SIEMENS西门子广西代理商

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PROFIBUS-DP通信的其他应用

 1.FDL通信

  FDL是PROFIBUS的第2层——现场总线数据链路层(Fieldbus Data Link)的缩写，用于实现PROFIBUS主站之间的通信。它是安全系数很高的发送/接收双向数据通信服务，可以有效地检测出通信的错误。

  PROFIBUS网络中的FDL连接与工业以太网中的ISO、ISO-on-TCP、TCP、UDP连接统称为S5兼容的连接，它们使用相同的通信功能(FC)AG_RECV和AG_SEND。

  FDL数据传输是双向的，可以在FDL连接上同时进行发送和接收。两个站都具有同样的权限，每个站都可以触发发送和接收过程。FDL支持SDA(有确认的数据发送)和SDN (无确认的数据发送)、自由第2层通信、广播通信和多点传送通信。

  只有PROFIBUS通信处理器(CP)才支持FDL的数据通信，例如，用于S7-300系列PLC的CP342-5和CP343-5，用于S7-400系列PLC的CP443-5，以及用于上位机的CP5512、CP5612、CP5613PROFIBUS网卡。通信处理器可以同时与多个主站建立通信连接，大多数通信处理器的FDL连接个数多16个。S7连接采用OSI(开放系统互连模型)的第1、2和7层，用于西门子PLC之间的大数据量通信。因为FDL只使用OSI模型的第1、2层，传输请求由硬件发起，传输速率快，但是传输的数据量较小(仅240B)。

  2.直接数据交换

  直接数据交换(Direct Data Exchange，DX)又称为交叉通信，主要用于智能从站接收DP从站的数据，以及多主站系统的从站发送数据到其他主站。

  直接数据交换通信采用广播式通信方式，从站作为生产者(Publisher)，可以不经过主站将信息直接发送给作为消费者(Subscribers)的从站。这样从站可以直接接收别的从站发送的数据。可以理解为图6-63中的3号从站向它的主站发送数据时，4号智能从站或其主站“偷听”发送的部分活全部数据。

  下面是直接数据交换的几种应用场合：

  (1)单主站系统中 DP从站发送数据到智能从站

  通过直接数据交换，DP从站发送的数据可以被同一个PROFIBUS-DP子网的智能从站接收。所有具有直接数据发送功能的DP从站(包括非智能从站)，都能提供用于DP从站之间的直接数据交换的数据，只有主站和智能DP从站才能接收这些数据。

  (2)多主站系统中从站发送数据到其他主站

  同一个物理PROFIBUS-DP子网中有几个DP主站的系统称为多主站系统。有直接数据交换功能的DP从站发送的数据，可以被同一个物理DP子网中其他主站直接读取。

  (3)从站发送数据到其他主站系统的智能从站

  在多主站系统中，有直接数据发送功能的DP从站发送的数据，可以被同一个物理DP 网络中其他主站系统的智能从站读取。

  3. 一组从站的输出同步与输入冻结

  (1)同步输出与解除同步

  通常情况下，DP主站周期性地将输出数据发送到DP从站的输出模块上。DP主站调用用SFC11发送SYNC(同步)控制命令，组态的DP从站组中的所有从站将切换到同步模式，DP主站将当前的输出数据发送给从站，并指示相关DP从站冻结各自的输出。DP从站组将主站的输出数据存放在它们的内部缓冲区，将它们送到输出模块，并保持输出状态不变。这样可以同步激活一组DP从站上的输出数据。

  每执行一次SYNC控制命令，该组从站将新的输出数据发送到输出模块上。只有用SFC 11发送控制命令UNSYNC，才能解除DP从站组的SYNC模式，使该组DP从站返回正常的循环数据传送状态，即DP主站发送的数据立即被传送到从站的输出点。

  (2)输人信号的冻结与解除冻结

  通常情况下，DP主站按照PROFIBUS-DP的总线周期，周期性地读取DP从站的输入数据，供CPU使用。如果需要得到一组DP从站同一时刻的输入数据，可以通过SFC11将FREEZE(冻结)命令发送到该组DP从站来实现。

  当FREEZE命令被发送到一组DP从站时，组内所有的DP从站切换到FREEZE模式，即它们的输入模块上的信号被冻结，并将它们传送到 CPU 的过程映像输入区，以便DP主站来读取这些信号。接收到下一个FREEZE命令时，DP从站更新和重新冻结它们的输入数据只有用SFC 11发送UNFREEZE命令，才能解除DP从站的FREEZE模式，使DP主站重新开始周期性地接收从站当前的输入状态。

  在暖启动和热启动后，DP从站不进入SYNC或FREEZE模式，只有当它们接收到由DP 主站发出的个SYNC或FREEZE命令之后，才进入SYNC或FREEZE模式。

  4. 用SFC12激活和禁止DP从站

  如果系统中有已经组态，但是并不存在、有故障或当前不需要的DP从站或PROFINET IO设备，CPU仍然会不断地访问它们。如果用SFC12“D_ACT_DP”禁止这些从站或IO设备，CPU将停止访问它们，这样可以缩短DP总线周期。如果用SFC12禁止了IE/PB Link PN IO(以太网与PROFIBUS的链接器)，所有从属的PROFINETIO设备也将停止运行，这一事件将被报告。可以在需要时用SFC12来激活被禁止的DP从站或PROFINETIO设备，还可以查询它们当前处于激活状态还是处于禁止状态。

  某些设备有大量的选件可供使用，但是机器制造厂商交付的具体设备仅仅是选定组件的组合。制造商将这些可能的机器选件组态为DP从站或PROFINETIO设备，以便创建包含所有可能的选件的通用用户程序。使用SFC12，用户程序可以激活当前需要的选件，禁止那些当前不需要的选件。

PLC控制系统硬件设计需要考虑的PLC产品种类

 随着PLC控制的普及与应用，PLC产品的种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。近年来，从美国、日本、德国引进的PLC产品及国内厂家组装或自行开发的产品已有几十个系列，上百种型号。目前在国内应用较多地PLC产品主要包括：美国AB、GE、MODICON公司，德国西门子公司，日本OMRON、三菱公司等得PLC产品。因此PLC的品种繁多，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各有自己的特点，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要的作用。一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。机型的选择可从以下几个方面来考虑。

（1）   对输入 / 输出点的选择

要先弄清除控制系统的 I/O 总点数，再按实际所需总点数的 15 ～ 20 ％留出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需 PLC 的点数。

PLC 的输出点可分为共点式、分组式和隔离式几种接法。隔离式的各组输出点之间可以采用不同的电压种类和电压等级，但这种 PLC 平均每点的价格较高。如果输出信号之间不需要隔离，则应选择前两种输出方式的 PLC 。

（2）  对存储容量的选择

对用户存储容量只能作粗略的估算。在仅对开关量进行控制的系统中，可以用输入总点数乘 10 字 / 点＋输出总点数乘 5 字 / 点来估算；计数器 / 定时器按（ 3 ～ 5 ）字 / 个估算；有运算处理时按（ 5 ～ 10 ）字 / 量估算；在有模拟量输入 / 输出的系统中，可以按每输入 / （或输出）一路模拟量约需（ 80 ～ 100 ）字左右的存储容量来估算；有通信处理时按每个接口 200 字以上的数量粗略估算。后，一般按估算容量的 50 ～ 100 ％留有裕量。对缺乏经验的设计者，选择容量时留有裕量要大些。

（3）   对 I/O 响应时间的选择

PLC 的 I/O 响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在 2 ～ 3 个扫描周期）等。对开关量控制的系统， PLC 和 I/O 响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑 I/O 响应问题。但对模拟量控制的系统、特别是闭环系统就要考虑这个问题。

（4）   根据输出负载的特点选型

不同的负载对 PLC 的输出方式有相应的要求。例如，频繁通断的感性负载，应选择晶体管或晶闸管输出型的，而不应选用继电器输出型的。但继电器输出型的 PLC 有许多优点，如导通压降小，有隔离作用，价格相对较便宜，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，其负载电压灵活（可交流、可直流）且电压等级范围大等。所以动作不频繁的交、直流负载可以选择继电器输出型的 PLC 。

（5）   对在线和离线编程的选择

离线编程是指主机和编程器共用一个 CPU ，通过编程器的方式选择开关来选择 PLC 的编程、监控和运行工作状态。编程状态时， CPU 只为编程器服务，而不对现场进行控制。在线编程是指主机和编程器各有一个 CPU ，主机的 CPU 完成对现场的控制，在每一个扫描周期末尾与编程器通信，编程器把修改的程序发给主机，在下一个扫描周期主机将按新的程序对现场进行控制。计算机辅助编程既能实现离线编程，也能实现在线编程。在线编程需购置计算机，并配置编程软件。采用哪种编程方法应根据需要决定。

（6）   据是否联网通信选型

若 PLC 控制的系统需要联入工厂自动化网络，则 PLC 需要有通信联网功能，即要求 PLC 应具有连接其他 PLC 、上位计算机及 CRT 等的接口。大、中型机都有通信功能，目前大部分小型机也具有通信功能。

（7）   对 PLC 结构形式的选择

在相同功能和相同 I/O 点数据的情况下，整体式比模块式价格低。但模块式具有功能扩展灵活，维修方便（换模块），容易判断故障等优点，要按实际需要选择 PLC 的结构形式。

安装设计、电气连接设计的目的是指导、规范现场生产与施工，为系统安装、调试、维修提供帮助，从而提高系统的可靠性与标准化程度。

  PLC的安装与连接设计，通常包括如下内容：

  ● 电气柜、操纵台(包括分线盒、走线槽、电缆夹等加工件)等安装部件的设计。

  ● 设备、电气控制柜、操纵台上的各电器元件的布置、安装位置及安装方法设计。

  ● 设备的电气连接、连接图、插接件的布置、电缆布置等设计。

  PLC的安装要求

  PLC虽然是可靠性很高的工业控制装置，但作为计算机控制装置的一种，为了提高其工作可靠性，它对安装环境条件与使用仍然有一定的要求。特别是PLC的外部连线、电缆的布置对PLC的工作稳定性与可靠性有较大则影响，在设计阶段就必须予以重视。

  (1) 安装环境的基本要求。不同厂家生产的PLC，其安装环境的要求有所区别，归总体来说，PLC的安装都应遵循如下的共同原则：

  1) 安装必须牢固，避免在设备使用与运输过程中的跌落与振动。

  2) 安装有PLC的电气柜，应尽量避免布置在有强烈振动与冲击的场所(PLC对振动与冲击的要求见表5-11)。

  3) 避免在周围有腐蚀件气体、可燃气体的场所安装。

  4) 避免在周围有灰尘、导电粉尘、油雾、烟雾、盐雾的场所安装。

  5) 避免在高温、潮湿的场所或者低温的环境安装(PLC对温度与湿度的要求见表5-11)。

  6) 尽量避免PLC与高压电器设备(3000V以上)布置于同一电气柜内。

  7) 尽量避免PLC与容易产生干扰的电气设备布置于同一电气柜内，以及使用同一电源，在不可避免时，应采取必要的措施。

  8) 避免在周围有强磁场、强电场的场所安装PLC。

  (2) 温度、湿度、振动、冲击的要求。

  1) 温度：PLC使用时的环境温度一般应在0~55℃的范围内(保存时的温度为-20～ 70℃)，同时应防止在阳光直接照射的场合使用。

  当环境温度无法满足以上要求时，应采取相应的措施，如在电气柜上安装空调等，保证PLC的环境温度在允许的范围。

  2) 湿度：PLC使用的环境相对湿度一般允许为20%~90%，应避免温度变化过快所造成的结露。当环境湿度无法满足以上要求时，应采取安装自动除湿装置等措施。特别是冬天，在供暖装置有可能出现停止的场合，应采取必要的措施，防止温度变化造成的结露。

  3) 振动：PLC对安装环境的振动有一定的要求，而且抗振动性能与PLC的型号(结构形式)与安装方式等因素有关。

  在结构上，一般来说I/O点固定的一体化PLC，或是基本单元加扩展型PLC的基本单元，其抗振动的性能要优于模块化结构的PLC。在安装方式上，利用螺钉安装的PLC，其抗振动的性能要优于导轨安装的PLC。

  通常情况下，利用螺钉安装的I/O点固定的一体化PLC，或是基本单元加扩展型PLC的基本单元，允许的振动强度为19.6m/s²(2k)左右，采用导轨安装时为9.8m/s²(1g)左右。利用螺钉安装的模块化PLC，允许的振动强度为9.8m/s²(1g)左右，采用35mm标准导轨安装时为4.9m/s2(0.5g)左右。

  4) 冲击：PLC对安装环境的冲击同样有一定的要求，而且冲击性能与安装方式等因素有关。通常情况下，利用螺钉安装的安装PLC、允许的冲击强度为15~30g(147~294m/s²)，采用导轨安装时为15μ(147m/x²)左右。

  在具有强烈振动与冲击的场合，应采取必要的防震措施。

  对于Siemens公司生产的S7系列PLC，环境的具体要求见表5-11。

  表5-11 Siemens S7系列PLC对环境的要求

  (3) 安装空间的要求。PLC安装空间直接影响到PLC的散热。PLC对安装空间的一般要求如下：

  1) PLC与其他电器间一般应保证垂直方向大于100mm、水平方向大于50mm的空间距离，并保证通风良好。

  2) PLC与其他电器或者电气柜门间的前后空间距离，一般应保证在50mm以上，并保证通风良好。

  3) 在PLC的下部，应避免直接布置强发热元件(如加热器、变压器、能耗电阻等)。

  4) 尽量采用垂直安装的方式安装PLC，水平布置会直接影响PLC的散热。

  5) PLC不应安装在电气柜的门、顶面、底面、侧面等部位。

  6) 必须保持PLC通风窗的畅通，在使用前一定要取下通风窗的保护纸。