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上海晉營自動化科技有限公司
：喬 靜
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PROFIBUS的zui大優(yōu)點在于具有穩(wěn)定的標準EN50170作保證，并經實際應用驗證具有普遍性。目前已廣泛應用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通電力等領域。PROFIBUS由3個兼容部分組成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery，分布I/O系統(tǒng)）、PROFIBUS-PA（Process Automation，現場總線信息規(guī)范）和PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification，過程自動化）。PROFIBUS-DP是一種高速、低成本通信，專門用于設備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代24V DC或4~20mA信號傳輸。PORFIBUS-PA專為過程自動化設計，可使傳感器和執(zhí)行機構連在一根總線上，并有本質安全規(guī)范。PROFIBUS-FMS用于車間級監(jiān)控網絡，是一個令牌結構的實時多主網絡。
1．PROFIBUS的協(xié)議結構
PROFIBUS協(xié)議結構是根據ISO7498標準，以OSI作為參考模型的。PROFIBUS-DP定義了第1、2層和用戶接口。第3到7層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設備可調用的應用功能，并詳細說明了各種不同PROFIBUS-DP設備的設備行為。PROFIBUS-FMS定義了第1、2、7層，應用層包括現場總線信息規(guī)范（FMS）和低層接口（LLI）。FMS包括了應用協(xié)議并向用戶提供了可廣泛選用的強有力的通信服務；LLI協(xié)調不同的通信關系并提供不依賴設備的第2層訪問接口。PROFIBUS-PA的數據傳輸采用擴展的PROFIBUS-DP協(xié)議。另外，PA還描述了現場設備行為的PA行規(guī)。根據IEC1157-2標準，PA的傳輸技術可確保其本質安全性，而且可通過總線給現場設備供電。使用連接器可在DP上擴展PA網絡。
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2．PROFIBUS的傳輸技術 電 話：（同號）
PROFIBUS提供了三種數據傳輸型式：RS-485傳輸、IEC1157-2傳輸和光纖傳輸。
（1) RS-485傳輸技術
RS-485傳輸是PROFIBUSzui常用的一種傳輸技術，通常稱之為H2。RS-485傳輸技術用于PROFIBUS-DP與PROFIBUS-FMS。
RS-485傳輸技術基本特征是：網絡拓撲為線性總線，兩端有有源的總線終端電阻；傳輸速率為9.6kbps~12Mbps；介質為屏蔽雙絞電纜，也可取消屏蔽，取決于環(huán)境條件；不帶中繼時每分段可連接32個站，帶中繼時可多到127個站。RS-485傳輸設備安裝要點：全部設備均與總線連接；每個分段上zui多可接32個站（主站或從站）；每段的頭和尾各有一個總線終端電阻，確保操作運行不發(fā)生誤差；兩個總線終端電阻必須一直有電源；當分段站超過32個時，必須使用中繼器用以連接各總線段，串聯的中繼器一般不超過4個；傳輸速率可選用9.6kbps~12Mbps，一旦設備投入運行，全部設備均需選用同一傳輸速率。電纜zui大長度取決于傳輸速率采用RS-485傳輸技術的PROFIBUS網絡使用9針D型插頭。當連接各站時，應確保數據線不要擰絞，系統(tǒng)在高電磁發(fā)射環(huán)境下運行應使用帶屏蔽的電纜，屏蔽可提高電磁兼容性（EMC）。如用屏蔽編織線和屏蔽箔，應在兩端與保護接地連接，并通過盡可能的大面積屏蔽接線來復蓋，以保持良好的傳導性。
（2）IEC1157-2傳輸技術
IEC1l57-2的傳輸技術用于PROFIBUS-PA，能滿足化工和石油化工業(yè)的要求。它可保持其本質安全性，并通過總線對現場設備供電。IEC1157-2是一種位同步協(xié)議，可進行無電流的連續(xù)傳輸，通常稱為H1。
（3）光纖傳輸技術
PROFIBUS系統(tǒng)在電磁干擾很大的環(huán)境下應用時，可使用光纖導體，以增加高速傳輸的距離?？墒褂脙煞N光纖導體：一種是價格低廉的塑料纖維導體，供距離小于50m情況下使用；另一種是玻璃纖維導體，供距離小于1km情況下使用。許多廠商提供總線插頭可將RS-485信號轉換成光纖導體信號或將光纖導體信號轉換成RS-485信號。
3. PROFIBUS總線存取控制技術
PROFIBUS-DP、FMS、PA均采用一樣的總線存取控制技術，它是通過OSI參考模型第2層（數據鏈路層）來實現的，它包括保證數據可靠性技術及傳輸協(xié)議和報文處理。在PROFIBUS中，第2層稱之為現場總線數據鏈路層（FDL，Fieldbus Data link）。介質存取控制（M A C， Medium Access Control）具體控制數據傳輸的程序，MAC必須確保在任何一個時刻只有一個站點發(fā)送數據。PROFIBUS協(xié)議的設計要滿足介質存取控制的兩個基本要求：
1）在復雜的自動化系統(tǒng)（主站）間的通信，必須保證在確切限定的時間間隔中，任何一個站點要有足夠的時間來完成通信任務。
2）在復雜的程序控制器和簡單的I/O設備（從站）間通信，應盡可能快速又簡單地完成數據的實時傳輸。
因此PROFIBUS主站之間采用令牌傳送方式，主站與從站之間采用主從方式。令牌傳遞程序保證每個主站在一個確切規(guī)定的時間內得到總線存取權（令牌），令牌在所有主站中循環(huán)一周的zui長時間是事先規(guī)定的。在PROFIBUS中，令牌傳遞僅在各主站之間進行。主站得到總線存取令牌時可依照主-從通信關系表與所有從站通信，向從站發(fā)送或讀取信息，也可依照主-主通信關系表與所有主站通信。所以可能有3種系統(tǒng)配置：純主-從系統(tǒng)、純主-主系統(tǒng)和混合系統(tǒng)在總線系統(tǒng)初建時，主站介質存取控制MAC的任務是制定總線上的站點分配并建立邏輯環(huán)。在總線運行期間，斷電或損壞的主站必須從環(huán)中排除，新上電的主站必須加入邏輯環(huán)第2層的另一重要工作任務是保證數據的高度完整性。PROFIBUS在第2層按照非連接的模式操作，除提供點對點邏輯數據傳輸外，還提供多點通信，包括廣播和選擇廣播功能。
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憑借西門子在華140年的電氣工程領域的經驗，S7-200 SMART PLC設設計精良且性能可靠。CPU模塊配備了標準型和經濟型供用戶選擇，分別用于復雜和簡單的工業(yè)領域?？蓴U展的標準型模塊可處理更多I/O需求的復雜任務，zui大可擴展到188點，可滿足大部分小型自動化設備的控制需求。經濟型CPU模塊則直接通過單機本體滿足控制需求。S7-200 SMART CPU模塊本體zui多可集成3路高速脈沖輸出，頻率高達100KHz，支持PWM/PTO輸出方式以及多種運動模式，可自由設置運動包絡。
新穎的信號板設計可擴展通信端口、數字量通道以及模擬量通道。在不額外占用電控柜空間的前提下，信號板擴展能更加貼合用戶的實際配置。高速處理芯片，基本指令執(zhí)行時間可達0.15μs。該產品還集成了Micro SD卡插槽，使用市面上通用的Micro SD卡即可實現程序的更新和PLC固件升級，*地方便了客戶工程師對zui終用戶的遠程服務支持，也省去了因PLC固件升級返場服務所帶來的不便。
作為SMART解決方案的核心，Simatic S7-200 SMART PLC可無線集成西門子SMART LINE操作屏和Sinamics V20變頻器，為OEM客戶提供高性價比的小型自動化解決方案，同時滿足客戶對人機界面、控制和傳動的一站式需求。
FB65 “TCON”，建立連接功能塊，如圖22所示。通過輸入參數 "REQ"一個上升沿來建立連接。 “ID” 為連接ID，“CONNECT” 參數填寫用 UDT65 生成的變量， 連接建立后會一直保持，直到調用FB66 "TDISCON" 斷開連接、CPU停止或者斷電。其中CONNECT為通過UDT65生成的DB塊，即DB101， ID = 1。通過M8.0啟動作業(yè)，執(zhí)行連接的建立。
圖22
FB64 “TRCV”，接收功能塊，如圖23所示。"TRECV" EN_R始終為TRUE， ID 填寫連接ID，”DATA” 填寫接收數據區(qū)，輸出參數 "NDR" 用于表示新的數據已經收到，輸出參數 "LEN" 表示接收的數據長度。本例中連接ID = 1。DB3作為接收數據塊，接收數據的字節(jié)長度為8，接收作業(yè)通過M8.1使能。
圖23
FB63 “TSEND”，發(fā)送功能塊，如圖24所示。連接ID = 1。DB3為發(fā)送數據塊，發(fā)送字節(jié)長度為8，發(fā)送作業(yè)通過M0.3觸發(fā)。"TSEND" 發(fā)送請求依靠輸入參數"REQ"的上升沿來實現，如果“BUSY”位為true時不要觸發(fā)"REQ"。輸出參數 "DONE", "ERROR" 和 "STATUS" 用于評估工作的情況。
圖24
FB66 “TDISCON”，取消連接功能塊，如圖25所示?？梢愿鶕枰∠鸌D=W#16#1的連接，作業(yè)通過M8.2使能。
圖25
4.3下載程序
S7-300側的組態(tài)和編程都完成后，直接下載到S7-300 CPU中，并啟動CPU的運行。
5 監(jiān)控通信結果
對S7-1200和S7-300都組態(tài)和編程后，下載所有組態(tài)及程序并搭建好網絡后，首先在在S7-1200中將M8.0置位為1，然后再在S7-300中將M8.0置位為1，兩個站的“TCON” 被激活，建立兩個站之間的ISO on TCP連接。
連接正常建立后，即可以進行數據的交換。在S7-1200和S7-300站中將 ”TRCV” 功能塊的EN_R置位為1，使能接收，監(jiān)控通信結果如圖26所示。
通過監(jiān)控結果可以看到，S7-1200中發(fā)送數據塊DB3的8個字節(jié)數據被發(fā)送到S7-300站的DB3中，同時，S7-300的DB3中接收到的數據又被發(fā)送到S7-1200的接收數據塊DB4中。
圖26 在線監(jiān)控通信結果
描述
對于 SIMATIC S7-1200，從 CPU V2.0固件開始，STEP 7 (TIA-Portal) 提供 T_CONFIG 指令可以通過編程控制 CPU 集成 PROFINET 接口的配置。
圖. 01
可以設置如下接口配置：
- IP 參數: IP 地址，子網掩碼，路由地址
- PROFINET IO 設備名
配置數據存儲在 "Conf_Data" 結構體數據類型中。
圖. 02
以PLC數據類型創(chuàng)建 "Conf_Data" 結構體數據類型。
它包含系統(tǒng)的數據類型：
- IF_CONF_Header
- IF_CONF_v4
- IF_CONF_NOS
說明
正確使用 T_CONFIG 指令需要注意以下幾點：
| 序號. | 步驟 |
| 1 | CPU 屬性中，在 "Ethernet address" 下，選擇想修改的設置： 下列設置可以被改變：
必須選擇"... using a different method".
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| 2 | 此外，地址數據結構 IF_CONF_v4 或 PROFINET 設備名數據結構 IF_CONF_NOS 中的參數 "Mode" 必須為值 1 (= 配置數據*有效)。 取決于是否只修改接口地址還是也要修改PROFINET 設備名，必須設置 header 數據類型 IF_CONF_Header 中的 "SubfieldCount" 參數值為 "1" 或 "2" (= 結構體中的所有子域) (見圖. 02). |
| 3 | 對數據類型 IP_V4 ，以 "Array of Bytes" 輸入每一個要修改的地址。
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| 4 | 以 "Array of Bytes" 方式一個字符一個字符的傳送要修改的 PROFINET 名到 NOS 參數。 要遵從PROFINET名字的命名規(guī)則(如, zui多240個小寫字符、數字、連字號、句號). PROFINET 名可以短于 240 字節(jié)但必須大于 2 字節(jié)。 必須根據 "PROFINET 名字長度 + 6"來修改 "Length" 變量。
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表 01
安全提示
警告
本條目描述的功能和解決方案主要限于實現自動化任務。此外，如果該系統(tǒng)與工廠其它部分或整個互聯網有連接，請注意必須采取適當的安全 措施以遵循相應的工業(yè)安全標準。更多信息參見條目ID: 50203404.
下載
學習 T_CONFIG 指令，可以參考下面的例子項目。
它包含通過操作面板 KTP 600 Basic PN 修改 PROFINET 接口的配置。
當T_CONFIG 指令使用時，HMI 通過 "Change connection" 事件與新配置了PROFINET接口的控制器同步建立通訊。
由于 KTP 600 Basic PN 不支持無類別域間路由(CIDR)，zui后的8位組IP地址只能在C類網絡中修改。
KTP 600 Basic PN 也可以在沒有硬件時由 STEP 7 V11 模擬。
項目中的 IP 地址如下：
- 控制器: 192.168.0.1 (修改為 192.168.0.200)
- HMI: 192.168.0.201
圖. 06
KTP 600 Basic PN 用戶接口包含下列元素：
- IP 字符串: 轉換 IP 地址為字符串，以用于 "Change connection" 事件
- IP 地址: 新的IP 地址(只有zui后的8位可以編輯)
- 子網掩碼: 新的子網掩護碼(不可編輯)
- 路由器地址: 新的路由器地址(不可編輯)
- PN 名字: 新的 PROFINET 設備名
- REQ: 執(zhí)行 T_CONFIG 指令和 "Change connection"
- PN 名字按鈕: 切換開/關，決定是否修改 PROFINET 設備名
- 顯示HMI的zui后一條系統(tǒng)消息
要進行確認，在 STEP 7 V11 中，可以通過刷新可訪問節(jié)點來檢查 IP 分配，通過"Online & Diagnostics" 模式下的"Assign name"功能來檢查PROFINET設備名。