现场总线实验报告基于PROFIBUSDP的彩灯控制.docx

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现场总线实验报告基于PROFIBUSDP的彩灯控制

山东交通学院

现场总线课程设计

报告书

院（部）别

班级

学号

姓名

指导教师

时间

现场总线课程设计

任务书

题目基于PROFIBUS-DP的彩灯控制

系部

专业

班级

学生姓名

学号

月日至月日共周

指导教师（签字）

主管院长（签字）

2015年11月11日

一、设计内容及要求

（1）各网络硬件的认识。

（2）用三台PLC实现PROFIBUS-DP通讯。

主站按下一个开关，控制2#从站指示灯亮，主站按下另外一个开关，控制3#从站指示灯亮；2#从站按下一个开关，控制主站指示灯亮，3#从站按下一个开关，控制主站另一个指示灯亮。

（3）深入发挥PROFIBUS-DP通讯的功能，结合变频器，其他模块实现对应的功能。

二、设计原始资料

S7—1200PLC实验平台、PC机、通讯线、MM420变频器、电动机

三、设计完成后提交的文件和图表

硬件示意图；

变频器参数表；

设计中遇到的问题，解决方法；

实验结果；

设计心得；

四、进程安排

教学内容学时地点

资料查阅与学习讨论1天实验室

设计及调试3天实验室

成果验收及答辩1天实验室

五、主要参考资料

[1]王永华、A.Verwer（英），现场总线技术及应用教程（第2版），机械工业出版社2012.

[2]王建、杨秀双、刘来员，变频器实用技术，机械工业出版社，2012.

[3]S7-1200可编程控制器系统手册。

1网络硬件认识

1.1PROFIBUS-DP介绍

PROFIBUS-DP是一种高速、低成本通信，专门用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。

使用PROFIBUS-DP可取代24V DC或4～20mA信号传输。

1.1.1PROFIBUS的协议结构  

PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准，以OSI作为参考模型的。

PROFIBUS-DP定义了第1、2层和用户接口。

第3到7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。

1.1.2PROFIBUS-DP基本功能  

PROFIBUS-DP用于现场设备级的高速数据传送，主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。

总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。

除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。

1.1.3PROFIBUS-DP基本特征

采用RS-485双绞线、双线电缆或光缆传输，传输速率从9.6kbps到12Mbps。

各主站间令牌传递，主站与从站间为主-从传送。

支持单主或多主系统，总线上最多站点（主-从设备）数为126。

采用点对点（用户数据传送）或广播（控制指令）通信。

循环主-从用户数据传送和非循环主-主数据传送。

控制指令允许输入和输出同步。

同步模式为输出同步；锁定模式为输入同步。

DP主站和DP从站间的循环用户有数据传送。

各DP从站的动态激活和可激活。

DP从站组态的检查。

强大的诊断功能，三级诊断信息。

输人或输出的同步。

通过总线给DP从站赋予地址。

通过总线对DP主站（DPM1）进行配置，每DP从站的输入和输出数据最大为246字节。

所有信息的传输按海明距离HD=4进行。

DP从站带看门狗定时器（Watchdog Timer）。

对DP从站的输入/输出进行存取保护。

DP主站上带可变定时器的用户数据传送监视。

每个PROFIBUS-DP系统包括3种类型设备：

第一类DP主（DPM1）、第二类DP主站（DPM2）和DP从站。

DPM1是是中央控制器，它在预定的周期内与分散的站（如DP从站）交换信息。

典型的DPM1如PLC、PC等；DPM2是编程器、组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的；DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备，是带二进制值或模拟量输入输出的I/O设备、驱动器、阀门等。

经过扩展的PROFIBUS-DP诊断能对故障进行快速定位。

诊断信息在总线上传输并由主站采集。

诊断信息分3级：

本站诊断操作，即本站设备的一般操作状态，如温度过高、压力过低；模块诊断操作，即一个站点的某具体I/O模块故障；通道诊断操作，即一个单独输人/输出位的故障。

1.1.4PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统  

在同一总线上最多可连接126个站点。

系统配置的描述包括：

站数、站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格式、诊断信息格式及所使用的总线参数。

PROFIBUS-DP单主站系统中，在总线系统运行阶段，只有一个活动主站。

如图1所示为PROFIBUS-DP单主站系统，PLC作为主站。

图1 Profibus-DP单主站系统

PROFIBUS-DP多主站系统中总线上连有多个主站。

总线上的主站与各自从站构成相互独立的子系统。

如图1所示，任何一个主站均可读取DP从站的输入／输出映像，但只有一个DP主站允许对DP从站写入数据。

图2 Profibus－DP多主站系统

1.2RS485MODDBUS

1.2.1MODDBUS协议简介

MODBUS协议详细定义了校验码、数据序列等，这些都是特定数据交换的必要内容。

 MODBUS协议在一根通讯线上使用主从应答式连接（半双工），这意味着在一根单独的通讯线上信号沿着相反的两个方向传输。

首先，主计算机的信号寻址到一台唯一的终端设备（从机），然后，终端设备发出的应答信号以相反的方向传输给主机。

MODBUS协议只允许在主计算机和终端设备之间通讯，而不允许独立的设备之间的数据交换，这样各终端设备不会在它们初始化时占据通讯线路，而仅限于响应到达本机的查询信号。

1.2.2传输方式 

传输方式是一个数据帧内一系列独立的数据结构以及用于传输数据的有限规则，下面定义了与MODBUS 协议– RTU方式相兼容的传输方式。

Coding System 二进制编码 8位Start bit

起始位1位  Data bits  数据位 8位Parity 

校验无奇偶校验  Stop bit  停止位  1位 

Error checking 错误检测 CRC（循环冗余校验）

1.2.3协议 

当数据帧到达终端设备时，它通过一个简单的“端口”进入被寻址到的设备，该设备去掉数据帧的“信封”（数据头），读取数据，如果没有错误，就执行数据所请求的任务，然后，它将自己生成的数据加入到取得的“信封”中，把数据帧返回给发送者。

返回的响应数据中包含了以下内容：

终端从机地址（Address）、被执行了的命令（Function）、执行命令生成的被请求数据（Data）和一个校验码（Check）。

发生任何错误都不会有成功的响应。

1.3PFOINET

1.3.1对象模型 

PROFInet的结构方案基于微软定义的COM对象（Component Object Model 部件对象模型）。

这就允许以成品部件为基础的应用开发。

部件以对象的形式建立，对象通过已定义的接口进行相互间的通信。

一种COM接口具有指定数量的功能，在“接口定义语言”（IDL）中对这些功能作了描述。

一个部件支持一个特定的接口（采用某些方法仔细定义的接口），这实际上就如人们所说的那样:

以部件实现接口（这涉及已定义接口的实现和它的语义（服务））。

就用户而言，COM部件只不过是一些接口的号码。

通过调用一个接口的功能，客户可存取这类部件的服务。

PROFInet辨别工程系统中的对象（ES对象）和运行期系统中的对象（RT对象）。

在工程设计期间，ES对象代表RT对象。

ES对象的示例、互连和参数化形成了一个特定工厂的自动化解决方案的模型。

使用工程模型的评估，下装能触发运行期软件的生成。

PROFInet方案跟随这样一个基本思想:

运行期系统中的每个RT对象恰恰与工程系统中的ES对象相对应，这有利于工程领域映象到运行期领域，反之亦然。

以这种方式，ES对象间的关系可容易地映象到相应的RT对象间的关系。

这些语句适用于设备（ES设备）和软件（ES自动化）的典型工程。

在这个方案中，ES对象和RT对象被认为是两个不同的对象。

因为第一，组态发生在运行期领域（设备）尚不可用的期间;第二，对象的功能不同，因为只有RT对象才能产生实际的自动化功能。

1.3.2运行期通信 

运行期通信通过COM对象的接口以基于草拟的对象模型的对象协议的形式进行。

 运行期模型代表一台设备上可用的实际对象，该设备通过ＯＬＥ自动化可从外部访问这些对象的接口、方式和各个对象相互间的关系。

它并不作任何关于接口实现的假设，因此在实现期间保持了最大限度的灵活性（只要对象的映象保留在设备的通信线上）。

运行期概念基于传统的Ethernet通信机制，如TCP/IP或ＵＤＰ。

后来对这种基本的机制用RPC和DCOM机制进行了加强。

DCOM可视为用于基于RPC分布式应用的COM技术的扩展。

作为一种选择，现可采用优化的实时通信机制用于实时时间苛求的应用领域。

在运行期期间，PROFInet部件以DCOM对象的形式映象，这样通过对象协议机制确保了DCOM对象的通信。

自动化对象即COM对象作为ＰＤＵ以DCOM协议定义的形式出现在通信总线上。

通过“DCOM布线协议”，DCOM定义了对象的标识和具有有关接口和参数的方法。

这就可在通信总线上进行标准化的DCOM信息包的传输，通信总线是通过接口定义确定的。

这些信息包在客户方生成并在服务器评估和解释。

其特点在于:

在服务器内不需要有COM对象。

它满足了在总线上实现生成“对象幻影”（illusion of an object）的需要。

连接对象活动控制（ACCO）确保了已组态的互相连接的设备间通信关系的建立和数据交换。

传输本身是由事件控制的。

ACCO也负责故障后的恢复。

这包括:

质量代码和时间标记的传输、连接伙伴的监视、连接丢失后的再建立以及相互连接性的测试／诊断。

1.3.3具体应用 

目前在国内，PROFInet的应用还处于初级阶段，只有少数的公司和单位采用PROFInet结构布局。

现在，我们正尝试在国内某家核电装备工厂采用PROFInet方案集成系统。

系统的最上层是INTERNET，工厂内部网络可以通过接口与外部网络通讯联系；中间层是PROFInet，包括工厂对于车间设备的管理控制单元或软件；最下层则是基于PROFIBUS的现场总线单元，具体包括车间自动化生产线上的各个工段、控制器、执行元件、现场设备（如传感器、仪表）、自动化设备（如车床、铣床）等。

我们可以通过PROFInet与现场总线的接口来监控车间各设备的运行，达到对管理层和现场层流程化、理性化集成的目的。

具体系统方案如下图所示：

2PROFIBUS-DPPLC通信

2.1PROFIBUS-DP与变频器通信控制电机

2.1.1硬件接线

2.1.2软件设置

2.1.3变频器参数

3设计中遇到的问题，解决方法

（1）在DP通信中，遇到PLC与PLC不通信，最后找到要在各自的PLC中进行下载程序。

（2）在与变频器通信的时候遇到变频器不动作，设置太多要进行初始化设置。

4实验结果

4.1PROFIBUS-DPPLC通信

用三台PLC实现PROFIBUS-DP通讯。

主站按下一个开关，控制2#从站指示灯亮，主站按下另外一个开关，控制3#从站指示灯亮；2#从站按下一个开关，控制主站指示灯亮，3#从站按下一个开关，控制主站另一个指示灯亮。

4.2PROFIBUS-DP与变频器通信控制电机

通过拨动外部按键控制电动机的正反转。

5设计心得

通过这次课程设计，让我更加深刻了解课本知识，和以往对知识的疏忽得以补充，在设计过程中遇到一些模糊的公式和专业用语，比如说经济刮板运输机及皮带运输的选择，在选择选择刮板皮带运输选型时,在使用手册时，有的数据很难查出，但是这些问题经过这次设计，都一一得以解决，我相信这本书中还有很多我为搞清楚的问题，但是这次的课程设计给我相当的基础知识，为我以后工作打下了严实的基础。

6设计总结

虽然这次课程是那么短暂的1周时间，我感觉到这些天我的所学胜过我这一学期所学，这次任务原则上是设计，其实就是一次大的作业，是让我对课本知识的巩固和对基本公式的熟悉和应用，计算力学和运动学及预选电动机过程中的那些繁琐的数据，使我做事的耐心和仔细程度得以提高。

课程设计是培训学生运用本专业所学的理论知识和专业知识来分析解决实际问题的重要教学环节，是对三年所学知识的复习和巩固。

同样，也促使了同学们的相互探讨，相互学习。

因此，我们必须认真、谨慎、踏实、一步一步的完成设计。

如果时间可以重来，我可能会认真的去学习和研究，也可能会自己独立的完成一个项目，我相信无论是谁看到自己做出的成果时心里一定会很兴奋。

此次设计让我明白了一个很深刻的道理：

团队精神固然很重要，担人往往还是要靠自己的努力，自己亲身去经历，这样自己的心里才会踏实，学到的东西才会更多。

何为课程设计？

在我们的认识中，这便是理论与实践相结合的过程。

在老师的课堂中，我们学习了很多关于单片机设计的知识，这让我们脑中有着很多“模型”，如何将模型具体化，这便需要课程设计的“真金”磨练。

在课程设计中，我们重新温习并应用了很多课堂知识。

在理论与实际相结合的过程中，这让我们更加认识到课堂知识的重要性，这些都将是实际的公路设计的必备品。

7参考文献

[1]王永华、A.Verwer（英），现场总线技术及应用教程（第2版），机械工业出版社2012.

[2]王建、杨秀双、刘来员，变频器实用技术，机械工业出版社，2012.

[3]S7-1200可编程控制器系统手册。

成绩评定表

指导教师成绩

答辩小组成绩

总评成绩