工业控制网络与现场总线技术实验指导书.docx

1、工业控制网络与现场总线技术实验指导书河南机电高等专科学校现场总线技术实验指导书 专业：计算机控制技术 张士磊 编河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 2009 年 06 月 实 验 要 求1、 按指定实验台进行实验，与实验无关的仪器，请不要乱动。2、 不得将水杯、零食等带入实验室。3、 接好线路，指导教师检查后，方可给电，不得私自拆接线路。4、 出现事故，立即切断电源，报告指导教师。5、 使用设备和软件不会就问，不要盲目操作，损坏设备或元器件要保持原状，如实报告指导教师。6、 实验结束，经指导教师检查数据，同意后方可拆线或关闭软件，整理好仪器、实验台等再离开实验室。7、 拆线前要先断电源。

2、8、 正常关闭系统，待显示可以关闭电源后，按下电源按钮关闭显示器，严禁非正常关机。9、 不得删除计算机中文件，设置、更改保护密码。10、保持实验室干净整洁，不得在实验室乱仍纸屑，不得随地吐痰等。严肃认真，遵守纪律独立思考，细心操作爱护仪器，注意安全保持整洁，不要喧哗目 录实验一 工业控制网络上机实验 4实验二 EtherNet/IP网络配置与通信实验 21实验三 ControlNet网络配置与通信实验 34实验四 DeviceNet 网络配置与通信实验 44实验五 基于DeviceNet的变频器控制实验 55实验一 工业控制网络上机实验工业控制网络也称为现场总线，现场总线与PLC 控制系统的完

3、美结合产生了当前最热门的FCS 现场总线控制系统。PLC 控制系统是现场总线典型的应用场合，要深入了解现场总线的应用及其原理首先应当掌握PLC 网络及其控制技术。可编程逻辑控制器PLC是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算数运算等操作的指令，并通过数字式，模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程，可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充功能的原则设计。可编程逻辑控制器综合了计算机技术，自动控制技术和通讯技术，用面向控制过程，面向用户的“自然语言”编程，适应工业环

4、境，简单易懂，操作方便，可靠性高，是新一代通用工业控制装置。PLC 广泛应用于能源、矿业、加工制造业、化工、纺织、汽车、酿酒、制药、电子制造、木材加工印刷业、交通运输、城市供水、污水处理、农产品加工畜牧业等行业。一、实验目的1了解PLC的工作原理；2. 熟悉PLC编程软件的编程环境；3掌握PLC编程的基本思想；4. 理解并掌握现场总线控制系统的构成。二、实验系统硬件及软件本实验利用展示墙上安装的ControlLogix系统作对象，熟悉RSLogix5000软件的编程环境，创建项目并学习本地I/O及通信模块的组态方法，练习梯形图程序的编写方法，掌握建立计算机与PLC 通信，进行程序上下载，监视的

5、方法。本实验所用硬件：ControlLogix系统和计算机等。本实验所用软件：1） Windows XP ServerPack 2 操作系统，自动登陆，无需密码；2） RSLogix5000 V 15.00/16.00 编程软件用于ControlLogix 控制器编程及程序监视；3） RSLinx V2.53 通信工具软件用于建立计算机与罗克韦尔硬件的通信驱动，以及软件之间的接口。1号ControlLogix系统的模块组成如下表所示：槽号012345名称机架电源处理器以太网控制网设备网数字输入数字输出型号1756A10B1756PA751756L611756ENBT1756CNB/E1756D

6、NB1756IB32B1756OB32A三、实验内容及要求 1. 熟悉RSLinx软件的功能及使用方法，配置RSLinx通信。 2. 熟悉RSLogix5000编程环境，用该软件创建一个项目，建立相应的I/O组态和通信组态。3. 掌握梯形图编程方法及控制逻辑实现方法4. 编写梯形图程序，下载并监控程序的运行。四、实验步骤 配置RSLinx通信RSLinx 通信软件Rockwell Software 的RSLinx(以下称RSLinx)是在MicrosoftWindows 各操作系统下建立设备及软件通信方案的工具。它为罗克韦尔设备、软件及第三方软件提供网络通信驱动程序。与硬件设备相连时，通过计算

7、机串行口232 通信接口与PLC 控制器相连，或通过计算机以太网卡与PLC 的EtherNet（EtherNet/IP）相连，在RSLinx中配置相应的驱动程序，建立计算机与控制器的通信，对控制器进行编程及程序状态监控、数据采集、以及信息采集等功能。本实验中利用RSLinx 建立编程软件和控制系统之间的通信。首先，要运行RSLinx 程序（一般在系统启动时已经将RSLinx 作为默认的服务加载），如果RSLinx 已经启动，则在屏幕右下角的任务栏中会有的图标）。如果RSLinx 没有启动，在Windows 开始菜单的程序栏中选择Rockwell Software 的RSLinx。1）打开RSL

8、inx, 点击Configure drivers按钮。图1.1 RSLinx 软件启动界面2）在图1.1所示的RSLinx 软件界面中打开Communications 菜单，选择Configure Drivers 或直接点击常用工具栏中的Configure Drivers 快捷方式图标，弹出图1.2 所示通信驱动程序配置界面。在“Configure Drives”窗口中，从驱动类型中选择“Ethernet/IP Driver”。单击“Add New”按钮。图1.2 RSLinx 软件通信驱动程序配置界面注：在“Confgure Drivers”菜单中列出了RSLinx 软件支持的所有通信方式。

9、如果原来已有配置好的驱动程序，则选中该驱动程序，然后按“Stop”、“Delete”按钮将其去掉，重新配置。本实验中使用EtherNet（EtherNet/IP）方式建立软硬件之间的通信，因此需要配置一个“AB_ETHIP-1”通信程序与PLC控制器进行通信。其它方式的通信只需选择不同的通信程序即可。3) 在弹出的“Add New RSLinx Drivers”对话框上单击“OK”。图1.3 添加新的驱动程序对话框中4）在弹出的对话框中点击“确定” 按钮即完成了通信程序配置（如果选择默认的驱动程序名称）。图1.4 通信驱动组态对话框5) 关闭Configure Drive对话框，点击RSWho

10、按钮，即可查看对应站点的设备状况。图1.5 RSWho 窗口查看连接设备及其状态注意：注意不要关闭RSLinx 软件，请最小化软件。2. 用RSLogix5000软件创建一个项目，建立相应的I/O组态和通信组态。RSLogix 5000 编程软件 RSLogix5000 软件包，是一个32 位的基于Windows 软件。能工作于Microsoft Windows 2000 / NT /XP。 RSLogix 5000 编程软件可以用于顺序、过程和运动控制编程。RSLogix 5000 提供易用的编程环境，遵照IEC61131-3 标准，可用结构体或数组进行符号化编程，指令集丰富。该软件环境通用

11、于罗克韦尔自动化的Logix 平台，该平台包括: ControlLogix, FlexLogix, CompactLogix, SoftLogix 和DriveLogix。1）双击桌面上的RSLogix 5000图标，或从启动程序中找到RSLogix 5000编程软件，打开编程软件，出现下图所示画面。图1.6 RSLogix 5000 软件界面2）打开文件（file）菜单，选择New 或点击快捷图标，在RSLogix5000 软件内创建一个新的工程项目，如图1.7所示。由于RSLogix 5000 支持多种控制器的编程，而每一种控制器的资源和属性都是不同的，因此需要为新建的项目指定一种控制器类

12、型，点击New 后随即弹出的图1.8 所示的新建控制器（New Controller）对话框。点击可选框后面的向下箭头，列出所有支持的控制器类型，选择“1756-L61 ControlLogix 5561 Controller”。图1.7 创建一个新的工程图1.8 新建项目并配置说明：Type后一定要选择ControlLogix5561；Logix 平台产品支持硬件Firmware 进行升级，因此对于控制器还应选择其版本号(Revision)。实验室中的ControlLogix 硬件版本为16.01 版本，为保持软硬件版本一至，在此Revision选择16；Name即控制器名称，项目以控制器为

13、核心，控制器名称即为项目名称，在名称(Name)中填入控制器的名称，可以自定义，但为了程序的可读性，一般根据功能命名，且不要用汉语和数字，最好用能描述工程的英文，不能重名；Description可以不写，但对于一个完整工程来说，最好写明；Classis必须选择1756-A10，因为本实验采用的是10槽框架；并且因为ControlLogix 系列控制器允许在一个框架内插入多个控制器，所以还应选择控制器所在的槽号(Slot)，该槽号由处理器在框架中的实际位置决定，在此Slot选择0，因为处理器位于0槽，实际应用中控制器一般都插在“0”号槽中；Create in设置存储程序的路径。注：PLC CPU

14、模块上的钥匙开关可用来选定控制器启动时的工作状态，它又称为本地工作状态，一共有三个选择档位，即Program（编程）、Remote（远程）和RUN（运行）三种状态。在Program状态时不允许通过RSLogix5000 编程软件将控制器切换到运行状态，此时程序不会运行，控制逻辑不会起作用。同理，在RUN 状态时不允许通过RSLogix5000 编程软件将控制器切换到编程状态，此时控制器处于运行状态，不可以改变程序也不可以下载程序。在Remote 状态下，允许通过RSLogix5000 编程软件切换控制器的状态为Remote Program 或Remote RUN 状态。实际应用中，一般将钥匙放

15、到Remote 状态，方便编程软件进行状态切换，以进行程序调试，调试成功后，将钥匙切换到RUN 状态，然后拔出，防止对程序误操作。只有掌握控制器状态的作用才能更好进行PLC 编程。3）进行正确的设置之后，点击OK，进入下图所示画面。此时，一个项目即被创建。其左侧为RSLogix5000 软件的项目树目录。通过该项目目录树可以对项目进行管理，包括改变控制器类型，创建控制器域标签，进行故障程序处理，上电初始化程序处理，以及控制器任务规划，分配连续性任务和周期性任务，在任务中建立程序等，以及进行Motion 控制配置，建立趋势图查看，定义数据结构，配置控制器所属输入/输出模块(I/OConfigur

16、ation)等。图1.9 RSLogix5000项目编程界面中除了项目目录树、标准工具栏外，还有“在线工具栏”用于进行程序上载、下载及在线、离线以及控制器远程编程、远程运行状态切换（状态切换要求控制器钥匙处于Remote 状态）。从梯形图元件区选择元件拖拽到梯形图程序区即可进行编程操作，如图1.10 所示。图1.10 RSLogix 5000 编程界面RSLogix 5000 编程环境支持MicroSoft 环境中的这种拖拽功能，以及各种复制、粘贴、插入、删除等快捷方式，实现简单快捷的图形化编程。对于简单的控制，只需要按照默认的控制器配置，点击项目管理栏中的Tasks 菜单前的“+”号，打开T

17、ask 菜单，点击MainTask菜单前的“+”号，打开MainTask 菜单，一直点击“+”至MainProgram、MainRoutine，即出现了梯形图编程的程序。编程元件栏的Favorites 中列出了各种常用的元件，依次为“添加梯级（Rung）”，“添加分支（Branch）”，“添加分级（Branch Level）”（无分支时为灰色），“常开触点（XIC 检查是否闭合）”，“常闭触点（XIO 检查是否断开）”，“线圈输出（Output Energize）”，“输出解锁存（Output Unlatch）”，“输出锁存（Output Latch）”；在“Bit”、“Timer/Count

18、er”、“Input/Output”，“Compare”等元件夹中列出了相应的各种元件，点中需要的元件，将其拽到放置位置松开鼠标就添加元件，也可以将鼠标点到需插入元件的地方，然后点击元件即可插入。4）添加I/O模块。为了实现控制器对模块的控制，需要在项目目录树中为控制器添加I/O 模块并进行配置。鼠标右键点击I/O Configuration （I/O组态，位于左边窗口的底部）。然后按鼠标右键，并选择New Module（新模块）。图1.11 添加I/O模块5）在弹出的对话框中选择”Digital”下的1756-IB32B模块，添加位于4槽的数字量输入模块，如图：图1.12 选择1756IB3

19、2 模块6）按OK，会弹出1756-IB32B组态对话框，在实际应用中应根据框架中插入的模块类型及所在槽，选择各种模块及所在槽号，并为模块唯一命名。如下图所示填写：图1.13 配置1756IB32 模块属性注意：Name项不能为空；Slot必须与实际I/O模块在槽架的位置相对应；Description可以缺省；Comm Format为通讯字，这里接受默认设置即可；Revision为版本号；Electronic Key为电子锁，通常选择Disable Keying。其它接受默认设置即可，按OK。同理，我们可添加位于其它槽的I/O模块。下面我们设置通信组态，即添加相应的通信模块。7）添加通信模块。

20、鼠标右键点击I/O Configuration （I/O组态，位于左边窗口的底部）。然后按鼠标右键，并选择New Module（同第4步操作），8）在弹出的对话框中选择”Communcation”下的1756-ENBT模块，添加位于1槽的以太网网桥模块，如图：图1.14 选择1756ENBT通信模块9）按OK，会弹出1756-ENBT组态对话框，如下图所示填写：图1.15 配置1756ENBT通信模块注意：Name项不能为空；Slot必须与实际通信模块在槽架的位置相对应；Description可以缺省； Revision为版本号（软硬件版本号须设置一致）；Electronic Key为电子锁，

21、通常选择Disable Keying。其它接受默认设置即可，按OK。同理，我们可添加位于其它槽的控制网、设备网模块。10） 组态完毕后，I/O Configuration下会出现如下画面：图1.16 完成I/O组态界面3. 编写梯形图程序，下载并监控程序的运行。现在我们添加梯形图逻辑，ControlLogix控制器支持多个任务（Tasks）。每个任务可以包括若干个Programs，每个Program可以包括若干个Routines。在本实验中，我们只需要一个Routine，因而我们将使用缺省创建和规划的MainRoutine。1）将鼠标移到“Tasks”文件下面的“MainRoutine”。图1

22、.17 选择主例程2）双击“MainRoutine”，出现如下画面。图1.18 编程主界面3）梯形图是一种与电气控制逻辑直接相对应的编程语言，可以由电器控制逻辑图直接转化而得到，因简单易用而得到广泛应用。梯形图程序按照从左到右，从上到下的顺序执行。在梯形图编程区进行编程时，点击增加新梯级，将鼠标放到梯级前面，这时梯级前变为蓝色，点击XIC 元件，添加常开、常闭触点，再点击Output Eneregize 元件，添加输出控制。图1.19 添加梯级和输入输出元件4）然后为控制元件赋以地址（ 标签）。双击XIC 元件上的？ 号， 选择标签的域为“ControllerScope Tags”，点击Loc

23、al:2:I.Data 前的加号,选择Local:2:I.Data 1 （第0 个字节为状态值，第1 个字节为输入数据），这时在其后会出现一下拉箭头，点击下拉箭头，选择“0”。如图1.20 所示。完成后XIC 元件上方显示Local:2:I.Data 1.0。图1.20 为输入元件赋予地址（标签）同样，双击Output Energize 的？，Local:2:O.Data 前的加号，选择Local:2:O.Data0，点击下拉箭头，选择“0”。完成后Output Energize 元件上方显示Local:2:O.Data 0.0图1.21 为输出元件赋予地址（标签） 5）按照下图添加程序。完成

24、数字量I/O实验的编程。图1.22 编写测试程序这是一个简单的直接控制逻辑，即输入信号有效，则激励输出，就像开关闭合则电灯就点亮一样。6） 如果你认为上述实验太简单，你也可以利用8个数字输入量和4个数字输出量作其它实验，还可以利用RSLogix5000提供的计时、计数器来完成数字逻辑控制实验。7）点击校验你的文件，并注意保存文件。（在编辑过程中，编程软件实时检测程序的语法，在有语法错误时，梯级标号上有“e”的字符存在，只有程序没有错误时才能下载。）8） 与处理器通讯，点击主菜单上的Communication，选择Who Active，你会看到如下画面：图1.23 选择可通信的系统9）点击“AB

25、_ETH-1,Ethernet”旁边的“+”找到相关的处理器。图1.24 选择要与之通信的控制器10）确定处理器处于program或Remote状态，（控制器处于RUIN状态时无法进行下载，）选择Download。之后将控制器切换到运行状态，利用实验面板的开关和指示灯验证你所编辑的程序。11）程序监视。在RSLogix5000 编程软件中还可以实时进行程序监控。确定控制器当前状态RemoteRun 或RUN 状态，如果不是，在RSLogix 5000 编程软件的在线工具中下拉菜单将控制器切换到Run 状态。此时，在编程界面中，右点需要查看的标签，选择“Monitor/Edit”，可以看到改模块

26、所以点的状态，也可选择“Trend”在线查看标签的趋势。在程序中，反应到梯形图则“Start”变为绿色，表明开关导通，根据控制器逻辑开关导通，则输出信号为“1”，输出“Local:5:O.Data1.0”变为绿色，如图1.25所示。图1.25 梯形图能流状态4. 基本指令编程实验以上的程序实现了最简单直接控制逻辑，在实际的应用中PLC 的控制逻辑是由一些简单的控制逻辑组合而成的，这些简单的控制逻辑组合以及PLC 提供的计时器、计数器、信息传递指令、计算算术指令、转移逻辑指令、比较指令、三角函数指令、PID 指令、指数运算指令、程序控制指令、阵列文件指令及特殊指令就可以完成整个系统的自动化控制。

27、基本控制逻辑是电器控制线路中的基本单元，主要包括：与逻辑或逻辑非逻辑（禁逻辑） 自锁逻辑互锁逻辑联锁逻辑由这些逻辑可以组成各种控制线路。以上程序每个梯级为单独程序，可以变换不同地址（如图中的Local：2：I。Data1.0 为通道0 输入，将最后一位改为1，则为通道1，以此类推，输出通道类似，每个模块有32 个输入通道和32 个输出通道，相对于外部的32个按钮和32 个指示灯）在一个程序中实现所有控制逻辑。根据以上逻辑进行编程，调试，并记录每个逻辑程序的运行结果。五、实验报告要求1. 实验报告必须认真填写，书写工整，不得出现错字、别字、白字、简化字。2. 实验名称按本指导书给出的实验名称填写

28、。3. 实验日期按实际进行实验的日期进行填写，不得错写或漏写4实验目的按本指导书给出实验目的填写，不得自行编造。5实验步骤必须详细，包括进行了那些设置及设置了哪些参数，出现了什么结果等。不得跳步或笼统填写。6实验报告上交前由班长把关，对书写不符合以上要求及书写不认真、潦草者打回重新填写。六、思考题1. 简述PLC 的工作原理及应用场合。2. 简述现场总线控制系统的构成。3. 简述梯形图程序的执行过程。4. 处理器的运行状态有几种？分别在什么情况下设置？处理器上运行状态钥匙应如何进行相应的设置？5. 记录每个控制逻辑的编程过程及执行结果。6. 举例说明每种简单控制逻辑的一个典型应。实验二 Eth

29、erNet/IP网络配置与通信实验EtherNet/IP（Ethernet/Industrial Protocol）是一种适用于工业环境的通信系统。EtherNet/IP使用控制与信息协议CIP协议（Control and Information Protocol），其公共的网络层、传输层和应用层亦为ControlNet和DeviceNet共享。CIP协议是位于开放的、高度流行的EtherNet和TCP/IP协议顶层的一个公共的、开放的应用层。由于采用了CIP规范及Ethernet、TCP/IP技术，EtherNet/IP具有广泛的优越性。EtherNet/IP不仅解决了设备间的一致性问题，而

30、且使得采用EtherNet/IP组建的控制网络可以较容易地集成到Internet/Intranet上，可以通过Internet来管理整个企业网。根据EtherNet/IP的优点，它适合应用在以下场合。（1）大型应用，需要连接多台计算机、控制器、人机界面、I/O和其他设备。（2）作为多个DeviceNet网络的主干网。（3）控制器间的点对点互锁。（4）连接I/O和传动控制。一、实验目的1掌握EtherNet/IP网络的原理及其组成；2. 学习用RSNetWorx for EtherNet/IP软件配置EtherNet/IP网络；3了解ControlLogix如何与EtherNet/IP接口设备通

31、信； 4. 掌握分布在EtherNet/IP网络上的远程Flex I/O的使用方法。二、实验设备和仪器本实验系统采用了目前自动化领域最先进的NetLinx 网络架构，在NetLinx架构中，计算机通过EtherNet对其它网络进行访问的接入成本是最低的。利用EtherNet 可以实现远程操作、远程编程、远程网络配置等功能。计算机通过以太网连接1756-ENBT 模块，通过ControlLogix 框架访问控制系统本地及远程的输入输出模块。本实验中每台计算机都可以通过EtherNet 直接与1756-ENBT 模块通信，进而通过ControlLogix 框架与相应的CPU模块通信，进行网络配置及程序下载。1. 实验系统所用硬件：（1） 计算机配置EtherNet网络，编制控制程序；（2） ControlLogix 控制系统在本实验中用到的模块： 1756-PA7