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1、PROFIBUS 工业总线控制系统试验、编程及通讯教程龙洲教仪2002-7-20目录第一章 PROFIBUS介绍2一、 概况2二、 PROFIBUS 的使用2三、 PROFIBUS 模板4四、 PROFIBUS 模板的特点5五、 快速设置 PROFIBUS 的指导原则:9第二章 PROFIBUS应用10一、 建立一个新的项目10二、 组态硬件12三、 进入软件编程16四、 建立计算机与PLC 300的通讯17五、 建立计算机与PLC 200的通讯17第三章 变频器的设置22一、 操作面板及其使用22二、 快速调试 (P0010=1)23三、 复位为工厂的缺省设置值24四、 用户访问级24五、
2、电机参数25六、 PROFIBUS的安装及参数设置26第四章 SIEMENS S7-300通讯演示程序28第五章 SIEMENS S7-200通讯演示程序29第六章 I/O接口表30第七章 电路原理图31第八章 使用元器件清单32参 考 文 献33第一章 PROFIBUS介绍一、 概况PROFIBUS是一种开放的标准通讯协议，是针对一般工业环境下的应用而设计和开发的。协议的标准由EN50170（卷2）规程加以规定，而且已经被世界范围的许多制造商开发， 赞同和采用。 目前，PROFIBUS控制有很多种产品(由各个不同的公司生产)可供选用，这些公司还制造传动设备、执行机构、阀、以及可编程序控制器（
3、PLC）和其它的系统控制器。PROFIBUS 的运行可以通过各式各样的硬件连接介质， 例如光纤和 RS485。有三种版本的PROFIBUS：FMS、DP和PA，所有这些版本都可以使用。常用的版本是DP，适用的控制对象是一般的工业应用。这是由西门子传动产品支持的版本。二、 PROFIBUS 的使用为了连接成PROFIBUS系统，必须采用PROFIBUS模板。这一模板安装在变频器的正面， 通过RS485 串行接口与变频器进行通讯。在PROFIBUS模板的底板上装有一个9针的D 型插头 / 座（这是PROFIBUS标准的要求） 。 PROFIBUS 系统以类似于USS 的方式对变频器进行控制和监测。
4、PROFIBUS 协议较之 USS 协议更为复杂， 而且采用专用软件进行的控制程序开发也最好。虽然 PROFIBUS系统比某些协议，例如USS协议，更为复杂，但是，它具有以下一些优点: 具有开放的， 定义透明的系统。 由不同的制造商开发了多种产品。 在工业应用中证明效果很好。 减少了现场布线的数量; 便于（不用更改布线）重新编程， 监测和控制。 速度快， 可达12MBd。 一个DP系统最多可以连接 125 个从站。 可以由一个主站或多个主站进行操作。 通讯方式可以是点对点或广播方式。 有支持和开发软件供使用。三、 PROFIBUS 模板PROFIBUS 模板是一个可选件， 用户采用这一选件后，
5、 可以通过 PROFIBUS-DP串行总线 （SINEC L2-DP）对MICROMASTER 440 进行控制 。 PROFIBUS-DP 是一个价格适当的高速串行通讯系统，是执行机构和/或传感器领域最优化的系统， 因为这一领域的设备对缩短系统的响应时间有着很高的要求。 PROFIBUS按照分布式 I/O系统来操作，即是说，RS485串行总线系统把各个站连接在一起，取代了传统的传感器和执行机构的布线方式。由于近年来总线的数据传输速率已提高到12MBd，PROFIBUS系统对这些应用对象的适用性得以大大增强。 通讯协议的定义遵循 DIN19245 标准和 EN50170规范的要求， 保证 PR
6、OFIBUS-DP 的各个站点之间是开放的， 多主的通讯方式。一个总线系统最多可以把 125 个站点链接成为一个网络， 其数据结构非常灵活， 可以使系统优化， 完全可以满足每个被控设备的需求。 PROFIBUS-DP 是西门子公司生产的新一代 SIMATIC S7 自动化系统的核心。 采用这种简单的总线系统， 可以把工程设计， 可视化和 PLC 控制集成在一起。 为了配置一个以 SIMATIC 为基础的自动化系统， 需要在一台PC上运行相关的 STEP7配置工具。总线的配置是在图象显示的PROFIBUS-DP网络中采用拖动和沉着技术来完成的。采用 PROFIBUS-DP 来实现系统的自动化，
7、其优点如下面所列：l 由操作面板，变频器，传感器，执行机构以及PLC组成自动化系统只需要一个简单的网络。l 在设备安装时间和电缆布线方面节约费用。l 用 SIMATIC S7 PLC 系统和 STEP7 软件进行调试， 使调试工作十分简便。l 系统投运以后， 扩展和改造自动化系统具有很大的灵活性。l 便于集成到更高一级的过程可视系统中， 例如 PCS7。l 在设备出现问题的情况下， 远程诊断功能减少了停机时间。四、 PROFIBUS 模板的特点l 通过 PROFIBUS 总线系统可进行快速的周期通讯。l PROFIBUS 支持的波特率可达 12MBd。l 采用 PROFIBUS-DP 协议最多
8、可以控制125台变频器 (带有重发器)。l 符合EN50170规范的要求，保证串行总线系统的通讯是开放的。它可以与串行总线上其它的 PROFIBUS-DP/SINECL2DP外围设备一起使用。数据格式符合 VDI / VDE 规范 3689 “变速传动装置的PROFIBUS Profile ”。l 具有连接 SIMOVIS 或其它维修工具的非周期通讯通道。l 支持 PROFIBUS 控制命令 SYNC 和 FREEZE。l 使用S7管理软件，或其它任何专用的PROFIBUS调试工具，系统配置十分方便。l 采用专门设计的功能块(S5) 和软件模块(S7)， 可以简便地集成到 SIMATIC S5
9、 或 S7 的PLC 系统中。l 模板从变频器的正面插入， 操作十分方便。l 不需要单独的供电电源。l 可以通过串行总线读2出数字和模拟的输入， 控制数字和模拟的输出。l 对过程数据的响应时间为5 mS 。l 输出频率(和电动机速度)可以在变频器的机旁控制，也可以通过串行总线进行远程控制。l 可以实现多结点运行，控制数据通过端子(数字输入)输入，设定值通过串行总线输入。另一种方法是，设定值由机旁信号源(模拟输入)给定，传动装置的控制通过串行总线进行 。l 所有的变频器参数都可以通过串行链路进行访问。l PROFIBUS模板安装在变频器的正面，推入轻便。为了拔出模板，必须拉开固定在底板上的卡子。
10、说明：只有在变频器断电时才允许把PROFIBUS模板插入变频器，或从变频器上拔出该模板 。如果 PROFIBUS 模板与面板上的 SUB-D 插座连接 ， 那么， 6SE32 变频器内部的 RS 485 连接端子 (端子 23 和 24) 必须是空闲不用的。PROFIBUS 模板不能用电缆与变频器连接 。按照 VDI/VDE 3689的规定 ： PROFIBUS-DP 通讯的数据结构可以是 PPO 类型 1 或 PPO 类型 3 。 其含义实际上就是， 发送的数据总是过程数据 （发送报文中的控制字、 设定值和接收报文中的状态字、实际值)。如果总线的频带宽度或PLC的存贮空间非常宝贵，那么，参数
11、数据的交换就可能被封锁。数据的结构和PPO的类型，通常由总线的主站确定。 如果没有指定数据结构的 PPO 类型 (例如， 如果把ROFIBUS -DP/PROFIBUS FMS总线主站结合起来使用)，缺省的PPO类型是1，允许进行参数数据的交换)。从串行链路传输的过程数据与参数数据相比，具有更高的优先级。这就是说，修改设定值或改变变频器的控制命令， 要比修改参数的命令具有更快的处理速度。 根据需要，可以使能或禁止通过串行链路写参数，而通过串行链路读参数永远是允许的，可以连续读出变频器的数据，诊断信息，故障信息等。这样，可以轻而易举地组成可视系统 。可以像变频器没有安装PROFIBUS模板时那样
12、， 任何时候都能在变频器的机旁用 On-(接通运行)， Off -(停车)， Jog - (点动)和 Reverse - (反向)按钮控制电动机。 PROFIBUS 电缆连接到 PROFIBUS 模板正面的 9 针 SUB-D 插座上 。表 39 PROFIBUS SUB-D 插座的插针功能分配端子号功能、 信息1不接线 (NC)2NC3 RS 485的发送和接收线 ， 双线， 正的差动输入 / 输出 B/P4请求发送 (RTS)6终端电阻的 5V 带隔离的供电电源7NC8 RS 485的发送和接收线， 双线， 负的差动输入 / 输出 A/N9NC表 3 10 与数据传输速率相应的最大电缆长度
13、数据传输速率 (Kbit/s)每段的最大电缆长度 (m)9.6019.2093.75187.50500.00500.0012000.001200120012001000400200100电缆的屏蔽层必须与 SUB-D 插头/ 座的外壳相连。 采用 RS485 重发器可以扩展一段电缆长度。建议采用：SINEC L2 型 RS485 重发器 (订货号 : 6ES7972-0AA00-0XA0)。为了保证串行总线系统运行可靠， 电缆的两端必须接有终端电阻。为了使运行速率达到 12MBd，电缆两端必须连接到装有内置阻尼网络的插头/座上。此外，在12MBd运行速率下总线电缆的末端不允许有多余的裸露短线
14、。 为了在数据传输速率达到12MBd 时运行可靠， 下面的表3 - 11中列出了适宜的 SINEC-L2 DP 插头 / 座：表 3 11插头 / 座和电缆的订货号订货号说明6ES7 972-0BB10-0XA0带 PG 接口的总线插接器6ES7 972-0BA10-0XA0不带 PG 接口的总线插接器6XV1830-0AH10总线电缆长度 20m-1000m随 PROFIBUS 模板一起供货的软盘上带有关于配置 PLC系统的手册和2个数据文件。五、 快速设置 PROFIBUS 的指导原则 l 必须正确地连接主站与变频器之间的总线电缆，包括必要的终端电阻和终端网络(在通讯速率为 12MBd时)
15、 。l 总线电缆必须是屏蔽电缆， 其屏蔽层必须与电缆插头/ 座的外壳相连 。 l PROFIBUS 主站的配置必须正确， 允许采用 PPO 1 型或 PPO 3型数据结构，实现与DP从站的通讯（如果不能由远程的操作控制来配置数据结构的PPO类型，那就只能是PPO 1型）。 l 在 采用带有SIMATIC S5 的 COM ET 软件时，必须使用正确的类型说明文件， 这样，IM308B/C可以配置为总线的主站。当Simatic管理器用于S7时，必须装载目标管理器 。l 总线必须是运行的(对于SIMATIC模板，操作控制板的开关必须设定为运行(RUN)。l 总线的波特率不得超过 12MBd。l P
16、ROFIBUS 模板必须与变频器正确地匹配， 变频器必须是上电状态 。l 变频器的从站地址（参数P0918）必须正确设置，使它与PROFIBUS主站配置的从站地址相一致， 总线上定义的每个变频器的地址必须是唯一的。第二章 PROFIBUS应用一、 建立一个新的项目步骤1、 单击SIMATIC Manager图标，出现下示窗口:步骤2、 单击 NEXT按钮，出现下示窗口:步骤3、 选择CPU315-2DP且单击 NEXT按钮，出现下示窗口：步骤4、 选择LAD且单击 NEXT按钮，出现下示窗口：步骤5、在Project name中输入项目名称LZ-003且单击Make 按钮，即建立了一个新的项目
17、，如下面窗口所示：二、 组态硬件步骤1、单击SIMATIC 300 STATION图标。出现如下窗口：步骤2、双击Hardware 进入硬件组态：步骤3、 单击(O)UR中一号槽位且选择电源PS307 2A：步骤4、单击(O)UR中四号槽位且选择SM323 DI16/DO16*24V/0.5A：步骤5、单击DP Master，插入DP Master System：步骤6、 将MICROMASTER 4托止PROFIBAS总线上松开左键。选择第二项：步骤7、确认后将地址改为10：步骤8、 确认后变频器被安装在了总线上：步骤9、在将EM 277PROFIBUS-DP托至总线上：步骤9、确认后EM
18、277被安装在了总线上：步骤10、配置EM 277为2 Bytes Out/2 Bytes In：步骤11、同理安装其它EM 277： 步骤12、此时硬件配置完成。最后将其下载至PLC 300中。三、 进入软件编程 双击OB1即可进入软件编程：编程完成后即可下载至PLC 300中。四、 建立计算机与PLC 300的通讯将CP5611接口卡插入计算机扩展槽中并联结MPI通讯电缆至PLC 300的MPI插口上，然后启动计算机与PLC 300即可完成计算机与PLC 300的通讯连接。五、 建立计算机与PLC 200的通讯步骤1、双击STEP 7-MicroWIN32图标击如其窗口： 步骤2、单击左下
19、脚图标后出现下面窗口： 步骤3、双击右上角None Adders后进入通讯设置： 步骤4、双击Select按钮。 步骤5、双击PC/PPI cable选择通讯电缆： 步骤6、单击确定后PC/PPI cable被安装： 步骤7、单击Close关闭窗口： 步骤8、单击确定关闭窗口，这时通讯已经建立： 步骤9、关闭窗口，完成通讯建立。第三章 变频器的设置首先按照变频器安装手册正确安装变频器并正确连接电机。一、 操作面板及其使用二、 快速调试 (P0010=1)为了进行快速调试 (P0010=1)， 必须有以下参数。参数号参数名称访问级CstatP0100欧洲 / 北美地区1CP0300选择电动机的类
20、型2CP0304电动机的额定电压1CP0305电动机的额定电流1CP0307电动机的额定功率1CP0308电动机的额定功率因数2CP0309电动机的额定效率2CP0310电动机的额定频率1CP0311电动机的额定速度1CP0320电动机的磁化电流3CTP0335电动机的冷却2CTP0640电动机的过载倍数 %2CUTP0700选择命令源1CTP1000选择频率设定值1CTP1080最小速度1CUTP1082最大速度1CTP1120斜坡上升时间1CUTP1121斜坡下降时间1CUTP1135OFF3 停车时的斜坡下降时间2CUTP1300控制方式2CTP1910选择电动机数据自动检测2CTP39
21、00快速调试结束1C三、 复位为工厂的缺省设置值 为了把所有的参数都复位为工厂的缺省设置值，应按下列数据对参数进行设置： 设定 P0010=30。设定 P0970=1。说明：大约需要 10 秒钟才能完成复位的全部过程，将变频器的参数复位为工厂的缺省设置值。 四、 用户访问级P0003用户访问级最小值:0CStat:CUT数据类型: U16 单位: -缺省值:1参数组:常用使能有效 : 立即 快速调试 :否最大值:4本参数用于定义用户访问参数组的等级。 对于大多数简单的应用对象，采用缺省设定值 (标准模式) 就可以满足要求了。可能的设定值:0 用户定义的参数表 - 有关使用方法的详细情况请参看
22、P0013 的说明1 标准级: 可以访问最经常使用的一些参数。2 扩展级: 允许扩展访问参数的范围，例如变频器的 I/O 功能。3 专家级: 只供专家使用。4 维修级: 只供授权的维修人员使用 - 具有密码保护。五、 电机参数六、 PROFIBUS的安装及参数设置1. 首先将PROFIBUS模板正确插入变频器中。而后间PID开关2位4位拨到“1”。2. 将参数P0719设置为66即可。3. 快速设置 PROFIBUS 的指导原则： 必须正确地连接主站与变频器之间的总线电缆，包括必要的终端电阻和终端网络(在通讯速率为 12MBd时) 。 总线电缆必须是屏蔽电缆， 其屏蔽层必须与电缆插头/ 座的外
23、壳相连 。 PROFIBUS 主站的配置必须正确， 允许采用 PPO 1 型或 PPO 3型数据结构，实现与DP从站的通讯(如果不能由远程的操作控制来配置数据结构的PPO类型，那就只能是PPO 1型)。 在 采用带有SIMATIC S5 的 COM ET 软件时，必须使用正确的类型说明文件， 这样，IM308B/C可以配置为总线的主站。当Simatic管理器用于S7时，必须装载目标管理器 。 总线必须是运行的(对于SIMATIC模板，操作控制板的开关必须设定为运行(RUN)。 总线的波特率不得超过 12MBd。 PROFIBUS 模板必须与变频器正确地匹配， 变频器必须是上电状态 。 变频器的
24、从站地址(参数P0918)必须正确设置，使它与PROFIBUS主站配置的从站地址相一致， 总线上定义的每个变频器的地址必须是唯一的。4. 指示灯状态指示第四章 SIEMENS S7-300通讯演示程序第五章 SIEMENS S7-200通讯演示程序第六章 I/O接口表第七章 电路原理图第八章 使用元器件清单参 考 文 献1. SIEMENS SIMATIC S7 STEP 7 V5.0 使用入门2 SIEMENS SIMATIC S7 STEP 7 V5.0 编程手册3. SIEMENS SIMATIC S7-200可编程序控制器系统手册4 SIEMENS SIMATIC S7-300可编程序控制器硬件安装手册5 SIEMENS SIMATIC S7-300梯形逻辑编程6 SIEMENS PROFIBUS通讯手册7 SIEMENS SIMATIC S7 STEP 7 V5.0配置硬件和通讯连接手册8 SIEMENS SIMATIC S7-300模块说明9 SIEMENS SIMATIC S7-300系统软件与标准功能10SIEMENS SIMATIC S7-200应用示例11SIEMENS SIMATIC STEP7 编程参考手册
