利用PROFIBUS協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )通信
加入技術(shù)交流群
在S7-200系列PLC的CPU中，CPU22X都可以通過(guò)增加EM277PROFIBUS-DP擴展模塊的方法支持PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò )協(xié)議。最高傳輸速率可達12Mbit/s。采用PROFIBUS的系統，對于不同廠(chǎng)家所生產(chǎn)的設備不需要對接口進(jìn)行特別的處理和轉換，就可以通信。PROFIBUS連接的系統由主站和從站組成，主站能夠控制總線(xiàn)，當主站獲得總線(xiàn)控制權后，可以主動(dòng)發(fā)送信息。從站通常為傳感器、執行器、驅動(dòng)器和變送器。它們可以接收信號并給予響應，但沒(méi)有控制總線(xiàn)的權力。當主站發(fā)出請求時(shí)，從站回送給主站相應的信息。PRORFIBUS除了支持主／從模式，還支持多主／多從的模式。對于多主站的模式，在主站之間按令牌傳遞順序決定對總線(xiàn)的控制權。取得控制權的主站，可以向從站發(fā)送，獲取信息，實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)的通信。
西門(mén)子S7通過(guò)PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)構成的系統，其基本特點(diǎn)如下：
（1）PLC、I/O模板、智能儀表及設備可通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)連接，特別是同廠(chǎng)家的產(chǎn)品提供通用的功能模塊管理規范，通用性強，控制效果好。
（2）I/O模板安裝在現場(chǎng)設備（傳感器、執行器等）附近，結構合理。
（3）信號就地處理，在一定范圍內可實(shí)現互操作。
（4）編程仍采用組態(tài)方式，設有統一的設備描述語(yǔ)言。
（5）傳輸速率可在9.6kb／s～12Mb／s間選擇。
（6）傳輸介質(zhì)可以用金屬雙絞線(xiàn)或光纖。
1．PROFIBUS的組成
PROFIBUS由三個(gè)相互兼容的部分組成，即PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP及PROFIBUS-PA。
（1）PROFIBUS-DP（DistributedPeriphery分布I/O系統）
PROFIBUS-DP是一種優(yōu)化模板，是制造業(yè)自動(dòng)化主要應用的協(xié)議內容，是滿(mǎn)足用戶(hù)快速通信的最佳方案，每秒可傳輸12兆位。掃描1000個(gè)I/O點(diǎn)的時(shí)間少于lms。它可以用于設備級的高速數據傳輸，遠程I/O系統尤為適用。位于這一級的PLC或工業(yè)控制計算機可以通過(guò)PROFIBUSEDP同分散的現場(chǎng)設備進(jìn)行通信。
（2）PROFIBUS-PA（ProcessAutomation過(guò)程自動(dòng)化）
是為PA主要用于過(guò)程自動(dòng)化的信號采集及控制，它是專(zhuān)為過(guò)程自動(dòng)化所設計的協(xié)議，可用于安全性要求較高的場(chǎng)合及總線(xiàn)集中供電的站點(diǎn)。
（3）PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification現場(chǎng)總線(xiàn)信息規范）
FMS是為現場(chǎng)的通用通信功能所設計，主要用于非控制信息的傳輸，傳輸速度中等，可以用于車(chē)間級監控網(wǎng)絡(luò )。FMS提供了大量的通信服務(wù)，用以完成以中等級傳輸速度進(jìn)行的循環(huán)和非循環(huán)的通信服務(wù)。對于FMS而言，它考慮的主要是系統功能而不是系統響應時(shí)間，應用過(guò)程中通常要求的是隨機的信息交換，如改變設定參數。FMS服務(wù)向用戶(hù)提供了廣泛的應用范圍和更大的靈活性，通常用于大范圍、復雜的通信系統。
2．PROFIBUS協(xié)議結構
PROFIBUS協(xié)議以ISO／OSI參考模型為基礎。第一層為物理層，定義了物理的傳輸特性；第二層為數據鏈路層；第三層至第六層PROFIBUS未使用；第七層為應用層，定義了應用的功能。PROFIBUS-DP是高效、快速的通信協(xié)議，它使用了第一層、第二層及用戶(hù)接口，第三～七層未使用。這樣簡(jiǎn)化了的結構確保了DP的高速的數據傳輸。3．傳輸技術(shù)
PROFIBUS對于不同的傳輸技術(shù)定義了惟一的介質(zhì)存取協(xié)議。（1）RS-485
RS485是PROFIBUS使用最頻繁的傳輸技術(shù)，具體論述參見(jiàn)前面有關(guān)章節。
（2）IECll58-2
根據IECll58-2在過(guò)程自動(dòng)化中使用固定波特率31.25kb/s的同步傳輸，它可以滿(mǎn)足化工和石化工業(yè)對安全的要求，采用雙線(xiàn)技術(shù)通過(guò)總線(xiàn)供電，這樣PROFIBUS就可以用于危險區域了。
（3）光纖
在電磁干擾強度很高的環(huán)境和高速、遠距離傳輸數據時(shí)，PROFIBUS可使用光纖傳輸技術(shù)。使用光纖傳輸的PROFIBUS總線(xiàn)段可以設計成星型或環(huán)型結構?，F在在市面上已經(jīng)有RS-485傳輸鏈接與光纖傳輸鏈接之間的耦合器，這樣就實(shí)現了系統內RS-485和光纖傳輸之間的轉換。
（4）PROFIBUS介質(zhì)存取協(xié)議
PROFIBUS通信規程采用了統一的介質(zhì)存取協(xié)議，此協(xié)議由OSI參考模型的第二層來(lái)實(shí)現。在PROFIBUS協(xié)議設計時(shí)充分考慮了滿(mǎn)足介質(zhì)存取控制的兩個(gè)要求，即：在主站間通信時(shí)，必須保證在分配的時(shí)間間隔內，每個(gè)主站都有足夠的時(shí)間來(lái)完成它的通信任務(wù)，在PLC與從站（PLC或其他設備）間通信時(shí)，必須快速、簡(jiǎn)捷地完成循環(huán)，進(jìn)行實(shí)時(shí)的數據傳輸。為此，PROFIBUS提供了兩種基本的介質(zhì)存取控制：令牌傳遞方式和主/從方式。
令牌傳遞方式可以保證每個(gè)主站在事先規定的時(shí)間間隔內都能獲得總線(xiàn)的控制權。令牌是一種特殊的報文，它在主站之間傳遞著(zhù)總線(xiàn)控制權，每個(gè)主站均能按次序獲得一次令牌，傳遞的次序是按地址升序進(jìn)行的。
主/從方式允許主站在獲得總線(xiàn)控制權時(shí)，可以與從站通信，每發(fā)送或獲得信息。
主站要發(fā)出信息，必須持有令牌。假設有一個(gè)由3個(gè)主站和7個(gè)從站構成的PROFIBUS系統。3個(gè)主站構成了一個(gè)令牌傳遞的邏輯環(huán)，在這個(gè)環(huán)中，令牌按照系統預先確定的地址升序從一個(gè)主站傳遞給下一個(gè)主站。當一個(gè)主站得到了令牌后，它就能在一定的時(shí)間間隔內執行該主站的任務(wù)，可以按照主/從關(guān)系與所有從站通信，也可以按照主/主關(guān)系與所有主站通信。在總線(xiàn)系統建立的初期階段，主站的介質(zhì)存取控制(MAC)的任務(wù)是決定總線(xiàn)上的站點(diǎn)分配并建立令牌邏輯環(huán)。在總線(xiàn)的運行期間，損壞的或斷開(kāi)的主站必須從環(huán)中撤除，新接入的主站必須加入邏輯環(huán)。MAC的其他任務(wù)是檢測傳輸介質(zhì)和收發(fā)器是否損壞，檢查站點(diǎn)地址是否出錯，以及令牌是否丟失或有多個(gè)令牌。
PROFIBUS的第二層按照國際標準IEC870-5-1的規定，通過(guò)使用特殊的起始位和結束位、無(wú)間距字節異步傳輸及奇偶校驗來(lái)保證傳輸數據的安全。PROFIBUS第二層按照非連接的模式操作，除了提供點(diǎn)對點(diǎn)通信功能外，還提供多點(diǎn)通信的功能，即廣播通信和有選擇的廣播、組播。所謂廣播通信，即主站向所有站點(diǎn)（主站和從站）發(fā)送信息，不要求回答。所謂有選擇的廣播、組播是指主站向一組站點(diǎn)（從站）。
5．S7-200CPU接入PROFIBUS網(wǎng)絡(luò )
S7-200CPU必須通過(guò)PROFIBUS-DP模塊EM277連接到網(wǎng)絡(luò )，不能直接接入PROFIBUS網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信。EM277經(jīng)過(guò)串行I/O總線(xiàn)連接到S7-200CPU。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò )經(jīng)過(guò)其DP通信端口，連接到EM277模塊。這個(gè)端口支持9600b/s～12Mb/s之間的任何傳輸速率。EM277模塊在PROFIBUS網(wǎng)絡(luò )中只能作為PROFIBUS從站出現。作為DP從站，EM277模塊接受從主站來(lái)的多種不同的I/O配置，向主站發(fā)送和接收不同數量的數據。這種特性使用戶(hù)能修改所傳輸的數據量，以滿(mǎn)足實(shí)際應用的需要。與許多DP站不同的是，EM277模塊不僅僅傳輸FO數據。EM277能讀寫(xiě)S7-200CPU中定義的變量數據塊。這樣，使用戶(hù)能與主站交換任何類(lèi)型的數據。通信時(shí)，首先將數據移到S7-200CPU中的變量存儲區，就可將輸入、計數值、定時(shí)器值或其他計算值傳輸到主站。類(lèi)似地，從主站來(lái)的數據存儲在S7-200CPU中的變量存儲區內，進(jìn)而可移到其他數據區。
EM277模塊的DP端口可連接到網(wǎng)絡(luò )上的一個(gè)DP主站上，仍能作為一個(gè)MPI從站與同一網(wǎng)絡(luò )上如SIMATIC編程器或S7-300/S7-400CPU等其他主站進(jìn)行通信。為了將EM277作為一個(gè)DP從站使用，用戶(hù)必須設定與主站組態(tài)中的地址相匹配的DP端口地址。從站地址是使用EM277模塊上的旋轉開(kāi)關(guān)設定的。在變動(dòng)旋轉開(kāi)關(guān)之后，用戶(hù)必須重新起動(dòng)CPU電源，以便使新的從站地址起作用。主站通過(guò)將其輸出區來(lái)的信息發(fā)送給從站的輸出緩沖區（稱(chēng)為“接收信箱”），與每個(gè)從站交換數據。從站將其輸入緩沖區（稱(chēng)為發(fā)送信箱）的數據返回給主站的輸入區，以響應從主站來(lái)的信息。
EM277可用DP主站組態(tài)，以接收從主站來(lái)的輸出數據，并將輸入數據返回給主站。輸出和輸入數據緩沖區駐留在S7-200CPU的變量存儲區(V存儲區)內。當用戶(hù)組態(tài)DP主站時(shí)，應定義V存儲區內的字節位置。從這個(gè)位置開(kāi)始為輸出數據緩沖區，它應作為EM277的參數賦值信息的一個(gè)部分。用戶(hù)也要定義FO配置，它是寫(xiě)入到S7-200CPU的輸出數據總量和從S7-200CPU返回的輸入數據總量。EM277從FO配置確定輸入和輸入緩沖區的大小。DP主站將參數賦值和I／O配置信息寫(xiě)入到EM277模塊V存儲器地址和輸入及輸出數據長(cháng)度傳輸給S7-200CPU。
輸入和輸出緩沖區的地址可配置在S7-200CPU的V存儲區中任何位置。輸入和輸出緩沖區器的默認地址為VB0。輸入和輸出緩沖地址是主站寫(xiě)入S7—200CPU賦值參數的一部分。用戶(hù)必須組態(tài)主站以識別所有的從站及將需要的參數和I/O配置寫(xiě)入每一個(gè)從站。
一旦EM277模塊已用一個(gè)DP主站成功地進(jìn)行了組態(tài)，EM277和DP主站就進(jìn)入數據交換模式。在數據交換模式中，主站將輸出數據寫(xiě)入到EM277模塊，然后，EM277模塊響應最新的S7-200CPU輸入數據。EM277模塊不斷地更新從S7-200CPU來(lái)的輸入，以便向DP主站提供最新的輸入數據。然后，該模塊將輸出數據傳輸給S7-200CPU。從主站來(lái)的輸出數據放在V存儲區中（輸出緩沖區）由某地址開(kāi)始的區域內，而該地址是在初始化期間，由DP主站提供的。傳輸到主站的輸入數據取自V存儲區存儲單元（輸入緩沖區），其地址是緊隨輸出緩沖區的。
在建立S7-200CPU用戶(hù)程序時(shí)，必須知道V存儲區中的數據緩沖區的開(kāi)始地址和緩沖區大小。從主站來(lái)的輸出數據必須通過(guò)S7—200CPU中的用戶(hù)程序，從輸出緩沖區轉移到其他所用的數據區。類(lèi)似地，傳輸到主站的輸入數據也必須通過(guò)用戶(hù)程序從各種數據區轉移到輸入緩沖區，進(jìn)而發(fā)送到DP主站。
從DP主站來(lái)的輸出數據，在執行程序掃描后立即放置在V存儲區內。輸入數據(傳輸到主站)從V存儲區復制到EM277中，以便同時(shí)傳輸到主站。當主站提供新的數據時(shí)，則從主站來(lái)的輸出數據才寫(xiě)入到V存儲區內。在下次與主站交換數據時(shí)，將送到主站的輸入數據發(fā)送到主站。
SMB200～SMB249提供有關(guān)EM277從站模塊的狀態(tài)信息（如果它是I/O鏈中的第一個(gè)智能模塊）。如果EM277是I/O鏈中的第二個(gè)智能模塊，那么，EM277的狀態(tài)是從SMB250一SMB299獲得的。如果DP尚未建立與主站的通信，那么，這些SM存儲單元顯示默認值。當主站己將參數和I/O組態(tài)寫(xiě)入到EM277模塊后，這些SM存儲單元顯示DP主站的組態(tài)集。用戶(hù)應檢查SMB224，并確保在使用SMB225～SMB229或V存儲區中的信息之前，EM277己處于與主站交換數據的工作模式。
評論