S7-300和200DP网络组态过程 - 图文

步骤三 网络组态的准备

本任务的解决需要使用S7-300或HMI作为主站，通过EM 277模块将S7-200 CPU连接到PROFIBUS-DP通信网络中。需要的相关知识如下：

（一）PROFIBUS简介

自动化控制、计算机、通信、网络等技术的发展，引发了自动化控制领域的深刻变革。信息技术的飞速发展，使自动化系统结构逐步形成全分布式的网络集成的自控系统。现场总线（fieldbus）正是顺应这一形势发展起来的新技术。目前，比较具有影响力的现场总线有：基金会现场总线（FF，Foundation Fieldbus）、LonWorks、PROFIBUS、CAN和HART等等。其中，PROFIBUS（过程现场总线，Process Fieldbus）是当前最为流行的现场总线技术之一。

在众多的现场总线标准中，PROFIBUS提供了一个从现场传感器直至生产管理层的全方位透明的网络，并凭借其严格的定义，完善的功能及标准而通用的技术成为开放式系统的典范。目前，PROFIBUS已经在众多方面如制造业自动化、楼宇自动化、过程工业自动化、电力工业和电力输送等领域得到了广泛的应用，证明了其强大灵活的功能，并已在众多的现场总线技术中占据了首要地位。

PROFIBUS是不依赖生产厂家的、开放式的现场总线，各种自动化设备可以通过同样的接口交换信息。PROFIBUS定义了各种数据设备连接的串行现场总线技术和功能特性。现场设备可以广泛分布在控制底层（如传感器、执行器等）和控制中心（如车间级）。PROFIBUS连接的设备由主站和从站组成。主站能控制总线，当一个主站得到现场总线控制权时可以主动向从站和其他主站发送信息。从站为控制的外围设备（如智能传感器、执行器等），它们没有现场总线的控制权，仅对接收到的信息予以执行，或当主站要求数据时回送给主站相应的信息。

在实际应用中，一个典型的工厂自动化系统应该是3级网络结构，即现场级、车间级和管理级。

（1）现场设备层。该层的主要功能是连接现场设备，如分散式I/O、传感器、驱动器、执行机构、开关设备等，完成现场设备控制及设备间连锁控制。主站（PLC/PC或其他控制器）负责总线通信管理及所有从站的通信。总线上所有设备生产工艺控制程序存储在主站中并由主站执行。

（2）车间监控层。车间级监控用来完成车间生产设备之间的连接，如一个车间3条生产线主控制器之间的连接，完成车间级设备监控。车间级监控包括生产设备状态在线监控、设备故障报警及维护等。通常还具有诸如生产统计、生产调度等车间级生产管理功能。

（3）车间（工厂）管理层。车间操作员工作站可通过集线器与车间办公管理网连接，将车间生产数据送到车间管理层。车间管理网作为工厂管理网的一个子网，子网通过交换机、网桥或路由等连接到厂区骨干网，将车间数据集成到工厂管理层。典型的PROFIBUS网络层次结构如图2.1.11所示。

图2.1.11 典型的PROFIBUS网络层次结构

（二）PROFIBUS-DP简介

PROFIBUS为多主从结构，可方便地构成集中式、分散式和分布式控制系统。针对不同的控制场合，分为三个系列：PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS。PROFIBUS-DP控制系统通常位于工厂自动化系统的底层，即现场级与车间级。

PROFIBUS-DP（分布式外部设备，Decentralized Periphery）用于传感器和执行器级的高速数据传输，传输速率可以达到12Mbps，一般构成单主站系统，也支持多主站系统。主站和从站间采用循环数据传送方式工作。这种设计主要用于设备一级的高速数据传送，中央控制器（如PLC/PC）通过高速串行线与分散的现场设备（如I/O、驱动器等）进行通信。PROFIBUS-DP的总线访问方式如图2.1.10所示：

图2.1.10 PROFIBUS-DP的总线访问方式

PROFIBUS-DP主要应用于制造业自动化系统中的单元级和现场级通信。

PROFIBUS-DP网络通信的优点在于：代替了 PLC/PC 与 I/O 之间昂贵的电线；传输数据速度快，传输1k字节的输入数据和1k字节的输出数据所需时间<2 ms；受到所有主要的 PLC 制造商支持；能够减少组态和维护费用；产品覆盖面广泛，包括PLC、PC、I/O、驱动器、阀和编码器等。

（三）PROFIBUS-DP设备的分类

典型的PROFIBUS-DP系统的组成包括：中央控制器和各种外围设备。其中中央控制器通常是PLC/PC，外围设备包括：数字量或模拟量I/O、AC或DC驱动器、电磁或气动阀和人机界面（HMI，Human-Machine Interface ）。

图2.1.12 典型的PROFIBUS-DP系统组成

在同一条PROFIBUS-DP总线上最多可连接126个设备（主站或从站）。由系统来定义站点数、站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格式、诊断报文格式和所使用的总线参数。

每个DP系统由不同类型的设备组成，这些设备分为如下3类。

1、一类DP主站（DPM1）。是系统的中央处理器，其在确定的周期内与分散的从站循环交换信息。下列设备可以作为一类DP主站：

（1）一个带集成DP接口或插入式接口模块的CPU，如CPU 313C-2DP和CPU 315-2DP。 （2）CPU和支持DP主站功能的通信处理器（CP），如CP 343-5。 （3）一个连接在CPU上的接口模块，如IN 467。

（4）连接工业以太网和PROFIBUS-DP的IE/PB链接器模块。 （5）ET 200S和ET 200X的主站模块。

（6）使用PROFIBUS网卡的PC，如WinAC控制器。

2、二类DP主站（DPM2）。是DP网络中的编程、诊断和管理设备。除了具有一类主站的功能外，在于一类DP主站进行数据通信时可以读取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。下列设备可以作为二类DP主站：

（1）以PC加PROFIBUS网卡为硬件平台的二类主站。 （2）操作员面板（OP）和触摸屏（TP）。

3、DP从站。是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备，是PROFIBUS网络上的被动节点，只与它的DP主站交换用户数据。典型的从站设备是传感器、执行器和测量变送器。

（四）PROFIBUS-DP的传输方式

PROFIBUS-DP采用RS-485的传输技术。RS-485是PROFIBUS应用中最常用的方式，其应用既适用于高速传输的系统，也适合于简答、廉价、需快速铺设的场合。RS-485传输时PROFIBUS最常用的传输技术，采用的电缆是屏蔽双绞铜线，传输速率为9.6kbps～12Mbps，并且一个系统中总线上的数据传输速率对连接在总线上的各个设备是统一设定的。每个设备都连接在具有线性拓扑结构的总线上，每个线段可以连入的最大设备数为32，每个线段的最大长度为1200m。

PROFIBUS-DP采用RS-485的物理传输方式，采用的电缆是类型A屏蔽双绞铜线，其外表层的颜色为紫色，如图2.1.13所示。其传输速率为9.6kbps～12Mbps。

RS-485总线电缆的连接主要使用9针的D型接头，除了D型9针接头外，RS-485的电缆不能使用其他类型的连接头。D型连接器分插头、插座两种形式。插座在总线站一侧，插头与RS-485电缆相连。9针D型接头的外观及引脚如图所示。

通信电缆的制作步骤如下：

第一步：准备好网络连接器和PROFIBUS电缆，如图2.1.14所示。

(a) A型屏蔽双绞铜线

(b) 引脚定义

图2.1.13 屏蔽双绞线与引脚定义

图2.1.14 网络连接器与电缆 图2.1.15 打开网络连接器 第二步：打开PROFIBUS网络连接器，如图2.1.15所示。

第三步：去除PROFIBUS电缆芯线外的保护层，将芯线按照相应的颜色标记插入，拧紧螺丝，压紧导线。由于通信频率比较高，因此通信电缆采用双端接地。电缆两头都要连接屏蔽层，如图2.1.16所示。

图2.1.16 插入并安装电缆 图2.1.17 拧紧外盖螺丝 第四步：合上上盖，拧紧外盖螺丝，如图2.1.17所示。

第五步：按照同样的方法，将另外一个网络连接器做好，则通信电缆制作完成，如图2.1.18所示。

图2.1.18 制作完成的通信电缆

（五）GSD文件

为达到PROFIBUS简单的即插即用配置，不同生产商和各种设备类型的不同性能均在电子数据单中具体说明，被称为设备数据库或GSD（General Station Description，常规站说明）文件。标准化的GSD数据将通信扩大到操作人员控制级，使用基于GSD的组态工具可将不同生产商生产的设备集成在一个总线系统中，用户界面友好。PROFIBUS系统中的GSD文件如图2.1.17所示。

图2.1.17 PROFIBUS系统中的GSD文件

GSD文件是用于识别不同PROFIBUS-DP/PA设备的文本文件，用于识别不同生产商的DP/PA设备进行组态。GSD文件通常包含设备的制作厂商信息、所支持的波特率、I/O定义、功能定义及诊断信息定义。GSD文件分为总体说明、DP主设备相关规定、从设备相关规定3部分。其中，总体说明包括生产商和设备名称、软硬件版本情况、支持的波特率、可能的监控时间间隔及总线插头的信号分配；DP主设备相关规定包括所有只适用于DP主设备的参数；从设备相关规定包括与从设备有关的所有规定。

可以在制造商的网站下载GSD文件。在STEP 7的SIMATIC管理器中打开硬件组态工具HW Config，如果硬件目录窗口没有需要的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。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，并将其用于组态。STEP 7将GSD文件存储在“?\\Siemens\\Step7\\S7 DATA\\GSD”文件夹中。

（六）HMI人机界面

HMI（人机界面）是连接可编程序控制器（PLC）、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元（如触摸屏、键盘、鼠标等）写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备。HMI在工厂自动化体系中处于承上启下的位置，通过连接现场总线，完成现场设备的逻辑控制管理，并且为上层管理系统提供必要的数据。

HMI由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通信接口、数据存贮单元等，其中处理器的性能决定了HMI 产品的性能高低，是HMI的核心单元。根据HMI的产品等级不同，处理器可分别选用8位、16位、32位的处理器。HMI软件一般分为两部分，即运行于 HMI硬件中的系统软件和运行于PC机Windows操作系统下的画面组态软件（如WinCC flexible）。使用者都必须先使用HMI的画面组态软件制作“工程文件”，再通过PC机和HMI 产品的串行通信口，把编制好的“工程文件”下载到HMI的处理器中运行。

HMI人机界面产品的基本功能包括：

1、设备工作状态显示，如指示灯、按钮、文字、图形、曲线等； 2、数据、文字输入操作，打印输出 3、生产配方存储，设备生产数据记录 4、简单的逻辑和数值运算 5、可连接多种工业控制设备组网 HMI的选型指标包括：

1、显示屏尺寸及色彩、分辨率、HMI的处理器速度性能、 2、输入方式：触摸屏或薄膜键盘

3、画面存贮容量，注意厂商标注的容量单位是字节（byte）、还是位（bit） 4、通信口种类及数量，是否支持打印功能 （七）通信处理器EM 277

通信处理器（CP）用于将SIMATIC PLC连接到PROFIBUS网络，可以用于恶劣的工业环境和较宽的温度范围。EM 277作为S7-200的PROFIBUS通信处理器，在网络中只能作从站。通过EM 277模块可将S7-200 CPU连接到PROFIBUS-DP网络，如图2.1.18所示。EM 277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，连接到EM 277 PROFIBUS-DP模块，端口的波特率范围在9.6kbps～12Mbps。作为DP从站，EM 277模块接受从主站来的多种不同的I/O配置，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。

EM 277模块

图2.1.18 EM 277与S7-200的PROFIBUS-DP连接

步骤四、硬件安装

S7-300、S7-200与触摸屏的DP网络连接示意图如图2.1.19所示。

图2.1.19 PROFIBUS-DP网络连接示意图

安装过程：

（1）安装S7-300的PROFIBUS-DP电缆并固定，如图2.1.20。

图2.1.20 安装S7-300的PROFIBUS-DP电缆并固定

（2）安装EM 277模块过程如图2.1.21。

将EM 277安装在导轨上

将数据线与CPU 224 CN进行连接

连接电源

连接PROFIBUS-DP通信电缆 图2.1.21 EM 277模块安装过程

步骤五、硬件组态

（一）S7-300与EM 277的PROFIBUS-DP组态设置

1、打开STEP7 V5.4编程软件主界面，如图2.1.22所示。

图2.1.22 STEP7 V5.4编程软件主界面

2、新建一个文件，如图2.1.23所示。

图2.1.23 新建文件

3、输入新建文件名称并选择存储的位置，如图2.1.24所示。

图2.1.24 选择存储位置

4、进入新建的文件即300HMIDP界面，如图2.1.25所示。

图2.1.25 300HMIDP界面

5、右键单击该项目，插入一个SIMATIC 300站点，如图2.1.26所示。

图2.1.26 插入300站点

6、双击右侧界面生成的“硬件”，进入HW configuration中进行硬件组态，在“视图”菜单栏中选择“目录”打开硬件目录，按照订货号和硬件安装次序依次插入机架、CPU、CP 343模块。在插入CPU，时会弹出PRODIBUS属对话框,组态PROFIBUS站地址为“2”，如图2.1.27

所示。

图2.1.27 PROFIBUS接口属性窗口

7、选择“新建”，进入属性-新建子网PROFIBUS对话框，选择“网络设置”选项卡，如图2.1.28所示。

图2.1.28 新建子网PROFIBUS属性窗口

图2.1.29 生成的PROFIBUS(1):DP主

选择传输率为“1.5Mbps”，配置文件为“DP”，单击“确定”，生成一条PROFIBUS-DP系统网络，如图2.1.29所示。

8、在PROFIBUS-DP主站系统上添加EM 277 PROFIBUS-DP模块，如图2.1.30所示。

图2.1.30 目录中的EM 277 PROFIBUS-DP模

图2.1.31 EM 277 PROFIBUS-DP接口属性窗口

9、在弹出的“属性-PROFIBUS 接口 EM 277 PROFIBUS-DP”窗口中，地址参数选择“3”，

单击“确定”，如图2.1.31所示。

10、单击目录中的EM 277 PROFIBUS-DP模块，选择“2 Bytes Out/2 Bytes In”。STEP 7自动分配远程I/O的输入/输出地址，所以分配给S7-300与EM 277进行数据交换的输入、输出字节地址分别为IB0～IB1和QB0～QB1，如图2.1.32所示。

图2.1.32 分配EM 277 PROFIBUS-DP模块输入、输出地址

11、双击PROFIBUS-DP主站系统上的EM 277模块，在弹出的属性窗口中选择参数赋值，将设备专用参数I/O Offset in the V-memory的数值设置为10，即用S7-200的VB10～VB13与S7-300的IB0～IB1和QB0～QB1交换数据。其中VB10、VB11单元中存放的是S7-300写入S7-200的数据，对应于S7-300的QB0、QB1；VB12、VB13单元中存放的是S7-200写入S7-300的数据，对应于S7-300的IB0、IB1，对照区域如表2-1-2所示。在“常规”选项卡中单击“PROFIBUS﹍”按钮，在打开的接口属性对话框中，设置EM 277的站地址为3，用

EM 277上的拨码开关设置的站地址应与STEP 7中设置的站地址相同，如图2.1.33所示。

表2-1-2 S7-300 与S7-200发送、接收区域对照 S7-300 PLC发送区 QB0 QB1 S7-200 PLC接收区 VB10 VB11 S7-300 PLC接收区 IB0

IB1 S7-200 PLC发送区 VB12 VB13 图2.1.33 设置I/O Offset in the V-memory的数值

12、硬件组态完成后，在SIMATIC Manager界面下选择选项菜单下的“设置PG/PC接口”，在弹出的设置PG/PC接口中选择“属性”，注意地址为“0”，传输率为“1.5Mbps”，配置文件为“DP”，单击“确定”，如图2.1.34所示。

图2.1.34 设置CP5611(PROFIBUS)

13、单击”保存和编译”，保存硬件组态, 如图2.1.35所示。

图2.1.35 保存和编译硬件组态

14、单击“下载到模块”，选择节点地址，将硬件组态下载到PLC中，如图2.1.36所示。

图2.1.36 下载硬件组

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