【剑忠siemens专栏】Profibus dp通讯主从设置

编者按

“剑指工控”特邀请SIEMENS自动化官方认证专家“剑忠”专门开辟西门子技术专题,与大家共同学习与探讨!本期话题:图文并茂的详细介绍了Profibus dp通讯主从设置技巧。

PROFIBUS 简介

1. PROFIBUS 基本性质

PROFIBUS规定了串行现场总线系统的技术和功能特性。通过这个系统,从底层(传感器、执行器级)到中层(单元级)的分布式、数字现场可编程控制器都可以连网。PROFIBUS区分为主站和从站。

> 主站 主站掌握总线中数据流的控制权。只要它拥有访问总线权(令牌),主站就可在没有外部请求的情况下发送信息。在PROFIBUS协议中,主站也被称作主动节点。
> 从站 从站是简单的输入、输出设备。典型的从站为传感器,执行器以及变频器。从站也可为智能从站,如S7300/400带集成口的CPU等。从站不 会拥有总线访问的授权。从站只能确认收到的信息或者在主站的请求下发送信息。从站也被称作被动节点。
> 传输方法 符合美国标准EIA RS485的闭合电路传输,是制造工程、建筑服务管理 系统和动力工程的基本标准。它采用铜导体的双绞线,也可用光纤。
> 传输速度 PROFIBUS总线的传输速率从9.6Kbit/s—12Mbit/s。

网段总线长度与传输速率的关系

传输速率/(Kbit/s)

9.6—187.5

500

1500

3000--12000

总线长度/m

1000

400

200

100

> 最大节点数 127(地址0-126)

2. ROFIBUS现场应用类型

PROFIBUS提供了三种通信协议类型:FMS,DP和PA
> PROFIBUS-FMS: 用于现场通用通信任务的FMS接口(DIN 19245 T.2)
> PROFIBUS-DP: 用于与分布式I/O进行高速通讯
> PROFIBUS-PA: 用于执行规定现场设备特性的PA设备,它使用扩展的PROFIBUS-DP协议进行数据传输。

3. 利用PROFIBUS DP进行的通信

PROFIBUS-DP是为了实现在传感器-执行器级快速数据交换而设计的。中央控制装置(例如可编程控制器)在这里通过一种快速的串行接口与分布式输入和输出设备通信。与这些装置的通信一般是循环发生的。
中央控制器(主站)从从站读取输入信息并将输出信息写到从站。
单主站或者多主站系统可以由PROFIBUS-DP来实现。这使得系统配置异常方便。一条总线最多可以连接126个设备(主站或从站)。

> 系统配置

系统配置的规范包含一系列的站点,I/O地址的分配, 输入输出数据的完整性,诊断信息的格式以及总线参数。

> 设备类型

DP1类主站 这是一种在给定的信息循环中与分布式站点(DP从站)交换信息
的中央控制器。

典型的设备有: 可编程控制器(PLC),微机数值控制(CNC)或计算机(PC)
等。

DP2类主站 属于这一类的装置包括编程器,组态装置和诊断装置,例如上位
机。这些设备在DP系统初始化时用来生成系统配置。

DP从站 一台DP从站是一种对过程读和写信息的输入、输出装置(传感器/
执行器),例如分布式I/O,ET200,变频器等。

通过PROFIBUS-DP实现两CPU集成DP接口之间的主从通信

PROFIBUS-DP从站不仅仅是ET200系列的远程I/O站,当然也可以是一些智能从站,如带集成DP接口和PROFIBUS 通信模块的S7 300站,S7400站(V3.0以上)都可以作为DP的从站。下面我们将以两个CPU315-2DP CPU之间主从通信为例介绍连接智能从站的组态方法。

1. 硬件和软件需求

硬件:
PROFIBUS-DP主站 S7-300 CPU315-2DP(6ES7 315-2AG10-0AB0),SM374
PROFIBUS-DP从站 S7-300 CPU315-2DP(6ES7 315-2AG10-0AB0);SM374
PROFIBUS电缆及接头
CP5512(PCMCIA卡,用于笔记本电脑)或PC适配器,CP5611(PC机)

软件:

STEP7 V5.3 SP2

2. 网络组态及参数设置

1) 新建项目:
在STEP7中创建一个新项目,然后选择Insert ® Station ® Simatic 300 station,插入两个S7 300站,这里命名为Simatic 300(master)和 Simatic 300(slave)。当然也可完成一个站的配置后,再建另一个。如图1。

图1 在STEP7 硬件组态中插入两个S7 300站

2) 组态从站:在两CPU主从通信组态配置是,原则上要先组态从站。

> 硬件组态
双击Simatic 300(slave)“Hardware”,进入硬件组态窗口,在功能按钮栏中点击“Catalog”图标打开硬件目录,按硬件安装次序和订货号依次插入机架、电源、CPU和SM374等进行硬件组态。
插入CPU时会同时弹出PROFIBUS接口组态窗口。也可以插入CPU后,双击DP(X2)插槽,打开DP属性窗口点击属性按钮进入PROFIBUS接口组态窗口。点击“NEW”按钮新建PROFIBUS网络,分配 PROFIBUS站地址,本例设为3号站。点击“Propertives”按钮组态网络属性,选择“Network Setting”进行网络参数设置,如波特率、行规。本例传输速率为1.5Mbit/s,行规为DP。如图2。


图2 Profibus DP 网络参数设置

确认上述设置后,PROFIBUS接口状态如图3。


图3 Profibus 接口状态

> DP 模式选择

同样在DP属性设置对话框中,选择“Operating Mode”标签,激活“DP slave”操作模式。如果“Test,commissioning,routing”选项被激活,则意味着这个接口既可以作为DP从站,同时还可以通过这个接口监控程序。也可以用STEP7 F1帮助功能查看详细信息。


图4 DP 模式选择

> 定义从站通信接口区

选择“Configuration”标签,打开I/O通信接口区属性设置窗口,点击“New”按钮新建一行通信接口区,如图5可以看到当前组态模式为主从(MS,Master-slave configuration)。注意此时只能对本地(从站)进行通信数据区的配置。

Address type: 选择“Input”对应输入区,“Output”对应输出区。

   

Address: 设置通信数据区的起地址。

     

Length: 设置通信区域的大小,最多32字节。

   

Unit: 选择是按字节(byte)还是按字(word)来通信。

 

Consistency: 选择“Unit”是按在“Unit”中定义的数据格式发送,即按字节或字发送;
若选择“All”表示是打包发送,每包最多32字节。此时通信数据大于4个
字节时,应用SFC14,SFC15。

设置完成后点击“Apply”按钮确认。同样可根据实际通信数据建立若干行,但最大不能超过244字节。在本例中分别创建一个输入区和一个输出区,长度为4字节,设置完成后可在“Configuration”窗口中看到这两个通信接口区。如图6。

图5 通信接口区设置


图6 设置完成后的从站通信区

> 设置通信区完成后,点击编译存盘按钮,编译无误后即完成从站的组态。


图7 从站的编译存盘

3) 组态主站

> 完成从站组态后,就可以对主站进行组态,基本过程与从站相同。在完成基本 硬件组态后对DP接口参数进行设置,如图8。本例中地址设为2,并选择与从站相同的PROFIBUS网络(PROFIBUS1)。波特率以及行规与从站应设置相同。(1.5Mbit/s;DP)。
> 然后在DP属性设置对话框中,选择“Operating Mode”标签,选择“DP Master”操作模式。如图9所示。


图8 主站DP接口参数设置


图9 DP接口为主站

> 连接从站:在硬件组态(HW Config)窗口中,打开硬件目录,选择“ PROFIBUS DP ® Configured Stations”文件夹,将CPU31x拖拽到主站系统DP接口的PROFIBUS总线上,这时会同时弹出DP从站连接属性对话框,选择所要连接的从站后,点击“Connect”按钮确认。如图10。
注:如果有多个从站存在时,要一一连接。


图10 连接从站

> 通信接口区:连接完成后,点击“Configuration”标签,设置主站的通信接口区从站的输出区与主站的输入区相对应,从站的输入区同主站的输出区相对应,如图11所示。图12为设置完成I/O通信区。


图11 通信数据区设置


图12 通信数据区

确认上述设置后,在硬件组态(HW Config)中,选择编译存盘按钮,编译无误后即完成主从通信组态配置。


图 13 组态的编译存盘

简单编程:在程序调试阶段,建议将OB82,OB86,OB122下载到CPU中,这样可使在CPU有上述中断触发时, CPU仍可运行。相关OB的解释可以参照STEP7帮助。

作者简介

剑忠,多年从事钢铁行业自控仪表、计算机与网络等工控设备维护与技改工作,由于工作中较常使用SIEMENS SIMATIC产品,因而一直致力于将STEP7+WinCC组合(即AS与OS)进行全集成TIA架构应用开发与实践探索。连续多年受邀参加SIEMENS中国网站技术交流版主及高端用户峰会,入选2011年SIEMENS自动化专家会议。2013年参加SIEMENS高端自动化产品精英工程师选拔参赛,获一等奖,并授予《SIEMENS高端自动化产品精英工程师》认证;2014年荣获SIEMENS自动化专家认证。