西门子PLC主机CPU414-3

S7-300 PROFIBUS DP组态

PROFIBUS DP组态可分为带DP口的主站，采用通讯模板CP的主站以及带智能从站的DP。三种DP中带DP口的主站，采用通讯模板CP的主站在硬件组态时基本相同。

可编程序控制器的产生上世纪60年代，计算机技术已开始应用于工业控制了。但由于计算机技术本身的复杂性，编程难度高、难以适应恶劣的工业以及价格昂贵等原因，未能在工业控制中广泛应用。当时的工业控制，主要还是以继电—器组成控制。 　　因而设想把计算机的完备功能、灵活及通用等优点和继电器控制的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种适合于工业的通用控制装置，并把计算机的编程和程序输入加以简化，用“面向控制，面向对象”的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能方便地使用。 　　即：硬件：：灵活简单针对上述设想，通用汽车公司提出了这种新型控制器所必须具备的**条件(**的“GM10条”)：1编程简单，可在现场修改程序序2方便是插件式3可靠性**继电器控制柜4体积小于继电器控制柜5可将数据直接送入计算机6在成本上可与继电器控制柜竞争7输入可以是交流115。 　　1968年，美的汽车制造商——通用汽车制造公司（GM），为适应汽车型号的不断翻新，试图寻找一种新型的工业控制器，以尽可能重新设计和更换继电器控制的硬件及接线、时间，成本。接着，美国国MODICON公司也出可编程序控制器084。 　　1971年，从美国引进了这项新技术，很快研制出了台可编程序控制器DSC-8。1973年，西欧也研制出了他们的台可编程序控制器。我国从1974年开始研制，1977年开始工业应用。早期的可编程序控制器是为取代继电器控制线路、存储程序指令、完成顺序控制而设计的。 　　主要用于：1.逻辑运算2.计时，计数等顺序控制，均属开关量控制。所以，通常称为可编程序逻辑控制器（PLC—ProgrammableLogicController）。进入70年代，随着微电子技术的发展，PLC采用了通用微处理器，这种控制器就不再局限于当初的逻辑运算了，功能不断增强。 　　因此，实际上应称之为PC——可编程序控制器。至80年代，随大规模和**大规模集成电路等微电子技术的发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PC了惊人的发展。使PC在概念、设计、性能、价格以及应用等方面都有了新的突破。 　　不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使PC向用于连续生产控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。 　　由于到90年代，个人计算机发展起来，也简称为PC;加之可编程序的概念所涵盖的范围太大，所以美国AB公司将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器(PLC-ProgrammableLogicController)，为了方便，仍简称PLC为可编程序控制器。 　　

PLC输入模块简介是FXlN系列的直流输入电路和内部电路的示意图。 　　当图2-3中的外点接通或图中的NPN型晶体管饱和导通时，电流经24V电源的正极(24V端子)、S／S端子、内部电路、X0等输入端子和外部的触点或晶体管，从0V端子流回24V电源的负极，使光耦合器中两个反芳联的发光二极管中的一个亮，光敏三极管饱和导通，CPU在输入阶段读入的是数字1；外点断开或。 　　当图2-4中的外点接通，或图中的PNP型晶体管饱和导通时，电流经24V电源的正极(24V端子)、外部的触点或晶体管、X0等输入端子、内部电路和S/S端子，从0V端子流回24V电源的负极，使光耦合器中的发光二极管亮，光敏三极管饱和导通。 　　PLC外部的虚线框内是NPN管集电极开路输出的电子传感器(如接近开关)的示意图。图2-4是扩展模块FX2N―48ER―UAl／UL的交流输入电路的示意图。输入电路中设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部脉冲引起错误的输入。 　　滤波电路时间的典型值为10～20ms(上升沿)和20～50ms(下降沿)，输入电流约5～10mA.

1. PROFIBUS DP之一：带DP口的主/从

带DP口的主/从设计十分灵活，它允许用CPU中不同的数据区域来储存DP数据。对数据区域的选择取决于CPU的类型和应用。映像区，位存储器以及数据块都可用于DP输入，输出数据。

映像是的数据分配。在CPU的映像中须有充分的空间为DP保留一个连续的输入区域和一个连续的输出区域。这可能受配置中映像大小和模块数量的。

位存储器与映像相同，这个区域适合于DP的全局存储。例如，如果映像可利用的空间(没有被模块占据的空间)不够用，则可以使用位存储区。

数据块也可以用来存储DP在有关的DP数据区只被一个程序调用时使用这种存储。

F      建立S7-300 PLC主站的硬件组态（带DP口）：双击“X2/DP”栏或“CP342-5”栏，在对话框内选中“DP-Master”

用西门子S7-200PLC追踪一台设备运行了多长时间怎样用西门子S7-200PLC追踪一台设备运行了多长时间呢。 　　本例程序的目的是记录一台设备(制动器、开关等)运行的时间，以下前提必须:当设备运行时，必须给输入I0.0提供24V;当设备小工作时小提供电压。当提供输入时，开始测量时问。如果没有输入，那么就中断时问的测量，自到重新提供输入为止，测量到的小时数存在字VWD中，分钟数存在字VW2中，秒数存在VW4中。 　　程序框图程序和注释程序个扫描周期调用子程序1。在子程序1中，设定计时器丁5为1秒的运行时间，当达到1秒时，计时器位“T5”被置1，同时，秒计数标志VW41，并将计时器位“T5”复位。因此，计时器能在下一周期立即重新启动。 　　当秒计数标志达到60时，分钟计数标志VW21，秒计数标志VW4被置为0.当分钟计数标志达到60时，小时计数标志VW01，分钟计数标志被置为0。子程序结束。主程序结束一行用二进制来显示当前的秒数，用输出端的LED显示。 　　本程序长度为35个字。

前言长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。 　　另一方面，PLC还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。PLC需要解决的问题依然是新技术的采用、开放性和价格。PLC技术展的终趋势仍然是人们所争论的焦点之一。 　　随着软PLC(SoftPLC)控制组态技术的诞生与进一步完善和发展，安装有SoftPLC组态和基于工业PC控制的市场份额正在逐步增长，这些事实使PLC供应商在思想上已经发生了戏剧性的变化，他们必须面对现实，在PLC的技术发展与方面作出更加开放的高姿态。 　　在**工业计算机控制领域，围绕开放与再开放控制、开放式控制、开放性数据通信协议，已经发生巨大变革，几乎到处都有PLC，但这种趋势也许不会继续发展下去。对于控制来讲，这是PLC控制器的核心，PLC供应商正在向工业用户提供开放式的编程组态工具，而且对于工业用户得非常积极。 　　此外，开放式通信网络技术也了突破，其结果是将PLC融入更加开放的工业控制行业。一、开放和基于工业PC控制PLC制造商已经开始注视基于工业PC控制技术所带来的强大冲击。有*甚至认为，新商务活动所带来的新技术和开放技术规范将会埋葬PLC。 　　PLC制造商认为，虽然在工业现场安装有大量的PLC控制设备，但他们仍然需要联合工控公司，以便他们自己的基于工业PC的控制。诚然，几年前在工业现场明显存在着新旧PLC混合使用的情况，工业用户不得不同时学习相关的新旧知识，甚至彼此借鉴学习。 　　形象地打个比喻，如果你忘掉工业PC和PLC这些词语字面上的含义，那么在箱子里所能够观察到的恰恰是一些基本计算机硬件技术，我们更多观察到的却是那些基本技术的复杂化和混，这些技术被有效地组合到控制中去。 　　大多数PLC制造商为工业用户仅仅提供了软逻辑和一种操作平台。在高端应用方面，很难进一步区分PLC控制和工业PC控制之间的差异，因为这两者均采用了同样类型的微处理器和内存芯片。另外，采用开放控制的原因一方面是功能集成的需要，另一方面也是由于一些工业用户对功能过分苛求所致。 　　如果能够给予高度的，就能够更多的基本技术知识。PLC制造商专注于功能化，而工业用户则专注于应用。人们可以看到，将来的发展趋势是将更多的功能进一步集成到一个控制箱内。因而像顺序控制和控制这样的事件将会采用功能化进行处理，其他像运动控制等也能够共享到相同的控制结构体系中。 　　可以相信，PLC技术将继续向开放式控制方向转移，尤其是基于工业PC的控制。后者除了在灵活性方面比PLC具有截然不同的优势外，还具有其他优点，如能够缩短投放到市场的周期，投资费用，从工厂底层到企业办公自动化的数据信息流动效率等。 　　关于工业PC控制的实时响应问题已经很好的解决，也许其主要的东西仍然隐藏在技术背后，但相应的跟踪记录。对于PLC来讲，坚固性是其主要特点之一，这已经有相当多的跟踪记录来验证。工业用户仍然非常小心地对待PLC，他们正在对PLC作不同的技术工作。 　　在利用一种新技术时，工业用户需要考虑的问题是要冒多大的风险，同时需要考虑对其商务活动能够带来多少机会和收益。但工业用户不完全相信开放式控制所带来的好处。随着技术的进一步发展，他们开始逐渐淡化这些思想观念。 　　工业用户正在平衡采用新技术所存在的风险和给他们的商务活动所带来的收益，以便为今后的决策提供有效的**。工业PC技术提供了许多功能，能够增强PLC的功能特性，包括内藏视频和高速浮点数字协处理器。尽管Microsoft公司没有进一步该项功能特性的计划，但新的WindowsCE3.0完**够更好地控制的需要。 　　不久前，Siemens公司公布了一套新的基于开放式控制的产品，即3.0版本的SIMATICWinAC(Windows自动化中心)。WinAC是基于WindowsNT，与SIMATICS7PLC兼容的适合于工业PC的控制解决方案。 　　WinAC3.0提供了具有较高集成度的Profibus现场总线局域网的连接性能，以及远程程序设计。此外，它还为现场控制设备本地化集成提供了一种新的DeviceNetI/O设备驱动程序，用于连接所安装的DeviceNetI/O设备。 　　Steeplechase公司也已推出了一套支持硬实时控制的嵌入式WindowsNT操作接口部件。该部件进一步结合了Steeplechase公司采用S技术并运行于WindowsNT的工业CompactPCI的硬实时控制。 　　现在，Steeplechase公司的可视化逻辑控制器已经升级到5.0版。该控制器适合于WindowsNT4.0和Windows2000两种操作，它的实时引擎能够直接与普通的Ethernet和TCP/IP集成在一起。 　　5.0版本的控制器利用了一种增强型OPC驱动程序，因而比以前的版本具有更快的运行速度。其他一些特点还包括新OI网络特性，以及能够让工业用户自己设计出丰富多彩的动态图形画面等。Transysoft公司近推出了新版本的ISaGRAF系列工业控制组态包，即ISaGRAFPRO，它是基于IEC，并于任何硬件平台的软逻辑自动化控制包。 　　在一个网络化控制中，该包能够应用于多种组态和分布式控制的，它包含了一套工具、应用程序工作平台，以及相应的“虚拟机器”运行时目标。该运行时目标能够运行于各种各样的硬件平台。CTC自动化工程公司已经发布了一套新的控制包MachineLogicPCLC（工业PC逻辑控制器），该可以让工业PC扮演PLC的角色，且仍然保持着工业PC的功能特性。 　　该能够完成一台PLC所确定的控制任务，并且与程序执行时间一样快，均在1ms以内；还能够同时处理多任务工作，但不能同时**过16个控制任务。一种具有**级和多任务处理内核的机制保持着对每一件控制任务的跟踪，确保控制任务能够取的**权。 　　该能够运行全部5种IEC程序设计语言和PID控制程序，支持两种类型的I/O控制设备。一种是像Profibus和DeviceNet等这样的现场总线I/O设备；另一种是像ISA和PC/104这样的工业PCI/O模板。 　　另外，该还提供了对控制的在线编辑组态功能。程序可以在Windows95/98和WindowsNT下并运行，但也能够在RTXDOS下执行。SoftPLC公司也提供了一种工控产品Tealware，有人非常形象地把这种产品称作穿着工业PC衣服的PLC。 　　那些安装在支架上的控制已经有了小型PLC的形状系数，但SoftPLC公司的控制已经被嵌入到CPU中。Tealware能够各种类型工业用户的需要，从小型、单机到大型、分散多控制工作站应用。 　　其中，控制提供了事实上无限的梯形图逻辑控制步序，同时允许有**过百万字的数据表；许多OI/SCADA应用接口；内藏Ja引擎和FTP用于远程与；支持用户自己编写的C、C++、Ja程序和设备驱动程序；适合于嵌入式Web用；程序设计的在线运行；坚固的I/O模件支持能力和许。 　　其特点包括全系列I/O模件、内藏Ethernet和工业串行通信接口。近，Tealware已经升级到2.3版本。二、Ethernet的扩展与进一步容纳Web技术当前，在所有控制领域的发展趋势之一就是Ethernet技术的扩展。 　　PLC也例外，现在，越来越多的PLC供应商开始提供Ethernet接口部件。在近的几年间，我们已经看到，发展比现有普通小快灵PLC更加强大的PLC是种趋势。Ethernet将会成为PLC的通信吗。 　　也许终结果是这样的，但现在还为时尚早。对于在PLC上提供Ethernet接口将能够解决所有通信问题，人们普遍存在着误解。Ethernet仅仅定义了OSI参考模型底部的几层协议，如果上层协议相互之间不能兼容，那么仍然不可能进行相互之间的通信处理。 　　另一方面，前进的步伐已经迈出，我们只有迎着困难而上，为了将Ethernet技术应用到工厂底层的现场控制设备中去，ODVA协会为此建立了一套**性技术规范，即Ethernet/IP，以便能够解决在实际工作中所遇到的困难。 　　打个比方，这如同一个不懂英语的人与一个不懂汉语的美国人之间是不能够通过电话进行对话一样。因此，协议就是设备之间相互通信的语言。向Ethernet靠近的一个目的在于通过Internet能够连接到所希望的任何地方。 　　实际上，在一些意想不到的地方，Web正在显其应有的威力。几年前，有一些PLC已经内藏了Web，这无疑又为PLC了更多的特点。其他类型的控制设备也正在进一步集成Web。 　　例如，SquareD公司已经有一个具备Ethernet连接接口的发动机控制中心，并正在一种内藏Web连接接口的变速装置。内藏Web所体一风的益处包括开放网络、商业工具的影响、客户机/关系。 　　在过去，工业用户可能会有代表性地询问一些有关PLC方面的信息，但在现在，由于新技术的不断诞生和发展，工业用户很容易就可以有关这方面的信息。另一方面，随着芯片和处理器大规模的生产，PLC生产制造商能够生产并提供开放网络的产品，让工业用户花较少的费用就能够购买到功能非常完善的PLC产品。 　　在为将PLC连接到Ethernet和Web上提供技术支持方面，Schneider公司已经成了**者之一。近，该公司推出了一种运行于PremiumPLC平台的新型快速Ethernet(100Mb/s)模件。 　　该模件为PLC能够连接到TCP/IP的Ethernet提供了全双工自适应10/100Mb/s的连接速度，现场控制器之间可以共享实时数据信息，自动扫描MomentumI/O模件和其他任何基于Modbus通信协议的现场控制设备，采用一个嵌入式Web提供HTML通信服务，同时提供了SNMP用于标。 　　在一次展览会上，Schneider公司还向工业用户展示了他们有关工厂的观念。另外，Schneider公司近还推出了基于Modicon公司的MomentumMIE系列处理器的适配器，该适配器提供了IEC程序控制性能，进一步为e-制造提供了的解决方案。 　　该适配器还提供了将智能化I/O和其他现场控制设备连接到Internet和Ethernet的能力，现场控制设备包括所有功能化实时控制器。几年前，Rockwell自动化公司也在其PLC产品中提供了Ethernet接口，而且正在坚定不移地稳步Ethernet的功能特性。 　　该公司近已经公布了一种柔性I/O模件解决方案，这种柔性I/O模件利用非**版本的Ethernet技术能够提供实时控制性能。A-B公司提供的1756型ControlLogixI/O也是基于EthernetTCP/IP和UDP数据传输协议的组件，其应用层使用了一种开放式、面向对象、基于生产者/消费者的技术。 　　这种技术在ControlNet、DeviceNet和FF现场总线H1网络中也能够找到。三、置位/复位指令型顺序控制设计法1．步进阶梯设计图5a为用置位/复位指令设计的顺序控制步进阶梯。其设计依据也是图1所示的控制流程。 　　该步进阶梯结构的特点是每步的辅助继电器都有一个置位线圈和一个复位线圈，二者编号相同。步1利用置位指令S使辅助继电器M1置位（即M1线圈得电后内部自锁），建立步1程序，并为步2提供步进条件。当步2的转步主令发出（X2闭合），指令S使M2置位，建立步2程序，同时复位指令R使M1复位，撤销步1程序。 　　同理可画出后续各步继电器置位/复位梯形图。一步完成并回到原位（X1闭合）时，指令R使M4复位，的工作循环结束。2．输出阶梯设计图5b为输出阶梯结构，与图4b完全相同，不再赘述。图5置位/复位指令型顺序控制电路四、移位指令型顺序控制设计1．步进阶梯设计设计依据如图6所示。 　　图7a为按图6所示要求采用移位指令设计法设计的顺序控制步进阶梯，这种步进阶梯由一个8位移位寄存器（由移位指令定义辅助继电器M20～M27而成）作为控制元件。该移位寄存器中的IN为移位数据输入端，CP为移位脉冲输入端，R为复位端。 　　起动步1时，IN和CP同时输入按钮X0的脉冲上升沿后，在IN端生成的移位数据“1”便移入移位寄存器的M20位，此时该位有输出（即输出M20的常开触点闭合），建立步1程序，并为步2提供步进条件；M20的常闭触点即时断开IN输入端和CP的步1输入端，完成数据“1”输入和移位脉冲输入。 　　这三个输入端的输入均为脉冲上升沿有效。对顺序控制来说，输入IN的必须是一个单脉冲，即移位数据为“1”。从步2起，本步的转步主令一发出（X2接通），便输入一个移位脉冲上升沿，使原来移入M20位的数据“1”移入M21位，建立步2程序，并为步3提供步进条件。 　　移位后，M20位的状态变为0，即其相应的步1被撤销，输出为0。依此类推便可实现整个步进阶梯逐步得电和逐步失电一步完成并回到原位（X1接通）时，接通移位寄存器的复位端R，使移位寄存器复位清零，整个控制失电停止。 　　图6移位顺序控制流程图图7移位指令型顺序控制电路设计这种步进阶梯时要注意以下问题：（1）在一个自动工作循环内，移位寄存器的移位数据输入端IN只允许起动时输入一个单脉冲。也就是说起动时只能输入移位数据“1”。 　　步进阶梯的工作原理就是根据输入的数据“1”，在移位寄存器中逐步向高位移位来实现逐步得电和逐步失电。所以输入端IN要串联每个移位输出位的常闭触点；（2）移位寄存器对移位脉冲输入端开关的抖动非常。若开关抖动一次，相当于多输入了一个移位脉冲，移位数据“1”随之多移了一位。 　　由于接点式开关被触发时难免产生抖动。为这种影响，在移位脉冲输入端的步1输入回路，必须串联移位寄存器0位（本例为M20）的常闭触点，一旦移位数据移入M20位，便断开步1的输入回路；而从步2开始，每步的输入回路也要串联上一位的常开触点。 　　例如步2的输入回路要串联上一位M20的常开触点。这样，当移位到步2转步主令对应的M21位时，便立即断开步2的输入回路。采用这样的移位脉冲输入回路结构，可确保每步的转步输入时间只有PLC的一个扫描周期（一般只有几Mｓ），因开关的抖动时间远大于PLC的一个扫描周期。 　　结束语上述4种PLC顺序控制设计的共同特点是：（1）由输入继电器控制辅助继电器（包括由置位/复位指令和移位指令定义的辅助继电器），按此构成步进阶梯；（2）由辅助继电器控制输出继电器，以此构成输出阶梯；（3）无论步进阶梯还是输出阶梯，都是很有规律的回路结构。 　　不管要设计的顺序控制有多少步，也不管其输入输出点数有多少，只要弄清各种设计所设计的步进阶梯和输出阶梯的回路结构的规律性，根据设计依据，套用其中任一种设计的回路结构，就能快速地一次成功设计出较复杂的PLC顺序控制。 　　所以可有效地开关抖动的影响。2．输出阶梯设计图7b为输出阶梯，其结构与图4b相同，只是辅助继电器编号不同而已。

PLC现场硬件模块的组态和调试对于各种PLC的现场硬件组态和调试，通常有的工程师应该先花一些时间对自己的现场工作进行一个简单的规划，通常应当采取如下的步骤：（1）的规划首先，必须深入了解所需求的功能，并调查可能的控制，同时与用户或设计院共同探之操作程序，根据所归纳之结。 　　（2）I/O模块选择与地址设定当I/O模块选妥后，依据所规划之I/O点使用情形，由PLC的CPU自动设定I/O地址，或由使用者自定I/O模块的地址。（3）梯形图程序的编写与配线在确定好实际的I/O地址之后，依据需求的功能，开始着手梯形图程序的编写。 　　同时，I/O之地址已设定妥当，故之配线亦可着手进行。（4）梯形图程序的与修改在梯形图程序撰写完成后，将程序写入PLC，便可**在PC与OpenPLC做在线连接，以执行在线作业。倘若程序执行功能有误，则必须进行除错，并修改梯形图程序。 　　（5）试车与实际运转在线上程序作业下，若梯形图程序执行功能正确无误，且配线亦完成后，便可使纳入实际运转，项目计划亦告完成。（6）程序注释和归档为确保日后维修的便利，要将试车无误可供实际运转的梯形图程序做批注，并加以整理归档，方能缩短日后维修与查阅程序之时间。 　　这是职业工程师的良好习惯，无论对今后自己进行，或者移交用户，这都会带来较大的便利，而且是你的职业水准的一个体现。以上工作中，复杂的规划可能需要几天甚至更长的时间，但一个简单的规划在一个具有良好的职业习惯的编程工程师手中，可能只需要几个小时。 　　这里要强调一个问题，是十分简单但却几乎每个项目都会发生的，那就是对PLC的接线。这往往是不足的工程师常常忽略的一个问题。其实，现场调试大部分的问题和工作量都是在接线方面。有的工程师首先应当检查现场的接线。 　　通常，如果现场接线是由用户或者其它的施工人员完成的，则通过看其接线图和接线的外观，就可以对接线的有个大致的判断。然后要对所有的接线进行一次完整而认真的检查。现场由于接线错误而PLC被烧坏的情况屡次发生，在进行真正的调试之前，一定要认真地检查。 　　即便接线不是你的工作，检查接线也是你的义务和责任，而且，可以省去你后面大量的时间。

F      在PROFIBUS总线上添加ET-200 从站：

主站/从站的I/O地址不能重复，它是由分配的。如果用户需要对地址进行修改，可以通过模板特性对话框重新设置。

2．PROFIBUS DP之二：带通讯模板CP的主站。

采用通讯模板CP的主站/从站，则主站/从站的I/O地址可以重复，因为此时的PLC相当于两个CPU。用户可以通过模板特性对话框任意设置I/O地址，只是主站或从站内的I/O地址不能重复。

当配置CP时，必须设定操作。（Operating Mode）

CP342-5 DP总是需要DP-SEND和DP-RECV。这些组块通过底板总线在CPU和CP之间转移数据．

CP342-5的数据总是连续地传输。主数据长度是240字节，从数据长度是86字节。

DP-SEND（发送）将CPU中的的DP数据区的数据发送到PROFIBUS CP的发送缓冲器，以便传送给DP从站；DP-RECV（接收）从DP从站中读出数据，将PROFIBUSCP接收缓冲区的数据放入CPU的DP数据区中。

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