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GE Fanuc Automation. GE Fanuc Automation. Profibus Training Course Presented by GE SGM Team. 课程内容. Profibus 与 OSI 7 层网络模型 Profibus 的物理层 Profibus 的数据链路层 Profibus 的高层协议 有关 Profibus DP 的技术术语 GE Fanuc 的远程 I/O--- Field Control 建立 90-70 PLC 的 Profibus DP 网络 - PowerPoint PPT Presentation
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Profibus Training Course
Presented by GE SGM Team
GE Fanuc AutomationGE Fanuc Automation
课程内容• Profibus 与 OSI 7 层网络模型• Profibus 的物理层• Profibus 的数据链路层• Profibus 的高层协议• 有关 Profibus DP 的技术术语• GE Fanuc 的远程 I/O--- Field Control• 建立 90-70 PLC 的 Profibus DP 网络• 建立 90-30 PLC 的 Profibus DP 网络
Profibus 与 OSI 7 层网络模型• Profibus 的全称是 Process Field Bus ,
可见 Profibus 是一种 适用于工业过程控制的局域网
• 作为一个局域网, Profibus 必须至少具有 OSI 参考模型中的第一、二层
• 网络的第一层包括了网络设备的接口及其 传输技术,这是任何一个网络设备都必须 具有的
• 网络的第二层是数据链路层,它负责处理 网络设备如何共享传输介质
物理层
数据链路层
网络层
运输层
会话层
表示层
应用层
用户
主机层次
7
6
5
4
3
2
1
物理层连接 ( 传输介质 )
Profibus 与 OSI 7 层网络模型 ...
• Profibus 的三个子集: FMS, DP 和 PA 在物理层的定义有所不同 , DP 与 FMS 均采用 RS485 技术, PA 采用 IEC 1158-2 技术
• 但是,这三个子集在数据链路层 均采用符合 IEEE802.4 标准的逻 辑令牌环协议
• 在第二层以上,这三个子集采用 各自的高层协议对应不同的通讯 任务: FMS 主要完成 PLC 与 PLC 之间的通讯, DP 用于 PLC与分散 I/O 之间的通讯, PA 用于过程控 制中主控制器向传感器供电并读 取信息
Profibus 与 OSI 7 层网络模型 ...
• Profibus 的 DP 、 FMS 和 PA所完 成的不同任务如右图所示
• Profibus DP 所构成的分散型 I/O 控制方案与传统的集中型控制方 案相比,具有节省电缆、排除故 障方便等优点
Profibus 与 OSI 7 层网络模型 ...
• 传统的集中型 I/O 控制方案如左图所示• 以 Profibus DP 为代表的分散型 I/O 控制方案如右图所示
接线端子排
去现场设备
GBC
集中 I/O 分散 I/O
Profibus 的物理层• Profibus PA 在物理层采用 IEC 1158-2 传输技术• 每段 32 个设备,最多 126 台设备• 每段只有一个电源,向该段上的设备供电,每站消耗常量稳态基本
电流 (10mA) ,信号的调制电流从 +/-9mA 到基本电流之间• PA 与 DP 的之间通过分段耦合器连接,分段耦合器还是供电装置
波特率 31.25k ,总线电缆两端装有无源 RC终端器,电缆最大长度小于 1900m
Profibus 的物理层 ...
• DP 与 FMS 均采用 RS485 传输技术• 每个网站应提供 9 针 D 型连接器作为总线接口,实际有用的只有 4 根针• 每个网站 9 针 D 型连接器中 3 号针串连在一起, 8 号针也串连在一起• 总线电缆的两端须安装有源终端电阻来保证总线通讯的可靠
Profibus 的物理层 ...
• Profibus DP/FMS 按分段方式构成网络• 每段可有 32 台设备,整个网络可有 127 台设备• 每段的电缆长度与总线的波特率有一定的关系,见下表• 段与段之间可通过中继器相连,网上中继器最大个数在 3 和 10
之间
Profibus 的物理层 ...
• 中继器 (Repeator) 的作用是将传输信号放大、整形,中继器的引入不可避免会引起位传输的延迟
• 当网络上设备太多、网络总线太长,引起传输信号衰减严重时,就应该考虑使用中继器
• 中继器两边的网段必须使用相同的波特率
中继 器
Profibus DP
Profibus 的物理层 ...
• 在电磁干扰很大的环境下、或者为了增加总线传输距离, Profibus DP/FMS 允许使用光纤传输技术
• 每台设备有两根光纤,一根用于发送,另一根用于接受• 每台设备通过光纤连到星型耦合器,耦合器将接受到的光信号分送给连到它的每台设备
• 这种拓补结构看似星型的,实际上仍是总线型的• 光纤的传输距离一般在 1km 左右,已有 RS485/光纤转换器
星型耦合器
网站 网站 网站 网站
Profibus 的数据链路层• Profibus FMS/DP/PA 在网络的第二层都运行相同的介质存取协
议: Fieldbus Data Link(FDL)• Profibus 网上的设备可分为主站和从站 (Master-Slave)• 所有运行 FMS 协议的设备都是主站,运行 DP 和 PA 协议的设
备有 主站和从站之分,每个主站有权控制总线访问其他设备• 主站之间依靠令牌的传递依次获得总线的控制权
Profibus 的数据链路层 ...
• 网络上的每个主站都设有一个定时器:实际令牌运行时间。这个定时器 计算从令牌离开本站到令牌再次到达本站的时间,这个时间值与最大令 牌循环时间的差值即是本站可以控制令牌的时间
• 当网络上的令牌环建立后,每个主站保持有三个地址:本站地址 TS ,前趋地址 PS ,后继地址 NS。 TS发送完之后,就发出一数据帧将令牌转移 给 NS ,并监听 NS 是否发送数据帧
• 如果 NS没有响应,则 TS断定 NS已经不活动。 TS 会发出广播帧,征询是 否有其他站的站地址比 NS小,如有,则该站取代 NS 在逻辑环中的地位 , 这就完成了一个不活动站的删除
• 每个站在获得令牌若干次之后,总会发出广播帧,询问网上是否有站号 在 TS 与 NS 之间的站,如有一个,则该站插入逻辑环。如有多个,则 TS 发出分解争用帧,每次允许一个站插入逻辑环
• 逻辑环的初始化操作是令牌的争用过程,只有一个站争得令牌,其余站 按站插入算法插入逻辑环
Profibus 的高层协议• Profibus DP 的第三至第七层是由 DDLM(Direct Data Link Mapper)
来 完成的,在第七层之上,主站的 DP 协议要完成如下任务:根据主站中有关各个从站的配置信息,向各从站发出配置查询命令,如果从站的实际 配置情况与主站中关于该从站的配置情况相符,则主站将开始与该从站 周期性的数据交换,每个 DP 从站可有 244 个输出字节和 244 个输入字 节
• Profibus FMS 的第七层是现场总线信息规格 (Fieldbus Message Specification) ,第七层与第二层之间是低层接口 (Lower Layer Interface, LLI)。设备的 FMS 上层协议提供以对象为主的客户机 -服务器 通讯
• Profibus PA 的高层协议与 DP类似,它采用了扩展的 DP 协议
有关 Profibus DP 的术语• GSD文件:每个 Profibus 设备的技术性能 ( 如: I/O 数量 ) 、总线参数
( 如:所支持的波特率 ) 均在 GSD文件中说明, GSD 也称为电子设备数据库文件 用户在利用网络组态软件配置主站时,需要提供每个从站的 GSD文件以 告诉主站每个从站的参数
• Gap Factor : Profibus 的主站获得多少次令牌后,应允许有新站插入, 次数即是 Gap Factor
• Target Rotation Time( 最大令牌循环时间 ) :网络中令牌循环一周的可能 的最长时间,该参数往往由网络组态软件自动计算出
• Actual Token Runtime( 实际令牌运行时间 ) :从令牌离开本站开始计时 的时间值,令牌再次到达本站时,该计时值清零。该值与最大令牌循环 时间的差值即是本站可以控制令牌的时间
• Slot Time :主站发出数据帧之后,等待响应的时间值
远程 I/O --- Field Control
• Field Control 是 GE Fanuc 的 Profibus DP 从站
• 一个 Field Control 远程 I/O 站由总线接口单元 (BIU)和 I/O 模块组成
• 总线接口单元负责接收总线数据和向总线发送数据,同 时, BIU 还负责与 I/O 模块交 换数据
• BIU 提供标准的 9 针 D 型网络接口
• BIU 上的 8 位 DIP开关用于设定 Field Control 的站号, SW8 设置从站站号是硬件设定还是软件设定, SW1-7设 定硬件从站站号
• 如果 BIU 上的 SW8 设成 ON ,则 Field Control 的从站站号由 SW1-7 决定。如果 SW=OFF, 则 从站站号由手持式编程器设定
• BIU 上的 15 针 D 型接口用于连接 手持式编程器
• 在手持式编程器上,可设置一些 参数
• 通常, Auto Config 应设成 Enable ,这使得 BIU 能自动扫描 检测 I/O 模块
• 在手持式编程器上还可以监视、 强制本站的 I/O 状态
• BIU 可以自动检测总线的波特率
远程 I/O --- Field Control
远程 I/O --- Field Control
• BIU 上有三个 LED指示灯 , 分别为: PWR 、 OK 和 Run
• PWR 灯代表 BIU 的 24V 供电正常
• OK 灯代表 BIU 自检通过 , 如果 BIU 下面的 I/O模块 发生故障或者增加、减少 了 I/O 模块, OK 灯会闪烁 排除故障后再重新上电, OK灯恢复正常
• Run 灯代表 BIU 与主站 正常通讯,如果 Run 闪 烁,则表明 BIU 下面的 I/O 被 HHP 强制着
远程 I/O --- Field Control
• Field Control单元与 主站交换数据的准则 如下:每次 BIU 向主 站发送数据时, BIU 除了汇报本站所有输 入模块的信息,还汇 报两个字节的故障诊断信息;每次主站向 BIU发送数据时,除了送出所有输出模块的信号外,还向 BIU送出两个字节长度的清除错误命令
• 故障诊断和清除错误命令的数据格式如右
故障诊断
清除错误
远程 I/O --- Field Control
• 通过 HHP(手持式编程器 ) 对 Field Control 进行 I/O 的强制操 作步骤如右
• 将 HHP 连在 BIU 上, HHP 的初 始菜单如右图第一级所示,按 1进 入 I/O监控,按 2进入组态
• 将一个变量设置成强制状态后, 该变量的状态值左侧会显示 * 表 明该变量目前处于强制状态
• 用光标移动键找寻 I/O 地址
按 1
按 1
按 ENT
按 1
建立 90-70 PLC 的 Profibus DP 网络 ...
• 建立 90-70 PLC 的 Profibus DP 网络的基本步骤如下: 1. 设置 5136-PFB 的 DIP开关和跳线,设置 Field Control 的 DIP开关 2. 在 COM PROFIBUS 软件中,组态网上的所有主站与从站,并将组态 文件输出成二进制文件 3. 在 CPU 中装入 5136-PFB 的初始化程序 4. 运行 CPU ,并在 PC 机上运行 Hyper Terminal 软件,将二进制文件 下载给 5136-PFB 模块
建立 90-70 PLC 的 Profibus DP 网络• 90-70 PLC 的 Profibus 接口模块是 SS-Tech 公司生产的 5136-PFB-
VME 模块,该模块可提供 DP 、 FMS功能• 5136-PFB 提供标准的 9 针 D 型网络接口• 5136-PFB 提供五个 LED 指示灯,从上至下分别为: PASS :该灯由 VME 总线主站 (PLC 的 CPU) 向 5136-PFB 的内部寄存器写 入代码后点亮。通常 CPU 对 5136-PFB初始化后,该灯亮 FAIL :该灯与 Pass灯相反 OK :当 5136-PFB模块的看门狗正常工作时,该灯点亮 SYS :网络上的所有从站均正常通讯,该灯点亮 COMM : 5136-PFB 模块获得令牌时点亮
• 5136-PFB 模块上有一组 DIP 开关用来设置该模块在 VME 总线上的地 址
建立 90-70 PLC 的 Profibus DP 网络 ...
• 设置 Field Control 的 DIP 开关为: SW8 = ON , SW1=1, Sw2=1 SW3-SW7=0 ,这使得 Field Control 的站号被设为 3
• 用 HHP 设置 BIU 的 Auto Config = Enable ,并查看 Profibus ID• 设置 5136-PFB 的 DIP 开关为: SW1=OFF , SW2- SW10=ON ,
这使得 5136-PFB 的 VME 总线地址被设为 8000H
建立 90-70 PLC 的 Profibus DP 网络 ...
• COM PROFIBUS 软件包是 Profibus 模块的常用组态工具, 5136-PFB 也需要用该软件包来生 成组态文件
• 该软件可以在 Win3.1 和 Win95 下运行
• 因该软件被设计成可以在 Siemens PG710/750/770 等专用 编程器上运行,所以在一般 PC 机上安装时,不要选择 Online 功 能和 Memory Driver
• 安装完软件之后,应将所有 GSD 文件拷贝到 COM PROFIBUS 的 GSD 子目录下,将 5136-PFB 的 2mh文件拷贝到 Masters 子目录 下
建立 90-70 PLC 的 Profibus DP 网络 ...
• 进入 COM PROFIBUS 软件包, 可以在 File 菜单下选择建立新文 件 (New) 或打开已有文件 (Open)
• 在 COM PROFIBUS 软件包中, 一个主站的组态文件的扩展名为 et2
• 每次增加一个从站设备的 GSD 文件到 COM PROFIBUS 中,用 户应该执行 Scan GSD Files 操作
• 用户也可选择 Open GSD Files 操作来阅读 GSD 文件中的数据 信息
建立 90-70 PLC 的 Profibus DP 网络 ...
• 选择 New ( 建立新文件 ) ,窗口弹出如下• 用户必须选择主站类型: 5136-PFB• 用户还须为主站选定站号 (Address)
建立 90-70 PLC 的 Profibus DP 网络 ...
• 选好主站类型及站号之后,主站 显示在窗口中,如左图所示
• 此时,可以开始配置从站• 用鼠标选中 others• 将鼠标移至主站下方点击,如下 窗口弹出,要求用户选定从站站 号
建立 90-70 PLC 的 Profibus DP 网络 ...
• 选定从站类型 ( 如 : Field Control)
• 从站显示在主站下方,双击从站 图标,从站的组态窗口显示如下 :
建立 90-70 PLC 的 Profibus DP 网络 ...
• 在从站的组态窗口中,每一行对应从站的 BIU 或 I/O 模块• 如果 Field Control 带有一个 BIU 和 一个 16 点输入模块、一个 8 点
输出 模块,则第一行对应 BIU ,第二行对应 16 点 DI ,第三行对应 8点 DO
• 用户可选中 Order No. 或双击 ID 下的空白栏来组态每个 I/O 模块
建立 90-70 PLC 的 Profibus DP 网络 ...
• 选择 Order No. 组态 I/O 模块的窗口如上所 示
• 双击 ID 下的空白栏组 态 I/O 模块的窗口如下 所示,在此窗口中,须 选择每个 I/O 模块的类 型 (I 、 O 、 I/O)和数据 长度,之后自动产生 ID 代码
建立 90-70 PLC 的 Profibus DP 网络 ...
• 对于一个 Field Control 单元包含 一个 BIU ,一个 16 点输入模块 和一个 8 点输出模块,其在 COM PROFIBUS 中的组态如下:
建立 90-70 PLC 的 Profibus DP 网络 ...
• 生成了一个主站的组态文 件之后,应该将该文件输 出转换成二进制文件,以 便下载给 5136-PFB 模块
• 在 File 下选 Export --- Binary File ,即可完成二 进制文件的转换
• 二进制文件的扩展名是 2bf
• 此时, COM PROFIBUS 的操作全部完成
建立 90-70 PLC 的 Profibus DP 网络 ...
• 现在,应利用 Hyper Terminal 将 二进制文件下载到 5136-PFB 中
• 在 Win95 的 Accessories 中选 Hyper Terminal, 窗口如右
• 双击 Hypertrm, 窗口如下,选 Direct to COM1
建立 90-70 PLC 的 Profibus DP 网络 ...
• 建立好这个连接后就可以运行这 个连接
• 让 CPU 运行 5136-PFB 模块的 初始化程序, 5136-PFB 上的 SYS 灯会开始闪烁
• 当 SYS 停止闪烁时,在 Hyper Terminal 中按住“ *”直到与 5136-PFB 建立通讯 , 此时, SYS 与 COMM交替闪烁 (橙色 )
• 键入 rec2bfXmodem 命令• 在 Transfer 菜单下选 Send File 操作,再选中二进制文件,利用 Xmodem 协议下载二进制文件
• 键入 exit ,并选择将二进制文件 载入 5138-PFB 的 Flash Memory
建立 90-70 PLC 的 Profibus DP 网络 ...
• 如果主站的组态文件与实际的从站情况相符,且网络电缆连接正常,则 5138-PFB 上的 LED 除 FAIL外全部点亮
• 这表明你已成功建立了 90-70 Profibus DP 网络
建立 90-70 PLC 的 Profibus DP 网络 ...
• 在 90-70 CPU 中, GE Fanuc 提 供标准的子程序块来初始化 5136-PFB 模块,并读取 5136-PFB 模块中的数据
• 程序如右图所示, INIT 子程序用 于初始化 5136-PFB , Get 和 Put 用于读写 5136-PFB 的数据
建立 90-30 PLC 的 Profibus DP 网络• 90-30 PLC 的 Profibus DP 主站模块如右图• 标准的 9 针 Profibus 连接器• 9 针 RS232 连接器用于下载 Firmware ,更新模 块版本
• 该模块只须用 Cimplicity Control 对它组态, 不需要额外的组态软件
• 三个 LED 指示灯: OK 、 RUN 、 PWR• PWR灯:绿色 --正常,黄色 -- 模块故障• OK灯:绿色 -- 模块从 CPU 接收到正确组态内
容 黄色 -- 模块没有从 CPU 接收到正确组态内容
• RUN灯:绿色 -- 模块在进行总线通讯,所有从站 通讯正常且无故障 红色 -- 模块不进行总线通 讯 黄色 -- 模块在进行总线通讯,但总线有故 障或总线上的从站有故障
建立 90-30 PLC 的 Profibus DP 网络 ...
• 进入 Cimplicity Control ,在 机架上配置 Profibus DP 主模 块。注意,该模块在 Bus Controller 菜单中
• 90-30 Profibus DP 主模块的 配置菜单第一页 (Settings)显 示如右
• 在 Bus Address 中应填入本 站站号
• Status Reference 是指从站 状态位,一个从站对应一位
• 用户可选择总线的波特率 (Baud Rate)
建立 90-30 PLC 的 Profibus DP 网络 ...
• 90-30 Profibus DP 主模块的第二 页配置 (Slave Information)显示 如右 , 其中一行对应一个从站设备
• 窗口中最靠左边的一栏的数字指 的是从站在从站状态字中的状态 位处于的位序号
• 在 GSD File 处应输入该从站的 GSD文件的路径名,如: C:\Cimplicity\Control\GSD\ge0534de.gsd ,输入完毕, Cimpicty Control 会寻找到该文件并读取 该文件中的信息
• 在 Bus Addr 处,应输入从站地址 号
• 其余数据来自 GSD文件,用户不 必修改
建立 90-30 PLC 的 Profibus DP 网络 ...
• 90-30 Profibus DP 主模块的第 三页配置菜单 (Data Area) 如右
• 在此菜单中,用户应配置每个从 站的 I/O 信息
• 在 Slave Addr 处输入从站站号• 在 Module # 处输入从站中每个
I/O 模块的序号,如 1 , 2 , 3...• 在 Type 处输入 I/O 模块的类 型• 在 Length Type 处选择 Word
或 Byte ,在 Data Length 处输入数 据长度 , 在 Input Offset 和 Output Offset 处输入 I/O地址
• 对于从站站号为 3 ,带有一个 16 点输入和一个 8 点输出的 Field Control ,其组态如右图所示
建立 90-30 PLC 的 Profibus DP 网络 ...
• 将此硬件配置信息下载到 PLC 中• 使得 PLC 从 Stop 切换到 Run 状态• 察看 Profibus DP 主模块上的 OK 和 Run 灯是否变成绿色• 如果这两个 LED 指示灯全部变成绿色,表明你已成功建立了 9
0-30 PLC 的 Profibus DP 网络