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西門子PROFIBUS通訊電纜6XV1830-3EH10
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為了構(gòu)建 PROFIBUS DP 網(wǎng)絡(luò)，提供有不同類型的電纜，可滿足不同類型應(yīng)用的要求。一般地，應(yīng)該使用所列出的電纜。有關(guān)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)的詳細(xì)信息，請(qǐng)參見 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)手冊(cè)。
UL 認(rèn)證
用于網(wǎng)絡(luò)電纜的 UL 列表（安全標(biāo)準(zhǔn)）對(duì)于美國(guó)和加拿大市場(chǎng)尤為必需。根據(jù)電纜敷設(shè)在建筑物中位置來決定適當(dāng)?shù)恼J(rèn)證要求。這適用所有電纜，這些電纜從一個(gè)機(jī)器敷設(shè)到一遠(yuǎn)程控制柜，位于電纜架上并保護(hù)著建筑物。通過 UL 認(rèn)證的電纜在其名稱后面附加字母“GP”（通用）。
Ex認(rèn)證
用于本質(zhì)安全 PROFIBUS DP 應(yīng)用的電纜在其名稱后面附加字母“IS”（本質(zhì)安全）
屏蔽的雙絞電纜，圓形截面
所有 PROFIBUS 總線電纜的特點(diǎn)：
電纜類型
全新的快速連接（FC）總線電纜為徑向?qū)ΨQ設(shè)計(jì)，可使用剝線工具。以此，可以快速、簡(jiǎn)便地安裝總線接頭。
不采用快速連接技術(shù)的總線電纜（取決于結(jié)構(gòu)類型）
訂貨號(hào)
6XV1 830-0EH10
6XV1 831-2A
6XV1 830-0JH10
6XV1 830-0GH10
產(chǎn)品類型描述
PROFIBUS FC
標(biāo)準(zhǔn)電纜
PROFIBUS FC
標(biāo)準(zhǔn)電纜 IS GP
PROFIBUS FC
高強(qiáng)度電纜
PROFIBUS FC
食品行業(yè)電纜
適合的用途
多功能
通用電纜，用于本質(zhì)安全分布式 I/O 系統(tǒng)
用于腐蝕環(huán)境及機(jī)械應(yīng)力嚴(yán)重的工況
食品、飲料和煙草制造業(yè)
電纜名稱
02YSY (ST) CY 1 × 2 × 0.64/2.55-1 50 KF 40 FR VI
02YSY (ST) CY 1 × 2 × 0.65/2.56 BL KF40 FR
02YSY (ST) CY 1 × 2 × 0.64/2.55-150 KF 40 FR VI
02YSY (ST) C2Y 1 × 2 × 0.64/2.55-1 50 KF 40
電氣數(shù)據(jù)
單位長(zhǎng)度的衰減測(cè)量
•16 MHz 時(shí)最大
42 dB/km
42 dB/km
42 dB/km
42 dB/km
•4 MHz 時(shí)最大
22 dB/km
22 dB/km
22 dB/km
22 dB/km
•38.4 kHz 時(shí)最大
4 dB/km
4 dB/km
4 dB/km
4 dB/km
•9.6 kHz 時(shí)最大
2.5 dB/km
2.5 dB/km
2.5 dB/km
2.5 dB/km
9.6 kHz 下的特征阻抗
270 Ω
270 Ω
270 Ω
270 Ω
•9.6 kHz 下特征阻抗的相對(duì)對(duì)稱誤差
± 10%
± 10%
± 10%
± 10%
38.4 kHz 下的特征阻抗
每種總線大都有其應(yīng)用的領(lǐng)域，比如FF、PROFIBUS-PA適用于石油、化工、醫(yī)藥、冶金等行業(yè)的過程控制領(lǐng)域；LonWorks、PROFIBUS-FMS、DevieceNet適用于樓宇、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域；DeviceNet、西門子DP總線適用于加工制造業(yè)，而這些劃分也不是絕對(duì)的，每種現(xiàn)場(chǎng)總線都力圖將其應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，彼此滲透。
12背景
編輯
大多數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)總線都有一個(gè)或幾個(gè)大型跨國(guó)公司為背景并成立相應(yīng)的國(guó)際組織，力圖擴(kuò)大自己的影響、得到更多的市場(chǎng)份額。比如PROFIBUS以Siemens公司為主要支持，并成立了PROFIBUS國(guó)際用戶組織。WorldFIP以Alstom公司為主要后臺(tái)，成立了WorldFIP國(guó)際用戶組織。
地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)
為了加強(qiáng)自己的競(jìng)爭(zhēng)能力，很多總線都爭(zhēng)取成為國(guó)家或者地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)，比如PROFIBUS已成為德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，WorldFIP已成為法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)等。
制造商
為了擴(kuò)大自己產(chǎn)品的使用范圍，很多設(shè)備制造商往往參與不止一個(gè)甚至多個(gè)總線組織。
協(xié)調(diào)
由于競(jìng)爭(zhēng)激烈，而且還沒有哪一種或幾種總線能一統(tǒng)市場(chǎng)，很多重要企業(yè)都力圖開發(fā)接口技術(shù)，使自己的總線能和其他總線相連，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中也出現(xiàn)了協(xié)調(diào)共存的局面。
工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于各行各業(yè)，要求也千變?nèi)f化，使用一種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)也很難滿足所有行業(yè)的技術(shù)要求；現(xiàn)場(chǎng)總線不同于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，人們將會(huì)面對(duì)一個(gè)多種總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共存的現(xiàn)實(shí)世界。技術(shù)發(fā)展很大程度上受到市場(chǎng)規(guī)律、商業(yè)利益的制約；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不僅是一個(gè)技術(shù)規(guī)范，也是一個(gè)商業(yè)利益的妥協(xié)產(chǎn)物。而現(xiàn)場(chǎng)總線的關(guān)鍵技術(shù)之一是彼此的互操作性，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的統(tǒng)一是所有用戶的愿望。
13主流總線
下面就幾種主流的現(xiàn)場(chǎng)總線做一簡(jiǎn)單介紹。
1、基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FoundationFieldbus 簡(jiǎn)稱FF）
這是以美國(guó)Fisher-Rousemount公司為首的聯(lián)合了橫河、ABB、西門子、英維斯等80家公司制定的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首的聯(lián)合歐洲等地150余家公司制定的WorldFIP協(xié)議于1994年9月合并的。該總線在過程自動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，具有良好的發(fā)展前景。
基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的開放化系統(tǒng)互聯(lián)OSI的簡(jiǎn)化模型（1，2，7層），即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，另外增加了用戶層。FF分低速H1和高速H2兩種通信速率，前者傳輸速率為31.25Kbit/秒，通信距離可達(dá)1900m，可支持總線供電和本質(zhì)安全防爆環(huán)境。后者傳輸速率為1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距離為750m和500m，支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射，協(xié)議符號(hào)IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。FF的物理媒介的傳輸信號(hào)采用曼切斯特編碼。
2、CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域網(wǎng)）
最早由德國(guó)BOSCH公司推出，它廣泛用于離散控制領(lǐng)域，其總線規(guī)范已被ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織制定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，得到了Inb、Motorola、NEC等公司的支持。CAN協(xié)議分為二層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。CAN的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，具有自動(dòng)關(guān)閉功能，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。CAN支持多主工作方式，并采用了非破壞性總線仲裁技術(shù)，通過設(shè)置優(yōu)先級(jí)來避免沖突，通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)10KM/5Kbps/s，通訊速率最高可達(dá)40M /1Mbp/s，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個(gè)。已有多家公司開發(fā)了符合CAN協(xié)議的通信芯片。
西門子DP總線產(chǎn)品特點(diǎn)：
西門子DP總線是一種用于工廠自動(dòng)化車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)[2-3],可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)到車間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的解決方案[4].ProfiBus系列由ProfiBus-DP/FMS/PA三個(gè)兼容部分組成。其中ProfiBus-DP和PA的特點(diǎn)如下[1,5]:
西門子DP總線是適用于自動(dòng)控制系統(tǒng)與分散I/O 之間的高速通信；可取代24 V 或4~20 mA 的串聯(lián)式信號(hào)傳輸；使用RS 485傳輸技術(shù)或光纖媒體。
西門子DP總線是專為過程自動(dòng)化設(shè)計(jì)；可將變送器和執(zhí)行器連接到一根公共總線，可用于本質(zhì)安全領(lǐng)域；數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的ProfiBus-DP協(xié)議，還具有PA行規(guī)。
本文將采用ProfiBus-DP和ProfiBus-PA通信協(xié)議來構(gòu)建過程控制系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)架構(gòu)
本過程控制系統(tǒng)用于模擬對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)液位、溫度等信息的采集、處理，PID 控制和控制工藝流程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)通過西門子DP總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換，采用MPI通信方式與上位機(jī)進(jìn)行通信和遠(yuǎn)程控制，從而使整個(gè)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
系統(tǒng)主要包含上位監(jiān)控機(jī)、CPU、以太網(wǎng)通信模塊、DP鏈路、分布式I/O和變頻器DP從站、溫度和壓力變送器、閥門定位器、電磁流量計(jì)等。CPU 采用Siemens 的S7300 315-2 DP,既具有多點(diǎn)通信功能的MPI 接口，又具有ProfiBus-DP通信功能[6].
3 系統(tǒng)組態(tài)
3.1 硬件組態(tài)
針對(duì)西門子S7-300 PLC 來說，其硬件組態(tài)是通過Step7 軟件來實(shí)現(xiàn)的。組態(tài)過程主要包括以下幾個(gè)步驟。
?。?）新建項(xiàng)目
新建項(xiàng)目時(shí)需選擇好存儲(chǔ)路徑和項(xiàng)目名稱。
?。?）添加工作站
右鍵點(diǎn)擊新建的站點(diǎn)名字，選擇插入SIMATIC300 Station.
（3）硬件配置[7]
雙擊Hardware 進(jìn)入硬件配置界面，從右側(cè)硬件列表中拖入機(jī)架，并按實(shí)際機(jī)架上模塊的順序依次添加電源、CPU（315-2DP）、AI/AO模塊。DP/PA b等。根據(jù)每個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的不同，有選擇的在PA層掛入變頻器、流量計(jì)、變送器和電磁閥等對(duì)象。圖2是組態(tài)完的結(jié)果。
西門子DP總線產(chǎn)品注意事項(xiàng)：
?、?硬件配置必須和實(shí)際PLC 上掛的模塊一致，具體的設(shè)置參數(shù)要看模塊左下方的訂貨號(hào)。
?、?CPU 地址設(shè)為2,其余模塊地址從4 開始，且不能重復(fù)[8].
③ 設(shè)置ProfiBus網(wǎng)絡(luò)參數(shù)為1.5 Mb/s（DP）。
?、?模塊地址需記住，因?yàn)榫幊痰臅r(shí)候要用到。尤其是AI/AO模塊地址要記住，以保證數(shù)據(jù)的正確通信。
?、?AI/AO模擬量模塊的輸入和輸出通道信號(hào)類型此處設(shè)為兩線制4~20 mA.
?、?硬件配置好后可選擇保存編譯。
?。?）程序編寫PLC 程序是用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、處理，及Wincc監(jiān)控頁面和PLC之間的互聯(lián)通信。
PLC 程序主要包含主程序塊，故障診斷組織塊，功能函數(shù)塊FB41（連續(xù)控制PID），DB數(shù)據(jù)塊。FB41函數(shù)塊的參數(shù)設(shè)置是程序編寫的重點(diǎn)，主要針對(duì)MAN_ON、PVPER_ON、PV_FAC、PV_OFF、LMN_FAC、LMN_OFF、SP_INT、LMN_PER 等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。具體的定義和設(shè)置要求可通過查閱幫助文件來獲取。
3.2 通信組態(tài)
在Step7 軟件的option 選項(xiàng)里選擇Set PG/PC Inter-face,把通信協(xié)議改為CP5611（MPI），點(diǎn)擊“Diagnostics”
按鈕進(jìn)入測(cè)試頁面。點(diǎn)擊“Test”按鈕顯示正常，然后點(diǎn)擊“Read”按鈕讀到PLC地址為2表示通信成功。
軟硬件均編譯通過后，即可下載進(jìn)PLC.
西門子DP總線產(chǎn)品功能介紹：
3.3 監(jiān)控頁面組態(tài)
本例中用Wincc 軟件來驅(qū)動(dòng)Step7 的變量，實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的監(jiān)控。
（1）新建項(xiàng)目和添加驅(qū)動(dòng)程序
新建項(xiàng)目時(shí)需設(shè)置項(xiàng)目類型、名稱和路徑。
選擇變量管理--新建驅(qū)動(dòng)程序--插入SIMAT-IC S7 PROTOCOL SUITE.此通信驅(qū)動(dòng)程序支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和類型，此處選擇MPI（和PLC 的通信協(xié)議一致），并設(shè)置站地址為2.
?。?）組態(tài)變量
Wincc 變量類型主要有過程變量和內(nèi)部變量。其中過程變量是真實(shí)值，位于PLC的存儲(chǔ)器中。內(nèi)部變量表示在Wincc中用來計(jì)算或模擬的內(nèi)部值，不與PLC之間進(jìn)行通信。每個(gè)變量在組態(tài)時(shí)需定義變量名稱和類型。過程變量還需選擇PLC中地址和數(shù)據(jù)格式變換。
?。?）創(chuàng)建過程畫面
過程畫面是由圖形編輯器來完成的。在該界面中可添加全部欲在運(yùn)行狀態(tài)下顯示的內(nèi)容。Wincc 的圖庫中提供了豐富的圖形，只需選擇拖入畫面即可。“對(duì)象選項(xiàng)板”的“標(biāo)準(zhǔn)板”中列出了線、靜態(tài)文本、輸入輸出域等對(duì)象；“控件板”中列出了時(shí)鐘、報(bào)警控件、在線表格控件、在線趨勢(shì)控件等。圖3 是組態(tài)完成后的一個(gè)監(jiān)控畫面。
