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PROFIBUS 工业总线控制系统

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PROFIBUS 工业总线控制系统

试验、编程及通讯教程

龙洲教仪
2002—7-20

目录
第一章 PROFIBUS介绍 2
一、 概况 2
二、 PROFIBUS 的使用 2
三、 PROFIBUS 模板 4
四、 PROFIBUS 模板的特点 5
五、 快速设置 PROFIBUS 的指导原则: 9
第二章 PROFIBUS应用 10
一、 建立一个新的项目 10
二、 组态硬件 12
三、 进入软件编程 16
四、 建立计算机与PLC 300的通讯 17
五、 建立计算机与PLC 200的通讯 17
第三章 变频器的设置 22
一、 操作面板及其使用 22
二、 快速调试 (P0010=1） 23
三、 复位为工厂的缺省设置值 24
四、 用户访问级 24
五、 电机参数 25
六、 PROFIBUS的安装及参数设置 26
第四章 SIEMENS S7-300通讯演示程序 28
第五章 SIEMENS S7—200通讯演示程序 29
第六章 I/O接口表 30
第七章 电路原理图 31
第八章 使用元器件清单 32
参 考 文 献 33

33

第一章 PROFIBUS介绍
一、 概况
PROFIBUS是一种开放的标准通讯协议,是针对一般工业环境下的应用而设计和开发的.协议的标准由EN50170（卷2）规程加以规定,而且已经被世界范围的许多制造商开发， 赞同和采用。
目前，PROFIBUS控制有很多种产品（由各个不同的公司生产）可供选用，这些公司还制造传动设备、执行机构、阀、以及可编程序控制器(PLC)和其它的系统控制器.PROFIBUS 的运行可以通过各式各样的硬件连接介质， 例如光纤和 RS485.
有三种版本的PROFIBUS:FMS、DP和PA，所有这些版本都可以使用。常用的版本是DP，适用的控制对象是一般的工业应用.这是由西门子传动产品支持的版本。
二、 PROFIBUS 的使用
为了连接成PROFIBUS系统，必须采用PROFIBUS模板.这一模板安装在变频器的正面， 通过RS485 串行接口与变频器进行通讯。
在PROFIBUS模板的底板上装有一个9针的‘D 型’插头 / 座(这是PROFIBUS标准的要求） .
PROFIBUS 系统以类似于USS 的方式对变频器进行控制和监测。PROFIBUS 协议较之 USS 协议更为复杂， 而且采用专用软件进行的控制程序开发也最好。
虽然 PROFIBUS系统比某些协议，例如USS协议，更为复杂，但是，它具有以下一些优点:
· 具有开放的, 定义透明的系统。
· 由不同的制造商开发了多种产品.
· 在工业应用中证明效果很好.
· 减少了现场布线的数量； 便于(不用更改布线）重新编程， 监测和控制.
· 速度快， 可达12MBd.
· 一个DP系统最多可以连接 125 个从站.
· 可以由一个主站或多个主站进行操作。
· 通讯方式可以是点对点或广播方式。
· 有支持和开发软件供使用。

三、 PROFIBUS 模板
PROFIBUS 模板是一个可选件， 用户采用这一选件后, 可以通过 PROFIBUS—DP串行总线 （SINEC L2-DP）对MICROMASTER 440 进行控制 。 PROFIBUS—DP 是一个价格适当的高速串行通讯系统,是执行机构和/或传感器领域最优化的系统， 因为这一领域的设备对缩短系统的响应时间有着很高的要求。 PROFIBUS按照分布式 I/O系统来操作，即是说,RS485串行总线系统把各个站连接在一起,取代了传统的传感器和执行机构的布线方式。
由于近年来总线的数据传输速率已提高到12 MBd,PROFIBUS系统对这些应用对象的适用性得以大大增强。 通讯协议的定义遵循 DIN19245 标准和 EN50170规范的要求， 保证 PROFIBUS-DP 的各个站点之间是开放的， 多主的通讯方式。
一个总线系统最多可以把 125 个站点链接成为一个网络， 其数据结构非常灵活， 可以使系统优化, 完全可以满足每个被控设备的需求。
PROFIBUS—DP 是西门子公司生产的新一代 SIMATIC S7 自动化系统的核心。 采用这种简单的总线系统， 可以把工程设计， 可视化和 PLC 控制集成在一起。 为了配置一个以 SIMATIC 为基础的自动化系统, 需要在一台PC上运行相关的 STEP7配置工具。总线的配置是在图象显示的PROFIBUS-DP网络中采用拖动和沉着技术来完成的。
采用 PROFIBUS—DP 来实现系统的自动化， 其优点如下面所列：
l 由操作面板,变频器,传感器，执行机构以及PLC组成自动化系统只需要一个简单的网络.
l 在设备安装时间和电缆布线方面节约费用.
l 用 SIMATIC S7 PLC 系统和 STEP7 软件进行调试， 使调试工作十分简便.
l 系统投运以后, 扩展和改造自动化系统具有很大的灵活性。
l 便于集成到更高一级的过程可视系统中， 例如 PCS7。
l 在设备出现问题的情况下， 远程诊断功能减少了停机时间.
四、 PROFIBUS 模板的特点
l 通过 PROFIBUS 总线系统可进行快速的周期通讯。
l PROFIBUS 支持的波特率可达 12 MBd。
l 采用 PROFIBUS—DP 协议最多可以控制125台变频器 （带有重发器）。
l 符合EN50170规范的要求，保证串行总线系统的通讯是开放的。它可以与串行总线上其它的 PROFIBUS—DP/SINECL2DP外围设备一起使用。数据格式符合 VDI / VDE 规范 3689 “变速传动装置的PROFIBUS Profile ”。
l 具有连接 SIMOVIS 或其它维修工具的非周期通讯通道。
l 支持 PROFIBUS 控制命令 SYNC 和 FREEZE.
l 使用S7管理软件，或其它任何专用的PROFIBUS调试工具，系统配置十分方便。
l 采用专门设计的功能块(S5） 和软件模块（S7）， 可以简便地集成到 SIMATIC S5 或 S7 的PLC 系统中。
l 模板从变频器的正面插入， 操作十分方便。
l 不需要单独的供电电源.
l 可以通过串行总线读2出数字和模拟的输入， 控制数字和模拟的输出。
l 对过程数据的响应时间为5 mS .
l 输出频率(和电动机速度）可以在变频器的机旁控制，也可以通过串行总线进行远程控制。
l 可以实现多结点运行，控制数据通过端子（数字输入)输入,设定值通过串行总线输入。另一种方法是，设定值由机旁信号源（模拟输入）给定，传动装置的控制通过串行总线进行 .
l 所有的变频器参数都可以通过串行链路进行访问.
l PROFIBUS模板安装在变频器的正面,推入轻便.为了拔出模板，必须拉开固定在底板上的卡子.

说明：
·
只有在变频器断电时才允许把PROFIBUS模板插入变频器，或从变频器上拔出该模板 。
·
如果 PROFIBUS 模板与面板上的 SUB-D 插座连接 ， 那么， 6SE32 变频器内部的 RS 485 连接端子 (端子 23 和 24） 必须是空闲不用的。
·
PROFIBUS 模板不能用电缆与变频器连接 。

按照 VDI/VDE 3689的规定 : PROFIBUS-DP 通讯的数据结构可以是 PPO 类型 1 或 PPO 类型 3 。 其含义实际上就是, 发送的数据总是过程数据 （发送报文中的控制字、 设定值和接收报文中的状态字、实际值)。如果总线的频带宽度或PLC的存贮空间非常宝贵，那么，参数数据的交换就可能被封锁.数据的结构和PPO的类型，通常由总线的主站确定。 如果没有指定数据结构的 PPO 类型 （例如， 如果把ROFIBUS -DP/PROFIBUS FMS总线主站结合起来使用），缺省的PPO类型是1,允许进行参数数据的交换).
从串行链路传输的过程数据与参数数据相比，具有更高的优先级。这就是说,修改设定值或改变变频器的控制命令, 要比修改参数的命令具有更快的处理速度.
根据需要，可以使能或禁止通过串行链路'写'参数，而通过串行链路'读'参数永远是允许的，可以连续读出变频器的数据，诊断信息，故障信息等。这样，可以轻而易举地组成可视系统 。
可以像变频器没有安装PROFIBUS模板时那样， 任何时候都能在变频器的机旁用 On-（接通运行)， Off -(停车）， Jog - （点动)和 Reverse — （反向)按钮控制电动机。
PROFIBUS 电缆连接到 PROFIBUS 模板正面的 9 针 SUB-D 插座上 。
表 39 PROFIBUS SUB—D 插座的插针功能分配
端子号
功能、 信息
1
不接线 (NC）
2
NC
3
RS 485的发送和接收线 , 双线， 正的差动输入 / 输出 B/P
4
请求发送 (RTS)
6
终端电阻的 5V 带隔离的供电电源
7
NC
8
RS 485的发送和接收线， 双线， 负的差动输入 / 输出 A/N

9
NC

表 3  10 与数据传输速率相应的最大电缆长度
数据传输速率 (Kbit/s）
每段的最大电缆长度 (m)
9。60
19.20
93。75
187。50
500.00
500.00
12000。00
1200
1200
1200
1000
400
200
100
电缆的屏蔽层必须与 SUB—D 插头/ 座的外壳相连。
采用 RS485 重发器可以扩展一段电缆长度。
建议采用：SINEC L2 型 RS485 重发器 (订货号 : 6ES7972-0AA00—0XA0）。
为了保证串行总线系统运行可靠, 电缆的两端必须接有终端电阻。为了使运行速率达到 12MBd，电缆两端必须连接到装有内置阻尼网络的插头/座上。此外，在12MBd运行速率下总线电缆的末端不允许有多余的裸露短线 。
为了在数据传输速率达到12MBd 时运行可靠, 下面的表3 — 11中列出了适宜的 SINEC—L2 DP 插头 / 座：

表 3 11 插头 / 座和电缆的订货号
订货号
说明
6ES7 972—0BB10—0XA0
带 PG 接口的总线插接器
6ES7 972—0BA10-0XA0
不带 PG 接口的总线插接器
6XV1830—0AH10
总线电缆长度 20m-1000m

随 PROFIBUS 模板一起供货的软盘上带有关于配置 PLC系统的手册和2个数据文件。
五、 快速设置 PROFIBUS 的指导原则
l 必须正确地连接主站与变频器之间的总线电缆，包括必要的终端电阻和终端网络（在通讯速率为 12 MBd时） 。
l 总线电缆必须是屏蔽电缆， 其屏蔽层必须与电缆插头/ 座的外壳相连 。
l PROFIBUS 主站的配置必须正确， 允许采用 PPO 1 型或 PPO 3型数据结构，实现与DP从站的通讯（如果不能由远程的操作控制来配置数据结构的PPO类型,那就只能是PPO 1型）.
l 在 采用带有SIMATIC S5 的 COM ET 软件时,必须使用正确的类型说明文件， 这样，IM308B/C可以配置为总线的主站.当Simatic管理器用于S7时，必须装载目标管理器 .
l 总线必须是运行的(对于SIMATIC模板，操作控制板的开关必须设定为"运行(RUN）”）.
l 总线的波特率不得超过 12 MBd.
l PROFIBUS 模板必须与变频器正确地匹配, 变频器必须是上电状态 。
l 变频器的从站地址（参数P0918）必须正确设置，使它与PROFIBUS主站配置的从站地址相一致， 总线上定义的每个变频器的地址必须是唯一的.

第二章 PROFIBUS应用
一、 建立一个新的项目
步骤1、 单击SIMATIC Manager图标，出现下示窗口：

步骤2、 单击 NEXT按钮,出现下示窗口:

步骤3、 选择CPU315-2DP且单击 NEXT按钮，出现下示窗口:

步骤4、 选择LAD且单击 NEXT按钮，出现下示窗口:

步骤5、在Project name中输入项目名称LZ—003且单击Make 按钮，即建立了一个新的项目,如下面窗口所示：

二、 组态硬件
步骤1、单击SIMATIC 300 STATION图标。出现如下窗口：

步骤2、双击Hardware 进入硬件组态：

步骤3、 单击(O）UR中一号槽位且选择电源PS307 2A：
步骤4、单击（O）UR中四号槽位且选择SM323 DI16/DO16＊24V/0。5A：
步骤5、单击DP Master，插入DP Master System：

步骤6、 将MICROMASTER 4托止PROFIBAS总线上松开左键。选择第二项：
步骤7、确认后将地址改为10：

步骤8、 确认后变频器被安装在了总线上：
步骤9、在将EM 277PROFIBUS-DP托至总线上：
步骤9、确认后EM 277被安装在了总线上：

步骤10、配置EM 277为2 Bytes Out/2 Bytes In：

步骤11、同理安装其它EM 277:

步骤12、此时硬件配置完成。最后将其下载至PLC 300中.
三、 进入软件编程

双击OB1即可进入软件编程：

编程完成后即可下载至PLC 300中.

四、 建立计算机与PLC 300的通讯
将CP5611接口卡插入计算机扩展槽中并联结MPI通讯电缆至PLC 300的MPI插口上，然后启动计算机与PLC 300即可完成计算机与PLC 300的通讯连接。
五、 建立计算机与PLC 200的通讯
步骤1、双击STEP 7-MicroWIN32图标击如其窗口：

步骤2、单击左下脚图标后出现下面窗口：

步骤3、双击右上角None Adders后进入通讯设置：

步骤4、双击Select按钮。

步骤5、双击PC/PPI cable选择通讯电缆：

步骤6、单击确定后PC/PPI cable被安装：

步骤7、单击Close关闭窗口：

步骤8、单击确定关闭窗口，这时通讯已经建立：

步骤9、关闭窗口,完成通讯建立。

第三章 变频器的设置

首先按照变频器安装手册正确安装变频器并正确连接电机。
一、 操作面板及其使用

二、 快速调试 （P0010=1)
为了进行快速调试 （P0010=1)， 必须有以下参数。
参数号
参数名称
访问级
Cstat
P0100
欧洲 / 北美地区
1
C
P0300
选择电动机的类型
2
C
P0304
电动机的额定电压
1
C
P0305
电动机的额定电流
1
C
P0307
电动机的额定功率
1
C
P0308
电动机的额定功率因数
2
C
P0309
电动机的额定效率
2
C
P0310
电动机的额定频率
1
C
P0311
电动机的额定速度
1
C
P0320
电动机的磁化电流
3
CT
P0335
电动机的冷却
2
CT
P0640
电动机的过载倍数 ［%］
2
CUT
P0700
选择命令源
1
CT
P1000
选择频率设定值
1
CT
P1080
最小速度
1
CUT
P1082
最大速度
1
CT
P1120
斜坡上升时间
1
CUT
P1121
斜坡下降时间
1
CUT
P1135
OFF3 停车时的斜坡下降时间
2
CUT
P1300
控制方式
2
CT
P1910
选择电动机数据自动检测
2
CT
P3900
快速调试结束
1
C

三、 复位为工厂的缺省设置值
为了把所有的参数都复位为工厂的缺省设置值,应按下列数据对参数进行设置: 设定 P0010=30。
设定 P0970=1。
说明：
大约需要 10 秒钟才能完成复位的全部过程，将变频器的参数复位为工厂的缺省设置值。
四、 用户访问级
P0003 用户访问级 最小值： 0
CStat： CUT 数据类型： U16 单位： - 缺省值: 1
参数组: 常用 使能有效 ： 立即 快速调试 :否 最大值: 4
本参数用于定义用户访问参数组的等级。 对于大多数简单的应用对象，采用缺省设定值 （标准模式） 就可以满足要求了。
可能的设定值:
0 用户定义的参数表 — 有关使用方法的详细情况请参看 P0013 的说明
1 标准级： 可以访问最经常使用的一些参数。
2 扩展级: 允许扩展访问参数的范围，例如变频器的 I/O 功能。
3 专家级： 只供专家使用。
4 维修级： 只供授权的维修人员使用 — 具有密码保护。

五、 电机参数

六、 PROFIBUS的安装及参数设置
1. 首先将PROFIBUS模板正确插入变频器中.而后间PID开关2位4位拨到“1”。

2. 将参数P0719设置为66即可.
3. 快速设置 PROFIBUS 的指导原则:
· 必须正确地连接主站与变频器之间的总线电缆,包括必要的终端电阻和终端网络（在通讯速率为 12 MBd时） 。
· 总线电缆必须是屏蔽电缆， 其屏蔽层必须与电缆插头/ 座的外壳相连 。
· PROFIBUS 主站的配置必须正确， 允许采用 PPO 1 型或 PPO 3型数据结构，实现与DP从站的通讯（如果不能由远程的操作控制来配置数据结构的PPO类型,那就只能是PPO 1型)。
· 在 采用带有SIMATIC S5 的 COM ET 软件时，必须使用正确的类型说明文件， 这样，IM308B/C可以配置为总线的主站。当Simatic管理器用于S7时,必须装载目标管理器 。
· 总线必须是运行的（对于SIMATIC模板，操作控制板的开关必须设定为”运行（RUN）”)。
· 总线的波特率不得超过 12 MBd。
· PROFIBUS 模板必须与变频器正确地匹配， 变频器必须是上电状态 .
· 变频器的从站地址（参数P0918）必须正确设置，使它与PROFIBUS主站配置的从站地址相一致， 总线上定义的每个变频器的地址必须是唯一的。

4. 指示灯状态指示

第四章 SIEMENS S7—300通讯演示程序

第五章 SIEMENS S7—200通讯演示程序

第六章 I/O接口表

第七章 电路原理图

第八章 使用元器件清单
参 考 文 献

1。 SIEMENS SIMATIC S7 STEP 7 V5.0 使用入门
2． SIEMENS SIMATIC S7 STEP 7 V5。0 编程手册
3。 SIEMENS SIMATIC S7—200可编程序控制器系统手册
4． SIEMENS SIMATIC S7—300可编程序控制器硬件安装手册
5． SIEMENS SIMATIC S7-300梯形逻辑编程
6． SIEMENS PROFIBUS通讯手册
7． SIEMENS SIMATIC S7 STEP 7 V5。0配置硬件和通讯连接手册
8． SIEMENS SIMATIC S7-300模块说明
9． SIEMENS SIMATIC S7-300系统软件与标准功能
10．SIEMENS SIMATIC S7—200应用示例
11．SIEMENS SIMATIC STEP7 编程参考手册