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西门子现场总线
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1 概述
S7-300/400与SINAMICS G150 之间通过PROFIBUS DP 总线可进行周期性及非周期性数据通讯。使用标准S7功能块SFC14/SFC15可实现周期性数据交换；使用标准S7功能块SFC58 / SFC59，可以实现非周期性数据交换，读写 SINAMICS G150 的参数。S7-300/400与SINAMICS G150装置的连接，如下图所示：
图1 S7-300/400与SINAMICS G150装置的连接
2 SINAMICS G150站地址设置及硬件组态
SINAMICS G150的PROFIBUS DP站地址设置有两种方法：
（1）通过CU320控制单元上DIP拨码开关，设置站地址，有效地址值为1….126，设定方法如表1所示，将DIP开关拨“ON”处，多个开关激活，将有效位进行加法运算， 1+4+32=37，表示站地址是37，注意：通过拨码开关改变地址时应断掉SINAMICS G150 电源，否则，更改的站地址是无效的。
表1 DIP开关设定PROFIBUS DP地址
（2） 在拨码开关全部拨到OFF或ON状态，可以利用参数P918设置站地址。
S7-300/400的硬件组态，如图2所示，在硬件组态中设定的SINAMICS G150站地址应与SINAMICS G150 实际的站地址*，本例中采用站地址是6。
图2 硬件组态
3 通讯报文设置
SINAMICS G150有多种报文结构进行选择，详细描述请参考：SINAMICS_G150_operating-instructions手册，表2为报文结构。
表2 报文结构
报文结构是999为用户自定义报文，当用户选择此报文结构时，SINAMICS G150的起、停控制位等需自己做关联。此时必须将PLC控制请求置1（P854=1）。
注意：在做S7-300/400硬件组态时，需要配置报文结构，图3是STEP7中的报文设置，配置结束后进行编译保存；然后，打开STARTER，核对报文结构是否*，图4是STARTER软件中报文的设置，若不*需在STARTER软件中打开“configuration”做调整后点击“Transfer to HW config”按钮。
图3 STEP7中的报文设置
图4 STARTER软件中报文设置
4 用PROFIBUS DP总线对SINAMICS G150起、停及速度控制
S7-300/400 PLC通过PROFIBUS DP周期性通讯方式将控制字1和主设定值发送至SINAMICS G150 ，当组态的报文结构 PZD=2或自由报文999时，在S7-300/400 中可用“MOVE” 指令和功能块SFC14和SFC15进行数据传送。
下面分别采用“MOVE” 指令进行数据传送和调用SFC14和SFC15系统功能块进行数据传送加以说明。
例程文件名为：“G150_DP控制字、主给定值的发送及状态字和实际频率读出程序.rar”，链接： G150_DP1.rar
注:程序中选择标准报文1
1、采用“MOVE” 指令进行数据传送：
（1）在例程中，在变量表“SINAMICS G150 start_up”中，分别强制M1.0、M1.1为1；
（2）通过MW2发送控制字1，首先写入047E，然后写入047F，SINAMICS G150 开始运行，如停止SINAMICS G150 ，发送047E，使SINAMICS G150 停止运行，变量表如图5所示；
（3）MW4写入的是主设定值，速度设定值要经过标准化，4000H（十六进制）对应于
100%，发送的大值为7FFFH（200%），所设定的百分数乘以P2000 中设定的参考速度， 就是给定速度；
（4）在MW6中能显示状态字1，变量表如图5所示；
（5）MW8中能显示实际运行速度，此处为十六进制，4000H表示100％。控制程序如图6所示。
图5 变量表中的内容
图6 “MOVE”指令控制程序
2、SFC14和SFC15系统功能块进行数据传送：
SFC14（“DPRD_DAT”）用于读取SINAMICS G150 过程数据，SFC15 （“DPWR_DAT”）用于将过程数据发送到SINAMICS G150 。
（1）控制SINAMICS G150 运行：
通过先发送控制字047E然后发送047F来启动SINAMICS G150 ，控制字1在 DB1.DBW20中，主设定值在DB1.DBW22中设定，参看图7；所有的这些变量在变量 表“SINAMICS G150 start_up”中设定及监控，图8是变量表的内容，图9是程序内容。
（2）停止SINAMICS G150 ：
发送控制字047E至SINAMICS G150 ，使SINAMICS G150 停止运行。
（3）读取SINAMICS G150 状态字及速度实际值：
S7-300/400 接收SINAMICS G150 状态字1，存放在DB1.DBW30中；接收SINAMICS G150 传来的速度实际值，存放在DB1.DBW32中，参看图7，在变量表“SINAMICS G150 start_up”中能监控到SINAMICS G150 状态和速度实际值。
图7 数据块 DB1
图8 变量表
图9 控制程序
5 SINAMICS G150 参数的读取及写入
（1）扩展PROFIBUS DP功能（DPV1）
非周期性数据传送模式允许：
? 交换大量的用户数据（多240 bytes）
? DPV1支持DS47非周期数据交换
（2）参数请求及参数应答的结构
参数请求包括三部分：请求标题、参数地址及参数值，如表3所示。
表3 参数请求格式
参数应答格式，如表4所示，关于参数请求及应答描述，参考表5。
表4 参数应答格式
表5 参数请求及应答描述
在表6 中，是关于DPV1参数应答中的错误值描述。
表6 DPV1参数应答中的错误值描述
（3）S7-300/400 通过PROFIBUS DP非周期性通讯方式读取SINAMICS G150 参数
使用S7-300/400 PLC通过PROFIBUS DP非周期性通讯方式读取SINAMICS G150 参数，可以读一个参数下的多个索引值，或多个参数下的多个索引值。PLC读取SINAMICS G150 参数时必须使用两个功能块SFC58 / SFC59 ，程序参见图14。
例程文件名：“G150_DP读参数r945程序.rar” 链接：G150_DP2.rar
以读取一个参数下的一个索引值为例（读参数r945.0）：
a．使用标志位M10.0及功能SFC58块将读请求（数据块DB2如图10所示），发送至SINAMICS G150，将M10.0设定为数值1启动写请求，当写请求完成后必须将该请求置0，结束该请求。MW300（RET_VAL）显示错误代码，用于表示数据传输时发生的错误。在变量表G150_read（如图11所示）中，按照表3参数请求格式进行设定，在DB1.DBW6中设定945，在DB1.DBW8中设定0，表明读请求中要读取r945.0中的数值。
西门子现场总线
图10 “写”请求数据块DB2
图11 变量表G150_read内容
b．使用标志位M10.1及功能SFC59块将读应答发送至S7-300/400 ，SINAMICS G150 将参数值发送到DB3，图12是数据块DB3的内容。将M10.1设定为数值1启动读应答，当读应答完成后必须将M10.1该请求置0。MW400 (RET_VAL) 显示包括错误代码。在变量表G150_read1（如图13所示）中，能够读到相应读应答，DB3.DBW6中读到的是7861，表明此时参数r945.0=7861。
图12 响应数据块DB3
图13变量表G150_read1内容
图14 读取SINAMICS G150 参数程序
（4）S7-300/400通过PROFIBUS DP非周期性通讯方式写SINAMICS G150 参数
使用S7-300/400 PLC通过PROFIBUS DP非周期性通讯方式写SINAMICS G150 参数，可以写一个参数下的多个索引值，或多个参数下的多个索引值。写参数时只需使用SFC58 ，如果需要读取写参数响应时需使用SFC59，程序参见图18。
例程文件名：“G150_DP写参数P1120程序.rar” 链接：G150_DPP1120.rar
以写参数P1120 为例 ，加以说明。
a．使用标志位M10.2及SFC58 功能块将写请求（数据块DB4如图15所示）发送至SINAMICS G150，将M10.2设定为数值1启动写请求，当写请求完成后必须将该请求置0，结束该请求。MW500（RET_VAL）显示错误代码，用于表示数据传输时发生的错误。在变量表G150_write（如图16所示）中，按照表3中的参数请求格式进行设定，在DB4.DBW6中设定1120，在DB4.DBW8中设定0，表明将DB4.DBD12中的数值写入参数P1120.0中。
图15 写请求数据块DB4
图16变量表G150_write中的内容
b． 使用标志位M10.3及功能SFC59块将写应答发送到S7-300/400 数据块DB5中，数据块DB5的内容，参看图17，将M10.3设定为数值1启动读请求，当读请求完成后必须将M10.3置0。MW504 (RET_VAL) 显示错误代码。在变量表G150_write（如图16所示）中，能够读到相应写请求响应，DB5.DBB1中为02，表明写请求已相应，从SINAMICS G150 中读到参数P1120已经被更改，表明参数P1120已修改完成。
图17数据块DB5
图18 写SINAMICS G150 参数程序
1．PROFIBUS 网络介绍
现场总线PROFIBUS可以连接远程I/O站、仪表、主站（PLC站）等设备，通信服务分为DP、FDL、S7、FMS、PA（将服务类型进行转换），通信方式分为主－主、主－从通信。PROFIBUS网络分层参考表1：
表1 PROFIBUS网络层
| DP设备行规 | FMS设备行规 | PA设备行规 | ||
| 基本功能 | 基本功能 | |||
| 扩展功能 | 扩展功能 | |||
| DP用户接口 直接数据链路映象程序(DDLM) | 应用层接口 | DP用户接口 | ||
| （ALI) | 直接数据链路映象程序(DDLM) | |||
| 第7层 | 应用层 | 应用层 | ||
| （应用层） | S7 | 现场总线报文规范（FMS) | ||
| 第3～6层 | ||||
| 第2层（数据链路层） | 数据链路层 现场总线数据链路（FDL) | 数据链路层 现场总线数据链路（FDL) | 数据链路层 现场总线数据链路（FDL) | IEC接口 |
| 第1层 | 物理层 | 物理层 | 物理层 | IEC1158-2 |
| （物理层） | （RS485/光纤) | （RS485/光纤) | （RS485/光纤） |
PROFIBUS总线符合EIA RS485[8]标准，PROFIBUS RS485 的传输程序是以半双工、异步、无间隙同步为基础的。传输介质可以是光缆或屏蔽双绞线，电气传输每一个RS485传输段为32个站点和有源网络元件(RS485中间器，OLM等)，在总线的两端为终端电阻，结构如图1：
图1：PROFIBUS网络结构
西门子总线终端一般都配有终端电阻，PROFIBUS使用9针D型连接器，D型连接器插座连接总线站，D型连接器插头与总线电缆相连。总线终端和针脚定义如表2：
表2 总线终端管脚定义
| 针脚号 | 信号名称 | 设计含义 |
| 1 | SHIELD | 屏蔽或功能地 |
| 2 | M24 | 24V输出电压地（辅助电源） |
| 3 | RXD/TXD-P | 接收和发送数据－正 B线 |
| 4 | CNTR-P | 方向控制信号P |
| 5 | DGND | 数据基准电位（地） |
| 6 | VP | 供电电压－正 |
| 7 | P24 | 正24V输出电压（辅助电源） |
| 8 | RXD/TXD-N | 接收和发送数据－负 A线 |
| 9 | CNTR-N | 方向控制信号N |
PROFIBUS总线的传输输率从9.6Kbit/s ～12Mbit/s，总线长度与传输输率相关，总的规律是传输输率越高总线长度越短，越容易受到电磁干扰，基于传输输率的大段长度参考表3：
表3 PROFIBUS网络传输速率与距离的关系
| 波特率（K Bit/s） | 9.6~187.5 | 500 | 1500 | 3000~12000 |
| 总线长度（米） | 1000 | 400 | 200 | 100 |
总线终端的电阻与PROFIBUS总线相匹配，并配有轴向电感以消除电容性负载而引起的导线反射，选择普通的屏蔽双绞线不能保证总线的段长度。
如果需要扩展总线的长度或者PROFIBUS从站个数超过32个时，就要加入RS485中继器，例如扩展PROFIBUS长度的应用，实际PROFIBUS的长度为500米，而波特率要求达到1.5 MBIT/S，对照上表波特率为1.5MBIT/S使大的长度为200米，要扩展到500米，就需要加入两个RS485中继器，拓扑图如图2所示：
图2：PROFIBUS网络扩展
西门子RS485中继器具有信号放大和再生功能，在一条PROFIBUS总线上多可以安装9个RS485中继器，其他厂商的产品要查看其产品规范以确定安装个数。
一个PROFIBUS网段多可有32个站点，如果一条PROFIBUS网上超过32个站点，也需要用RS485中继器隔开，例如一条PROFIBUS总线上有80个站点，那么就需要两个RS485中继器分成3个网段。RS485中继器是一个有源的网络元件 ，本身也要算一个站点。除了以上两个功能，RS485中继器的还可以使网段之间相互电气隔离。
2．SIMOTION使用PROFIBUS 网络的通信功能
SIMOTION系统只能使用PROFIBUS-DP通信服务进行通信，PROFIBUS-DP采用主－从的通信方式，使用DP通信方式，一个PROFIBUS网络上只允许有一个1类主站，其它站点可以是2类主站（HMI或只接收从站信息的主站）或从站，只有1类主站可以对从站发送命令，主站以轮询的方式访问各个从站，所以PROFIBUS-DP具有很好的实时性。按照PROFIBUS-DP的规约，主从间大的通信量为244个字节输入和244个字节输出。SIMOTION 可以作为主站也可以作为从站。下面以SIMOTION 435为例，通信区为16个字节输入和16个字节输出，分别介绍作为主站、从站的配置。
3．D435作为从站
设置从站
打开SCOUT软件插入D435，点击D435使用右键进入硬件配置界面，点击X126接口新建一条PROFIBUS网络，然后设置站号、通信速率、PROFIBUS参数组（选择PROFIBUS-DP）等参数。本例中作为从站的SIMOTION站地址为2，通信速率为1.5M。在“Operating Mode”界面中选择“DP SLAVE”，其它参数保持缺省设置。在“Configuration”界面中设置通信接口区及开始地址，如图3所示：
图3：SIMOTION作为从站的通信接口设置界面
设置通信接口分别为16个字节输入和16个字节输出。
设置主站
在STEP7中打开与SIMOTION D435相同的项目，插入S7-300站，打开硬件配置，插入CPU例如CPU315-DP/PN，设置与SIMOTION 435使用相同的PROFIBUS网络，设置主站地址为4。在硬件选择窗口PROFIBUS-DP->Configured Stations中选择SIMOTION 从站并拖曳到主站网络上如图4所示：
图4：将SIMOTION从站拖曳到网络中
弹出的窗口中将显示所有已经配置的从站，选择与主站进行通信的从站进行连接，如图5所示，点击“Connect”键连接从站。
图5：连接SIMOTION从站
点击“configuration”按钮出现从站已经配置的通信接口区，点击“Edit”键为每一条从站通信数据区配置相应主站的通信数据区，配置规则，从站输入地址区对应主站输出地址区，从站输出地址区对应主站输人地址区，配置通信接口区如图6所示：
图6：配置通信接口区
点击确认键后，配置完成。通过PROFIBUS-DP通信不需要编写通信程序，双方数据通过输入、输出地址区直接对应，例如图6配置的主站、从站通信关系如下：
S7-300主站 QB0～QB15 ――――――SIMOTION从站 IB0～IB15。
S7-300主站 IB0～IB15 ――――――SIMOTION从站 QB0～QB15。
SIMOTION作为从站的示例程序参考附带文件“PROFIBUS-DP_SLAVE”.ZIP
4．D435作为主站
设置从站
打开STEP7软件插入一个站点例如S7-300站，点击“Hardware”进入硬件配置界面，插入CPU，例如CPU315-2 DP/PN，点击X1接口新建一条PROFIBUS网络，然后设置站号、通信速率、PROFIBUS参数组（选择PROFIBUS-DP）等参数。本例中作为从站的S7-300站地址为2，通信速率为1.5M。在“Operating Mode”界面中选择“DP SLAVE”，其它参数保持缺省设置。在“Configuration”界面中设置通信接口区及开始地址，如图7所示：
图7：S7-300作为从站的通信接口设置界面
设置通信接口分别为16个字节输入和16个字节输出。
设置主站
打开SCOUT软件插入D435，点击D435使用右键进入硬件配置界面，点击X126选择与从站相同的PROFIBUS网络，设置SIMOTION的站地址，本例中作为主站的SIMOTION站地址为4。在硬件选择窗口PROFIBUS-DP->Configured Stations中选择S7-300从站并拖曳到主站网络上如图8所示：
图8：将S7-300从站拖曳到网络中
弹出的窗口中将显示所有已经配置的从站，选择与主站进行通信的从站进行连接，如图9所示，点击“Connect”键连接从站。
图9：连接S7-300从站
点击“configuration”按钮出现从站已经配置的通信接口区，点击“Edit”键为每一条从站通信数据区配置相应主站的通信数据区，配置规则，从站输入地址区对应主站输出地址区，从站输出地址区对应主站输人地址区，配置通信接口区如图10所示：
图10：配置通信接口区
点击确认键后，配置完成。通过PROFIBUS-DP通信不需要编写通信程序，双方数据通过输入、输出地址区直接对应，例如图10配置的主站、从站通信关系如下：
SIMOTION主站 QB0～QB15 ――――――S7-300从站 IB0～IB15。
SIMOTION主站 IB0～IB15 ――――――S7-300从站 QB0～QB15。
SIMOTION作为从站的示例程序参考附带文件“PROFIBUS_MASTER”.ZIP
5．PROFIBUS站点诊断
主站通过PROFIBUS-DP轮询从站，如果主站故障，与所有从站的通信将终止，从站通信数据不更新；如果一个从站故障，主站还可以与其它从站进行通信。在PLC侧可以通过OB86、FC125/FB125(可以从西门子上下载)、SFC13等组织块、程序块对主站或从站进行诊断，可以查看PLC相关文档，在这里不作相信介绍。SIMOTION使用函数“_getStateOfSingleDpSlave”或“_getStateOfAllDpSlaves”对一个站点或多个站点进行诊断。以调用函数“_getStateOfSingleDpSlave”为例介绍PROFIBUS-DP站点的诊断功能。函数调用如图11所示，函数参数如下：
图11 PROFIBUS-DP诊断函数
logicalDiagnosticAddress：
输入参数，数据类型 DINT，PROFIBUS-DP站点诊断地址，本例中S7-300PLC作为从站，诊断地址为16378。
ReqGetStateOfSingleDPSlaveStateMode:
输入参数，枚举数据类型，函数调用请求格式，枚举元素如表4所示：
表4：函数请求
| REQUEST_TRUE (0) | 开始执行 |
| REQUEST_FALSE (1) | 查询REQUEST_TRUE状态 |
| REQUEST_ABORT (2) | 终止函数执行 |
NextCommand:
输入参数，枚举数据类型，下一个命令执行的时机，枚举元素如表5所示：
表5：NEXTCOMMAND元素
| IMMEDIATELY (60) | 下一个命令与此命令同时执行 |
| WHEN_COMMAND_DONE (160) | 执本命令后执行下一个命令 |
| ABORT_CURRENT_COMMAND (260) | 立刻终止当前命令 |
本例中选择：“WHEN_COMMAND_DONE”。
commandid:
输入参数，“CommandIdType”数据类型，用户定义，可以跟踪命令执行的状态。本例中选择一个临时变量，没有赋值。
StructRetGetStateOfSingleDpSlave:
输出参数，结构数据类型，结构元素如表6所示：
表6：输出结构体
| 结构元素 | 名称 | 数据类型 |
| functionResult | 函数调用返回值 | DINT |
| ActualStateOfSingleDpSlave | PROFIBUS-DP单站状态 | 枚举 |
“ActualStateOfSingleDpSlave”单站状态为枚举数据类型，枚举元素如表7所示：
表7：输出站点状态
| INACTIVE (0) | 从站被用户程序去使能。 |
| IN_OPERATION (1) | 与从站正在进行数据交换。 |
| DATA_EXCHANGE_INACTIVE (2) | 与从站没有进行数据交换。 |
| NOT_PRESENT (3) | 从站丢失。 |
本例中将从站输出状态存储于全局变量RET1中，通过编程可以判断从站的状态，调试状态下可以通过“SYMBOL BROWSER”监控从站状态，如图12所示：
图12 在SYMBOL BROWSER监控从站状态。
从站诊断的示例程序参考附带文件“PROFIBUS_MASTER”.ZIP
