基于CP5611板卡的DP总线监控设计论文.doc
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基于CP5611板卡的DP总线监控设计论文.doc
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南阳理工学院
本科生毕业设计(论文)
学院(系):
电子与电气工程学院
专业:
自动化
学生:
指导教师:
完成日期2012年5月
南阳理工学院本科生毕业设计(论文)
基于CP5611板卡的DP总线监控设计
MonitoringdesignbasedonthetheCP5611boardDPbus
总计:
34页
表格:
2个
插图:
21幅
南阳理工学院本科毕业设计论文
基于CP5611板卡的DP总线监控设计
MonitoringDesignBasedOnTheCP5611BoardOfDPBus
学院(系):
电子与电气工程系
专业:
自动化
学生姓名:
学号:
10409102003
指导教师(职称):
)
评阅教师:
完成日期:
南阳理工学院
NanyangInstituteofTechnology
基于CP5611板卡的DP总线监控设计
基于CP5611板卡的DP总线监控设计
自动化专业
[摘要]本设计将插有CP5611板卡的计算机做主站,S7-300PLC(CPU315-2DP)做从站,组建两个节点的Profibus-DP现场总线网络。
同时用WinCC设计PLC控制站的监控画面。
计算机还能通过DP总线口对PLC进行Step7编程。
计算机WinCC界面上能够设置控制参数,监控控制过程曲线等。
监控的过程为一小型模拟不锈钢锅炉的加热过程,用FB41PID模块+FB43PWM模块进行温度PID调节。
[关键词]Profibus-DP;CP5611;西门子S7-300;WinCC;PID
MonitoringDesignBasedOnTheCP5611BoardOfDPBus
AutomationSpecialityGUONing-ning
Abstract:
thecomputerwhichhasCP5611boardiscalledasmasterinthisdesign.S7-300PLC(CPU-2DP)isslave.weconstructaProfibus-DPnetworkwithtwonodes.Atthesametime,wecanmonitorthescreenofslavebyWinCC.ThecomputeralsoprogramPLCwithStep7byDPbus.WecansetupsomeparametersintheWinCCscreenandmonitorthecoursecurveandsoon.Themonitoringcourseisaboutasmallstainlesssteelboilerthathotted.ThetemperatureisregulatedbyFB41PIDmoduleandFB43PWMmodulewithPID.
Keywords:
Profibus-DP;CP5611;S7-300;WinCC;PID
目录
1引言 1
2Profibus及Profibus-DP的简介 1
2.1Profibus的简介 1
2.2Profibus-DP的相关知识 2
2.3CP5611板卡简介 3
2.4网络组建 3
3温度监控系统的硬件设计 4
3.1温度监控系统的设计思想 4
3.2硬件介绍 4
3.2.1西门子S7-300即SM321、SM322和SM334模块 4
4温度监控系统的软件设计 7
4.1Step7软件的简介及设置要点 7
4.2WinCC简介及设置要点 9
4.3PID的控制原理 13
5锅炉温度控程序设计及监控结果 14
5.1程序简介 14
5.2监控图像及简要分析 17
结束语 19
参考文献 20
附录一 21
致谢 34
33
1引言
现场总线是自动化领域的技术潮流,Profibus-DP是应用最广泛的现场总线。
本题目设计和组态现场总线,并在WinCC中对PLC控制站的控制情况进行监控。
通过本题目的设计,提高自己的自动化工程设计能力,使自己有能力进入自动化行业发展。
由于现实条件的限制,此次设计运用实验室已具备的一些条件进行和完成。
早在20世纪80年代中期,国外就提出了现场总线,但研究进展缓慢,且没有国际标准可以遵循。
1986年德国开始制定过程现场总线(Profibus)的标准[1]。
由此拉开了现场总线标准的制定和产品开发的序幕。
在现有的各种现场总线标准中,Profibus总线是一种比较流行的现场总线标准,用于设备级控制系统与分散式I/O通信的Profibus-DP是市场占有率绝对领先的总线技术。
欧洲市场占有率达到40%,广泛应用于加工自动化、楼宇智能化、过程自动化、发电与输配电及各种生产线等。
目前,我国对于Profibus-DP的应用和研究主要以西门子等公司的成套设备为主,而自主研究开发通信接口的却比较少。
如何为仪表或电气设备开发Profibus-DP通信接口,使国产设备能连接到Profibus总线中,以推动我国仪表业的智能化进程和现场总线在我国的应用就显得尤为重要。
总体来说,我国的发展起步晚,与国际水平有不小的差距。
2Profibus及Profibus-DP的简介
2.1Profibus的简介
Profibus是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准,Profibus的传输速度可在9.6kbit/s-12mbit/s范围内选择,且当总线系统启动时,所有连接到总线上的装置应被设成相同的速度[2]。
广泛用于制造业的自动化、流程工业的自动化和楼宇、交通、电力和其他领域得自动化。
具体来说,它是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信和控制的现场总线技术。
可实现现场设备层到车间级监控的数字控制盒现场通信网络,从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了现行的解决方案。
与其它现场总线系统相比,Profibus的最大优点在于具有稳定的国际标准EN50170作保证,并经实际应用验证具有普遍性。
Profibus是一种多主站系统,可以实现多个控制、配置或可视化系统在一跳总线上相互操作[3]。
拥有访问权(令牌)的主站无需外部请求就可以发送数据。
而从站是一种被动设备,不享有总线访问权,从站只能对接收到的消息进行确认或者在主站请求时进行发送。
总线上最多可接126个设备Profibus也支持广播和多点通讯。
Profibus有三个兼容部分组成,即Profibus-DP、Profibus-PA、Profibus-FMS。
主要使用主-从方式,通常周期性地与传动装置进行数据交换。
Profibus-DP是一种高速低成本通信,用于设备级控制系统和分散式I/O的通信,使用Profibus-DP可取代24VDC和4-20mA信号传输。
Profibus-PA专为过程自动化设计,可使传感器和执行机构联在在一根总线上,并有本征安全规范。
Profibus-FMS用于车间级监控网络,是一个令牌结构、实时多主网络[4]。
Profibus的协议标准是根据ISO7498的国际标准,以开放式系统互联网络作为参考模型的,第一层定义了物理的的传输性,第二层定义了总线存取协议,第七层定义了应用功能,3-6层未用[5]。
Profibus的协议结构如图1所示。
图1Profibus的协议结构
2.2Profibus-DP的相关知识
Profibus-DP的DP即decentralizedperiphery。
它具有高速低成本,用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。
主要用于现场层的高速数据传送,主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。
总线循环时间必须要比主站(PLC)程序循环时间短。
除周期性用户数据传输外,Profibus-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态.诊断和报警处理。
Profibus-DP的传输介质是RS-485双绞线、双线电缆或者光纤。
波特率从9.6kbit/s到12mbit/s。
一些主要参数如表1所示。
表1电缆的主要参数
在总线存取方面,各主站间令牌传送,主站与从站间为主-从传送,支持单主或者多主系统,总线上最多站点数为126个,其理论地址范围为0-127,最多可用32个主站,多主情况下,总的站数可达132个。
每个DP从站的输入和输出数据最大为244字节。
Profibus-DP的传输距离与速率的对应关系如表2所示。
表2传输距离与波特率的关系
2.3CP5611板卡简介
CP5611卡是上位机(电脑的台式机)与下位机(PLC)进行MPI或是DP通讯的硬件设备,是Profibus-DP通讯卡,安装在上位机上,用于上位机和PLC通过Profibus-DP协议通讯。
主要的功能是为了实现上下位机的通讯与在线监控,兼容PCI标准,普通的PCI插槽是乳白色的。
CP5611板卡使用时需要安装驱动,不过,没有专用的驱动程序,如果电脑上安装有西门编程软件,则不需要安装驱动程序。
价格相对昂贵。
2.4网络组建
基于主站-从站(主站控制从站)控制方式和反馈调节的原理,组建两节点的现场总线网络。
因为是基于Profibus(DP)协议,主站上装有CP5611板卡以采集和交换数据。
作用相当于一通讯处理模块。
通讯线是是Profibus-DP协议下的专用电缆,物理层是RS-485。
在S7-300处于运行状态时,其以扫描的方式接受来自主站的数据,并存入相应的输入缓冲区。
输入缓冲区的每一位对应一个数字量输出点,PLC(315-2CPU)对输入点采样,并将采样值存入输入映像寄存器中(I)。
设计中组建的DP网络框图如图2所示。
图2Profibus-DP单主单从系统
3温度监控系统的硬件设计
3.1温度监控系统的设计思想
监控对象为一小型模拟不锈钢锅炉的加热,加热过程由西门子S7-300进行PID控制,并且在WinCC中进行相关组态,对加热过程监控。
具体来说,装有WinCC软件和CP5611板卡的计算机作为主站,西门子S7-300作为从站,二者之间由专用的电缆通信(基于Profibus-DP协议)。
由热电偶(K)测温并将其转换为相应的电流,经温度变送器(AI81
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