西门子PLC6ES7211-1AE40-0XB0

西门子PLC6ES7211-1AE40-0XB0

6ES7211-1AE40-0XB0 SIMATIC S7-1200，CPU 1211C， 紧凑型 CPU，DC/DC/DC， 机载 I/O： 6 个 24V DC 数字输入；4 个 24V DC 数字输出； 2 AI 0-10V DC， 电源：直流 20.4-28.8V DC， 程序存储器/数据存储器 50 KB

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 实际的站地址一致，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，核对报文结构是否一致，图4是STARTER软件中报文的设置，若不一致需在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
**，发送的较大值为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（较多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。

1．S7-400中多CPU环境的注意事项

在共用K总线和P总线不分段的子机架UR1或UR2上运行

? 所有在一个公用外设总线(P)和通讯(K)总线上操作的CPU运行状态(CPU运行系统性能)都将自动同步。
? 一个复杂的大任务可以拆开到较多4个CPU上来计算。
? 通过简单插入CPU实现性能的按比例升级是可能的。
? 增加系统资源(内存，标准区，计数器...)。 但输入/输出点数不会增加。
? 可以把时间临界和非时间临界过程区域分离开来 (即：一个快速闭环控制器的快速制)。
? 多CPU可以共用一个CP模板和外部通讯。I/O 模板只能*一个CPU。 其中一个停止，其它CPU也将停止。
? 以下订货号的S7-CPU支持多CPU操作模式：
6ES7412-1XF01-0AB0
6ES7413-1XG01-0AB0
6ES7413-2XG01-0AB0
6ES7414-1XG01-0AB0
6ES7414-2XG01-0AB0
6ES7414-2XJ00-0AB0 版本 3 以上
6ES7416-1XJ01-0AB0
6ES7416-2XK00-0AB0 版本 3 以上
6ES7416-2XL00-0AB0 版本 3 以上
? M7-CPU 486-3 Pentium 75 MHz (原为：CPU 488-4)和488-3 Pentium 120 MHz (原为：CPU 488-5)目前不支持多CPU操作。

在分段子机架CR2上的运行

? 分段子机架包含有两个独立的P总线，其中10个插槽在分段1中，8个插槽在分段2。
? 每个外围总线分段使用一个CPU，I/O模块分配到本地的CPU上。CPU各自独立运行，没有运行状态的同步。
? 公共通讯总线允许子单元间进行通讯而不需要附加硬件。
? 因此，2 个单独的控制器可以组态到一个CR中。这样可以在柜子中节省空间。
? 成本上很节约，因为仅需一个子机架和一个电源供应单元。
? S7-400 和M7-400 CPU都可以没有任何的限制地使用，也就是说，甚至可以将S7 和M7 CPU一起放在CR2中。(警告：要把M7-CPU 486-3 与 488-3 一起在CR2中运行，只能使用M7-SYS V2.0 和 STEP7 基本软件 V3.1。原来的CPU 488-4 与 488-5 不能够在CR2中运行)。

2．测试环境

2.1 硬件
CPU416-3 和 CPU412-2

2.2 软件
Windows XP professional SP2
STEP7 V5.3 SP3
进行BSEND,BREV 和USEND ，UREV通讯

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3. 硬件组态

 

分别设定CPU不同的MPI地址，可以通过底板K总线从一个CPU对多个CPU编程

 

创建一个S7连接

 

接口为PLC internal，从底板K总线通讯。

 

创建2个连接，因为要测试2种通讯方式，存盘编译无错误退出。BSEBD,BRCV(SFB12,SFB13)和USEND,URCV(SFB8,SFB9).
BSEND可以传输64K，带效验速度慢。USEND可以传输440字节，不效验速度快。

 

分别下载CPU的block下System data

 

4. 软件编程
从标准系统库拷贝标准系统块，粘贴到自己的项目中

 

在菜单PLC－Monitor/Modify Variables下进行测试
可以使用强制变量和监视功能

       20世纪60年代以来，计算机网络得到了飞速发展。各大厂商和标准组织为了在数据通信网络领域占据主导地位，纷纷推出了各自的网络架构体系和标准，如IBM公司的SNA协议，Novell公司的IPX/SPX协议，以及广泛流行的OSI参考模型和TCP/IP协议。同时，各大厂商根据这些协议生产出了不同的硬件和软件。标准组织和厂商的共同努力促进了网络技术的快速发展和网络设备种类的迅速增长。

        网络通信中，“协议”和“标准”这两个词汇常常可以混用。同时，协议或标准本身又常常具有层次的特点。一般地，关注于逻辑数据关系的协议通常被称为上层协议，而关注于物理数据流的协议通常被称为低层协议。IEEE 802就是一套用来管理物理数据流在局域网中传输的标准，包括在局域网中传输物理数据的802.3以太网标准。还有一些用来管理物理数据流在使用串行介质的广域网中传输的标准，如帧中继FR（Frame Relay），高级数据链路控制HDLC（High-Level Data Link Control），异步传输模式ATM（Asynchronous Transfer Mode）。

       不同的协议栈用于定义和管理不同网络的数据转发规则。

       国际标准化组织ISO于1984年提出了OSI RM（Open System Interconnection Reference Model，开放系统互连参考模型）。

       OSI模型的设计目的是成为一个开放网络互联模型，来克服使用众多网络模型所带来的互联困难和低效性；OSI参考模型很快成为计算机网络通信的基础模型。在设计时遵循了以下原则：

• 各个层之间有清晰的边界，便于理解；

• 每个层实现特定的功能，且相互不影响；

• 每个层是服务者又是被服务者，即为上一层服务，又被下一层服务；

• 层次的划分有利于国际标准协议的制定；

• 层次的数目应该足够多，以避免各个层功能重复。

• OSI参考模型具有以下优点：

• 简化了相关的网络操作；

• 提供即插即用的兼容性和不同厂商之间的标准接口；

• 使各个厂商能够设计出互操作的网络设备，加快数据通信网络发展；

• 防止一个区域网络的变化影响另一个区域的网络，因此，每一个区域的网络都能单独快速升级；

• 把复杂的网络问题分解为小的简单问题，易于学习和操作。

       OSI七层模型中，给每一个对等层数据起一个统一的名字为：   协议数据单元（PDU，Protocol Data Unit）。相应地：

            应用层数据称为应用层协议数据单元（APDU，Application Protocol Data Unit），

            表示层数据称为表示层协议数据单元（PPDU，Presentation Protocol Data Unit），

            会话层数据称为会话层协议数据单元（SPDU，Session Protocol Data Unit）。

            传输层数据称为段（Segment），

            网络层数据称为数据包（Packet），

            数据链路层称为帧（Frame），

            物理层数据称为比特流（Bit）。

       封装（Encapsulation）是指网络节点（Node）将要传送的数据用特定的协议头打包，来传送数据，同样在某些层进行数据处理时，也会在数据尾部加上报文，这时候也称为封装。OSI七层模型的每一层都对数据进行封装，以保证数据能够正确无误的到达目的地，被终端主机接受、执行。

     数据到达目的地后需要进行解封装。解封装与封装的过程恰好相反。

     OSI的对等层之间的通信是每一层利用下一层提供的服务与对等层通信。

1、物理层

       物理层涉及到在通信信道（channel）上传输的原始比特流，是OSI参考模型的基础，它实现传输数据所需要的机械、电气功能特性。它不关心每一bit流（0,1）所代表的含义（ 如代表地址还是应用数据），只关注如何把bit流通过不同物理链路传输至对端。典型的象中继器、集线器（hub）就属于物理层设备。

 2、数据链路层

        数据链路层主要任务是提供对物理层的控制，检测并纠正可能出现的错误，使之对网络层显现一条无错线路，并且进行流量调控。

 3、网络层

       网络层检查网络拓扑，以决定传输报文的较佳路由，转发数据包。其关键问题是确定数据包从源端到目的端如何选择路由。网络层设备通过运行路由协议（Routing Protocol）来计算到目的地的较佳路由，找到数据包应该转发的下一个网络设备，然后利用网络层协议封装数据包，利用下层提供的服务把数据发送到下一个网络设备。

 4、传输层

       传输层位于OSI参考模型*四层，较终目标是向用户（一般指应用层的进程），提供有效、可靠的服务。

5、在会话层

        在会话层及以上的高层次中，数据传送的单位不再另外命名，统称为报文。会话层不参与具体的传输，它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。如服务器验证用户登录便是由会话层完成的。

6、表示层

       表示层主要解决用户信息的语法表示问题。它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法，转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。即提供格式化的表示和转换数据服务。数据的压缩和解压缩，加密和解密等工作都由表示层负责。

7、应用层

        应用层为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。

        OSI参考模型的建立是网络技术发展的一个里程碑，它为网络的标准化提供了一致的框架和前景。但由于OSI参考模型的庞大，所以在建立网络时，并没有完全依赖OSI参考模型。事实上，基于TCP/IP协议的Internet网络有着自己的网络体系结构—TCP/IP网络体系结构。这种体系结构，目前已经成为事实上的网络标准。

       TCP/IP协议体系结构与OSI参考模型类似，也为分层体系结构，但比OSI参考模型的层数要少，一般指的四层结构，从低到高，依次为数据链路层、网络层、传输层和应用层，

1、数据链路层

       数据链路层在TCP/IP协议结构的较底层。该层中的协议提供了一种数据传送的方法，使得系统可以通过直接的物理连接的网络，将数据传送到其他设备，并定义了如何利用网络来传送IP数据报。TCP/IP网络接口层一般包括OSI参考模型的物理层和数据链路层的全部功能，因此这一层的协议很多，包括各种局域网、广域网的各种物理网络的标准。

2、网络层

       网络层在网络接口的上一层。网络层协议IP是TCP/IP的核心协议，也是网络层中较重要的协议。IP可提供基本的分组传输服务，这是构造TCP/IP的基础。网络层上、下层中的所有协议都使用IP协议传送数据；所有的TCP/IP数据，无论是进来的还是出去的，都流经IP，并与它的较终目的地无关。另外，网络层还有两个协议，地址转换协议（ARP）和网间控制报文协议（ICMP），其中ICMP协议具有测试网络链路和检测网络故障的功能，是IP协议不可分割的一部份。

3、传输层

       传输层在网络层的上一层，又称主机到主机传输层。传输层有两个重要的协议是传输控制协议TCP和用户数据报文协议UDP，用以提供端到端的数据传输服务，即从一个应用程序到另一个应用程序之间的信息传递。TCP利用端到端的错误检测与纠正功能，提供可靠的数据传输服务。而UDP则提供低开销、无链接的数据报文传输服务。

4、应用层

       TCP/IP协议体系结构的**层是协议较多的一层。应用层的协议大多数都为用户提供直接的服务，而且还在不断地增加新的服务。

       常见的应用层协议有：

• Telnet网络终端协议；

• FTP文件传输协议；

• SMTP简单邮件传输协议；

• POP邮件接收协议；

• HTTP**文本传输协议；

• DNS域名服务等。

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