网络化运动控制工程设计专题上.docx

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网络化运动控制工程设计专题上

2012/2013学年秋季学期

网络化运动控制工程设计专题

实验报告

组长姓名：

同组人员：

班级：

要求：

1.按小组提交，需要提交1份纸质版和1份电子版；

2.报告按A4打印，左侧装订，纸质版课程完成后1周内交到西门子实验室；

3.报告的电子版提交到：

siemenslab@文件的命名规则：

组长姓名.doc

目录

一、设计要求1

1.1课程目的1

1.2实验条件1

二、S7-300可编程控制器系统1

2.1S7-300系列PLC的特点1

2.2STEP7编程软件的使用2

2.3S7-300中的编程方法4

三、Profibus工业控制网络系统5

3.1Profibus总线5

3.2如何组态Profibus设备6

3.3在Profibus网络中使用变频器的方法10

四、SINAMICSG120变频器使用11

4.1SINAMICSG120变频器的特点11

4.2SINAMICSG120变频器的控制方式12

五、联合调试12

5.112

5.215

5.315

六、程序清单17

七、你对本课程建设的建议19

参考文献20

一、设计要求

1.1课程目的

学习西门子Profibus网络的组态、S7-300可编程控制器的编程、SinamicsG120系列变频器的操作与使用。

利用西门子可编程控制器、变频器和交流调速实验装置，使学生掌握Profibus现场总线网络的使用。

掌握Profibus网络协议在运动控制中的应用,利用Profibus网络实现对交流变频器的操作，实现多电机的同步网络化驱动控制。

要求学生对工业控制网络、可编程控制器、交流变频调速的理论基本和实际设计方法有一个全面的认识。

1.2实验条件

西门子S7-300PLC可编程控制器

西门子Profibus现场总线

西门子SINAMICS变频器

二、S7-300可编程控制器系统

2.1S7-300系列PLC的特点

1、模块化设计

模块化微型PLC系统，满足中、小规模的性能要求；

各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务；

简单实用的分布式结构和多界面网络能力，使得应用十分灵活；

方便用户和简易的无风扇设计；

当控制任务增加时，可自由扩展；

大量的集成功能使它功能非常强劲。

2、S7-300PLC性能

SIMATICS7-300的大量功能支持和帮助用户进行编程启动和维护。

高速的指令处理：

0.6~0.1μS的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。

浮点数运算：

用此功能可以有效地实现更为复杂的算术运算。

方便用户的参数赋值：

一个带标准用户接口的软件工具给所有模块进行参数赋值，这样就节省了入门和培训的费用。

人机界面（HMI）：

方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内。

因此人机对话的编程要求大大减少。

SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中要求数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。

S7-300操作系统自动地处理数据的传送。

诊断功能：

CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：

超时，模块更换，等等）。

口令保护：

多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改。

操作方式选择开关：

操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式。

3、SIMATICS7-300具有多种不同的通讯接口：

多种通讯处理器用来连接AS-i接口、PROFIBUS和工业以太网总线系统；

通讯处理器用来连接点到点的通讯系统；

多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATICS7/M7/C7等自动化控制系统。

这是一个经济而有效的解决方案；方便用户的step7的用户界面提供了通讯组态功能，这使得组态非常容易、简单。

2.2STEP7编程软件的使用

1、登陆step7软件，点击file新建一个project并自己命名。

2、点击左栏的project名称，右键插入simatic300/400站点

3、点击站点simatic300，点击hardware进行硬件组态

4、

5、单击simatic300单击rack-300后双击rail，添加一个导轨

6、

7、选中第一行并添加一个模块电源PS-300，选则5A

8、第二行添加一个CPU模块添加CPU314模块

9、第三行空出，第四行添加一个输入模块，第五行添加一个输出模块

10、硬件组态完成点击编译按钮进行保存

11、进入软件组态，点击step7任务管理器点击simatic300，并选中双击symbol进行对符号表标记并保存

12、选择block，双击打开OBI块进行主程序编写并保存

2.3S7-300中的编程方法

S7-300的程序结构

STEP7为设计程序提供三种方法。

基于这些方法，可以选择最适合于你的应用的程序设计方法。

1、线性化编程

线性程序的结构简单，分析起来一目了然。

这种结构适用于编写一些规模较小，运行过程比较简单的控制程序。

2、模块化编程

分块程序有更大的灵活性，适用于比较复杂、规模较大的控制工程的程序设计。

3、结构化编程

结构化程序比分块程序有更大的灵活性，继承性。

适用于比较复杂、规模较大的控制工程的程序设计。

三、Profibus工业控制网络系统

3.1Profibus总线

PROFIBUS，是一种国际化．开放式．不依赖于设备生产商的现场总线标准。

PROFIBUS传送速度可在9.6kbaud—12Mbaud范围内选择且当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度。

广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域自动化。

PROFIBUS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。

可实现现场设备层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。

PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准，以开放式系统互联网络（OpenSystemInterconnection-OSI）作为参考模型的。

该模型共有七层。

（1）PROFIBUS－DP：

定义了第一．二层和用户接口。

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：

定义了第一．二．七层，应用层包括现场总线信息规范（FieldbusMessageSpecification-FMS）和低层接口（LowerLayerInterface－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：

第一层为物理层，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。

3.2如何组态Profibus设备

"组态"指的是在站窗口中对机架、模块、分布式I/O（DP）机架、以及接口子模块等进行排列。

使用组态表表示机架，就像实际的机架一样，可在其中插入特定数目的模块。

在S7硬件组态过程中，大致应该遵循以下几个步骤

1、组态中央机架

2、组态分布式I/O设备

3、组态PROFINETIO设备

4、组态连接

5、组态全局设备通信

6、下载调试

在组态Profibus设备时，一般有以下过程，在之前所建立好的中央机架上，放置DP主站时（例如，CPU315-2DP），STEP7会自动绘制一条代表主站系统的线。

从"硬件目录"窗口的"PROFIBUS-DP"下将分配给该DP主站的DP从站拖放到线的末端。

于DP主站系统总是连接到PROFIBUS子网，因此，当放置DP组件时，STEP7会自动显示用于设置子网属性（例如，传输率）和PROFIBUS地址的对话框。

然后设置主站的地址，以及其IO的地址。

在主站建立好后，需要建立从站，在本实验中我们所建立的PROFIBUS-DP的组态是有"简单"（模块化或紧凑型）DP从站的组态，在该组态中，在DP主站和简单DP从站（即I/O模块）之间通过DP主站进行数据交换。

DP主站在DP主站系统内的主站轮询列表中，一个接一个地轮询每个已组态的DP从站，向从站传送输出数据或从中接收输入数据。

由组态系统自动分配I/O地址。

该组态也被称为一个单主站系统。

形象的通信方式可以由下图所示

所以在从站的建立中，任需将从站托放到已经出现的Profibus总线上，根据弹出来的对话框，依次设置其地址以及IO地址，然后再像排列中央机架一样，将从站所含的模块按顺序拖动到相应的位置。

以实验中的截图为例，来看一下组态的过程

创建Profibus

放置主站，设定其地址

依次放置主站所包含模块

放置从站，设定地址

依次放置从站所包含模块

3.3在Profibus网络中使用变频器的方法

PROFIBUS包括PROFIBUSDP、PROFIBUSFMS、PROFIBUSPA三个兼容组成部分,其中PROFIBUSDP以其较快的传输速度和强抗干扰能力而应用于设备级控制系统与分散式I/O之间的通讯;PROFIBUSFMS主要解决车间级的通用型通信任务,它可以提供灵活而大量的通信服务;PROFIBUSPA则专为过程自动化设计,它直接和现场的传感器或执行器连接,并可通过DP/PA接口与DP总线连接,使用于安全性要求较高以及由总线供电的场合。

变频器是运动控制系统中的功率变换器,是应用较广的工业自动化装置,目前在大部分PROFIBUS网络控制系统中都有西门子MM系列变频器,变频器在网络中的参数设计是控制系统的重要内容,也是保证系统可靠运行的关键。

通常,控制系统具有手动和自动两种控制功能。

当PLC控制柜上的手动/自动选择按钮在手动状态时,通过观察控制柜面板上的操作按钮进行控制;当PLC控制柜上的手动/自动选择按钮在自动状态时,主要以通信方式实现上位机对现场的控制。

上位机通过CP5611与PLC进行通信,对CUP315-2DP发送控制指令,控制并监测整个过程。

S7-300PLC主要通过PROFIBUS总线对变频器进行控制,PLC发送控制字并接受变频器的状态字,在STEP7软件中进行硬件组态,