現(xiàn)場總線技術(shù)與實(shí)訓(xùn)電子教案第5章

1、第5章 INTERBUS現(xiàn)場總線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)5.1 自動(dòng)化系統(tǒng)概述5.2 控制技術(shù)5.3 軟件介紹5.4 INTERBUS控制系統(tǒng)實(shí)例5.1 自動(dòng)化系統(tǒng)概述5.1.1自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成提高生產(chǎn)效率是制造企業(yè)提升企業(yè)競爭力的關(guān)鍵，如何提高生產(chǎn)率，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)有何要求一直是制造業(yè)考慮的關(guān)鍵問題，Phonix Contact公司針對(duì)這一現(xiàn)象，提出了一種基于開放性通信平臺(tái)的模塊化自動(dòng)控制系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)已經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，其先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性已經(jīng)得到了實(shí)踐的證明。事實(shí)表明將這種技術(shù)應(yīng)用于汽車制造業(yè)，可減少25%的廠房面積、70%系統(tǒng)部件的庫存量和90%的安裝調(diào)試時(shí)間，使生產(chǎn)率和

2、經(jīng)濟(jì)效益得到顯著的提高。下一頁返回5.1 自動(dòng)化系統(tǒng)概述模塊化自動(dòng)控制系統(tǒng)將現(xiàn)代通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了開放性、模塊化和基于國際標(biāo)準(zhǔn)的全方位控制系統(tǒng)。它包含了具有IEC61158國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線技術(shù)INTERBUS，基于PC技術(shù)的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)與工業(yè)以太網(wǎng)連成一體，通過開放的OPC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)與企業(yè)管理之間的數(shù)據(jù)傳輸接口。該系統(tǒng)提供了一個(gè)開放式的通信平臺(tái)，可滿足自動(dòng)控制系統(tǒng)所需要的所有通信要求，同時(shí)模塊化自動(dòng)控制系統(tǒng)具有強(qiáng)大的繼承能力，除了INTERBUS現(xiàn)場總線以外，其他的總線系統(tǒng)也能和以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，各種不同生產(chǎn)廠生產(chǎn)的模塊也可以通過開放的

3、接口、智能化的軟件工具集成為無縫的一體。上一頁下一頁返回5.1 自動(dòng)化系統(tǒng)概述模塊化自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了二維(垂直和橫向)的數(shù)據(jù)通信，提供了具有國際標(biāo)準(zhǔn)的高效率開放式模塊化自動(dòng)控制解決方案。模塊化自動(dòng)控制系統(tǒng)由6部分組成:I/O系統(tǒng)控制系統(tǒng);驅(qū)動(dòng);網(wǎng)絡(luò);操作與監(jiān)控(HMI ) ;控制軟件。5. 1. 2 INTERBUS的命名規(guī)則對(duì)INTERBUS總線系統(tǒng)而言，存在一整套的命名規(guī)則，其結(jié)構(gòu)為IBS表示INTERBUS(遠(yuǎn)程總線設(shè)備);IB表示INTERBUS(本地總線設(shè)備)上一頁返回5.2 控制技術(shù)5. 2. 1控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是以PC與Windows為基礎(chǔ)的控制器平臺(tái)，包括嵌入式PLC ,插槽

4、式PLC以及軟PLC，采用以太網(wǎng)的接口以及IEC61131的編程語言。Phpenix Contact公司提供了200系列、300系列以及400系列的控制器，以適應(yīng)低、中、高檔控制要求?？刂破鳟a(chǎn)品系列見表5-1。所有的控制系統(tǒng)均采用PC WORX軟件進(jìn)行編程，ILC 200 IB是一種智能式小型主/從式控制器，它既可以獨(dú)立工作，也可以作為INTERBUS總線的一個(gè)從站工作。這樣構(gòu)成的控制系統(tǒng)是一個(gè)現(xiàn)代化分散型控制系統(tǒng)，通過與不同的總線藕合器(INTERBUS , Profibus , Devi-ceNet, Ethernet, CANopen)相連接，ILC 200 UNI的性能等同于ILC 2

5、00 IB，能應(yīng)用于相應(yīng)的現(xiàn)場總線中，同時(shí)也將Inline站應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線中。下一頁返回5.2 控制技術(shù)FC板可插入PC中，直接與INTERBUS現(xiàn)場總線連接，并按照所編寫的應(yīng)用程序來執(zhí)行控制任務(wù)，這樣PC就可以將監(jiān)控和控制任務(wù)分開了，減輕了PC中的CPU的負(fù)擔(dān)，也提高了可靠性。FC板可用在帶有ISA或PCI的PC上，如FC200 PC-IB和FC350 PCI-ETH。ILC350ETH的控制性能介于ILC200IB和RFC430ETH-IB之間，它是獨(dú)立的INTERBUS主站。ILC350PN是Phoenix Contact公司推出的Profinet I/O控制器。它不僅可以作為IN

6、TE R-BUS的主站，也可以作為Profinet I/0控制器被連接至Profinet網(wǎng)絡(luò)中，如圖5-1所示。上一頁下一頁返回5.2 控制技術(shù)ILC370ETH 2TX-IB是一款高性能的Inline控制器，比ILC350ETH控制器具有更高的數(shù)據(jù)處理速度、更多的程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，可滿足不斷提高的控制性能需求，ILC370ETH2TX-IB是INTERBUS主/從站，通過集成的以太網(wǎng)接口，控制器可使用符合IEC61131指令的開發(fā)工具PC WORX進(jìn)行設(shè)置和編程，數(shù)據(jù)可通過OPC標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行交換，并可實(shí)現(xiàn)控制器之間的通信。開放的TCP/IP通信模塊可用于與任何支持TCP/IP協(xié)議的設(shè)備或系

7、統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，該Inline控制器還可以通過INTERBUS總線接口實(shí)現(xiàn)與其他控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)同步RFC控制器是一種高性能的獨(dú)立式控制器，可安裝在標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上，通過以太網(wǎng)接口，它可以在任何地方完成編程、調(diào)試、診斷、監(jiān)控等工作，采用OPC-SERVER的技術(shù)，使得RFC控制器可以方便地與任何監(jiān)控軟件相連接。RFC 430 /450ETH-IB可作為ILC200IB以及ILC370ETH2TX-IB的主站，實(shí)現(xiàn)控制的分散化。上一頁下一頁返回5.2 控制技術(shù)控制面板CP3XXETH將控制系統(tǒng)、操作面板以及INTERBUS和Ethernet有機(jī)地結(jié)合在一個(gè)設(shè)備中，控制面板帶觸摸屏和軟鍵盤，其防護(hù)等級(jí)為I

8、P65 ,特別適用于有可視化和操作界血需求的設(shè)備。目前，AX中能提供CP 306ETH , CP 310ETH , CP 312ETH型號(hào)產(chǎn)品。CP3 XXETH操作系統(tǒng)為WindowsCE ,控制軟件采用PC WORX，可視化軟件采用ProVisITS-MAX406 CE是較新的一體化控制器，它可以將工業(yè)PC , PLC和INTERBUS主站集成為一體，是集控制、操作、監(jiān)控以及通信為一體的高端控制系統(tǒng)。S-MAX406 CE操作系統(tǒng)為WindowsCE. NET, PLC運(yùn)行系統(tǒng)為ProConOS3. 3(CE/RT)，可視化運(yùn)行系統(tǒng)為ProVisIT2. 0 ,采用的OPC-Server，

9、通過TCP/IP與OPC客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，計(jì)劃推出運(yùn)動(dòng)控制器，可將其作為一個(gè)配置選項(xiàng)提供給用戶。上一頁下一頁返回5.2 控制技術(shù)5. 2. 2網(wǎng)絡(luò)工程現(xiàn)代的分散型控制技術(shù)不僅對(duì)通信提出了更高的要求，如傳輸介質(zhì)簡單、安裝調(diào)試方便以及能夠保證實(shí)時(shí)性的采樣時(shí)間等，而且對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的硬件接口也有了新的要求，各個(gè)組成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的功能模塊必須具有自動(dòng)分頻率、按實(shí)際需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ芤约斑B接Internet的接口。而與Internet進(jìn)行通信的最好力、法就是應(yīng)用Ethernet TCP/IP，目前Ethernet技術(shù)已經(jīng)在自動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。Phoenix Contact公司提供了一整套安裝在

10、控制柜中的Factory Lin。工業(yè)以太網(wǎng)模塊，這些工業(yè)以太網(wǎng)模塊具有操作方便的特點(diǎn)，并且具有良好的診斷功能、強(qiáng)大的抗電磁場干擾的性能，并能方便地安裝在工業(yè)導(dǎo)軌上。上一頁下一頁返回5.2 控制技術(shù)同時(shí)，以Web技術(shù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)管理軟件Factory Management可方便地為每個(gè)網(wǎng)絡(luò)模塊分配IP地址。并監(jiān)控模塊的運(yùn)行情況。工業(yè)以太網(wǎng)模塊系列見表5-2。在工業(yè)以太網(wǎng)中，需要有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理軟件來對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的模塊進(jìn)行組態(tài)和監(jiān)控，F(xiàn)ac-tory Inlin。提供的是Factory Manageer，它通過BootP可對(duì)以太網(wǎng)模塊進(jìn)行地址設(shè)置，通過TFTP可將固化軟件下載。系統(tǒng)的管理采用SNMP

11、技術(shù)，這樣無須任何的附加軟件工具就能對(duì)模塊和網(wǎng)絡(luò)模塊進(jìn)行診斷和管理。上一頁返回5.3 軟件介紹5.3. 1 PC WORX軟件PC WORX軟件是控制軟件的一個(gè)先進(jìn)的開發(fā)工具，采用PC WORX可實(shí)現(xiàn)按IEC61131-3和IEC61131-5進(jìn)行編程的自動(dòng)化控制以及INTERBUS總線的組態(tài)、診斷、監(jiān)控的任務(wù)。最新的PC WORX版本是5. 0，它集成了IEC61131編程、現(xiàn)場總線組態(tài)和系統(tǒng)診斷功能，如圖5-2所示。PC WORX支持多種IEC61131語言，包括指令表（IL）、功能塊圖（FBD）、梯形圖(LD )、結(jié)構(gòu)文本(ST )、順序功能圖(SFC)以及可選用的機(jī)器順序功能圖(MSF

12、C )等IEC61131的基本語言IL , FBD和LD可以直接而自由地進(jìn)行交叉編譯，同時(shí)，交叉編譯表為編程人員顯示了在應(yīng)用程序中所用到的變量和功能塊的情況。下一頁返回5.3 軟件介紹集成的總線組態(tài)器可以完成系統(tǒng)的整個(gè)總線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并且還可以對(duì)連接到INTER-BUS上的所有設(shè)備進(jìn)行組態(tài)。它防止了數(shù)據(jù)被多次生成，所有信號(hào)數(shù)據(jù)，例如設(shè)備名稱、類型等都可以在編程環(huán)境中獲得，此外，所有設(shè)備數(shù)據(jù)都符合XML格式(IS015745 )，這有利于設(shè)備庫的更新。由于允許執(zhí)行聯(lián)機(jī)的更改，因此用戶也能實(shí)時(shí)地向控制系統(tǒng)下載更多的更改，甚至在系統(tǒng)運(yùn)行期間向控制系統(tǒng)下載程序，而不用在更新程序時(shí)停止控制系統(tǒng)。集成在P

13、C WORX中的OPC接口提供與圖形化系統(tǒng)連接的標(biāo)準(zhǔn)接口，如WinCC , Intouch、組態(tài)工監(jiān)控軟件等。上一頁下一頁返回5.3 軟件介紹5. 3. 2 CMD組態(tài)軟件INTERBUS CMD是INTERBUS系統(tǒng)中的一套完整的軟件工具，借助于CMD軟件，用戶可以方便地實(shí)現(xiàn)INTERBUS總線系統(tǒng)全部的設(shè)計(jì)、方案制定、現(xiàn)場調(diào)試和維修診斷的任務(wù)。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，它可以作為總線組態(tài)軟件，設(shè)置輸入/輸出信號(hào)的物理地址與邏輯地址的對(duì)應(yīng)表。在現(xiàn)場調(diào)試過程中借助于其監(jiān)控功能，通過設(shè)備的參數(shù)設(shè)定可以對(duì)各種功能進(jìn)行測試。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，又可以提供總線運(yùn)行狀況的全部信息。值得一提的是，CMD軟件中還包含了過

14、程數(shù)據(jù)預(yù)處理功能，即微型PLC功能，其特點(diǎn)為可以對(duì)一些實(shí)時(shí)性要求很高的輸入/輸出信號(hào)進(jìn)行及時(shí)的處理，其采樣周期在1 ms以下。上一頁下一頁返回5.3 軟件介紹 CMD應(yīng)用于所有的基于PLC的總線控制板的控制，一般是采用RS232接口來與總線控制板連接，對(duì)于帶以太網(wǎng)接口的控制板，也可以應(yīng)用以太網(wǎng)接口。它運(yùn)行于普通的PC和Windows操作系統(tǒng)中，另外CMD還可以與EPLAN電氣線路設(shè)計(jì)軟件相連。CMD可產(chǎn)生ASCII碼的數(shù)據(jù)文本，以提供給其他的編程程序。CMD除了將現(xiàn)場的輸入/輸出數(shù)據(jù)通過總線控制板送給上級(jí)PLC外，也可以通過OPC的接口來將其傳送給監(jiān)控軟件或高級(jí)編程語言。上一頁下一頁返回5.3

15、 軟件介紹5. 3. 3 Factory ManagerFactory Manage:是可視化的網(wǎng)絡(luò)管理工具，用于控制環(huán)境中的工業(yè)以太網(wǎng)的組態(tài)和診斷。在對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行組態(tài)時(shí)，F(xiàn)actory Manage:可以集中地對(duì)設(shè)備進(jìn)行配置，對(duì)設(shè)備IP地址和其他組態(tài)參數(shù)進(jìn)行管理，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)中的以太網(wǎng)設(shè)備可以清晰地表達(dá)出來。在網(wǎng)絡(luò)組態(tài)過程中，系統(tǒng)同時(shí)也建立了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，可用于網(wǎng)絡(luò)管理中的后續(xù)工作，如組態(tài)、操作和診斷，這樣既節(jié)省了時(shí)間，又杜絕了數(shù)據(jù)不一致所產(chǎn)生的錯(cuò)誤。上一頁下一頁返回5.3 軟件介紹Factory Manage:提供了基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)管理和診斷功能，應(yīng)用簡單方便。其診斷功能支持所有的Fact

16、ory Inline產(chǎn)品，同時(shí)也支持對(duì)設(shè)備單個(gè)端口的診斷，能隨時(shí)檢查網(wǎng)絡(luò)連接是否完好，設(shè)備操作模式以及數(shù)據(jù)傳輸速度，特別是對(duì)FL Switch工業(yè)以太網(wǎng)模塊，系統(tǒng)能夠?qū)NMP診斷數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)地評(píng)價(jià)，能精確地測出數(shù)據(jù)包的發(fā)送數(shù)量和錯(cuò)誤類型以及錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包的數(shù)量和類型，并反映出它們的分布。由此，關(guān)鍵的設(shè)備狀態(tài)可以在設(shè)備中出現(xiàn)故障前就能檢測出來。Factory Manage:能檢測出含有冗余選項(xiàng)的任務(wù)(冗余管理器或者備用模式)的設(shè)備，并標(biāo)識(shí)成冗余功能，系統(tǒng)能檢查出該冗余選項(xiàng)(如電源或數(shù)據(jù)傳輸)是否有效。此外，F(xiàn)actory Manage:軟件與診斷軟件Diag+有機(jī)地集成在一起，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)

17、進(jìn)行有效地診斷，同時(shí)它也能集成I/ O配置器(I/OConfigurator )，用于啟動(dòng)FL24BK(-B)總線藕合器Factory Manage:能有效地對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)Factory Line進(jìn)行管理，其功能見表5-3。上一頁下一頁返回5.3 軟件介紹5. 3. 4通用診斷軟件IBS Diag +IBS Diag+是一個(gè)通用型的INTERBUS總線診斷軟件，是加速INTERBUS現(xiàn)場調(diào)試、快速診斷的有效工具。所有INTERBUS總線系統(tǒng)及其運(yùn)行信息都可以通過Diag+得到。Diag +可以作為獨(dú)立的診斷集成在設(shè)備或系統(tǒng)的可視化軟件中。由于圖形設(shè)計(jì)時(shí)的Diag+可以在低分辨率下運(yùn)行，因此Dia

18、g+也可以應(yīng)用于小型手持診斷設(shè)備中。IBS Diag+的診斷可以通過INTERBUS主站上的任意接口(即以太網(wǎng)，V. 24或 ISA/PCI總線)來完成，這樣，通過使用一個(gè)INTERBUS主站，就可以在任何點(diǎn)對(duì)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的任意控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)診斷。當(dāng)然，這是在相關(guān)安全程序的前提下實(shí)現(xiàn)的，如圖5-3所示。上一頁下一頁返回5.3 軟件介紹5. 3. 5 IBS OPC ServerINTERBUS OPC服務(wù)器IBS OPC Serve:用于分布式INTERBUS網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)交換，采用OPC技術(shù)，INTERBUS提供了自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，控制軟件與應(yīng)用程序之間不需要專用的軟件來實(shí)現(xiàn)連接

19、。OPC服務(wù)器為PC應(yīng)用程序(如SCADA/MES系統(tǒng))的讀寫訪問提供控制系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)IBS OPC Serve:應(yīng)用于Windows NT, Windows 2000和Windows XP操作系統(tǒng)中，INTER-BUS數(shù)據(jù)可以通過直接內(nèi)存訪問(MPM ) ,串口(V2. 4)或以太網(wǎng)(TCP/IP)進(jìn)行交換。上一頁下一頁返回5.3 軟件介紹IBS OPC Serve:軟件界面見圖5-4。IBS OPC Serve:具有以下特征:遵循OPC DA規(guī)范2. 04和1. 0 a版本，支持OPC標(biāo)準(zhǔn)功能以及所有可選的接口;同時(shí)支持多個(gè)控制板;網(wǎng)絡(luò)兼容性(遠(yuǎn)程服務(wù)器);自動(dòng)地從組態(tài)工具中接收數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)刷新時(shí)間可定義;集成了OPC測試客戶端。上一頁返回5.4 INTERBU