1,至,PROFIBUS,（,1,）网络过程示意，定义,ET200M,接口模块,IMl53-2,的,PROFIBUS,站地址，组态的站地址必须与,IMl53-2,上拨码开关设定的站地址相同，本例中站地址为,4,。,然后组态,ET200M,上,I,O,模块，设定,I/O,点的地址，,ET200M,的,I,O,地址区与中央扩展的,I,O,地址区一致，不能冲突，本例中,ET200M,上组态了,16,点输入和,16,点输出，开始地址为,1,，访问这些点时用,I,区和,Q,区，例如输入点为,I1.0,，第一个输出点为,Q1.0,，实际使用时,ET200M,所带的,I/O,模块就好象是集成在,CPU 315-2DP,上的一样，编程非常简单。硬件组态结果见图,9-7,。,ProfiBus,通讯技术,通讯方法,图,9-5,加载,IM 153-1,至,PROFIBUS,（,1,）网络过程示意,ProfiBus,通讯技术,通讯方法,图,9-6 IM153,的,PROFIBUS,网络参数配置,ProfiBus,通讯技术,通讯方法,图,9-7 315-2DP,、,ET200M,的,I/O,模块配置,ProfiBus,通讯技术,（,2,）网络部件,工业以太网链路模块,OLM,、,ELM,OLM,（光链路模块）有,3,个,ITP,接口和两个,BFOC,接口。,ITP,接口可以连接,3,个终端设备或网段，,BFOC,接口可以连接两个光路设备（如,OLM,等），速度为,10Mbit/s,。,ELM,（电气链路模块）有个,ITP,接口和,1,个,AUI,接口。通过,AUI,接口，可以将网络设备连接至,LAN,上，速度为,10Mbit/s,。,工业以太网交换机,OSM,、,ESM,OSM,的产品包括：,OSM TP62,、,OSM TP22,、,OSM ITP62,、,OSM ITP62-LD,和,OSM BC08,。从型号就可以确定,OSM,的连接端口类型及数量，如：,OSM ITP62-LD,，其中,ITP,表示,OSM,上有,ITP,电缆接口，“,6”,代表电气接口数量，“,2”,代表光纤接口数量，“,LD”,代表长距离。,ESM,的产品包括：,ESM TP40,、,ESM TP80,和,ESM ITP80,，命名规则和,OSM,相同。,5.3.1,西门子工业以太网硬件基本情况,图,5.7 OSM ITP62-LD,图,5.8 ESM TP80,图,5.9 CP243-1,图,5.10 CP343-1,图,5.11 CP443-1,（,3,）通信处理器,常用的工业以太网通信处理器（,CP,，,Communicaton Processer,，通信处理单元），包括用在,S7 PLC,站上的处理器,CP243-1,系列、,CP343-1,系列、,CP443-1,系列等。,CP243-1,是为,S7-200,系列,PLC,设计的工业以太网通信处理器，并且支持使用,STEP7-Micro/WIN 32,软件，通过以太网对,S7-200,进行远程组态、编程和诊断。同时，,S7-200,也可以同,S7-300,、,S7-400,系列,PLC,进行以太网的连接。,S7-300,系列,PLC,的以太网通信处理器是,CP343-1,系列。按照所支持协议的不同，可以分为,CP343-1,、,CP343-1 ISO,、,CP343-1 TCP,、,CP343-1 IT,和,CP343-1 PN,。,5.3.1,西门子工业以太网硬件基本情况,5.3.1,西门子工业以太网硬件基本情况,S7-400 PLC,的以太网通信处理器是,CP443-1,系列。按照所支持协议的不同，可以分为,CP443-1,、,CP443-1 ISO,、,CP443-1 TCP,和,CP443-1 IT,。,1,标准通信（,Standard Communication,）,子网（,Subnets,）,Industrial Ethernet,PROFIBUS,服务（,Services,）,标准通信,协议,MMSMAP3.0,FMS,表,5.2,标准通信协议,5.3.2,西门子支持的网络协议和服务,MAP,（,Manufacturing Automation Protocol,，制造业自动化协议）提供,MMS,服务，主要用于传输结构化的数据。,MMS,是一个符合,ISO/IES 9506-4,的工业以太网通信标准，,MAP3.0,的版本提供了开放统一的通信标准，可以连接各个厂商的产品，现在很少应用。,5.3.2,西门子支持的网络协议和服务,3S7通信,S7通信集成在每一个SIMATIC S7/M7和C7的系统中，属于OSI参考模型第7层应用层的协议，它独立于各个网络，可以应用于多种网络（MPI、PROFIBUS、工业以太网）。,S7通信通过不断地重复接收数据来保证网络报文的正确。在SIMATIC S7中，通过组态建立S7连接来实现S7通信，在PC上，S7通信需要通过SAPI-S7借口函数或OPC（过程控制用对象链接与嵌入）来实现。,在,STEP7,中，,S7,通信需要调用功能块,SFB,（,S7-400,）或,FB,（,S7-300,），最大的通信数据可以达,64KB,。对于,S7-400,，可以使用系统功能块,SFB,来实现,S7,通信，对于,S7-300,，可以调用相应得,FB,功能块进行,S7,通信.,5.3.2,西门子支持的网络协议和服务,4,PG/OP,通信,PG/OP,通信分别是,PG,和,OP,与,PLC,通信来进行组态、编程、监控以及人机交互等操作的服务。,图,5.12 S7-300/400 PLC,的以太网通信,5.3.2,西门子支持的网络协议和服务,1,硬件,（,1,）,CPU,（,2,）,CP 343-1 IT/CP 343-1,（,3,）,PC,（带网卡）,2,软件,STEP 7,3,PG/PC Interface,的设定,在“,SIMATIC Manger”,界面中，选择“,Options”“Set PG/PC Interface”,，进入“,Set PG/PC Interface”,界面，选定“,TCP/IP,（,Auto,）,Realtek RTL8193/810”,为通信协议，见图,5.13,所示。,5.3.3 S7-300PLC,通信所需的硬件与软件,图,5.13,“,Set PG/PC Interface,”,界面,5.3.3 S7-300PLC,通信所需的硬件与软件,1,TCP,（,1,）新建项目,在,STEP7,中创建一个新项目，取名为“,TCP of IE”,。点击右键，再弹出的菜单中选择“,Insert New Object”“SIMATIC 300 Station”,，插入一个,300,站，取名为“,313C-2DP”,。用同样的方法在项目“,TCP of IE”,下插另一个,300,站，取名为“,315-2DP”,。如图,5.14,所示。,图,5.14,建立项目,5.3.4 S7-300PLC,-,S5,通信,（,2,）硬件组态,图,5.15,“,313C-2DP,”,站的硬件组态,首先对,“,313C-2DP,”,站进行硬件组态，双击,“,Hardware,”,进入,“,HW Config,”,界面。在机架上加入,CPU 313C-2DP,、,SM 323,和,CP 343-1 IT,，如图,5.15,所示：,同时把,CPU,的,MPI,地址设为“,4”,，,CP,模块的,MPI,地址设为“,5”,。,CP 343-1 IT,可以在“,SIMATIC 300”“CP300”“Industrial Ethernet”,下找到，见图,5.16,。,图,5.16 CP 343-1 IT,的硬件位置,用同样的方法，建立“,315-2DP”,站的硬件组态。,CPU,的,MPI,地址设为“,2”,，,CP,模块的,MPI,地址设为“,3”,。,CP,模块的,IP,地址为：,10.10.3.58,，子网掩码：,255.255.255.192,。,硬件组态好后保存编译，分别下载到两台,PLC,中。,（,3,）网络参数配置,在做工业以太网通信的项目时，除了要组态硬件，还要进行网络参数的配置。,在“,SIMATIC Manger”,界面中点击“,Configure Netwo