西门子6ES7331-7PF11-0AB0参数详细

和利时的cpu24x和cpu21x一般作为主站设备，而西门子s7-300 PLC的cpu 315-2dp、cp342-5等既可做主站也可做从站。当它们做从站时，可设计为被动从站或主动从站。被动从站执行简单的dp协议功能，相当于简单从站；主动从站在总线中可以取得令牌，然后在确定的时间窗口中可以与从站通信，它除了支持简单的dp协议功能外，还支持一些其它的服务，如支持fdl服务、s7、pg等。另外，cp342-5和带cp5611卡的pc站还可实现二类dp主站、用于编程、诊断等功能。

因和利时公司的cpu24x和cpu21x的 PLC为主站设备，在系统中只能做主站，因此本设计把西门子的设备s7-300和s7-200 plc作为从站，利用Profibus-dp的主-从通信原理实现他们的通信。系统配置如图1所示。

在图1中，和利时 PLC使用Profibus-dp通信模块fm208连接到profibus-dp网络，fm208通信模块为dp主站模块，在dp网络中做dp主站。所有的西门子dp从站设备都可以作为fm208的从站连接到dp网络中，并通过使用dp通信协议实现相互间的直接数据通信。在此，西门子的s7-300、s7-200 plc和变频器分别通过profibus-dp通信模块cp 342-5、em 277和cbp2做为和利时plc的fm208的从站，并实现相互通信。

通信编程

用于dp主站的用户程序

用于dp主站的用户程序都已集成在Profibus-dp通信模块fm208中，用户只需完成以下几个方面的组态及设置即可完成主站的用户编程。

(1) dp网络组态，用winncs软件完成。
① 启动winncs软件，网络类型选取Profibus。然后在profibus网络中插入主站，系统默认cpu24x为主站，指定其dp主站地址为2，总线网络的传输速率为1.5mbps。
② 在fm208主站中插入dp从站cp342-5、em277和cbp2，对应的dp网络地址为3、4、
5。cp342-5的i/o数据选择16个字进16个字出，em277的i/o数据模块选择8个字进8个字出，cbp2的数据类型选择ppo3。各从站的i/o数据在主站fm208中按顺序自动指定相应的地址。
③ 编译并保存文件，然后下载到通信处理器fm208中。
(2)fm208配置的从站i/o数据地址在cpu241中的地址分配。
根据用winncs配置的从站数及设定的i/o数据起始地址和长度，可以在PLC程序的数据块db1中为其指定数据寻址地址。例如上述从站i/o起始地址都是从0开始，数据总长度各为28个字，在db1中加入地址配置指令：
kc=uat: 0 28 0 28 ;end
在PLC用户程序中，直接根据上述设定的地址就可寻址从站的过程数据，不需要额外的通信编程。
用于dp从站s7-300的用户程序
s7-300 PLC通过cp342-5作为主站和利时plc的从站，为确保数据通信的实现，需完成以下工作。

① 组态cp342-5做从站。
② 编写从站用户程序，并下载到s7 PLC。
③ 启动和调试dp从站和dp主站。
④ 通信异常诊断。

(1)cp功能
cp342-5用作dp从站可以被dp主站组态为智能从站或模块化主站，做从站时可以组态为被动从站或主动从站，但不允许在组态为从站的同时组态为主站。用作主动从站时除了提供从站服务功能外，还可以提供如fdl连接服务等其它的通信服务。cp342-5的主要功能有：
① 从主站接收用于配置和组态的参数，包括过程输出数据和传递到cpu的数据。
② 从cpu的dp数据域接收输入数据，为dp主站准备数据。
③ 给dp主站准备拾取和评估的诊断数据。
④ 给2类主站准备读取的i/o数据。
(2)数据交换原理

dp主站与dp从站的数据交换采用轮循方式，使用dp数据域中的接收缓冲区与发送缓冲区来完成。dp主站启动数据交换，将数据输出到输出缓冲区，并从输入缓冲区将数据取回，其原理如图2所示。

cpu和cp间的数据交换是通过在cpu循环中调用s7的dp_rece和dp_send功能来实现的。其中，dp_rece功能是接收由dp主站发送到从站cp的接收缓冲区的数据，然后把数据输出至cpu指定的dp数据域。而dp_send则是把cpu中指定的dp数据域中需传输的数据传送至cp的发送缓冲区，然后传输到dp主站。

(3)用户程序

在s7 PLC中，cpu中的用户数据域可以为过程映像、位寄存器以及数据块，在本用户程序中使用了数据块。在s7用户程序的blocks目录下，定义两个数据块db1和db2，分别用于存放接收和发送的数据，然后在循环执行的组织块ob1中调用dp_rece和dp_send功能。

当dp主站改变运行模式或崩溃时，操作系统通过调用从站上的某个ob作出反应。如果从站上的这些ob丢失，则cpu会立即自动地切换到stop。因此为了防止这种情况，需在从站建立相关的ob。

当主站的cpu从run转换到stop时，在从站的组织块ob82(诊断中断)将被调用。为防止cpu由于不存在ob82而停止，需在s7-300站的blocks文件夹中插入组织块ob82。
同理，当dp主站崩溃时，在从站上将调用组织块ob86(机架故障)。为了防止s7-300从站的cpu在这样的情况下进入stop，需在s7-300站的blocks文件夹中插入组织块ob86。

用于dp从站s7-200的用户程序

主站和利时PLC和从站s7-200 cpu226之间的Profibus-dp通信是通过使用fm208模块将s7-200 cpu226作为dp从站连入网络的。fm208为模块化的dp从站，i/o数据大为32字。fm208通过串行总线和s7-200 cpu226连接，通过dp通信端口连接到profibus上。其主要功能为：可运行在9.6kbps-12mbps之间的任何速率；接收从主站来的i/o配置和参数信息；向主站发送和接收不同数量的数据；传送i/o数据，以及支持变量块的传送等。
对主站的组态包括从站地址，从站的变量存储区(v存储区)偏置以及选取i/o模块。
运行时，dp主站首先建立网络，然后初始化启动dp从站，并且主站将参数赋值信息和i/o配置写入到从站。然后主站从从站获取诊断信息，在确认从站已接收到信息后，主站就拥有了此从站的指挥权。此时网络上的其它主站可以读取该从站的数据但是不能向该从站写入数据。整个主站的组态是通过设备数据库(gsd)文件siem089d.gsd来完成的。

从站地址通过fm208模块上的硬件开关设定，此开关必须与主站软件设定的地址一致。从站i/o缓冲区驻留在s7-200的v存储区，因此要求参数赋值中必须包含v存储区的缓冲区的起始位置及i/o的数据量，以确定缓冲区的大小。fm208提供字节、字、缓冲区三种类型的数据交换。

s7-200 cpu226 PLC的通信用户程序如下：
network 1      
//计算输出数据指针到v寄存器
ldb= smb224，2
movd     &vb0,vd1000
itd      smw226,ac0
+d       ac0,vd1000
network 2     
// 计算输入数据指针到v寄存器
ldb  =smb224，2
movd     vd1000，vd1004
bti      smb228，ac0
itd      ac0，aco
+d       ac0, vd1004
network 3       
//设置传输的数据量
ldb  =smb224，2
movb     smb228，vb1008
movb     smb229，vb1009
network 4        //传输数据
ldb  =smb224，2
bmb    *vd1000，qb0，vb1008
bmb    ib0，*vd1004，vb1009

结语

采用Profibus现场总线，不需做复杂的通信编程，就能方便地实现不同厂商的现场总线设备在一个系统中的集成，而且数据传输可靠、组态灵活、可以真正的实现即插即用功能。而且集成方法简单，通信可靠、快速，很适合实时系统控制的要求。在目前厂家为其提供的通信产品和通信服务功能由于不够丰富而存在的一些通信问题，通过灵活配置完全可以解决。

现场总线控制系统(FCS)用数字信号取代模拟信号，以提高系统的可靠性、**度和抗干扰能力，并延长信息传输的距离。它既是一个开放的通信网络，有时一种全分布的控制系统，是一种新型的网络集成自动化系统，它以现场总线为纽带，把挂接在总线上相关的网络节点组成自动化系统，实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、综合自动化等多项功能。
FCS用“工作站－现场总线智能仪表”的二层机构完成了集散控制系统(DCS)“操作站－控制站－现场仪表”的三层结构模式，降低了成本，提高了可靠性，且在统一的下可实现真正的开放式互连系统结构，是一种正在发展的很有前途的计算机控制系统。
    目前具代表性的现场总线是Profibus(Process Fieldbus)。PROFIBUS是由SIEMENS公司推出的一种开放式现场总线标准，1989年成为德国标准DIN19245，1996年成为欧洲标准EN50170，1999年12月被接受为IEC61158的一部分。用于工厂自动化系统三级网络中的底层，即车间级监控和现场设备层数据通信与控制;使用于分散的、具有通讯接口的现场受控设备对底层设备有较高的数据集成和远程诊断、故障报警及数字化要求的系统。  
    Profibus遵循ISO/OSI模型，其通信模型由三层构成:物理层、数据链路层和应用层。PROFIBUS由三部分组成，PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification，现场总线报文规范)、PROFIBUS-DP(Decentralized Periphery，分散型外围设备)、PROFIBUS-PA(Process Automation，过程自动化)。其中PROFIBUS-DP已广泛适用于水电站自动化领域。

2  Profibus-DP的特性及系统组成
2.1  Profibus-DP的特性
    Profibus-DP使用物理层，数据链接层和用户接口，用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站地输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站程序循环时间短。此外，PROFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理及复杂设备在运行中参数的确定。
Profibus-DP基本功能和特性如下:
(1) 远程离高速通信
支持9.6Kbps到12Mbps的传输速率; 12Mbps时大传输距离为100m，1.5Mbps时为200m，另外还可以用中继器延长;
(2) 分布式结构
各主站间令牌传递，主站与从站为主－从传送;每段可有32个站，用连接线可扩展到126个站;
(3) 易于安装，开放式的通讯网络;
(4) 可靠性高，具备自诊断功能。 
    Profibus-DP主站分为一类主站和二类主站。一类主站完成总线通信控制与管理，完成周期性数据访问，包括PLC、PC或可做一类主站的控制器。二类主站完成非周期性数据访问，如数据读写、系统配置、故障诊断等，包括操作员工作站(如PC机加图形监控软件)、编程器、HMI等。PROFIBUS- DP从站主要进行输入、输出信号采集和发送，包括PLC或其他控制器、分散式I/O、智能现场设备等。

结点电压法以结点电压为电路的独立变量，并用 KCL 列出足够的独立方程。由于描述支路与结点关联性质的是矩阵 A ，因此宜用以 A 表示的 KCL 和 KVL 推导结点电压方程的矩阵形式。设结点电压列向量为 ， KVL 方程为
　　上述 KVL 方程表示了 与支路电压列向量 的关系，它提供了选用 作为独立电路变量的可能性。用矩阵 A 表示的 KCL 为
　　　　 
　　 （式中 i 表示支路电流列向量）作为导出结点电压方程的依据。
　　 对于结点电压方程，宜采用支路导纳表示的矩阵形式的支路方程，
　　　　 即　 　描述结点处电流间的约束关系。
　　1.定律内容：
　　在任一时刻，对任一结点，流入结点的电流之和恒等于流出该结点的电流之和。即
　　
　　如图所示: 　　

　　对结点a：（注意首先要标明参考方向）在结点a有三个电流与它关联，根据KCL可写出：  
　　对结点b：
　　对结点c：
　　由结点a的KCL方程：
　　 
　　我们可以得到基尔霍夫电流定律的另一种描述：
　　对任一结点，结点电流代数和等于零，即。
　　注意：存在“＋－"号问题，若规定流入结点电流为＋，则流出为－；若规定流出为＋，则流入为－。
　　KCL实质上反映了支路电流间的关系，揭示了在任一结点上电荷的守恒，即电荷在结点上既没有消失，也没有积累。
　　2.广义KCL
　　KCL不仅适用于单个结点，也可推广应用于一个闭合面（又称广义结点）。
　　对图中的虚线所示闭合面，共有3条支路与其相连，对应的支路电流分别为，我们看其是否符合KCL定律。 　　

　　根据前面的分析我们得到了3个单个结点a，b，c的KCL方程，分别为：
　　结点a：     
　　结点b：     
　　结点c：     
　　由上述3个方程，我们可以得出：
　　可见，对于图中虚线所示的闭合面，如果把它看作一个结点（广义结点），它也满足KCL定律，和它相连的3条支路的支路电流的代数和为0。
　　描述：任一时刻，通过任意一个封闭面的电流的代数和等于零。
　　即：这个封闭面可以看成是一个广义大结点，有

西门子PLC模块6ES7315-7TJ10-0AB0

各类PLC的输入电路大致相同，通常有三种类型。一种是直流12～24V输入，另一类是交流100～120V、200～240V输入，第三类是交直流输入。外界输入器件可以是无源触点或是有源的传感器输入。这些外部器件都要通过PLC端子与PLC连接，都要形成闭合有源回路，所以必须提供电源。

2.1 无源开关的接线

FX2N系列PLC只有直流输入，且在PLC内部，将输入端与内部24V电源正极相连、COM端与负极连接，参见图4-3所示。这样，其无源的开关类输入，不用单独提供电源。这与其它类PLC有很大区别，在今后使用其它PLC时，要注意仔细阅读其说明书。

2.2 接近开关的接线

接近开关指本身需要电源驱动，输出有一定电压或电流的开关量传感器。开关量传感器根据其原理分有很多种，可用于不同场合的检测，但根据其信号线可以分成三大类：两线式、三线式、四线式。其中四线式有可能是同时提供一个动合触点和一个动断触点，实际中只用其中之一；或者是第四根线为传感器校验线，校验线不会与PLC输入端连接的。因此，无论那种情况都可以参照三线式接线。图4-4为PLC与传感器连接的示意图。

两线式为一信号线与电源线。三线式分别为电源正、负极和信号线。不同作用的导线用不同颜色表示，这种颜色的定义有不同的定义方法，使用时参见相关说明书。图4-4（b）中所示为一种常见的颜色定义。信号线为黑色时为动合式；动断式用白色导线。

图示传感器为NPN型，是常用的形式。对于PNP型传感器与PLC连接，不能照搬这种连接，要参考相应的资料。

2.3 旋转编码器的接线

旋转编码器可以提供高速脉冲信号，在数控机床及工业控制中经常用到。不同型号的编码器输出的频率、相数也不一样。有的编码器输出A、B、C三相脉冲，有的只有两相脉冲，有的只有一相脉冲（如A相），频率有100 Hz、200Hz、1k Hz、 2k Hz 等。当频率比较低时，PLC可以响应；频率高时，PLC就不能响应，此时，编码器的输出信号要接到特殊功能模块上，FX2N-11C如采用FX2N-11HC高速计数模块。

图4-5为FX2N型PLC与OMRON的E6A2-C系列旋转编码器的接口示意图。