通过PRPFIBUS-DP实现带集成DP接口CPU之间的主从通信

一．PROFIBUS 简介

1. PROFIBUS 基本性质

PROFIBUS规定了串行现场总线系统的技术和功能特性。通过这个系统，从底层（传感器、执行器级）到中层（单元级）的分布式、数字现场可编程控制器都可以连网。PROFIBUS区分为主站和从站。

> 主站 主站掌握总线中数据流的控制权。只要它拥有访问总线权（令牌），主站就可在没有外部请求的情况下发送信息。在PROFIBUS协议中，主站也被称作主动节点。
> 从站 从站是简单的输入、输出设备。典型的从站为传感器，执行器以及变频器。从站也可为智能从站，如S7300／400带集成口的CPU等。从站不 会拥有总线访问的授权。从站只能确认收到的信息或者在主站的请求下发送信息。从站也被称作被动节点。
> 传输方法 符合美国标准EIA RS485的闭合电路传输，是制造工程、建筑服务管理 系统和动力工程的基本标准。它采用铜导体的双绞线，也可用光纤。
> 传输速度 PROFIBUS总线的传输速率从9.6Kbit/s—12Ｍbit/s。

网段总线长度与传输速率的关系  西门子原装200SMART模块SR20CPU

传输速率/(Kbit/s)	9.6—187.5	500	1500	3000--12000
总线长度/m	1000	400	200	100

> 最大节点数 127（地址0－126）

2． ROFIBUS现场应用类型

PROFIBUS提供了三种通信协议类型：FMS，DP和PA
> PROFIBUS－FMS： 用于现场通用通信任务的FMS接口（DIN 19245 T.2）
> PROFIBUS－DP： 用于与分布式I/O进行高速通讯
> PROFIBUS－PA： 用于执行规定现场设备特性的PA设备，它使用扩展的PROFIBUS－DP协议进行数据传输。

3． 利用PROFIBUS DP进行的通信

PROFIBUS－DP是为了实现在传感器－执行器级快速数据交换而设计的。中央控制装置（例如可编程控制器）在这里通过一种快速的串行接口与分布式输入和输出设备通信。与这些装置的通信一般是循环发生的。
中央控制器（主站）从从站读取输入信息并将输出信息写到从站。
单主站或者多主站系统可以由PROFIBUS－DP来实现。这使得系统配置异常方便。一条总线最多可以连接126个设备（主站或从站）。

> 系统配置

系统配置的规范包含一系列的站点，I/O地址的分配， 输入输出数据的完整性，诊断信息的格式以及总线参数。

> 设备类型

DP1类主站            这是一种在给定的信息循环中与分布式站点（DP从站）交换信息                                的中央控制器。

典型的设备有：   可编程控制器（PLC），微机数值控制（CNC）或计算机（PC）                                等。

DP2类主站           属于这一类的装置包括编程器，组态装置和诊断装置，例如上位                               机。这些设备在DP系统初始化时用来生成系统配置。

DP从站                 一台DP从站是一种对过程读和写信息的输入、输出装置（传感器/                               执行器），例如分布式I/O,ET200，变频器等。

 

二．通过PROFIBUS－DP实现两CPU集成DP接口之间的主从通信

PROFIBUS－DP从站不仅仅是ET200系列的远程I/O站，当然也可以是一些智能从站，如带集成DP接口和PROFIBUS 通信模块的S7 300站，S7400站（V3.0以上）都可以作为DP的从站。下面我们将以两个CPU315-2DP CPU之间主从通信为例介绍连接智能从站的组态方法。

1． 硬件和软件需求

硬件：
PROFIBUS-DP主站 S7－300 CPU315-2DP(6ES7 315-2AG10-0AB0)，SM374
PROFIBUS-DP从站 S7－300 CPU315-2DP(6ES7 315-2AG10-0AB0)；SM374
PROFIBUS电缆及接头
CP5512（PCMCIA卡，用于笔记本电脑）或PC适配器，CP5611（PC机）

软件：

STEP7 V5.3 SP2

2． 网络组态及参数设置

1) 新建项目：
在STEP7中创建一个新项目，然后选择Insert ® Station ® Simatic 300 station，插入两个S7 300站，这里命名为Simatic 300(master)和 Simatic 300(slave)。当然也可完成一个站的配置后，再建另一个。如图1。

图1 在STEP7 硬件组态中插入两个S7 300站

2) 组态从站：在两CPU主从通信组态配置是，原则上要先组态从站。

> 硬件组态
双击Simatic 300(slave)“Hardware”，进入硬件组态窗口，在功能按钮栏中点击“Catalog”图标打开硬件目录，按硬件安装次序和订货号依次插入机架、电源、CPU和SM374等进行硬件组态。
插入CPU时会同时弹出PROFIBUS接口组态窗口。也可以插入CPU后，双击DP(X2)插槽，打开DP属性窗口点击属性按钮进入PROFIBUS接口组态窗口。点击“NEW”按钮新建PROFIBUS网络，分配 PROFIBUS站地址，本例设为3号站。点击“Propertives”按钮组态网络属性，选择“Network Setting”进行网络参数设置，如波特率、行规。本例传输速率为1.5Mbit/s，行规为DP。如图2。

图2 Profibus DP 网络参数设置

确认上述设置后，PROFIBUS接口状态如图3。

图3 Profibus 接口状态

> DP 模式选择  西门子原装200SMART模块SR20CPU

同样在DP属性设置对话框中，选择“Operating Mode”标签，激活“DP slave”操作模式。如果“Test,commissioning,routing”选项被激活，则意味着这个接口既可以作为DP从站，同时还可以通过这个接口监控程序。也可以用STEP7 F1帮助功能查看详细信息。

图4 DP 模式选择

> 定义从站通信接口区

选择“Configuration”标签，打开I/O通信接口区属性设置窗口，点击“New”按钮新建一行通信接口区，如图5可以看到当前组态模式为主从（MS，Master-slave configuration）。注意此时只能对本地（从站）进行通信数据区的配置。

Address type:    选择“Input”对应输入区，“Output”对应输出区。
Address:           设置通信数据区的起地址。
Length:             设置通信区域的大小，最多32字节。
Unit:                  选择是按字节（byte）还是按字（word）来通信。
Consistency:    选择“Unit”是按在“Unit”中定义的数据格式发送，即按字节或字发送；                          若选择“All”表示是打包发送，每包最多32字节。此时通信数据大于4个                          字节时，应用SFC14，SFC15。

 

设置完成后点击“Apply”按钮确认。同样可根据实际通信数据建立若干行，但最大不能超过244字节。在本例中分别创建一个输入区和一个输出区，长度为4字节，设置完成后可在“Configuration”窗口中看到这两个通信接口区。如图6。

图5 通信接口区设置

 

图6 设置完成后的从站通信区

> 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。

图7 从站的编译存盘

3) 组态主站

> 完成从站  西门子原装200SMART模块SR20CPU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，如图8。本例中地址设为2，并选择与从站相同的PROFIBUS网络（PROFIBUS1）。波特率以及行规与从站应设置相同。（1.5Mbit/s；DP）。
> 然后在DP属性设置对话框中，选择“Operating Mode”标签，选择“DP Master”操作模式。如图9所示。

图8 主站DP接口参数设置

 

图9 DP接口为主站

> 连接从站：在硬件组态（HW Config）窗口中，打开硬件目录，选择“ PROFIBUS DP ® Configured Stations”文件夹，将CPU31x拖拽到主站系统DP接口的PROFIBUS总线上，这时会同时弹出DP从站连接属性对话框，选择所要连接的从站后，点击“Connect”按钮确认。如图10。
注：如果有多个从站存在时，要一一连接。

图10 连接从站

> 通信接口区：连接完成后，点击西门子原装200SMART模块SR20CPU“Configuration”标签，设置主站的通信接口区从站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，如图11所示。图12为设置完成I/O通信区。

图11 通信数据区设置

 

图12 通信数据区

确认上述设置西门子原装200SMART模块SR20CPU后，在硬件组态（HW Config）中，选择编译存盘按钮，编译无误后即完成主从通信组态配置。