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1 PROFIBUS-DP 通讯一 PROFIBUS-DP 的基本知识 1. 概念 PROFIBUS 是目前国际上通用的现场总线标准之一, 它以其独特的技术特点严格的认证规范开放的标准众多厂商的支持, 已被纳入现场总线的国际标准 IEC61158 PROFIBUS 于 2006 年月 10 月成为我国首个现场总线国家标准 PROFIBUS 是不赖生产厂家的开放式的现场总线, 各种各样的自动化设备均可以通过同样的接口交换信息 PROFIBUS 用于分布式 I/O 设备传动装置 PLC 和基于 PC 的自动化系统 PROFIBUS 提供了 3 种通信协议 :PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA 和 PROFIBUS-FMS (1)PROFIBUS-DP DP 是 Decentralized Periphery 的缩写 PROFIBUS-DP 主要用于制造业自动化系统中单元级和现场级通信, 特别适合于 PLC 与现场级分布式 I/O 设备之间的通信 DP 是 PROFIBUS 中应用最广的通信方式 PROFIBUS-DP 用于连接下列设备 :PLC,PC 和 HMI 设备 ; 分布式现场设备, 例如 SIMATIC ET200 和变频器等设备作为 PLC 硬件组态的一部分, 分布式 I/O 用 STEP7 来组态, 通过供货方提供分 GSD 文件, 可以用 STEP7 将其他制造商生产的从站设备组态到网络中 STEP7 用户程序访问分布式 I/O 就像访问 PLC 的中央机架中的 IO 模块一样主站之间的通信为令牌方式, 主站和从站之间为主从方式, 以及这两种方式的组合部分 S7-300/400 CPU 配置有集成的 DP 接口,S7-200//300/400 也可以通过通信处理器 (CP) 连接到 PROFIBUS-DP (2)PROFIBUS-PA PA 是 Process Automation( 过程自动化 ) 的缩写,PROFIBUS PA 是用于 PLC 与过程自动化的现场传感器和执行器的低速数据传输, 特别适用于过程工业 PROFIBUS-PA 功能集成在起动执行器, 电磁阀和测量变送器等现场设备中 (3)PROFIBUS-FMS FMS 是 Field Message Specification( 现场总线报文规范 ) 的缩写, 是现场总线报文规范, 用于系统级和车间级的不同供应上的自动化系统之间传输数据, 处理单元级的多主站数据通信, 为解决复杂的通信任务提供了很大的灵活性第 1 页共 11 页

2 2.PROFIBUS 的物理层 ISO/OSI 互连参考模型的物理层是第一层,PROFIBUS 可以使用多种通信媒体传输速率为 9.6Kbit/s-12Mbit/s, 在一个有 32 个站点的系统中, 假设 PROFIBUS-DP 对所有站点传输 512 点输入和 512 点输出, 在 12Mbit/s 时只需要 1ms, 每个 DP 从站的输入数据和输出数据最大为 244B 使用屏蔽双绞线电缆时最大通信距离为 9.6Km, 使用光缆时最长 96Km, 最多可以接 127 个从站 PROFIBUS 的站地址空间为 0-127, 其中的 127 为广播用的地址,0-126 为单站地址, 所以最多能连接 127 个站点一个总线段最多连接 32 个站, 超过了必须分段, 段与段之间用中继器连接, 中继器没有站地址, 但是被计算在每段的最大站数中每个网段的电缆最大长度与传输速率有关传输速率 /(kbit/s) 总线长度 /m 如果使用屏蔽编织线和屏蔽箔, 应在两端与保护接地连接 3.PROFIBUS-DP 的设备分类 PROFIBUS 网络的硬件由主站, 从站, 网络部件和网络组态与诊断工具组成网络部件包括通信媒体 ( 电缆 ), 总线连接器, 中继器, 耦合器, 以及用于连接穿行通信, 以太网,AS-I,EIB 等网络系统的网络转接器 PROFIBUS-DP 网络中的设备类型有 3 种 : (1)1 类主站 :(DPM1) 它是 DP 网络中的主角,DPM1 在预定的周期内与分布式的站 ( 例如 DP 从站 ) 循环地交换信息, 并对总线通信进行控制和管理 DPM1 可以发送参数给 DP 从站, 读取从站的诊断信息, 用全局控制命令将它的运行状态告知给各从站此外, 它可以将控制命令发送给个别从站和从站组, 以实现输出数据和输入数据的同步它可以是具备 DP 通信接口的 PLC 插入 DP 主站板卡的 IPC 等 (2)2 类主站 :(DPM2) 它负责对 DP 系统进行组态, 对网络进行诊断等 DPM2 除了具有 1 类主站的功能外, 在与 1 类 DP 主站进行数据通信的同时, 可以读取 DP 从站的输入 / 输出数据和当前的组态数据, 可以给 DP 从站分配新的总线地址它一般是装有通信卡和工程软件的上位机, 操作员面板 / 触摸屏等 (3) 从站 : 从站是更接近于底层的现场设备, 它们负责执行主站的输出命令, 并向主站提供从现场传感器采集到的输入信号或其他输入信号它们可以是远程 I/O PLC 驱动器和阀等设备 4.GSD 文件 GSD(General Station Description, 常规站说明 ) 文件是可读的 ASCII 码文本文件, 第 2 页共 11 页

3 包括通用的和设备有关的通信的技术规范为了将不同厂家生产的 PROFIBUS 产品集成在一起, 生产厂家必须以 GSD 文件的方式提供这些产品的功能参数, 例如 I/O 点数, 诊断信息, 传输速率, 时间监视等 GSD 文件分为 3 个部分 : (1) 总规范 : 包括生产厂商和设备名称, 硬件和软件版本, 传输速率, 监视时间间隔, 总线连接器的信号分配等 (2) 主站规范 : 包括适用于主站的各项参数, 例如最大可以连接的从站个数和上载 / 下载的选项 (3) 与 DP 从站有关的规范 : 例如 I/O 通道个数, 类型和诊断数据等在 STEP7 的 SIMATIC 管理器中打开硬件组态工具 HW Config, 如果硬件目录窗口中没有需要组态的 DP 从站, 应安装制造商提供的 GSD 文件在硬件组态工具中, 执行菜单命令选项 -> 安装新 GSD 文件, 在出现的对话框中点击浏览按钮, 打开 GSD 文件所在的文件夹, 安装 GSD 文件第 3 页共 11 页

4 安装成功后, 在硬件目录窗口的 \PROFIBUS-DP 文件夹中, 可以找到刚安装了 GSD 文件的 DP 从站, 并将它用于组态 STEP7 将 GSD 文件存储在 \Siemens\Step7\S7 DATA\GSD 文件夹中 GSD 文件可以在制造商的网站下载, 例如在西门子中文网站的下载中心, 可以下载西门子自动化产品 GSD 文件大全二 EM277 简介 EM277 模块是一种智能扩展模块, 是 PLC S7-200 专用通信模块, 用于将 S7-200 CPU 连接到 PROFIBUS-DP 网络, 支持 MPI/PROFIBUS 通信, 只能作为从站, 不能作为主站 1. 分布式外围设备 (DP) 的标准通信 PROFIBUS--DP 是由欧洲标准 EN 定义的远程 I/O 协议即使各个设备由不同的公司制造, 只要满足该标准便相互兼容 DP 表示分布式外围设备, 亦即远程 I/O PROFIBUS 表示过程现场总线在下列通讯协议标准中,EM 277 PROFIBUS--DP 模块将作为从站设备来实现 DP 标准协议 : _ EN (PROFIBUS) 描述总线访问和传送协议, 并规定数据传送介质的性能 _ EN (DP 标准 ) 描述 DP 主站和 DP 从站之间的高速循环交换数据这个标准规定组态和参数赋值过程, 解释具有分布式 I/O 功能的循环数据如何进行交换, 并列出支持的诊断选择一个 DP 主站组态应包含地址, 从站类型以及从站所需要的任何参数赋值信息还应告诉主站由从站 ( 输入 ) 读入的数据应放置何处, 以及从何处获得写入从站 ( 输出 ) 的数据 DP 主站建立网络, 然后初始化其 DP 从站主站将参数赋值信息和 I/O 组态写入到从站然后, 主站从从站那里读出诊断信息, 并验证 DP 从站已接受参数和 I/O 组态然后, 主站开始与从站交换 I/O 数据每次对从站的数据交换为写输出和读输入这种数据交换方式无限期地继续下去如果有意外情况发生, 从站设备可以通知主站, 而主站就会读取来自从站的诊断信息一旦 DP 主站已将参数和 I/O 组态写入到 DP 从站, 而且从站已从主站那里接收到参数和组态, 则主站就拥有那个从站从站只能接收来自其主站的写请求网络上的其它主站可以读取该从站的输入和输出, 但是它们不能向该从站写入任何信息 2. 使用 EM 277 将 S7-200 CPU 作为 DP 从站连接到网络通过 EM 277 PROFIBUS-DP 扩展从站模块, 可将 S7-200 CPU 连接到 PROFIBUS-DP 网络 EM277 经过串行 I/O 总线连接到 S7-200 CPU PROFIBUS 网络经过其 DP 通信端口, 连第 4 页共 11 页

5 接到 EM 277PROFIBUS-DP 模块这个端口可运行于 9600 波特和 12M 波特之间的任何 PROFIBUS 波特率关于 EM 277 PROFIBUS-DP 模块支持的波特率, 可参见该模块的规范作为 DP 从站,EM 277 模块接受从主站来的多种不同的 I/O 组态, 向主站发送和接收不同数量的数据这种特性使用户能修改所传输的数据量, 以满足实际应用的需要与许多 DP 站不同的是,EM277 模块不仅仅是传输 I/O 数据 EM 277 能读写 S7-200 CPU 中定义的变量数据块这样, 使用户能与主站交换任何类型的数据首先将数据移到 S7-200 CPU 中的变量存储器, 就可将输入计数值定时器值或其它计算值送到主站类似地, 从主站来的数据存储在 S7-200 CPU 中的变量存储器内, 也可移到其它数据区 EM 277 PROFIBUS-DP 模块的 DP 端口可连接到网络上的一个 DP 主站上, 但仍能作为一个 MPI 从站与同一网络上如 SIMATIC 编程器或 S7-300/S7-400 CPU 等其它主站进行通信 3. 组态为了将 EM 277 作为一个 DP 从站使用, 用户必须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使用 EM 277 模块上的旋转开关设定的在为新的从站地址按照顺序进行了开关改变以后, 若要使改变生效, 必须对 CPU 循环上电主站通过将其输出区来的信息发送给从站的输出缓冲区 ( 称为接收信箱 ), 与其每个从站交换数据从站将其输入缓冲区 ( 称为发送信箱 ) 的数据返回给主站的输入区, 以响应从主站来的消息 EM 277 可用 DP 主站组态, 以接收从主站来的输出数据, 并将输入数据返回给主站输出和输入数据缓冲区驻留在 S7-200 CPU 的变量存储器 (V 存储器 ) 内当组态 DP 主站时, 将 V 存储器中输出数据缓冲区的起始字节位置定义为 EM 277 参数分配信息的组成部分此外, 还将 I/O 组态定义为要写入 S7-200 CPU 的输出数据量和要从 S7-200 CPU 返回的输入数据量 EM 277 从 I/O 组态确定输入和输出缓冲区的大小 DP 主站将参数赋值和 I/O 组态信息写入到 EM 277 PROFIBUS-DP 模块然后,EM 277 将 V 存储器地址和输入及输出数据长度传送给 S7-200 CPU 4.EM 277 PROFIBUS--DP 模块地址开关及 LED 指示灯 (1)EM277 PROFIBUS-DP 的前视图 : 地址开关 : X10= 设置地址的最高有效位 X1= 设置地址的最低有效位第 5 页共 11 页

6 DP 从站端口连接器 (2)LED 灯 EM 277 PROFIBUS--DP 模块在前面的面板上有四个状态 LED, 用来指示 DP 端口的运行状态 : _ S 上电后,DX MODE LED 一直熄灭直到 DP 通讯开始 _ 当 DP 的通讯成功地初始化后 (EM 277 PROFIBUS--DP 模块进入和主站交换数据的状态时 ),DX MODE LED 变绿直到数据交换状态结束 _ 如果 DP 通讯中断, 强制 EM 277 模块退出数据交换模式, 此时,DX MODE LED 熄灭而 DP ERROR LED 变红此状态一直保持到 S CPU 断电或数据交换重新开始 _ 如果主站写入 EM 277 模块的 I/O 组态或参数信息错误, 则 DP ERROR LED 将呈红色闪烁 _ 如果没有 24 VDC 供电,POWER ( 电源 ) LED 将熄灭下表总结了 EM 277 状态 LED 的各种状态 LED OFF 红色红色闪烁绿色 CPU 故模块良好内部模块故障障 POWER 没有 24VDC 用户电源 24VDC 用户电源良好 DP 没有错误脱离数据交换模式参数化 / 组态错误第 6 页共 11 页

7 ERROR DX MODE 不在数据交换模式在数据交换模式三 PROFIBUS-DP 网络设备通信组态 1. 通信概况 PROFIBUS-DP 可以构成单主站或多主站系统, 系统配置包括网络结构配置和参数配置, 主要内容有站点数目地址和输入 / 输出数据的格式诊断信息格式等一个 PROFIBUS 网络中最多只能有 126 个设备 ( 包括主站和从站 ), 如果距离过长或某一处的从站设备过多, 就需要把 DP 网络分成若干个网段 (Segment), 在同一个网络段中, 最多只能有 32 个设备如果一上网络中的设备数量多于 32 个或由于受距离以及设备性质的限制, 那就必须划分出多个网络段网络段之间的连接可以使用中继器或耦合器, 他们的作用是增加网络的长度, 提供段与段之间的信号隔离和缓冲符合 PROFIBUS-DP 标准的第三方设备可以作为 DP 网络的主站或从站, 第三方设备作为主站时, 组态软件由第三方提供第三方设备作为从站时, 需要在从站中安装 GSD 文件, 这样才能在硬件目录窗口中看到 EM277+ S7200 CPU 作为第三方设备 2. 配置过程 (1) 安装 EM277 的 GSD 文件 GSD 文件是一个可读的, 包括该 PROFIBUS 设备一般的和制造商指定的通信参数的文本文件, 制造商的名字设备支持的波特率 I/O 模块情况以及其他必须和可选的参数都必须在 GSD 文件中体现出来每个 PROFIBUS 设备都必须有相应的 GSD 文件, 这样才能被组态时加入到 PROFIBUS 网络中 PROFIBUS-DP 从站模块 EM277 用于将 S7-200CPU 连接到 PROFIBUS-DP 网络中, EM277 接收来自主站的 I/O 组态, 向主站发送和接收数据主站可以读写 S7-200 的 V 存储区, 每次可以与 EM277 交换 1~128B 的信息,EM277 只能作从站, 不需要在 S7-200 一侧对 PROFIBUS-DP 通信组态和编程 (2) 组态 S7-300 站 S7-300 与 S7-200 通过 EM277 进行 PROFIBUS-DP 通信, 需要在 STEP7 中对 S7-300 和 EM277 组态在 S7-200 中, 只需将待发送的数据传送到组态时指定的 V 存储器区, 或者在组态时指定的 V 存储区中读取接收的数据就可以了具体步骤为 : 在 STEP7 的 SIMATIC 管理器中, 生成一个项目,CPU 模块型号为 CPU315-2DP, 其它组件按实验要求选择选中该站后, 打开硬件配置窗口, 双击 DP 第 7 页共 11 页

8 所在的行点击打开的对话框的常规选项卡中的属性按钮, 在出现的对话框的参数选项卡中设置站地址默认的站地址为 2 点击新建按钮, 设置通信参数选择如下图 : 第 8 页共 11 页

9 正确设置后, 点击确定按钮返回 HW config 窗口, 生成一条 PROFIBUS-DP 网络 (3) 组态 EM277 从站在硬件配置窗口右侧选件列表中, 展开 PROFIBUS DP, Additional Field Device, PLC, SIMATIC, 双击 EM277 PROFIBUS-DP 图标 : 在打开的接口属性对话框中, 设置 EM277 的站地址为 5 EM277 模块上的拨码开关设置的站地址应与 STEP7 中设置的站地址相同根据通讯数据区域的大小, 选择合适的数据交换长度, 插入到窗口下方的 EM277 第 9 页共 11 页

10 具体描述中 ( 本例选择的是 2Bytes Out/2Bytes In, 分配的输入输出字节地址为 IB4-IB5 和 QB4-QB5) 双击 EM277 从站, 点击 Parameter Assignment 选项卡, 设置 I/O Offset in the V-memory (V 存储区中的 I/O 偏移量 ) 为 2 即用 S7-200 的 VB2~VB3 对应 S7-300 的 QB4~QB5 区. S7-200 的 VB4~VB5 对应 S7-300 的 IB4~IB5 区. 第 10 页共 11 页

11 文章来源 : 东莞市正翔自动化科技有限公司东莞市正翔自动化科技有限公司技术支持 : 温工第 11 页共 11 页

PROFIBUS3.doc

PROFIBUS3.doc PLC PLC ProfiBus 3. PROFIBUS-DP PROFIBUS-DP PROFIBUS-DP PROFIBUS S7 STEP7 SIMATIC NET S5 COM PROFIBUS COM5431 PROFIBUS-DP GSD GSD *.GSD *. GSE GSD S7 STEP7 PROFIBUS DP S7-400 CPU416-2DP S7-200 PROFIBUS