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S7-300如何通過GSD文件實現(xiàn)PROFIBUS DP主從通訊

1 GSD文件介紹
GSD文件是一種設(shè)備描述文件，一般以“*.GSD”或“*.GSE”為后綴。它描述了設(shè)備的功能參數(shù)，用來將不同廠家支持PROFIBUS產(chǎn)品集成在一起。另外在工程開發(fā)中有時候由于開發(fā)人員不同，要用兩個獨立的STEP 7項目來實現(xiàn)同一個PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)通訊，此時需要借助GSD文件的方法來實現(xiàn)。

2 GSD文件的導(dǎo)入方法
下面以CPU314C-2DP為例，說明一下 GSD 文件的導(dǎo)入步驟：
首先從西門子網(wǎng)站上下載相關(guān)產(chǎn)品的 GSD 文件，下面是SIMATIC系列產(chǎn)品的GSD文件下載鏈接：113652
選擇相關(guān)產(chǎn)品并下載到本地硬盤中。

圖 1 GSD文件下載界面

打開SIMATIC Manager，進入硬件組態(tài)界面，選擇菜單欄的“Options”->“Install GSD File…”，如圖 2 所示。

圖 2 安裝GSD文件

進入GSD安裝界面后，選擇“Browse…”，選擇相關(guān)GSD文件的保存文件夾，選擇對應(yīng)的GSD文件（這里選擇語言為英文的“*.GSE”文件），點擊“Install”按鈕進行安裝。

圖 3 選擇安裝GSD文件

安裝完成后可以在下面的路徑中找到CPU314C-2DP，如圖 4：

圖 4 硬件目錄中的保存路徑

3 CP342-5做主站采用GSD方法實現(xiàn)PROFIBUS DP 通信

3.1網(wǎng)絡(luò)拓撲介紹
PROFIBUS DP主站由CPU314+CP342-5組成，其中CP342-5做主站。
PROFIBUS DP 從站由CPU314C-2DP組成，集成的DP接口做從站。
網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如下：

圖 5 網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

3.2 從站組態(tài)
首先插入SIMATIC S7-300站，添加CPU314-2DP，雙擊DP接口，分配一個PROFIBUS地址，然后在“Operating Mode”中選擇“DP salve”模式，進入“Configuration”標(biāo)簽頁，新建兩行通信接口區(qū)，如圖 6所示：

圖 6 從站通信接口區(qū)

注意：上述從站組態(tài)的通信接口區(qū)和主站導(dǎo)入的GSD從站的通信接口區(qū)在順序、長度和一致性上要保持一致。

3.3 主站組態(tài)及編程

3.3.1主站組態(tài)
首先插入SIMATIC S7-300站，添加CPU314以及CP342-5，然后雙擊CP342-5，將“Operating Mode”設(shè)置為“DP Master”。新建一條PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)。然后從硬件目錄中選擇CPU314C-2DP GSD文件（路徑參照圖4），添加到新建的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中，為其分配PROFIBUS地址，該地址要與前文的從站地址一致。
然后組態(tài)CPU314C-2DP從站對應(yīng)的通信接口區(qū)。本文在硬件目錄中CPU314C-2DP GSD文件下方選擇了“Master_I Slave_Q 1B unit”和“Master_Q Slave_I 1B unit”，和從站組態(tài)時通信接口區(qū)保持一致，如圖 7所示。

圖 7 主站組態(tài)

3.3.2 主站編程
由于CP342-5提供的是虛擬地址映射區(qū)，所以需要分別調(diào)用FC1（DP_SEND）和FC2（DP_RECV）來實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問。如圖8 和圖9所示。

圖 8發(fā)送程序

圖 9接收程序

如圖7所示，主站側(cè)在組態(tài)CPU314C-2DP GSD從站時，第一行通信接口區(qū)選擇了“Master_I Slave_Q 1B unit”，“Master_I”對應(yīng)主站的IB0。參照圖6可知“Slave_Q”對應(yīng)從站的QB0， 表示數(shù)據(jù)由從站的QB0發(fā)送到主站的IB0。又由于CP342-5通過調(diào)用FC2，將IB0讀取的數(shù)據(jù)保存在MB11，所以數(shù)據(jù)由從站的QB0經(jīng)過主站的IB0，最終保存在MB11。 同理可分析第二行通信接口區(qū)“Master_Q Slave_I 1B unit”。綜上所述，主站和從站通信接口的對應(yīng)關(guān)系，如表 1：

主站	傳輸方向	從站
MB11（IB0）		QB0
MB10（QB0）		IB0

表1 主站和從站通信接口區(qū)對應(yīng)表

4 S7-300做主站采用GSD方法實現(xiàn)PROFIBUS DP 通信

4.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲介紹
PROFIBUS DP主站由CPU314C-2DP組成，集成的DP接口做主站。
PROFIBUS DP 從站由CPU314C-2DP組成，集成的DP接口做從站。
網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如下：

圖 10 網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

4.2 從站組態(tài)
組態(tài)步驟同3.2節(jié)，這里不再贅述。

4.3 主站組態(tài)
首先新建S7-300站，添加CPU314C-2DP，雙擊DP接口，新建一條PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)。然后從硬件目錄中選擇CPU314C-2DP GSD文件（路徑參照圖4），添加到新建的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中，為其分配PROFIBUS地址，該地址要與前文的從站地址一致。
然后為CPU314C-2DP從站組態(tài)的通信接口區(qū)。本文在硬件目錄中CPU314C-2DP GSD文件下方選擇了“Master_I Slave_Q 1B unit”和“Master_Q Slave_I 1B unit”，必須和從站組態(tài)時通信接口區(qū)保持一致。如圖 11所示。

圖 11 主站組態(tài)

主站和從站通信接口區(qū)的對應(yīng)關(guān)系如表 2 所示：

主站	傳輸方向	從站
IB0		QB0
QB0		IB0

表 2 主站和從站通信接口區(qū)對應(yīng)表

注：文檔涉及到西門子產(chǎn)品如下：

表 3 產(chǎn)品列表

S7-200的仿真軟件V2.0版使用方法與軟件下載

 S7-200的仿真軟件不是西門子公司編寫的，國內(nèi)有人將它漢化，其V2.0版可以對S7-200編程軟件V4.0 編寫的程序仿真。該仿真軟件不能對S7-200的全部指令和全部功能仿真。但是它仍然不失為一個很好的學(xué)習(xí)S7-200的工具軟件。
    該軟件不需要安裝，執(zhí)行其中的“S7-200仿真.EXE”文件，就可以打開它。點擊屏幕中間出現(xiàn)的畫面，輸入密碼6596后按回車鍵，開始仿真。
    軟件自動打開的是老型號的CPU 214，應(yīng)執(zhí)行菜單命令“配置”→“CPU型號”，用打開的對話框設(shè)置CPU的型號為CPU 22x。
   下圖左邊是CPU 224，CPU模塊下面是用于輸入數(shù)字量信號的小開關(guān)板。開關(guān)板下面的直線電位器用來設(shè)置SMB28和SMB29的值。
   雙擊CPU模塊右邊空的方框，用出現(xiàn)的對話框添加擴展模塊。

    仿真軟件不能直接接收S7-200的程序代碼，必須用編程軟件的“導(dǎo)出”功能將S7-200的用戶程序轉(zhuǎn)換為擴展名為“awl”的ASCII文本文件，然后再下載到仿真PLC中去。
    在編程軟件中打開主程序OB1，執(zhí)行菜單命令“文件”→“導(dǎo)出”，導(dǎo)出ASCII文本文件。
    在仿真軟件中執(zhí)行菜單命令“文件”→“裝載程序”，在出現(xiàn)的對話框中選擇下載什么塊，點擊“確定”按鈕后，在出現(xiàn)的“打開”對話框中雙擊要下載的*.awl文件，開始下載。下載成功后，CPU模塊上出現(xiàn)下載的ASCII文件的名稱，同時會出現(xiàn)下載的程序代碼文本框和梯形圖（見下圖）。

   執(zhí)行菜單命令“PLC”→“運行”，開始執(zhí)行用戶程序。 如果用戶程序中有仿真軟件不支持的指令或功能，執(zhí)行菜單命令“PLC”→“運行”后，出現(xiàn)的對話框顯示出仿真軟件不能識別的指令。點擊“確定”按鈕，不能切換到RUN模式，CPU模塊左側(cè)的“RUN”LED的狀態(tài)不會變化。
    可以用鼠標(biāo)點擊CPU模塊下面的開關(guān)板上的小開關(guān)來模擬輸入信號，通過模塊上的LED觀察PLC輸出點的狀態(tài)變化，來檢查程序執(zhí)行的結(jié)果是否正確。
    在RUN模式點擊工具欄上的按鈕，可以用程序狀態(tài)功能監(jiān)視梯形圖中觸點和線圈的狀態(tài)。
    執(zhí)行菜單命令“查看”→“內(nèi)存監(jiān)控”，可以用出現(xiàn)的對話框監(jiān)控V、M、T、C等內(nèi)部變量的值。

S7-200可編程控制器STEP7-Micro/WIN32編程軟件的安裝

西門子S7-200可編程控制器PLC使用STEP7-Micro/WIN32編程軟件進行編程。STEP7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，功能強大，主要用于開發(fā)程序，也可用于適時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。加上漢化后的程序，可在全漢化的界面下進行操作。

1. 安裝條件

操作系統(tǒng)：Windows95以上的操作系統(tǒng)。

計算機配置：IBM486以上兼容機，內(nèi)存8MB以上，VGA顯示器，至少50MB以上硬盤空間。

通信電纜：用一條PC/PPI電纜實現(xiàn)可編程控制器與計算機的通信。

2. 編程軟件的組成

STEP7-Micro/WIN32編程軟件包括Microwin3.1；Microwin3.1的升級版本軟件Microwin3.1 SP1；Toolbox（包括Uss協(xié)議指令：變頻通信用，TP070：觸摸屏的組態(tài)軟件Tp Designer V1.0設(shè)計師）工具箱；以及Microwin 3.11 Chinese（Microwin3.11 SP1和Tp Designer的專用漢化工具）等編程軟件。

3. 編程軟件的安裝

按Microwin3.1→Microwin3.1 SP1→Toolbox→Microwin 3.11 Chinese的順序進行安裝。

首先安裝英文版本的編程軟件：雙擊編程軟件中的安裝程序SETUP.EXE，根據(jù)安裝提示完成安裝。接著，用Microwin 3.11 Chinese軟件將編程軟件的界面和幫助文件漢化。步驟如下：（1）在光盤目錄下，找到“mwin_service_pack_from V3.1 to3.11”軟件包，按照安裝向?qū)нM行操作，把原來的英文版本的編程軟件轉(zhuǎn)換為3.11版本。（2）打開“Chinese3.11”目錄；雙擊setup，按安裝向?qū)Р僮�，完成漢化補丁的安裝。（3）完成安裝。

4. 建立S7-200 CPU的通信

圖1 PLC與計算機的連接

可以采用PC/PPI電纜建立PC機與PLC之間的通信。這是典型的單主機與PC機的連接，不需要其他的硬件設(shè)備。如圖1所示。PC/PPI電纜的兩端分別為RS-232和RS-485接口，RS-232端連接到個人計算機RS-232通信口COM1或COM2接口上，RS-485端接到S7-200 CPU通信口上。PC/PPI電纜中間有通信模塊，模塊外部設(shè)有波特率設(shè)置開關(guān)，有5種支持PPI協(xié)議的波特率可以選擇，分別為：1.2K，2.4K，9.6K，19.2K，38.4K。系統(tǒng)的默認值為9.6K b/s。PC/PPI電纜波特率設(shè)置開關(guān)（DIP開關(guān)）的位置應(yīng)與軟件系統(tǒng)設(shè)置的通信波特率相一致。DIP開關(guān)如圖2所示，DIP開關(guān)上有5個扳鍵，1、2、3號鍵用于設(shè)置波特率，4號和5號鍵用于設(shè)置通信方式。通信速率的默認值為9600bit/s，如圖2所示，1、2、3號鍵設(shè)置為010，未使用調(diào)制解調(diào)器時，4、5號鍵均應(yīng)設(shè)置為0。

5. 通信參數(shù)的設(shè)置

硬件設(shè)置好后，按下面的步驟設(shè)置通信參數(shù)。

（1）在STEP7-Micro/WIN32運行時單擊通信圖標(biāo)，或從“視圖（View）”菜單中選擇“通信（Communications）”，則會出現(xiàn)一個通信對話框。

（2）對話框中雙擊PC/PPI電纜圖標(biāo)，將出現(xiàn)PC/PG接口的對話框。

（3）單擊“屬性（Properties）”按鈕，將出現(xiàn)接口屬性對話框，檢查各參數(shù)的屬性是否正確，初學(xué)者可以使用默認的通信參數(shù)，在PC/PPI性能設(shè)置的窗口中按“默認（Default）”按鈕，可獲得默認的參數(shù)。默認站地址為2，波特率為9600b/s。

6. 建立在線連接

在前幾步順利完成后，可以建立與S7-200 CPU的在線聯(lián)系，步驟如下：

（1）在STEP7-Micro/WIN32運行時單擊通信圖標(biāo)，或從“視圖（View）”菜單中選擇“通信（Communications）”，出現(xiàn)一個通信建立結(jié)果對話框，顯示是否連接了CPU主機。

（2）雙擊對話框中的刷新圖標(biāo)，STEP7-Micro/WIN32編程軟件將檢查所連接的所有S7-200CPU站。在對話框中顯示已建立起連接的每個站的CPU圖標(biāo)、CPU型號和站地址。

（3）雙擊要進行通信的站，在通信建立對話框中，可以顯示所選的通信參數(shù)。

7. 修改PLC的通信參數(shù)

計算機與可編程控制器建立起在線連接后，即可以利用軟件檢查、設(shè)置和修改PLC的通信參數(shù)。步驟如下：

（1）單擊瀏覽條中的系統(tǒng)塊圖標(biāo)，或從“視圖（View）”菜單中選擇“系統(tǒng)塊（System Block）”選項，將出現(xiàn)系統(tǒng)塊對話框。

（2）單擊“通信口”選項卡，檢查各參數(shù)，確認無誤后單擊確定。若須修改某些參數(shù)，可以先進行有關(guān)的修改，再單擊“確認”。

（3）單擊工具條的下載按鈕，將修改后的參數(shù)下載到可編程控制器，設(shè)置的參數(shù)才會起作用。

8. 可編程控制器的信息的讀取

選擇菜單命令“PLC”，找“信息”，將顯示出可編程控制器RUN/STOP狀態(tài)，掃描速率，CPU的型號錯誤的情況和各模塊的信息。

比較簡單的實現(xiàn)PID閉環(huán)控制的方法

PID控制的難點在于整定控制器的參數(shù)。為了學(xué)習(xí)整定PID控制器參數(shù)的方法，必須做閉環(huán)實驗，開環(huán)運行PID程序沒有任何意義。用硬件組成一個閉環(huán)需要PLC的CPU模塊、模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊，此外還需要被控對象、檢測元件、變送器和執(zhí)行機構(gòu)。例如可以用電熱水壺作為被控對象，用熱電阻檢測溫度，用溫度變送器將溫度轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電壓，用移相控制的交流固態(tài)調(diào)壓器作執(zhí)行機構(gòu)。
 有沒有比較簡單的實現(xiàn)PID閉環(huán)控制的方法呢？
 在控制理論中，用傳遞函數(shù)來描述被控對象、檢測元件、執(zhí)行機構(gòu)和PID控制器。
 被控對象一般是串聯(lián)的慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)的組合。在實驗室可以用以運算放大器為核心的模擬電路來模擬廣義的被控對象（包括檢測元件和執(zhí)行機構(gòu)）的傳遞函數(shù)。我曾將這種運放電路用于S7-200和S7-1200的PID參數(shù)自動調(diào)節(jié)實驗。
 用運算放大器模擬被控對象一般需要做印刷電路板，還是比較麻煩。有沒有更簡單的方法呢？
 除了用運算放大器來模擬被控對象的傳遞函數(shù)，也可以用PLC的程序來模擬。為此我編寫了用來模擬被控對象的S7-200的子程序，它也可以用于S7-200 SMART。使用模擬的被控對象的PID閉環(huán)示意圖如下圖所示，虛線右邊是被控對象，DISV是系統(tǒng)的擾動輸入值。虛線左邊是PLC的PID控制程序。
 


 被控對象的數(shù)學(xué)模型為3個串聯(lián)的慣性環(huán)節(jié)，其增益為GAIN，3個慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)分別為TIM1～TIM3。其傳遞函數(shù)為
 


 分母中的“s”為自動控制理論中拉普拉斯變換的拉普拉斯算子。將某一時間常數(shù)設(shè)為0，可以減少慣性環(huán)節(jié)的個數(shù)。圖中被控對象的輸入值INV是PID控制器的輸出值。被控對象的輸出值OUTV作為PID控制器的過程變量（反饋值）PV。
 下圖是模擬被控對象的子程序，實際上只用了兩個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)分別為5000ms和2000ms。用與PID的采樣周期相同的定時中斷時間間隔來調(diào)用這個子程序。
 


 下圖是用來監(jiān)視PID回路運行情況的STEP 7-Micro/WIN的PID調(diào)節(jié)控制面板，可以用它進行PID參數(shù)自整定或手動調(diào)節(jié)PID參數(shù)的實驗。標(biāo)有PV（即被控量）的是過程變量的階躍響應(yīng)曲線。
 


 將上圖中的積分時間由0.03min（分鐘）增大到0.12min，下圖的超調(diào)量有明顯的減小。通過修改PID的參數(shù)，觀察被控量階躍響應(yīng)曲線給出的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間等特征量的變化情況，可以形象直觀、快速地學(xué)習(xí)和掌握PID參數(shù)的整定方法。
 

S7-200系列PLC與WINCC以太網(wǎng)通信

CP243i作為連接S7-200的PPI口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)RJ45的接口轉(zhuǎn)換器。如下圖所示：