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项目３.１ PROFIBUS工业现场总线技术概述

项目３.１ PROFIBUS工业现场总线技术概述. 院系：机电系 姓名：高晓霞. 【 项目功能 】. 1、 通过该项目掌握通信技术的基本概念和 Profibus 的基本知识 2、 通过该项目 掌握MPI 的相关知识以及 地址配置方法. 【 知识点和技能点 】. 1、 网络通信方法，MPI通信网络的相关知识及地址配置方法 。 2 、 Profibus的基本知识. 【 项目 内容 】.

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项目３.１ PROFIBUS工业现场总线技术概述

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  1. 项目３.１ PROFIBUS工业现场总线技术概述 院系：机电系 姓名：高晓霞

  2. 【项目功能】 1、通过该项目掌握通信技术的基本概念和Profibus的基本知识 2、通过该项目掌握MPI的相关知识以及地址配置方法 【知识点和技能点】 1、网络通信方法，MPI通信网络的相关知识及地址配置方法。 2、Profibus的基本知识

  3. 【项目内容】 　　　设2个MPI站分别为MPI_Station_1（MPI地址为设为2）和MPI_Station_2（MPI地址设为4），要求MPI_Station_1站发送一个数据包到MPI_Station_2站。

  4. 【项目知识准备１】 西门子PLC通信技术 本章结合具体实例，详细介绍MPI网络的组建方法、如何用全局数据包通信方式实现PLC之间的MPI网络通信、如何实现无组态连接的PLC之间的MPI通信、如何实现有组态连接的PLC之间的MPI通信、如何实现PLC之间的PROFIBUS-DP主从通信、如何组态远程I/O站，最后介绍了CP342-5分别作为主站 和从站的PROFIBUS-DP组态应用。

  5. 西门子PLC网络

  6. MPI网络通信 • MPI是多点通信接口（MultiPoint Interface）的简称。MPI物理接口符合Profibus RS485（EN 50170）接口标准。MPI网络的通信速率为19.2kbit/s～12Mbit/s，S7-200只能选择19.2kbit/s的通信速率，S7-300通常默认设置为187.5kbit/s，只有能够设置为Profibus接口 • 的MPI网络才支持12Mbit/s的通信速率。

  7. 一、MPI网络组建 用STEP 7软件包中的Configuration功能为每个网络节点分配一个MPI地址和最高地址，最好标在节点外壳上；然后对PG、OP、CPU、CP、FM等包括的所有节点进行地址排序，连接时需在MPI网的第一个及最后一个节点接入通信终端匹配电 阻。往MPI网添加一个新节点时，应该切断MPI网的电源。

  8. MPI网络示意图

  9. MPI网络连接器 为了保证网络通信质量，总线连接器或中继器上都设计了终端匹配电阻。组建通信网络时，在网络拓扑分支的末端节点需要接入浪涌匹配电阻。

  10. 采用中继器延长网络连接距离

  11. 二、 全局数据包通信方式 • 全局数据（GD）通信方式以MPI分支网为基础而设计的。在S7中，利用全局数据可以建立分布式PLC间的通讯联系，不需要在用户程序中编写任何语句。S7程序中的FB、FC、OB都能用绝对地址或符号地址来访问全局数据。最多可以在一个 • 项目中的15个CPU之间建立全局数据通讯。 • GD通信原理 • GD通信的数据结构 • 全局数据环 • GD通信应用 • 利用SFC60和SFC61传递全局数据

  12. 1.GD通信原理 在MPI分支网上实现全局数据共享的两个或多个CPU中，至少有一个是数据的发送方，有一个或多个是数据的接收方。发送或接收的数据称为全局数据，或称为全局数。具有相同Sender/Receiver （发送者/接受者）的全局数据，可以集合成一个全局数据包（GD Packet）一起发送。每个数据包用数据包号码（GD Packet Number）来标识，其中的变量用变量号码（Variable Number）来标识。参与全局数据包交换的CPU构成了全局数据环（GD Circle）。每个全局数据环用 数据环号码来标识（GD Circle Number ）。 例如，GD 2.1.3表示2号全局数据环，1号全局数据包中 的3号数据。

  13. 在PLC操作系统的作用下，发送CPU在它的一个扫描循环结束时发送全局数据，接收CPU在它的一个扫描循环开始时接收GD。这样，发送全局数据包中的数据，对于接收方来说是“透明的”。也就是说，发送全局数据包中的信号状态会自动影响接收数据包；接收方对接收数据包的访问，相当于对发 送数据包的访问。

  14. 2.GD通信的数据结构 全局数据可以由位、字节、字、双字或相关数组组成， 它们被称为全局数据的元素。一个全局数据包由一个或几个GD元素组成，最多不能超过24B。

  15. 3. 全局数据环 全局数据环中的每个CPU可以发送数据到另一个CPU或从 另一个CPU接收。全局数据环有以下2种： ①环内包含2个以上的CPU，其中一个发送数据包，其它的CPU接收数据； ②环内只有2个CPU，每个CPU可既发送数据又接受数据。 S7-300的每个CPU可以参与最多4个不同的数据环，在一个MPI网上最多可以有15个CPU通过全局通讯来交换数据。 其实，MPI网络进行GD通信的内在方式有两种：一种是一对一方式，当GD环中仅有两个CPU时，可以采用类全双工点对点方式，不能有其它CPU参与，只有两者独享；另一种为一对多（最多4个）广播方式，一个点播，其它接收。

  16. 4. GD通信应用(1/2) 应用GD通信，就要在CPU中定义全局数据块，这一过程也称为全局数据通信组态。在对全局数据进行组态前，需要先执行下列任务： ①定义项目和CPU程序名； ②用PG单独配置项目中的每个CPU，确定其分支网络号、MPI地址、最大MPI地址等参数。

  17. 4. GD通信应用(2/2) 在用STEP 7开发软件包进行GD通信组态时，由系统菜单【Options】中的【Define Global Data】程序进行GD表组 态。具体组态步骤如下： ③在GD空表中输入参与GD通信的CPU代号； ④为每个CPU定义并输入全局数据，指定发送GD； ⑤第一次存储并编译全局数据表，检查输入信息语法是 否为正确数据类型，是否一致； ⑥设定扫描速率，定义GD通信状态双字； ⑦第二次存储并编译全局数据表。

  18. 【例1】 S7-300之间全局数据通信。 • 要求通过MPI网络配置，实现2个CPU 315-2DP之间的全局 • 数据通信。 • 生成MPI硬件工作站 • 打开STEP 7，首先执行菜单命令【File】→【New...】创建一个S7项目，并命名为“全局数据”。选中“全局数据”项目名，然后执行菜单命令【Insert】→【Station】→【SIMATIC 300 Station】，在此项目下插入两个S7-300的 • PLC站，分别重命名为MPI_Station_1和MPI_Station_2。

  19. 设置MPI网络地址

  20. 设置MPI地址 • 按上图完成2个PLC站的硬件组态，配置MPI地址和通信速率，在本例中MPI地址分别设置为2号和4号，通信速率为187.5kbit/s。完成后点击按钮，保存并编译硬件组态。最后 • 将硬件组态数据下载到CPU。 • 连接网络 用Profibus电缆连接MPI节点。接着就可以与所有CPU建立在线连接。可以用SIMATIC管理器中“Accessible Nodes”功 能来测试它。

  21. 生成全局数据表 用NetPro组态MPI网络

  22. 全局数据环组态

  23. GD ID的意义

  24. 定义扫描速率和状态信息

  25. 5. 利用SFC60和SFC61传递全局数据 利用SFC60 GD_SND和SFC61 GD_RCV可以以事件驱动方式来实现全局通讯。为了实现纯程序控制的数据交换，在全局数据表中必须将扫描速率定义为0。可单独使用循环驱动或程 序控制方式，也可组合起来使用。 SFC60用来按设定的方式采集并发送全局数据包。 SFC61用来接收发送来的全局数据包并存入设定区域中。 为了保证数据交换的连贯性，在调用SFC60或SFC61之前所有中断都应被禁止。可以使用SFC39禁止中断，SFC40开放 中断；使用SFC41延时处理中断，SFC42开放延时。 返回上级

  26. 【例２】用SFC60发送全局数据GD2.1，用SFC61接收全局数据GD2.2。【例２】用SFC60发送全局数据GD2.1，用SFC61接收全局数据GD2.2。 使用系统功能（SFC）或系统功能块（SFB）时，需切换到在线视窗，查看当前CPU是否具备所需要的系统功能或系统功能块，然后将它们拷贝到项目的“Blocks”文件夹内。接下 来可切换到离线视窗调用系统功能或系统功能块。 使用SFC60和SFC61实现全局数据的发送与接收，必须进行全局数据包的组态，参照【例7-2-1】。现假设已经在全局数据表中完成了GD组态，以MPI_Station_1为例，设预发送数据包为GD 2.1，预接收数据包为GD 2.2。要求当M1.0为“1”时 发送全局数据GD 2.1；当M1.2为“1”时接收全局数据GD 2.2。

  27. 用SFC60发送全局数据GD2.1，用SFC61接收全局数据GD2.2用SFC60发送全局数据GD2.1，用SFC61接收全局数据GD2.2

  28. 三、无组态连接的MPI通讯方式 ——调用系统功能SFC • 用系统功能SFC65～69，可以在无组态情况下实现PLC之间的MPI的通讯，这种通讯方式适合于S7-300、S7-400和S7-200之间的通讯。无组态通讯又可分为两种方式：双向通讯方式和单向通讯方式。无组态通讯方式不能和全局数据通讯 • 方式混合使用。 • 双向通讯方式 • 单向通讯

  29. 1.双向通讯方式 双向通讯方式要求通讯双方都需要调用通讯块，一方调用发送块发送数据，另一方就要调用接收块来接收数据。适用S7-300/400之间通讯，发送块是SFC65（X_SEND），接收块是SFC66（X_RCV）。下面举例说明如何实现无组态双向通 讯。 【例3】无组态双向通讯。 设2个MPI站分别为MPI_Station_1（MPI地址为设为2）和MPI_Station_2（MPI地址设为4），要求MPI_Station_1站发送一个数据包到MPI_Station_2站。

  30. 生成MPI硬件工作站 打开STEP 7，创建一个S7项目，并命名为“双向通讯”。在此项目下插入两个S7-300的PLC站，分别重命名为MPI_Station_1和MPI_Station_2。MPI_Station_1包含一个 CPU315-2DP；MPI_Station_2包含一个CPU313C-2DP。 • 设置MPI地址 完成2个PLC站的硬件组态，配置MPI地址和通信速率，在本例中CPU315-2DP和CPU313C-2DP的MPI地址分别设置为2号和4号，通信速率为187.5kbit/s。完成后点击按钮，保存 并编译硬件组态。最后将硬件组态数据下载到CPU。

  31. 编写发送站的通讯程序 在MPI_Station_1站的循环中断组织块OB35中调用SFC65，将I0.0～I1.7发送到MPI_Station_2站。 MPI_Station_1站OB35中的通讯程序如图所示。

  32. 编写接收站的通讯程序 在MPI_Station_2站的主循环组织块OB1中调用SFC66，接收MPI_Station_1站发送的数据，并保存在MB10和MB11 中。MPI_Station_2站OB1中的通讯程序如图所示。

  33. 2. 单向通讯 单向通讯只在一方编写通讯程序，也就是客户机与服务器的访问模式。编写程序一方的CPU作为客户机，无需编写程序一方的CPU作为服务器，客户机调用SFC通讯块对服务器进行访问。SFC67（X_GET）用来读取服务器指定数据区中的数据并存放到本地的数据区中，SFC68（X_PUT）用来将本地 数据区中的数据写到服务器中指定的数据区。 【例7-2-4】无组态单向通讯。 建立两个S7-300站：MPI_Station_1（CPU315-2DP，MPI地址设置为2）和MPI_Station_2（CPU313C-2DP，MPI地址设置为3）。CPU315-2DP作为客户机，CPU313C-2DP作为服务 器。

  34. 生成MPI硬件工作站 打开STEP 7编程软件，创建一个S7项目，并命名为“单向通讯”。在此项目下插入两个S7-300的PLC站，分别重命名 为MPI_Station_1和MPI_Station_2。 • 设置MPI地址 在本例中将CPU315-2DP和CPU313C-2DP的MPI地址分别设置为2号和3号，通信速率为187.5kbit/s。完成后点击按钮，保存并编译硬件组态。最后将硬件组态数据下载到 CPU。

  35. 生成MPI硬件工作站 打开STEP 7编程软件，创建一个S7项目，并命名为“单向通讯”。在此项目下插入两个S7-300的PLC站，分别重命名 为MPI_Station_1和MPI_Station_2。 • 设置MPI地址 在本例中将CPU315-2DP和CPU313C-2DP的MPI地址分别设置为2号和3号，通信速率为187.5kbit/s。完成后点击按钮，保存并编译硬件组态。最后将硬件组态数据下载到 CPU。

  36. 编写客户机的通讯程序

  37. 四、 有组态连接的MPI通讯方式 ——调用系统功能块SFB 对于MPI网络，调用系统功能块SFB进行PLC站之间的通讯只适合于S7-300/400，S7-400/400之间的通讯，S7-300/400通讯时，由于S7-300CPU中不能调用SFB12（BSEND），SFB13（BRCV），SFB14(GET)，SFB15(PUT)，不能主动发送和接收数据，只能进行单向通讯，所以S7-300PLC只能作为一个数据的服务器，S7-400PLC可以作为客户机对S7-300PLC 的数据进 行读写操作。 【例5】有组态连接的MPI单向通讯。 建立S7-300与S7-400之间的有组态MPI单向通讯连接， CPU416-2DP作为客户机，CPU315-2DP作为服务器。

  38. 建立S7硬件工作站 打开STEP 7，创建一个S7项目，并命名为“有组态单向通讯”。插入一个名称为MPI_STATION_1的S7-400的PLC站，CPU为CPU 416-2DP，MPI地址为2；插入一个名称为MPI_STATION_2的S7-300的PLC站，CPU为CPU 315-2DP，MPI地 址为3。

  39. 组态MPI通讯连接（1/3） 首先在SIMATIC Manager窗口内选择任一个S7工作站，并进入硬件组态窗口。然后在STEP 7硬件组态窗口内执行菜单命令【Options】→【Configure Network】，进入网络组态 NetPro窗口。

  40. 组态MPI通讯连接(2/3) 用鼠标右键点击MPI_STATION_1的CPU416-2DP，从快捷菜单中选择【Insert New Connection】命令，出现新建连接对话框，如图所 示。

  41. 组态MPI通讯连接(3/3) 在“Connection”区域，选择连接类型为“S7 Connection”，在“Connection Partner”区域选择MPI_Station_2工作站的CPU315-2DP，最后点击按钮完成连接表的建立，弹出连接表的详细属性对 话框，如图所示。

  42. 编写客户机MPI通信程序

  43. 【项目知识准备２】 PROFIBUS介绍 • PROFIBUS是目前国际上通用的现场总线标准之一，PROFIBUS总线87年由Siemens公司等13家企业和5家研究机构联合开发，99年PROFIBUS成为国际标准IEC 61158的组成部 • 分，2001年批准成为中国的行业标准JB/T 10308.3-2001。 • PROFIBUS的组成 • PROFIBUS协议结构 • 传输技术 • PROFIBUS总线连接器 • PROFIBUS介质存取协议

  44. 1. PROFIBUS的组成 • PROFIBUS协议包括3个主要部分： • PROFIBUS-DP（分布式外部设备） • PROFIBUS-PA（过程自动化） • PROFIBUS-FMS（现场总线报文规范）

  45. PROFIBUS-DP（分布式外部设备） PROFIBUS-DP是一种高速低成本数据传输，用于自动化系统中单元级控制设备与分布式I/O（例如ET 200）的通信。主站之间的通信为令牌方式，主站与从站之间为主从轮询方式，以及这两种方式的混合。一个网络中有若干个被动节点（从站），而它的逻辑令牌只含有一个主动令牌（主站）， 这样的网络为纯主-从系统。

  46. PROFIBUS-PA（过程自动化） PROFIBUS-PA用于过程自动化的现场传感器和执行器的低速数据传输，使用扩展的PROFIBUS-DP协议。

  47. PROFIBUS-FMS（现场总线报文规范） PROFIBUS-FMS可用于车间级监控网络，FMS提供大量的通信服务，用以完成中等级传输速度进行的循环和非循环的通信服务。

  48. 2. PROFIBUS协议结构

  49. 3. 传输技术 PROFIBUS总线使用两端有终端的总线拓扑结构。 PROFIBUS使用三种传输技术：PROFIBUS DP和PROFIBUS FMS采用相同的传输技术，可使用RS-485屏蔽双绞线电缆传 输，或光纤传输；PROFIBUS PA采用IEC 1158-2传输技术。

  50. 4. PROFIBUS总线连接器

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