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使用PROFIBUS协议进行网络通信

PROFIBUS是世界上第一个开放式现场总线标准,目前技术已成熟,其应用领域覆盖了从机械加工、过程控制、电力、交通到楼宇自动化的各个领域。

PROFIBUS是世界上第一个开放式现场总线标准,现在技能已老练,其运用领域覆盖了从机械加工、进程操控、电力、交通到楼宇自动化的各个领域。PROFIBUS于1995年成为欧洲工业标准(EN50170),1999年成为国际标准(1EC61158-3)。
在S7-200系列PLC的CPU中,CPU22X都能够经过添加EM277PROFIBUS-DP扩展模块的办法支撑PROFIBUSDP网络协议。最高传输速率可达12Mbit/s。选用PROFIBUS的体系,关于不同厂家所出产的设备不需求对接口进行特别的处理和转化,就能够通讯。PROFIBUS衔接的体系由主站和从站组成,主站能够操控总线,当主站取得总线操控权后,能够自动发送信息。从站一般为传感器、履行器、驱动器和变送器。它们能够接纳信号并给予呼应,但没有操控总线的权利。当主站宣布恳求时,从站回送给主站相应的信息。PRORFIBUS除了支撑主/从形式,还支撑多主/多从的形式。关于多主站的形式,在主站之间按令牌传递次第决议对总线的操控权。取得操控权的主站,能够向从站发送,获取信息,完结点对点的通讯。
西门子S7经过PROFIBUS现场总线构成的体系,其根本特色如下:
(1)PLC、I/O模板、智能仪表及设备可经过现场总线衔接,特别是同厂家的产品供给通用的功用模块办理标准,通用性强,操控作用好。
(2)I/O模板安装在现场设备(传感器、履行器等)邻近,结构合理。
(3)信号就地处理,在必定规模内可完结互操作。
(4)编程仍选用组态方法,设有一致的设备描述言语。
(5)传输速率可在9.6kb/s~12Mb/s间挑选。
(6)传输介质能够用金属双绞线或光纤。

1.PROFIBUS的组成

PROFIBUS由三个彼此兼容的部分组成,即PROFIBUS-FMS,PROFIBUS-DP及
PROFIBUS-PA。
(1)PROFIBUS-DP(DistributedPeriphery散布I/O体系)
PROFIBUS-DP是一种优化模板,是制造业自动化首要运用的协议内容,是满意用户快速通讯的最佳计划,每秒可传输12兆位。扫描1000个I/O点的时刻少于lms。它能够用于设备级的高速数据传输,长途I/O体系尤为适用。坐落这一级的PLC或工业操控核算机能够经过PROFIBUSEDP同涣散的现场设备进行通讯。
(2)PROFIBUS-PA(ProcessAutomation进程自动化)
是为PA首要用于进程自动化的信号收集及操控,它是专为进程自动化所规划的协议,可用于安全性要求较高的场合及总线会集供电的站点。
(3)PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification现场总线信息标准)
FMS是为现场的通用通讯功用所规划,首要用于非操控信息的传输,传输速度中等,能够用于车间级监控网络。FMS供给了很多的通讯服务,用以完结以中等级传输速度进行的循环和非循环的通讯服务。关于FMS而言,它考虑的首要是体系功用而不是体系呼应时刻,运用进程中一般要求的是随机的信息交流,如改动设定参数。FMS服务向用户供给了广泛的运用规模和更大的灵活性,一般用于大规模、杂乱的通讯体系。

2.PROFIBUS协议结构

PROFIBUS协议以ISO/OSI参阅模型为根底。第一层为物理层,界说了物理的传输特性;第二层为数据链路层;第三层至第六层PROFIBUS未运用;第七层为运用层,界说了运用的功用。PROFIBUS-DP是高效、快速的通讯协议,它运用了第一层、第二层及用户接口,第三~七层未运用。这样简化了的结构保证了DP的高速的数据传输。

3.传输技能

PROFIBUS关于不同的传输技能界说了专一的介质存取协议。
(1)RS-485
RS485是PROFIBUS运用最频频的传输技能,详细论说拜见前面有关章节。
(2)IECll58-2
依据IECll58-2在进程自动化中运用固定波特率31.25kb/s的同步传输,它能够满意化工和石化工业对安全的要求,选用双线技能经过总线供电,这样PROFIBUS就能够用于风险区域了。
(3)光纤
电磁搅扰强度很高的环境和高速、远距离传输数据时,PROFIBUS可运用光纤传输技能。运用光纤传输的PROFIBUS总线段能够规划成星型或环型结构。现在在市面上已经有RS-485传输链接与光纤传输链接之间的耦合器,这样就完结了体系内RS-485和光纤传输之间的转化。
(4)PROFIBUS介质存取协议
PROFIBUS通讯规程选用了一致的介质存取协议,此协议由OSI参阅模型的第二层来完结。在PROFIBUS协议规划时充分考虑了满意介质存取操控的两个要求,即:在主站间通讯时,有必要保证在分配的时刻距离内,每个主站都有满意的时刻来完结它的通讯使命,在PLC与从站(PLC或其他设备)间通讯时,有必要快速、简捷地完结循环,进行实时的数据传输。为此,PROFIBUS供给了两种根本的介质存取操控:令牌传递方法和主/从方法。
令牌传递方法能够保证每个主站在事前规则的时刻距离内都能取得总线的操控权。令牌是一种特别的报文,它在主站之间传递着总线操控权,每个主站均能按次第取得一次令牌,传递的次第是按地址升序进行的。
主/从方法答应主站在取得总线操控权时,能够与从站通讯,每发送或取得信息。
主站要宣布信息,有必要持有令牌。假设有一个由3个主站和7个从站构成的PROFIBUS体系。3个主站构成了一个令牌传递的逻辑环,在这个环中,令牌依照体系预先确认的地址升序从一个主站传递给下一个主站。当一个主站得到了令牌后,它就能在必定的时刻距离内履行该主站的使命,能够依照主/从联系与一切从站通讯,也能够依照主/主联系与一切主站通讯。在总线体系树立的初期阶段,主站的介质存取操控(MAC)的使命是决议总线上的站点分配并树立令牌逻辑环。在总线的运转期间,损坏的或断开的主站有必要从环中撤消,新接入的主站有必要参加逻辑环。MAC的其他使命是检测传输介质和收发器是否损坏,查看站点地址是否犯错,以及令牌是否丢掉或有多个令牌。
PROFIBUS的第二层依照国际标准IEC870-5-1的规则,经过运用特别的开端位和结束位、无距离字节异步传输及奇偶校验来保证传输数据的安全。PROFIBUS第二层依照非衔接的形式操作,除了供给点对点通讯功用外,还供给多点通讯的功用,即播送通讯和有挑选的播送、组播。所谓播送通讯,即主站向一切站点(主站和从站)发送信息,不要求答复。所谓有挑选的播送、组播是指主站向一组站点(从站)。
5.S7-200CPU接入PROFIBUS网络
S7-200CPU有必要经过PROFIBUS-DP模块EM277衔接到网络,不能直接接入PROFIBUS网络进行通讯。EM277经过串行I/O总线衔接到S7-200CPU。PROFIBUS网络经过其DP通讯端口,衔接到EM277模块。这个端口支撑9600b/s~12Mb/s之间的任何传输速率。EM277模块在PROFIBUS网络中只能作为PROFIBUS从站呈现。作为DP从站,EM277模块承受从主站来的多种不同的I/O装备,向主站发送和接纳不同数量的数据。这种特性运用户能修正所传输的数据量,以满意实践运用的需求。与许多DP站不同的是,EM277模块不仅仅传输FO数据。EM277能读写S7-200CPU中界说的变量数据块。这样,运用户能与主站交流任何类型的数据。通讯时,首先将数据移到S7-200CPU中的变量存储区,就可将输入、计数值、定时器值或其他核算值传输到主站。类似地,从主站来的数据存储在S7-200CPU中的变量存储区内,从而可移到其他数据区。
EM277模块的DP端口可衔接到网络上的一个DP主站上,仍能作为一个MPI从站与同一网络上如SIMATIC编程器或S7-300/S7-400CPU等其他主站进行通讯。为了将EM277作为一个DP从站运用,用户有必要设定与主站组态中的地址相匹配的DP端口地址。从站地址是运用EM277模块上的旋转开关设定的。在变化旋转开关之后,用户有必要重新起动CPU电源,以便使新的从站地址起作用。主站经过将其输出区来的信息发送给从站的输出缓冲区(称为“接纳信箱”),与每个从站交流数据。从站将其输入缓冲区(称为发送信箱)的数据回来给主站的输入区,以呼应从主站来的信息。
EM277可用DP主站组态,以接纳从主站来的输出数据,并将输入数据回来给主站。输出和输入数据缓冲区驻留在S7-200CPU的变量存储区(V存储区)内。当用户组态DP主站时,应界说V存储区内的字节方位。从这个方位开端为输出数据缓冲区,它应作为EM277的参数赋值信息的一个部分。用户也要界说FO装备,它是写入到S7-200CPU的输出数据总量和从S7-200CPU回来的输入数据总量。EM277从FO装备确认输入和输入缓冲区的巨细。DP主站将参数赋值和I/O装备信息写入到EM277模块V存储器地址和输入及输出数据长度传输给S7-200CPU。
输入和输出缓冲区的地址可装备在S7-200CPU的V存储区中任何方位。输入和输出缓冲区器的默许地址为VB0。输入和输出缓冲地址是主站写入S7—200CPU赋值参数的一部分。用户有必要组态主站以辨认一切的从站及将需求的参数和I/O装备写入每一个从站。
一旦EM277模块已用一个DP主站成功地进行了组态,EM277和DP主站就进入数据交流形式。在数据交流形式中,主站将输出数据写入到EM277模块,然后,EM277模块呼应最新的S7-200CPU输入数据。EM277模块不断地更新从S7-200CPU来的输入,以便向DP主站供给最新的输入数据。然后,该模块将输出数据传输给S7-200CPU。从主站来的输出数据放在V存储区中(输出缓冲区)由某地址开端的区域内,而该地址是在初始化期间,由DP主站供给的。传输到主站的输入数据取自V存储区存储单元(输入缓冲区),其地址是紧随输出缓冲区的。
在树立S7-200CPU用户程序时,有必要知道V存储区中的数据缓冲区的开端地址和缓冲区巨细。从主站来的输出数据有必要经过S7—200CPU中的用户程序,从输出缓冲区转移到其他所用的数据区。类似地,传输到主站的输入数据也有必要经过用户程序从各种数据区转移到输入缓冲区,从而发送到DP主站。
从DP主站来的输出数据,在履行程序扫描后当即放置在V存储区内。输入数据(传输到主站)从V存储区复制到EM277中,以便一起传输到主站。当主站供给新的数据时,则从主站来的输出数据才写入到V存储区内。在下次与主站交流数据时,将送到主站的输入数据发送到主站。
SMB200~SMB249供给有关EM277从站模块的状况信息(假如它是I/O链中的第一个智能模块)。假如EM277是I/O链中的第二个智能模块,那么,EM277的状况是从SMB250一SMB299取得的。假如DP没有树立与主站的通讯,那么,这些SM存储单元显现默许值。当主站己将参数和I/O组态写入到EM277模块后,这些SM存储单元显现DP主站的组态集。用户应查看SMB224,并保证在运用SMB225~SMB229或V存储区中的信息之前,EM277己处于与主站交流数据的作业形式

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