PROFIBUS-DP在企业自动化控制中的应用

摘 要：本文是PRIFIBUS-DP在企业自动化控制中的应用，以S7-300作为主站点，和S7-300、S7-200以及远程I/O设备构建一个大的自动化系统，成功解决了通信问题。

关键词：PROFIBUS-DP 可编程序控制 通信

二十一世纪是信息经济的时代。随着计算机技术、信息技术的飞速发展，全球市场进一步形成，竞争也空前加剧，产品技术含量更高、换代时间更短。处于全球市场之中的工业生产为了适应市场竞争的需要，在追求竞争力的过程中逐渐形成了计算机集成制造系统。计算机集成制造系统采用计算机、自动控制、网络通信等技术来实现整个过程的综合自动化，以改善生产加工、管理决策等。为了实现这个目标，必须要将企业内现场控制、过程监控、经营管理、市场管理等各层次智能设备互联成综合自动化网络，实现各层次的住处汇通和数据共享，即实现工业企业的“管控一体化”。本文是讨论如何在一个已经具备各种西门子可编程序控制器的自动化企业中利用PROFIBUS-DP构建一个大的自动化系统。

一、PROFIBUS-DP简介

PROFIBUS是目前国际上通用的现场总线标准之一，PROFIBUS总线87年由Siemens公司等13家企业和5家研究机构联合开发，99年PROFIBUS成为国际标IEC 61158的组成部分，2001年批准成为中国的行业标准JB／T10308.3-2001。PROFIBUS-DP在整个PROFIBUS应用中，应用最多、最广泛，可以连接不同厂商符合PROFIBUS-DP协议的设备。是一种高速低成本数据传输，用于自动化系统中单元级控制设备与分布式I/O等设备的通信。

本文探讨了在西门子实验室中如何利用现场总线PROFIBUS-DP组建数据通信网络，实现数据通信。

二、PROFIBUS-DP总线的数据通信

（一）企业的综合自动化网络的组成

该控制系统现场选用西门子S7-300系列CPU313-2DP作为主工作站，从站包括多个带集成DP接口的S7-300、多个S7-200、远程I/O站ET 200B、ET200M。两台装有西门子WinCC组态软件的研华工控机。整个系统通过工业现场总线联接而成。系统网络结构见“企业的综合自动化网络”。

选用一台S7-300是为了实现上位机冗余、底层PLC CPU时钟校正、自动开关发射机数据存储和所有采集的数据的快速集中处理。2台上位机通过工业以太网（TIP/IP），完成互相冗余；同时，通过总线将自动化企业中西门子可编程序控制器的等设备的数据全部采集上来，在画面上显示。冗余的上位机增强了整个系统的可靠性。

（二）PROFIBUS-DP总线网络的硬件连接

采用专用剥线钳制作专用线缆与总线插头。在首末两端将总线插头的接通终端和偏置的开关置于ON位置，接通总线插头的终端和偏置；而在中间的总线插头不需要接通总线插头的终端和偏置，总线插头的接通终端和偏置的开关置于OFF位置。

（三）PROFIBUS-DP总线网络的硬件组态

1、从站S7-300与主站S7-300之间的PROFIBUS通信硬件组态

在多CPU主从通信组态配置时，组态原则是先组态从站。

（1）组态从站

①硬件组态

按硬件安装次序和订货号依次插人机架、电源、CPU等进行硬件组态。对“DP”属性进行设置，新建PROFIBUS（1），组态PROFIBUS站地址，进行波特率、行规等网络参数设置。

②DP模式选择——激活“DP slave”操作模式。

③定义从站通信接口区

新建一行通信接口区，此时只能对本地进行通信数据区的配置。

④设置通信区完成后，点击编译存盘按钮，编译无误后即完成从站的组态。

（2）组态主站

①硬件组态

完成从站组态后，就可以对主站进行组态，基本过程与从站相同。在完成基本硬件组态后，对DP接口参数进行设置，并选择与从站相同的PROFIBUS网络（PROFIBUS（1）），并进行相同的网络参数设置。

②DP模式选择——激活“DP Master”操作模式。

③选择从站

在硬件组态窗口中，将从站拖拽到主站系统DP接口PROFIBUS总线上，这时会同时弹出DP从站连接属性对话框，选择已经组态过的从站，如果有多个从站时，要依次先Connect，然后Configuration，设置主站的通信接口区的输出区与主站的输入区相对应，从站的输入区同主站的输出区相对应关系。

④设置通信区完成后，点击编译存盘按钮，编译无误后即完成从站的组态。

2、从站S7-200与主站S7-300之间的通信硬件组态

S7-300和S7-200通过EM227进行PROFIBUS DP通信，需要在STEP7中进行S7-300站组态，在S7-200系统中不需要对通讯进行组态和编程，只需要将要进行通讯的数据整理存放在V存储区与S7-300的组态EM227从站时的硬件I/O地址相对应就可以了。

（1）在主站S7-300的硬件组态窗口中菜单Option→Install new GSD，导入SIEM089D.GSD文件，安装EM227从站配置文件。

导入GSD文件后，在右侧的设备选择列表中EM277从站，PROFIBUS DP→Additional Field Device→PLC→Simatic→EM277，并且根据通讯字节数，选择一种通讯方式。

（2）根据EM277上的拨位开关设定以上EM277从站的站地址。

注意：如果无法正确导入GSD文件，很可能是STEP7的版本太低，需要更新。

3、远程I/O站与主站S7-300之间的通信硬件组态

本文的远程I/O站采用的是ET200B和ET 200M。ET 200B自带I/O点，适合在远程站点I/O点数不太多的情况下使用；ET 200M需要由接口模块通过机架组态标准I/O模块，适合在远程站点I/O点数较多的情况下使用。

（1）组态ET 200M的接口模块IM 153-2

在主站S7-300的硬件配置窗口内，打开硬件目录，从“PROFIBUS-DP”子目录下找到“ET 200M”子目录，选择接口模块IM153-2，并将其拖放到“PROFIBUS（1）：DP master system”线上，鼠标变为+号后释放，自动弹出的IM 153-2属性窗口。

IM 153-2硬件模块上有一个拨码开关，可设定硬件站点地址，在属性窗口内所定义的站点地址必须与IM 153-2模块上所设定的硬件站点地址相同，其他保持默认值。

（2）ET200B为远程现场模块

在硬件组态窗口内，打开硬件目录，从“PROFIBUS-DP”子目录下找到“ET 200B”子目录，选择4AI，并将其拖放到“PROFIBUS（1）：DP master system”线上，鼠标变为+号后释放，自动弹出的4AI属性窗口。

若有更多的从站（包括智能从站），可以在PROFIBUS系统上继续添加，所能支持的从站个数与CPU类型有关。全部设备均与总线连接，每个分段上最多可接32个站（主站或从站），当分段站超过32个时，必须使用中继器用以连接各总线段，串联的中继器一般不超过4个。

（四）基于现场总线PROFIBUS-DP网络的通信

该系统的硬件配置组态完成后，将主站的硬件组态信息下载到作为主站的S7-300的PLC当中，两个从站S7-300的硬件组态信息也分别下载到各自的S7-300的PLC当中，下载完成后，将EM277、ET 200M以及ET 200B的拨位开关分别拨到与以上硬件组态的设定值一致的位置。

1、从站S7-300与主站S7-300之间的PROFIBUS通信

要实现Slave1的I0.0对Slave2的Q0.0的控制，只需要在三个站点分别简单的程序。在主站的程序就是I50.0—>Q60.0，Slave1的程序就是I0.0—>Q50.0，Slave2的程序就是I60.0—>Q0.0。

2、从站S7-200与主站S7-300之间的PROFIBUS通信

在S7-200 PLC（CPU226）中编写程序将进行交换的数据存放在与主站S7-300 PLC（CPU-313-2DP）的外设输入/输出存储区PI和PQ相对应的V存储区中，打开STEP7中的变量表和STEP7 Micro/Win32的状态表可以监控S7-300与S7-200通过EM277进行的数据通信。

3、远程I/O站与主站S7-300之间的PROFIBUS通信

远程I/O站所带的模块就好像是集成在CPU 313-2DP上一样。

三、结束语

西门子公司的S7-200系列和S7-300系列PLC具有强大的指令，丰富的CPU类型和扩展模块，尤其是CPU模块内部集成了实时时钟，使其适合于广播发射机的自动控制应用。西门子公司提供的编程软件包和WinCC组态软件，功能强大，使系统开发变得更容易。

参考文献：

[1]SIEMENS．Communication between S7-200 and S7-300．2008，2．

[2]SIEMENS．The Master-Slave Communication Between Two CPUs With DP Port Via Profibus-DP．2008，2．

[3]安宪军，黄尔烈．基于PROFIBUS-DP总线的数据通信．微计算机信息，2008，7．

[4]许洪华．现场总线与工业以太网技术．北京：电子工业出版社，2007，3．

[5]杨卫华．现场总线技术及其应用．北京：高等教育出版社，2004．

[6]2007自动化网杯自动化行业应用大奖赛征文展示．西门子PLC在广电系统的应用， 2007．

[7]Ethernet与现场总线器．中国自动化仪器仪表网．□