现场总线技术实验指导书

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1、《现场总线技术》实验指导书苏秀丽2010．1011实验一工业以太网与PROFIBUS现场总线系统的组态（计划学时：3学时）一、实验目的1.了解PROFIBUS现场总线系统的构成；2.了解现场总线网络系统的硬件及连接方法；3.掌握PROFIBUS-DP网络的组态和通讯方法；4.掌握SIMATICNET工业以太网的网络组态和通信技术；5.掌握Step7软件的基本使用方法；二、实验原理1.实验室西门子工业通讯网络的总体架构如图1-1所示，该通讯网络包括工业以太网(IEEE802.3)和PROFIBUS现场总线(PROFIBUS-DP、PROFIBUS-F

2、MS、PROFIBUS-PA)。现场控制信号，如I/O、传感器、变频器，直接连接到PROFIBUS-DP上；控制器(PLC)和控制室(PC)之间及控制器之间的数据通信通过工业以太网来实现，可以在上层网络中实现对整个网络的监控。图1-1实验室西门子工业通讯网络系统结构图2.PROFIBUS现场总线PROFIBUS系统由PROFIBUS-DP（DecentralizedPeriphery分布式外围设备）、PROFIBUS-FMS(FieldbusMessageSpecification现场总线报文规范)、PROFIBUS-PA（ProcessAutom

3、ation过程自动化）三个通信协议类型（子集）构成。PROFIBUS-DP适用于工厂现场级应用，提供自动控制系统与设备级分散I/O之间的通信，完成分布式控制系统设备之间的高速数据传输。支持主从模式的通信方式。使用了ISO/OSI的第1层（物理层）、第2层（数据链路层）。PROFIBUS-FMS适用于车间级的主站与主站之间的数据通信，应用了OSI的第1层、第2层和第7层（应用层）。应用层向用户提供功能强大的通信服务。11PROFIBUS-PA适用于仪表型现场的过程控制应用。在数据链路层采用扩展的PROFIBUS-DP协议，物理层采用IEC1158-2

4、标准。能通过总线的通信电缆向设备供电。由于物理层的不同，需通过耦合器与PROFIBUS-DP网段相联，还执行PA设备行规。PROFIBUS是一个令牌网络，有一个主动节点(主站)，可有若干个被动节点(从站)，主站轮询多个从站(从站类型与CPU类型有关)。典型的PROFIBUS-DP总线配置以此为基础。实验用到的PROFIBUS-DP网络部件有PLC控制器主站、I/O从站、变频器从站、PROFIBUS总线电缆、PROFIBUS总线连接器、终端电阻。这些部件通过一定的总线拓扑连接成网络。每个从站有专用的接口模板设备和自己的PROFIBUS站地址连入总线。

5、从站的通讯数据区是由主站统一编址的输入地址区和输出地址区，主站可对其编程，指令驱动I/O。主站由带DP口的PLC担当，在网络中主站有其自己的站地址。主站与从站彼此的数据交换可通过用户应用程序决定是发送还是接收，彼此间的通信关系是，输出Q区是数据传送给对方的发送缓冲区，输入I区是接收对方数据的接收缓冲区。3.工业以太网工业以太网以传统办公以太网为基础，利用基带传输技术，基于IEEE802.3，采用载波侦听多路访问/冲突检验(CSMA/CD)介质访问控制方法，并对工业环境中的通信实时性、时间同步、网络信息安全、网络供电、本安防爆等要求进行了适应性的改造

6、，在单元级和控制级之间传输的网络。物理传输介质可以是屏蔽双绞线(TP)、工业屏蔽双绞线(ITP)以及光纤。实验所用到的工业以太网的网络部件有工业以太网交换机、10Base-T双绞线、RJ45连接头、通信处理器CP系列、工控机、普通计算机(PC)。这些部件以交换机为中心，采用总线拓扑，连接以太网设备，以太网的范围得到扩展。其中通信处理器使用RJ45接口将S7PLC站连接至交换机上，形成工业以太网上的多个控制站点，如S7-300站和S7-400站。PC机通过网卡和RJ45接口也连接于交换机上，形成工业以太网上的工程师站和监控站。交换机根据连接在它上面的

7、以太网设备的物理地址(MAC地址)来过滤数据，将数据保存在各个端口，直接发送到目的地址。整个工业以太网作为上层的控制级网络处于整个网络系统的上层，一方面通过控制主站与现场层网络的从站通信，另一方面为生产管理者提供可靠的现场数据信息，实现对整个控制系统和网络系统的监控，还能方便进入IT网络，实现与Internet的互联。4.硬件和软件的组合控制网络系统的软件支持是组态编程软件Step7V5.4和组态监控软件WinCC6.2。它们安装于PC站，包括工程师站、监控站、操作员站。运行于计算机操作系统之上。在自动化项目里，需要根据硬件和网络的组建连接，使用S

8、tep7V5.4组态软件中的硬件组态工具对相应站的硬件和网络进行组态和参数设置，组态通信网络连接的参数和通信设备的参数，配