可以允许众多的厂商开发各自的符合PROFIBUS协议的产品,这些产品可以连接在同一个PROFIBUS网络上。PROFIBUS是一种电气网络,物理传输介质可以是屏蔽双绞线、光纤、无线传输。
2、PROFIBUS主要有三部分组成,包括: (1)、由现场总线报文——PROFIBUS-FMS (2)、分布式外围设备——PROFIBUS-DP (3)、过程控制自动化——PROFIBUS-PA
3、直接利用I/O口实现小于4个字节直接PROFIBUS的通信方法包含两个方面的内容:⑴、用装载指令访问实际I/O口——比如主站与ET200M扩展I/O口之间的通信;⑵、用装载指令访问虚拟I/O口——比如主站与智能从站的I/O口之间的通信。
4、要保持数据的一致性,在一个周期处理这些数据就要选择参数“All”,当通信数据大于4字节时,要调用SFCl5给数据打包,调用SFCl4给数据解包,这样数据以数据包的形式一次性完成发送、接收,保证了数据一致性。这是用系统功能SFC14、SFC15的PROFIBUS通信方式。
5、多个S7-300之间的PROFIBUS通信方法在实际工业控制非常普遍。 6、S7-300与S7-200采用组态的方式通信。 (三) 工业以太网通信技术
1、工业以太网提供了针对制造业控制网络的数据传输的以太网标准。该技术基于工业标准,利用了交换以太网结构,有很高的网络安全性、可操作性和实效性,最大限度地满足了用户和生产厂商的需求。工业以太网以其特有的低成本、高实效、高扩展性及高智能的魅力,吸引着越来越多的制造业厂商。以太网的核心思想是使用共享的公共传输信道.
2、目前的以太网按照传输速率大致分为以下四种:10Base-T 以太网、快速以太网、Gigabit 以太网、10 Gigabit 以太网
3、工业网络与传统办公室网络的比较:
工业网络与传统办公室网络的比较 应用场合 办公室网络 普通办公场合 支持线形、环形、星拓扑结构 形等结构 工业网络 工业场合、工况恶劣,抗干扰性要求较高 支持线形、环形、星形等结构,并便于各种结构的组合和转换,简单的安装,最大的灵活性和模块性,高扩展能力 一般的实用性需求,可用性 允许网络故障时间以秒或分钟计 网络监控和维护 网络监控必须有专人员使用专用工具完成 网络监控成为工厂监控的一部分,网络模块可以被HMI软件如WinCC监控,故障模块容易更换 极高的实用性需求,允许网络故障时间<300ms以避免生产停顿 10
4、传输介质 网络的物理传输介质主要根据网络连接距离、数据安全以及传输速率来选择。通常在西门子网络中使用的传输介质包括:
· 2芯电缆,无双绞,无屏蔽(例如:AS-interface bus) · 2芯双绞线,无屏蔽
· 2芯屏蔽双绞线(例如:PROFIBUS) · 同轴电缆(例如:Industrial Etherenet) · 光纤(例如:PROFIBUS/ Industrial Etherenet) · 无线通信(例如:红外线和无线电通信)
· 在西门子工业以太网络中,通常使用的物理传输介质是屏蔽双绞线(TP——Twisted pair)、工业屏蔽双绞线(ITP——Industrial Twisted pair)以及光纤。 5、网络部件
· 工业以太网链路模块OLM、ELM
· 依照IEEE 802.3标准,利用电缆和光纤技术,SIMATIC NET连接模块使得工业以太网的连接变得更为方便和灵活。
· 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3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。 (四) 通信应用
1、S7-200 与S7-300通信
在S7-300中,MPI总线在PLC中与K总线(通信总线)连接在一起,S7-300机架上K总线的每
一个节点(包括功能模块FM和通信处理器CP)也是MPI的一个节点,有自己的MPI地址。S7-300通过MPI接口,CPU自动地广播其总线参数组态(波特率),然后CPU自动检索正确的参数,并连接一个MPI子网。
封口机的控制系统中,S7-200与S7-300采用的是MPI的单边编程通信,即客户机与服务器的
访问模式。只需要在S7-300里编写通信程序,无需硬件的组态(因为S7-200只能作为服务器)。波特率设置为187.5kbps。
SFC67“X_GET”将服务器指定数据区中的数据读回并存放到本地的数据区中(MB10 ~ MB16),SFC68 “X_PUT” 将本地数据区中的数据写到服务器中指定的数据区(MB0 ~ MB3)。
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2、S7-300 与WinCC 通信
WinCC完成该系统的监控与一些控制,实验室S7-300 与WinCC 的连接使用了PROFIBUS电缆,所以用MPI通信通道。
封口机的控制系统中WinCC首先在创建好项目“变量管理”下添加PLC驱动“SIMATIC S7 Protocol Suite .chn”, 展开“SIMATIC S7 Protocol Suite” 右键单击MPI选择“新驱动程序和连接”设置好相关的PLC地址、槽号等参数,在对应的通信驱动下创建变量,即完成了S7-300 与WinCC的MPI通信。
五、项目 (一) 设计任务
S7-200信号采集
EM231
2、封口机控制实现的功能:
(1)实现系统起停控制、故障停机、故障报警、计数等逻辑功能 (2)实现转速与温度相对应,即:温度越高,封口机转速越快 (3)实现温度在一定范围内连续可控 3、封口机控制的分配:
(1)在控制部分采用了S7-300PLC;
(2)信号采集部分是由S7-200PLC来实现,数字量信号直接由数字量输入模块采集,热电偶信号要通过EM231实现,再通过S7-200PLC将采集的信号通过工业网络传送给S7-300PLC;
(3)整个系统的监控及参数设定都可以由电脑中的组态界面完成,为了方便现场操作,在设备上的按钮也应该有控制功能。
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1、封口机控制系统的系统框图:
电 源 电动机 加热器 电风扇 温度盘 MPI S7-300逻辑控制 MPI WinCC 热电偶
4、实现的技术指标
(1)温度范围:0℃~100℃之间任意设置 (2)误差范围:±1℃ (3)温度上升时间:≤1min
(4)封口速度:根据温度的变化转速也变化(即无极调速) (5)实现的温度曲线如下:
(二) 项目分析
1、在封口机的控制系统中,最主要的一个功能就是要将现场的信号采集进来,这项工作由S7-200PLC来完成,其中包括现场的传感器信号(热电偶信号、光电开关信号)、故障报警信号和控制按钮信号。以上的各种信号中,故障报警信号、控制按钮信号和光电开关信号直接连接到S7-200PLC的数字量信号输入端就可以了,由于热电偶输出的信号不是标准的模拟量接口信号,无法通过模拟量输入模块直接采集,只能利用热电偶模块EM231来进行数据采集。
2、在完成了数据的采集之后就会涉及到一个数据传递的问题,毕竟在控制功能中要求实现组态界面控制和现场控制同时有效,这就必须要使现场控制层的S7-200PLC和现场操作层的S7-300PLC之间进行数据共享,也就是说这两个控制器之间要利用通信来交换数据,采用MPI网络或PROFIBUS网络来实现。
3、在加热器温度控制系统中,用热电偶实现被测参数温度检测,热电偶输出的毫伏电压送给PLC热电偶扩展模块,将毫伏电压转换成电压信号后经信号滤波、电平转换等预处理后,由A/D转换器将其转换成与加热器温度成比例的数字量,将EM231采集到的信号送到S7-200PLC的数据交换区,通过MPI工业网络将数据送到S7-300PLC进行PID运算,在S7-300PLC 内与设定值相比较得到偏差信号,并按控制规律对偏差信号进行计算,将运算结果作为控制信号作为脉冲发生器的输入信号经计算输出开关量(由S7-300的系统功能块完成)。
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温度曲线℃ T0 0 t
4、数据传送分配如下:
S7-300 功能 发送控制输出信号 发送控制电机转速 接收控制信号 显示PLC200的输出状态 接收当前温度的值 接收当前转速的值
地址 MB0 MW2 MW10 MB12 MW13 MW15 传送方向 地址 MB0 MW2 MW10 MB12 MW13 MW15 S7-200 功能 控制输出 送给MW15在送给AQW0 PLC200的输入信号 PLC200的输出状态QB0 AIW4的温度值 当前转速的值 14