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潍坊西门子DP接头代理商 西门子授权分销平台

点击此事:273发布时间:2018-10-23

1.PROFIBUS 网络介绍

现场总线PROFIBUS可以连接远程I/O站、仪表、主站(PLC站)等设备,通信服务分为DP、FDL、S7、FMS、PA(将服务类型进行转换),通信方式分为主-主、主-从通信。PROFIBUS网络分层参考表1:

表1 PROFIBUS网络层

 

     DP设备行规         FMS设备行规    PA设备行规

基本功能    基本功能

扩展功能    扩展功能

DP用户接口    直接数据链路映象程序(DDLM)    应用层接口    DP用户接口    

(ALI)    直接数据链路映象程序(DDLM)

第7层         应用层    应用层     

(应用层)    S7    现场总线报文规范(FMS)

第3~6层          

第2层(数据链路层)    数据链路层                 现场总线数据链路(FDL)    数据链路层                 现场总线数据链路(FDL)    数据链路层          现场总线数据链路(FDL)    IEC接口

第1层    物理层    物理层    物理层    IEC1158-2

(物理层)    (RS485/光纤)    (RS485/光纤)    (RS485/光纤)

PROFIBUS总线符合EIA RS485[8]标准,PROFIBUS RS485 的传输程序是以半双工、异步、无间隙同步为基础的。传输介质可以是光缆或屏蔽双绞线,电气传输每一个RS485传输段为32个站点和有源网络元件(RS485中间器,OLM等),在总线的两端为终端电阻,结构如图1:

 

图1:PROFIBUS网络结构

西门子总线终端一般都配有终端电阻,PROFIBUS使用9针D型连接器,D型连接器插座连接总线站,D型连接器插头与总线电缆相连。总线终端和针脚定义如表2:

 

表2 总线终端管脚定义

 

针脚号    信号名称    设计含义

1    SHIELD    屏蔽或功能地

2    M24    24V输出电压地(辅助电源)

3    RXD/TXD-P    接收和发送数据-正  B线

4    CNTR-P    方向控制信号P

5    DGND    数据基准电位(地)

6    VP    供电电压-正

7    P24    正24V输出电压(辅助电源)

8    RXD/TXD-N    接收和发送数据-负  A线

9    CNTR-N    方向控制信号N

 

PROFIBUS总线的传输输率从9.6Kbit/s ~12Mbit/s,总线长度与传输输率相关,总的规律是传输输率越高总线长度越短,越容易受到电磁干扰,基于传输输率的大段长度参考表3:

表3 PROFIBUS网络传输速率与距离的关系

波特率(K Bit/s)    9.6~187.5    500    1500    3000~12000

总线长度(米)                

总线终端的电阻与PROFIBUS总线相匹配,并配有轴向电感以消除电容性负载而引起的导线反射,选择普通的屏蔽双绞线不能保证总线的段长度。

如果需要扩展总线的长度或者PROFIBUS从站个数超过32个时,就要加入RS485中继器,例如扩展PROFIBUS长度的应用,实际PROFIBUS的长度为500米,而波特率要求达到1.5 MBIT/S,对照上表波特率为1.5MBIT/S使大的长度为200米,要扩展到500米,就需要加入两个RS485中继器,拓扑图如图2所示:

 

图2:PROFIBUS网络扩展

西门子RS485中继器具有信号放大和再生功能,在一条PROFIBUS总线上多可以安装9个RS485中继器,其他厂商的产品要查看其产品规范以确定安装个数。

一个PROFIBUS网段多可有32个站点,如果一条PROFIBUS网上超过32个站点,也需要用RS485中继器隔开,例如一条PROFIBUS总线上有80个站点,那么就需要两个RS485中继器分成3个网段。RS485中继器是一个有源的网络元件 ,本身也要算一个站点。除了以上两个功能,RS485中继器的还可以使网段之间相互电气隔离。

 

2.SIMOTION使用PROFIBUS 网络的通信功能

SIMOTION系统只能使用PROFIBUS-DP通信服务进行通信,PROFIBUS-DP采用主-从的通信方式,使用DP通信方式,一个PROFIBUS网络上只允许有一个1类主站,其它站点可以是2类主站(HMI或只接收从站信息的主站)或从站,只有1类主站可以对从站发送命令,主站以轮询的方式访问各个从站,所以PROFIBUS-DP具有很好的实时性。按照PROFIBUS-DP的规约,主从间大的通信量为244个字节输入和244个字节输出。SIMOTION 可以作为主站也可以作为从站。下面以SIMOTION 435为例,通信区为16个字节输入和16个字节输出,分别介绍作为主站、从站的配置。

 

3.D435作为从站

设置从站

打开SCOUT软件插入D435,点击D435使用右键进入硬件配置界面,点击X126接口新建一条PROFIBUS网络,然后设置站号、通信速率、PROFIBUS参数组(选择PROFIBUS-DP)等参数。本例中作为从站的SIMOTION站地址为2,通信速率为1.5M。在“Operating Mode”界面中选择“DP SLAVE”,其它参数保持缺省设置。在“Configuration”界面中设置通信接口区及开始地址,如图3所示:

 

图3:SIMOTION作为从站的通信接口设置界面

设置通信接口分别为16个字节输入和16个字节输出。

设置主站

在STEP7中打开与SIMOTION D435相同的项目,插入S7-300站,打开硬件配置,插入CPU例如CPU315-DP/PN,设置与SIMOTION 435使用相同的PROFIBUS网络,设置主站地址为4。在硬件选择窗口PROFIBUS-DP->Configured Stations中选择SIMOTION 从站并拖曳到主站网络上如图4所示:

 

图4:将SIMOTION从站拖曳到网络中

弹出的窗口中将显示所有已经配置的从站,选择与主站进行通信的从站进行连接,如图5所示,点击“Connect”键连接从站。

西门子PROFIBUS电缆接头

图5:连接SIMOTION从站

点击“configuration”按钮出现从站已经配置的通信接口区,点击“Edit”键为每一条从站通信数据区配置相应主站的通信数据区,配置规则,从站输入地址区对应主站输出地址区,从站输出地址区对应主站输人地址区,配置通信接口区如图6所示:

 

图6:配置通信接口区

点击确认键后,配置完成。通过PROFIBUS-DP通信不需要编写通信程序,双方数据通过输入、输出地址区直接对应,例如图6配置的主站、从站通信关系如下:

S7-300主站 QB0~QB15 ――――――SIMOTION从站 IB0~IB15。

S7-300主站 IB0~IB15 ――――――SIMOTION从站 QB0~QB15。

SIMOTION作为从站的示例程序参考附带文件“PROFIBUS-DP_SLAVE”.ZIP

 

4.D435作为主站

设置从站

打开STEP7软件插入一个站点例如S7-300站,点击“Hardware”进入硬件配置界面,插入CPU,例如CPU315-2 DP/PN,点击X1接口新建一条PROFIBUS网络,然后设置站号、通信速率、PROFIBUS参数组(选择PROFIBUS-DP)等参数。本例中作为从站的S7-300站地址为2,通信速率为1.5M。在“Operating Mode”界面中选择“DP SLAVE”,其它参数保持缺省设置。在“Configuration”界面中设置通信接口区及开始地址,如图7所示:

 

图7:S7-300作为从站的通信接口设置界面

设置通信接口分别为16个字节输入和16个字节输出。

设置主站

打开SCOUT软件插入D435,点击D435使用右键进入硬件配置界面,点击X126选择与从站相同的PROFIBUS网络,设置SIMOTION的站地址,本例中作为主站的SIMOTION站地址为4。在硬件选择窗口PROFIBUS-DP->Configured Stations中选择S7-300从站并拖曳到主站网络上如图8所示:

 

图8:将S7-300从站拖曳到网络中

弹出的窗口中将显示所有已经配置的从站,选择与主站进行通信的从站进行连接,如图9所示,点击“Connect”键连接从站。

 

图9:连接S7-300从站

点击“configuration”按钮出现从站已经配置的通信接口区,点击“Edit”键为每一条从站通信数据区配置相应主站的通信数据区,配置规则,从站输入地址区对应主站输出地址区,从站输出地址区对应主站输人地址区,配置通信接口区如图10所示:

 

图10:配置通信接口区

点击确认键后,配置完成。通过PROFIBUS-DP通信不需要编写通信程序,双方数据通过输入、输出地址区直接对应,例如图10配置的主站、从站通信关系如下:

SIMOTION主站 QB0~QB15 ――――――S7-300从站 IB0~IB15。

SIMOTION主站 IB0~IB15 ――――――S7-300从站 QB0~QB15。

SIMOTION作为从站的示例程序参考附带文件“PROFIBUS_MASTER”.ZIP

 

5.PROFIBUS站点诊断

主站通过PROFIBUS-DP轮询从站,如果主站故障,与所有从站的通信将终止,从站通信数据不更新;如果一个从站故障,主站还可以与其它从站进行通信。在PLC侧可以通过OB86、FC125/FB125(可以从西门子上下载)、SFC13等组织块、程序块对主站或从站进行诊断,可以查看PLC相关文档,在这里不作相信介绍。SIMOTION使用函数“_getStateOfSingleDpSlave”或“_getStateOfAllDpSlaves”对一个站点或多个站点进行诊断。以调用函数“_getStateOfSingleDpSlave”为例介绍PROFIBUS-DP站点的诊断功能。函数调用如图11所示,函数参数如下:

 

图11 PROFIBUS-DP诊断函数

logicalDiagnosticAddress:

输入参数,数据类型 DINT,PROFIBUS-DP站点诊断地址,本例中S7-300PLC作为从站,诊断地址为16378。

ReqGetStateOfSingleDPSlaveStateMode:

输入参数,枚举数据类型,函数调用请求格式,枚举元素如表4所示:

表4:函数请求

REQUEST_TRUE (0)    开始执行

REQUEST_FALSE (1)    查询REQUEST_TRUE状态

REQUEST_ABORT (2)    终止函数执行

NextCommand:

输入参数,枚举数据类型,下一个命令执行的时机,枚举元素如表5所示:

表5:NEXTCOMMAND元素

IMMEDIATELY (60)    下一个命令与此命令同时执行

WHEN_COMMAND_DONE (160)    执本命令后执行下一个命令

ABORT_CURRENT_COMMAND (260)    立刻终止当前命令

本例中选择:“WHEN_COMMAND_DONE”。

commandid:

输入参数,“CommandIdType”数据类型,用户定义,可以跟踪命令执行的状态。本例中选择一个临时变量,没有赋值。

StructRetGetStateOfSingleDpSlave:

输出参数,结构数据类型,结构元素如表6所示:

表6:输出结构体

 

结构元素    名称    数据类型

functionResult    函数调用返回值    DINT

ActualStateOfSingleDpSlave    PROFIBUS-DP单站状态    枚举

“ActualStateOfSingleDpSlave”单站状态为枚举数据类型,枚举元素如表7所示:

表7:输出站点状态

 

INACTIVE (0)    从站被用户程序去使能。

IN_OPERATION (1)    与从站正在进行数据交换。

DATA_EXCHANGE_INACTIVE (2)    与从站没有进行数据交换。

NOT_PRESENT (3)    从站丢失。

 

本例中将从站输出状态存储于全局变量RET1中,通过编程可以判断从站的状态,调试状态下可以通过“SYMBOL BROWSER”监控从站状态,如图12所示:

 

图12 在SYMBOL BROWSER监控从站状态。

从站诊断的示例程序参考附带文件“PROFIBUS_MASTER”.ZIP

描述:

SFC14 "DPRD_DAT"

使用 SFC 14“DPRD_DAT”(读取 DP 标准从站的一致数据)可读出DP标准从站/PROFINET IO 设备的数据。 如果在数据传送过程中没有发生错误,读出的数据就被输入到由RECORD 建立的目标域。目标域必须与在 STEP 7 组态中所选的模块的长度相同。 当调用 SFC14 时,只能在所配的起始地址下访问一个模块/DP标识的数据。

SFC15 "DPWR_DAT"

使用 SFC 15“DPWR_DAT”(将一致数据写入 DP 标准从站)可将 RECORD 中的数据一致地传送到所寻址的DP标准从站/PROFINET IO 设备中。 源区域必须与在 STEP 7 组态中所选的模块的长度相同。 对于模块化结构的标准DP从站只能访问一个DP从站模块。

PROFIBUS DP用户一致性数据区大长度和寻址

 

下面的手册中可以找到更多关于PROFIBUS DP用户一致性数据区大长度和寻址的信息。

 

手册    章节    条目号

SIMATIC S7-300 CPU 31xC 和CPU 31x: 组态    寻址    13008499

SIMATIC 分布式IO ET 200S 接口模块 IM151-7 CPU    寻址    56046285

SIMATIC 分布式IO ET 200S 接口模块 IM151-8 PN/DP CPU    寻址    47409312

SIMATIC ET 200pro 接口模块 IM 154-8 PN/DP CPU    寻址    44251850

SIMATIC Basic Module BM 147/CPU    寻址    1142364

S7 400 自动化系统,CPU规格    一致性数据    53385241

表 01

PROFINET IO用户一致性数据区大长度和寻址

 

下面的手册中可以找到更多关于PROFINET  IO用户一致性数据区大长度和寻址的信息。

 

手册    章节    条目号

SIMATIC S7-300 CPU 31xC 和CPU 31x: 组态    寻址    13008499

SIMATIC 分布式IO ET 200S 接口模块 IM151-8 PN/DP CPU    寻址    47409312

SIMATIC ET 200pro 接口模块 IM 154-8 PN/DP CPU    寻址    44251850

S7 400 自动化系统,CPU规格    一致性数据    53385241

表 02

对于通信处理器(CP)子模块的一致性数据区域的大小明确如下:

CP    MLFB    上限

CP 443-1    6GK7443-1EX20-0XE0    240 bytes

CP 443-1    6GK7443-1EX30-0XE0    240 bytes

CP 443-1 Advanced    6GK7443-1EX40-0XE0    128 bytes

CP 443-1 Advanced    6GK7443-1EX41-0XE0    240 bytes

CP 443-1 Advanced    6GK7443-1GX20-0XE0    240 bytes

CP 443-1 Advanced    6GK7443-1GX30-0XE0    240 bytes

CP 343-1    6GK7343-1EX21-0XE0    128 bytes

CP 343-1    6GK7343-1EX30-0XE0    240 bytes

CP 343-1 Advanced    6GK7343-1GX21-0XE0    128 bytes

CP 343-1 Advanced    6GK7343-1GX30-0XE0    240 bytes

CP 343-1 Advanced    6GK7343-1GX31-0XE0    240 bytes

表 03

注意事项:

PROFIBUS DP 标准定义了一致性用户数据传送的数量上限。当前的 DP 标准从站遵守这些上限,但早期的CPU(1999年前),对一致性用户数据的传送,不同的 CPU 有特定的限制。

这些 CPU 对 DP 标准从站一致性读写数据的大长度在“DP主站 - 每个 DP 从站的用户数据”下的技术数据中给出。根据这些数值,使用该值,新近的CPU可支持超出DP标准从站 所提供或接收的数据长度。

重要事项:

分散读写一致性数据(小于 4 字节),不调用系统函数 SFC14 和 SFC15 时,也是可行的。支持此功能的模块可参考条目号 8751062。

 

下表给出了超过过程映像之外的一致性数据的访问方式。

   

数据区长度    读/写访问    数据一致性

1 字节    装载/传送    单元一致性

2 字节    字装载/字传送    总长一致性

3 字节    SFC14 / SFC15    总长一致性

4 字节    双字装载/双字传送    总长一致性

5 字节    SFC14 / SFC15    总长一致性

表  04

举例: 

在下面的例子中,一个S7-400 CPU作为DP主站,一个CP342-5作为从站。

DP从站的输入和输出一致性数据区域设定如下:

对于输出,设定传输50个字节的总长一致性数据。这50个字节在S7-400CPU的过程影像分区3中数据是一致的,所以可以用 load/transfer 命令进行读操作。

对于输入,设定传输20个字节的总长一致性数据。这20个数据不存储在过程映像或过程映像区中,只能通过系统功能SFC14/15进行写操作。

 

图 01

在过程映像的更新过程中,操作系统一致性地传送此数据。可使用加载和传送指令访问过程映像中的数据。对于 S7-400 CPU ,还可以使用 SFC 26 "UPDAT_PI" 或 SFC 27 "UPDAT_PO" 在程序中的任意点更新过程映像,但此 TPA 在系统侧可能并未进行更新。如果没有或不能把数据放入过程映像,那么就应该使用 SFC14 和 SFC15 进行数据通信。

接口模板    

6ES7151-1AA04-0AB0    标准型接口模块 IM151-1

6ES7151-1AB02-0AB0    ET 200S IM 151 光纤接口模板

6ES7151-1BA02-0AB0    高性能型接口模块 IM151-1 

6ES7151-1CA00-0AB0    基本型接口模块 IM151-1

6ES7151-7AB00-0AB0    ET 200S IM 151 带CPU 光纤接口模板

6ES7153-1AA03-0XB0    DP分站接口模块IM153-1    6.6进

6ES7138-4HA00-0AB0    DP-主站模块(for CPU only)   

西门子PROFIBUS电缆接头

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