西门子工业通信网络组态编程与故障诊断.pdf

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1、 电气信息工程丛书 西门子工业通信网络组态编程 与故障诊断 主 编 廖常初 副主编 祖正容 机 械 工 业 出 版 社 本书全面介绍了西门子工业通信网络的结构、通信协议、通信服务和通 信的组态编程与故障诊断。重点是应用最广的 PROFIBUS-DP 和工业以太网， 对 MPI、AS-i、PROFIBUS-PA、OPC 也作了详细介绍。 本书建立在大量实验的基础上，详细介绍了实现通信最关键的组态和编 程的方法，随书光盘有上百个通信例程，绝大多数例程经过硬件实验的验证。 读者根据正文介绍的通信系统的组态步骤和方法，参考光盘中的例程作组态 和编程练习，可以较快地掌握网络通信的实现方法。 通信的故障诊

2、断是现场维修的难点。本书用约三分之一的篇幅和大量的 实例，系统地介绍了网络通信的故障诊断方法、诊断数据的分析方法，和用 人机界面、WinCC 显示故障消息的方法，包括一种功能强大、容易实现的故 障诊断和显示的方法。 除了例程，随书光盘还提供了多个西门子大型通信软件和 100 多本中英 文用户手册。本书各章配有适量的练习题，可供工程技术人员和维修人员自 学，也可作为大专院校、培训班的教材或参考书。 图书在版编目（CIP）数据 西门子工业通信网络组态编程与故障诊断廖常初主编.北京：机械工业 出版社，2009.9 （电气信息工程丛书） ISBN 978-7-111-28256-3 .西 .廖 .工业

3、通信网 .TP393.18 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2009）第 162962 号 机械工业出版社（北京市百万庄大街 22 号 邮政编码 100037） 责任编辑：李馨馨 责任印制：洪汉军 三河市国英印务有限公司印刷 2016 年 7 月第 1 版第 5次印刷 184mm260mm30.75 印张761 千字 1230114800 册 标准书号：ISBN 978-7-111-28256-3 ISBN 978-7-89451-204-8（光盘） 定价：69.00 元（含 1DVD） 凡购本书，如有缺页、倒页、脱页，由本社发行部调换 电话服务 网络服务 社服务中心： （010）88361

4、066 销 售 一 部 ： （010）68326294 销 售 二 部 ： （010）88379649 读者服务部： （010）68323821 封面无防伪标均为盗版 门户网：http:/ 教材网：http:/ III 前 言 工业控制网络已经成为现代工业控制系统不可缺少的重要组成部分，从计算机、PLC 到 现场的 I/O 设备、驱动设备和人机界面，网络通信无处不在。西门子是自动化领域最大的供 应商，该公司支持的 PROFIBUS、PROFINET 和 AS-i 已成为 IEC 现场总线的国际标准和我国 的国家标准。PROFIBUS 已经有两千多万个节点投入运行。 本书对西门子工业通信网络的结

5、构、通信协议、通信服务和通信的组态与编程进行了全 面的介绍，对通信中常用的一些基本概念和名词也作了介绍。 本书紧密结合工业通信网络的应用实践，以当前应用最广的 PROFIBUS-DP 和工业以太 网为重点。第 2 章介绍了 PROFIBUS 的硬件与通信协议，第 3 章介绍了 DP 主站与 ET 200、 智能从站、变频器和直流调速装置等设备之间的主从通信。以及通信处理器在主从通信中的 应用。第 4 章介绍了基于 PROFIBUS 的 S7 通信和 FDL 通信。第 5 章介绍了直接数据交换通 信和 DP 通信的特殊应用。第 68 章介绍了 PROFIBUS 通信的故障诊断与显示的方法。第 9

6、 章介绍了 PROFIBUS-PA。 第 10 章介绍了基于工业以太网的 S5 兼容通信和 S7 通信。 第 11 章 介绍了 PROFINET 通信与工业以太网的故障诊断。 第 12 章介绍了 AS-i。 第 13 章介绍了 OPC 通信。第 14 章介绍了 MPI 的全局数据通信、S7 基本通信和 S7 通信。第 15 章介绍了点对点 通信和 S7 路由，对其他应用较少的通信方式作了简要的介绍。 本书对实现通信最关键的问题组态与编程作了详细的介绍。全书的内容建立在硬件 实验的基础上，随书光盘提供了上百个通信例程，绝大多数例程经过硬件实验的验证，书中 对例程的组态过程、通信程序和验证通信的方

7、法作了详细的说明。读者可以一边看书，一边 用 STEP 7 打开相应的例程，通过例程了解组态和编程的方法。本书介绍的方法具有很强的可 操作性，读者可以根据书中介绍的组态的步骤和方法，同时参考光盘中的例程，做组态和编 程的练习，这样可以较快地掌握通信网络的组态和编程方法。有条件的读者可以在看书的同 时做一些硬件实验。 现代网络控制系统越来越复杂，网络通信的故障诊断是现场电气维修人员面临的新的巨 大的挑战。西门子提供了大量的用于故障诊断和显示的硬件、软件和诊断方法，但是大多数 现场维修人员对此知之甚少。本书用了约三分之一的篇幅，通过大量的实例，系统地介绍了 网络通信的故障诊断方法，包括用模块上的

8、LED 和 STEP 7 进行诊断，中断组织块在故障诊 断中的应用，用中断组织块的局部变量和通信块的输出参数进行诊断，用通信处理器和专用 硬件进行诊断， 用诊断程序块进行诊断， 诊断数据的分析方法， 以及通过全集成自动化 （TIA） ， 用人机界面和 WinCC 显示故障消息的方法。另外还介绍了一种功能强大、容易实现的故障诊 断和显示的方法报告系统错误功能。 本书与当前使用的西门子的软件和硬件配套，内容新颖实用。本书的例程基于 STEP 7 V5.4.3.1 中文版和 WinCC flexible 2007 中文版，作者编写的S7-300/400 PLC 应用技术（第 2 版） 和西门子人机界

9、面（触摸屏）组态与应用技术（第 2 版） 的随书光盘有这两个软件 的演示版。 本书对内容、插图和程序作了优化处理，详细介绍了第一次出现的硬件和网络的组态过 IV 程和通信程序。后面的章节涉及到类似的组态过程和程序时，只作简单的说明。详细的情况 可以查看随书光盘的例程中的组态结果和程序代码。这样避免了大量的重复，减少了篇幅， 使本书具有很高的性能价格比。建议对硬件组态和网络组态不太熟悉的读者，从第 3 章开始， 按书上的顺序阅读组态过程并做组态的练习。 限于篇幅，本书对硬件选型、组网和硬件安装方面的内容介绍得较少。读者可以查阅随 书光盘的文件夹“产品样本”中的文档获取有关的信息。 经西门子公司授

10、权，随书光盘有常用的通信软件，以及大量的与通信有关的中英文用户 手册。本书的附录有常用缩写词和随书光盘内容简介，各章配有适量的练习题。 本书的编写得到了西门子（中国）有限公司的大力支持，宋柏青先生、元娜、许艳婷女 士对本书的编写提供了很大的帮助，在此表示衷心的感谢。 本书由廖常初任主编，祖正容任副主编，陈晓东、陈曾汉、范占华、杨太平、文家学、 刘道芳、廖亮、左源洁、万莉、孙明秀、左渊林、王云杰、杨斌、唐永红参加了编写工作。 因作者水平有限，书中难免有错漏之处，恳请读者批评指正。 作者 E-mail：。 重庆大学电气工程学院 廖常初 V 目 录 前言 第 1 章 概述 1 1.1 计算机通信的国

11、际标准 1 1.1.1 开放系统互连模型 1 1.1.2 IEEE 802 通信标准 2 1.1.3 现场总线及其国际标准 4 1.2 SIMATIC 通信网络简介 5 1.2.1 全集成自动化 5 1.2.2 SIMATIC 网络结构与通信服务简介 6 1.2.3 学习网络通信的建议 10 1.3 练习题 11 第 2 章 PROFIBUS 的硬件组成与通信协议 12 2.1 PROFIBUS 的结构与硬件 12 2.1.1 PROFIBUS 简介 12 2.1.2 PROFIBUS 的物理层 14 2.1.3 PROFIBUS-DP 设备的分类 15 2.1.4 PROFIBUS 通信处理

12、器 16 2.1.5 ET 200 17 2.1.6 其他网络部件与 GSD文件 19 2.2 PROFIBUS 的通信协议 20 2.2.1 PROFIBUS 的数据链路层 20 2.2.2 PROFIBUS-DP 22 2.2.3 PROFIBUS 的通信服务 23 2.3 练习题 25 第 3 章 PROFIBUS-DP 主从通信 26 3.1 主站与标准 DP 从站通信的组态 26 3.1.1 项目的生成与硬件组态 26 3.1.2 PROFIBUS-DP 网络的组态 29 3.1.3 主站与 ET 200 通信的组态 32 3.1.4 主站通过 EM 277 与 S7-200 通信的

13、组态 35 3.2 DP 主站与智能从站通信的组态与编程 38 3.2.1 DP 主站与智能从站主从通信的组态 38 3.2.2 设计验证通信的程序 43 3.2.3 用 SFC 14 和 SFC 15 传输一致性数据 46 3.3 PLC 与变频器 DP 通信的组态与编程 49 VI 3.3.1 S7-300 与 SIMOVERT MASTERDRIVES 通信的组态 49 3.3.2 SIMOVERT MASTERDRIVES DP 通信的数据区结构 52 3.3.3 S7-300 与 SIMOVERT MASTERDRIVES 的 DP 通信实验 53 3.3.4 S7-300 与 MM

14、440 变频器的 DP 通信 57 3.3.5 S7-300 与其他厂家变频器的 DP 通信 59 3.4 S7 PLC 与西门子直流调速装置的 DP 通信 61 3.4.1 系统组态与直流调速装置参数设置 61 3.4.2 S7 PLC 与直流调速装置通信的实验 63 3.5 通信处理器在 DP 主从通信中的应用 65 3.5.1 CP 342-5 作 DP 从站 65 3.5.2 CP 443-5 Ext 与 CP 342-5 的 DP 通信 70 3.5.3 CP 342-5 作 DP 主站 72 3.5.4 使用 FC 4 控制 CP 342-5 为主站的 DP 网络 76 3.6 练

15、习题 79 第 4 章 基于 PROFIBUS 的 S7 通信与 FDL 通信 80 4.1 S7 通信 80 4.1.1 S7 通信概述 80 4.1.2 CPU与 CP 的 S7 通信功能 81 4.2 基于 PROFIBUS 的单向 S7 通信 82 4.2.1 CPU集成的 DP 接口的 S7 单向通信 82 4.2.2 使用通信处理器的 S7 单向通信 87 4.2.3 与连接有关的操作 90 4.3 基于 PROFIBUS 的双向 S7 通信 91 4.3.1 使用 USEND/URCV 的 S7 通信 91 4.3.2 使用 BSEND/BRCV的 S7 通信 95 4.3.3

16、CP 443-5 在 S7 通信中的应用 96 4.4 通过 S7 连接控制和监视远程 PLC 的运行模式 98 4.5 同一 DP 主站系统的 FDL 通信 102 4.5.1 FDL通信的基本概念 102 4.5.2 硬件组态与 FDL 连接组态 103 4.5.3 编写验证通信的程序 105 4.5.4 S7-300 之间的 FDL 通信 108 4.6 不同 DP 主站系统与不同项目的 FDL 通信 109 4.6.1 不同 DP 主站系统的 FDL通信 109 4.6.2 不同项目的 FDL 通信 111 4.7 其他 FDL 通信方式的组态与编程 112 4.7.1 自由第二层 F

17、DL 通信 112 4.7.2 广播方式的 FDL 通信 116 4.7.3 多点传送方式的 FDL 通信 119 VII 4.8 练习题 121 第 5 章 PROFIBUS-DP 通信的其他应用 122 5.1 直接数据交换通信及其组态 122 5.1.1 直接数据交换通信 122 5.1.2 直接数据交换通信的组态 123 5.1.3 ET 200 发送数据给智能从站 126 5.1.4 DP 从站发送数据到其他 DP 主站 129 5.2 PROFIBS-DP 通信的其他应用 133 5.2.1 智能从站触发主站的硬件中断 133 5.2.2 一组从站的输出同步与输入冻结 136 5.

18、2.3 用 SFC 12 激活和禁止 DP 从站 141 5.2.4 PROFIBUS 子网的恒定总线周期 145 5.3 练习题 151 第 6 章 使用 STEP 7 和硬件诊断 PROFIBUS 通信的故障 152 6.1 用设备上的 LED 进行诊断 152 6.1.1 用 S7-300 CPU的 LED进行诊断 152 6.1.2 用 S7-400 CPU的 LED进行诊断 155 6.1.3 用 DP 从站的 LED进行诊断 157 6.2 使用 STEP 7 进行诊断 158 6.2.1 故障诊断的步骤 158 6.2.2 使用可访问节点和在线功能进行诊断 159 6.2.3 使

19、用快速视图进行诊断 161 6.2.4 使用 DP 从站的模块信息进行诊断 163 6.2.5 使用诊断视图进行诊断 165 6.2.6 使用 CPU的模块信息进行诊断 167 6.2.7 各种故障诊断方法的比较 169 6.3 使用通信块的输出参数进行诊断 171 6.4 中断组织块在故障诊断中的应用 173 6.4.1 与 DP 通信有关的中断组织块 173 6.4.2 与 DP 通信有关的中断组织块的实验 175 6.4.3 使用 OB86 和 OB82 的局部变量进行诊断 178 6.5 使用 PROFIBUS 通信处理器进行诊断 182 6.5.1 使用 PLC 的 PROFIBUS 通信处理器进行诊断 182 6.5.2 PROFIBUS 通信处理器的典型故障与可能的原因 186 6.5.3 使用计算机的通信处理器进行诊断 187 6.6 使用专用硬件进行测试与诊断