梧州西门子S7-200/300/400/1500模块代理商

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我公司主要经营西门子：ET200、S7-200CN、S7-200、Smart200、S7-300、S7-400、S7-1200、S7-1500、LOGO系列、电源6EP、7KM测量仪表、DP电缆/DP接头，网线、网线接头、屏6FC、6SN、S120、V20、V90、G120、伺服数控备件、MM系列变频器等等。

上海腾斯工业自动化设备有限公司 苏工

西门子DP总线是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术[2-3],可实现现场级到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案[4].ProfiBus系列由ProfiBus-DP/FMS/PA三个兼容部分组成。其中ProfiBus-DP和PA的特点如下[1,5]:

西门子DP总线是适用于自动控制系统与分散I/O 之间的高速通信；可取代24 V 或4~20 mA 的串联式信号传输；使用RS 485传输技术或光纤媒体。

西门子DP总线是专为过程自动化设计；可将变送器和执行器连接到一根公共总线，可用于本质安全领域；数据传输采用扩展的ProfiBus-DP协议，还具有PA行规。

本文将采用ProfiBus-DP和ProfiBus-PA通信协议来构建过程控制系统。

2 系统架构

本过程控制系统用于模拟对工业现场液位、温度等信息的采集、处理，PID 控制和控制工艺流程的实时监控。系统通过西门子DP总线进行数据传输和交换，采用MPI通信方式与上位机进行通信和远程控制，从而使整个控制系统实现网络化和数字化。控制系统结构图如图1所示。

系统主要包含上位监控机、CPU、以太网通信模块、DP链路、分布式I/O和变频器DP从站、温度和压力变送器、阀门定位器、电磁流量计等。CPU 采用Siemens 的S7300 315-2 DP,既具有多点通信功能的MPI 接口，又具有ProfiBus-DP通信功能[6].

3 系统组态

3.1 硬件组态

针对西门子S7-300 PLC 来说，其硬件组态是通过Step7 软件来实现的。组态过程主要包括以下几个步骤。

（1）新建项目

新建项目时需选择好存储路径和项目名称。

（2）添加工作站

右键点击新建的站点名字，选择插入SIMATIC300 Station.

（3）硬件配置[7]

双击Hardware 进入硬件配置界面，从右侧硬件列表中拖入机架，并按实际机架上模块的顺序依次添加电源、CPU（315-2DP）、AI/AO模块。DP/PA link等。根据每个测试系统的不同，有选择的在PA层挂入变频器、流量计、变送器和电磁阀等对象。图2是组态完的结果。

西门子DP通讯电缆产品注意事项：

① 硬件配置必须和实际PLC 上挂的模块*，具体的设置参数要看模块左下方的订货号。

② CPU 地址设为2,其余模块地址从4 开始，且不能重复[8].

③ 设置ProfiBus网络参数为1.5 Mb/s（DP）。

④ 模块地址需记住，因为编程的时候要用到。尤其是AI/AO模块地址要记住，以保证数据的正确通信。

⑤ AI/AO模拟量模块的输入和输出通道信号类型此处设为两线制4~20 mA.

⑥ 硬件配置好后可选择保存编译。

（4）程序编写PLC 程序是用于实现现场数据的采集、处理，及Wincc监控页面和PLC之间的互联通信。

PLC 程序主要包含主程序块，故障诊断组织块，功能函数块FB41（连续控制PID），DB数据块。FB41函数块的参数设置是程序编写的重点，主要针对MAN_ON、PVPER_ON、PV_FAC、PV_OFF、LMN_FAC、LMN_OFF、SP_INT、LMN_PER 等参数进行设置。具体的定义和设置要求可通过查阅帮助文件来获取。

3.2 通信组态

在Step7 软件的option 选项里选择Set PG/PC Inter-face,把通信协议改为CP5611（MPI），点击“Diagnostics”

按钮进入测试页面。点击“Test”按钮显示正常，然后点击“Read”按钮读到PLC地址为2表示通信成功。

软硬件均编译通过后，即可下载进PLC.

西门子DP通讯电缆产品功能介绍：

3.3 监控页面组态

本例中用Wincc 软件来驱动Step7 的变量，实现对程序的监控。

（1）新建项目和添加驱动程序

新建项目时需设置项目类型、名称和路径。

选择变量管理--新建驱动程序--插入SIMAT-IC S7 PROTOCOL SUITE.此通信驱动程序支持多种网络协议和类型，此处选择MPI（和PLC 的通信协议*），并设置站地址为2.

（2）组态变量

Wincc 变量类型主要有过程变量和内部变量。其中过程变量是真实值，位于PLC的存储器中。内部变量表示在Wincc中用来计算或模拟的内部值，不与PLC之间进行通信。每个变量在组态时需定义变量名称和类型。过程变量还需选择PLC中地址和数据格式变换。

（3）创建过程画面

过程画面是由图形编辑器来完成的。在该界面中可添加全部欲在运行状态下显示的内容。Wincc 的图库中提供了丰富的图形，只需选择拖入画面即可。“对象选项板”的“标准板”中列出了线、静态文本、输入输出域等对象；“控件板”中列出了时钟、报警控件、在线表格控件、在线趋势控件等。图3 是组态完成后的一个监控画面。

注意事项：

① 画面中需动态显示的文本框、图形、按钮、输入/输出域、滚动条等一定要设置好连接的变量名，同时亦可在属性选项中更改显示方式等参数。

② 运行系统中如需采集、处理和归档工业现场的过程数据，并创建过程数据变化趋势曲线时，需先对数据进行归档处理，将其存储在归档数据库中，并用表格或趋势曲线的形式输出当前过程值或已归档过程值。

归档中要设置归档变量名、归档周期。图3 使用了Wincc Online Trend Control这个ActiveX 控件来显示过程数据变化趋势。

（4）创建脚本

Wincc 可以通过使用函数和动作使项目中的过程动态化，可自行建立项目函数，也可建立全局动作脚本来实现动态显示要求。

（5）设置系统运行属性和激活项目

在Wincc 资源管理器的左边子窗口中点击“计算机”进行设置。设置内容包括计算机的名称、运行画面的外观、起始画面、标题、画面大小等。

全部组态结束后，即可点击激活按钮，观看项目的动态可视化监控画面了。

注意事项： 梧州西门子S7-200/300/400/1500模块代理商

① 若运行项目是从其他计算机上拷过来的，必须更改计算机名为当前计算机名。

② 选择在运行时需启动的组件，可选择图形运行系统、报警记录运行系统、变量记录运行系统等。

③ 热键在组态阶段不需屏蔽，当组态结束进入使用阶段，则须将所有热键屏蔽。

4 结语     梧州西门子S7-200/300/400/1500模块代理商

通过这一过 程控制系统的软硬件组态，可掌握PLC技术、组态技术和PID控制技术，具有一定的实用价值。本文是基于西门子DP总线、Siemens PLC和Wincc组态软件，构建了一个典型的工业过程运行和监控系统。在具体构建过程中，因项目的差异，可灵活选择不同的组网和通信方式。本文提供的仅是一个范例，只要掌握了基本方法，还可以将其进一步推广到其他控制领域。 

网络组态的详细信息，请参见 PROFIBUS 网络手册。

UL 认证

用于网络电缆的 UL 列表（安全标准）对于美国和加拿大市场尤为必需。根据电缆敷设在建筑物中位置来决定适当的认证要求。这适用所有电缆，这些电缆从一个机器敷设到一远程控制柜，位于电缆架上并保护着建筑物。通过 UL 认证的电缆在其名称后面附加字母“GP”（通用）。

Ex认证

用于本质安全 PROFIBUS DP 应用的电缆在其名称后面附加字母“IS”（本质安全）

屏蔽的双绞电缆，圆形截面

所有 PROFIBUS 总线电缆的特点：

• 因为双屏蔽作用，这些电缆特别适合用于易受电磁干扰的工业环境中。
• 通过总线电缆外皮和总线端子上的接地端子，能实现系统范围内的接地方案。
• 印有以米表示的标记

电缆类型

全新的快速连接（FC）总线电缆为径向对称设计，可使用剥线工具。以此，可以快速、简便地安装总线接头。

• PROFIBUS FC 标准电缆GP:
  标准总线电缆专门为快速安装而设计的
• PROFIBUS FC 标准电缆 IS GP：
  具有特殊设计的标准总线电缆，用于快速安装本质安全分布式 I/O 系统
• PROFIBUS FC 快速连接高强度电缆：
  专门设计用于腐蚀环境和苛刻机械负荷条件
• PROFIBUS FC 食用电缆：
  该种电缆使用 PE 外套材料，因此适用于食品和烟草行业。
• PROFIBUS FC 接地电缆：
  于地下敷设。它不同于装备有附加外套的 PROFIBUS 总线电缆
• PROFIBUS FC软电缆
  柔（绞合导线）、无卤素总线电缆，带聚氨酯护套，可偶然移动
• PROFIBUS FC 拖缆:
  于在拖缆中强制运动控制的总线电缆，例如在连续运动的机器部件中（绞合导线）
• PROFIBUS FC FRNC 电缆：
  双芯屏蔽，阻燃设计，无卤总线电缆，有一个共聚物外壳 FRNC（阻燃无腐蚀）
• 

不采用快速连接技术的总线电缆（取决于结构类型）

• PROFIBUS 彩色电缆:
  软总线电缆（成束线），用于花彩线。
  用于圆电缆，*用于电缆运输车模式
• PROFIBUS 扭转电缆
  高度灵活用总线电缆：
  用于移动机器部件的拖缆（绞线）
  （在长 1 m电缆上能至少扭转 500 万次，± 180o)
• PROFIBUS 混合电缆 GP:
  适合拖曳的坚固混合电缆，带有两条用于数据传输的铜导线和两条用于 ET 200pro 的电源的铜导线
• SIENOPYR FR 船用电缆
  无卤素、抗踩压、阻燃、经过船级社认证的光纤电缆，可安装在船甲板及船舱内。按米销售
•  

• Profibus可使分散式数字化控制器从现场底层到车间级网络化，与其他现场总线相比，Profibus的重要优点是具有稳定的标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性，它包括了加工制造、过程和数字自动化等广泛的应用领域，并可同时实现集中控制、分散控制和混合控制三种方式。该系统分为主站和从站：

  主站决定总线的数据通信，当主站得到总线控制权（令牌）时，没有外界请求也可以主动发送信息。在Profibus协议中主站也称为主动站。

  从站为外围设备，典型的从站包括：输入/输出装置、阀门、驱动器和测量发射器。它们没有总线控制权，仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时向它发送信息。从站也称为被动站。由于从站只需总线协议的一小部分，所以实施起来特别经济。

  性能

  与其它现场总线系统相比，PROFIBUS的zui大优点在于具有稳定的标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性。已应用的领域包括加工制造．过程控制和自动化等。PROFIBUS开放性和不依赖于厂商的通信的设想，已在10多万成功应用中得以实现。市场调查确认，在德国和欧洲市场中PROFIBUS占开放性工业现场总线系统的市场超过40%。PROFIBUS有自动化技术装备的生产厂商支持，它们都具有各自的技术优势并能提供广泛的新产品和技术服务。

  结构

  PROFIBUS协议结构是根据ISO7498标准，以开放式系统互联网络（Open System Interconnection-OSI）作为参考模型的。该模型共有七层。　（1）PROFIBUS－DP：定义了*．二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS－DP设备的设备行为。　（2）PROFIBUS－FMS：定义了*．二．七层，应用层包括现场总线信息规范（Fieldbus Message Specification - FMS）和低层接口(Lower Layer Interface － LLI)。FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLI协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。　（3） PROFIBUS－PA：PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS－DP协议。另外，PA还描述了现场设备行为的PA行规。根据IEC1158－2标准，PA的传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络。　注：*层为物理层，第二层为数据链路层，第三层为网络层，第四层为传输层，第五层为会话层，第六层为表达层，第七层为应用层。需要注意的是，第三~六层在Profibus中没有具体应用，但是这些层要求的任何重要功能都已经集成在低层接口（LLI）中。

  特点

  Profibus作为业界应用zui广泛的现场总线技术，除具有一般总线的优点外还有自身的特点，具体表现如下：

  （1）zui大传输信息长度为255B，zui大数据长度为244B，典型长度为120B。

  （2）网络拓扑为线型、树型或总线型，两端带有有源的总线终端电阻。

  （3）传输速率取决于网络拓扑和总线长度，从9.6Kb/s到12Mb/s不等。

  （4）站点数取决于信号特性，如对屏蔽双绞线，每段为32个站点（无转发器），zui多127个站点带转发器。

  （5）传输介质为屏蔽/非屏蔽双绞线或光纤。

  （6）当用双绞线时，传输距离zui长可达9.6km，用光纤时，zui大传输长度为90km。

  （7）传输技术为DP和FMS的RS-485传输、PA的IEC1158-2传输和光纤传输。

  （8）采用单一的总线方位协议，包括主站之间的令牌传递与从站之间的主从方式。

  （9）数据传输服务包括循环和非循环两类。

  应用

  典型的工厂自动化系统应该是三级网络结构，基于现场总线Profibus-DP/PA控制系统位于工厂自动化系统中的低层，即现场级和车间级。现场总线Profibus是面向现场级和车间级的数字化通信网络。

  1.现场设备层

  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、 灯设备，完成现场设备控制及设备间连锁控制。主站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均储存 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中生产设备之间的连接，如一个车间三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。车间级监控通常要设立车间监控室，在操作员工作站及打印设备上。车间级监控网络可采用Profibus-FMS，它是一个多主网络，在这一级，数据传输速度不是zui重要的，而是要能够传送大容量信息。

  3.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。车间管理网作为主网的一个子网，通过交换机、网桥或路由器等连接到厂区骨干网上，将车间数据集成到工厂管理层。

  车间管理层通常所说的以太网，即IEEE 802.3 和IETF TCP/IP的通信协议标准。工厂骨干网可根据工厂实际情况，采用如FDDI或ATM等网络。

• Profibus作为业界应用zui广泛的现场总线技术，除具有一般总线的优点外还有自身的特点，具体表现如下：

  （1）zui大传输信息长度为255B，zui大数据长度为244B，典型长度为120B。

  （2）网络拓扑为线型、树型或总线型，两端带有有源的总线终端电阻。

  （3）传输速率取决于网络拓扑和总线长度，从9.6Kb/s到12Mb/s不等。

  （4）站点数取决于信号特性，如对屏蔽双绞线，每段为32个站点（无转发器），zui多127个站点带转发器。

  （5）传输介质为屏蔽/非屏蔽双绞线或光纤。

  （6）当用双绞线时，传输距离zui长可达9.6km，用光纤时，zui大传输长度为90km。

  （7）传输技术为DP和FMS的RS-485传输、PA的IEC1158-2传输和光纤传输。

  （8）采用单一的总线方位协议，包括主站之间的令牌传递与从站之间的主从方式。