工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用及實踐 課件 傅仁軒 項目5 工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)構(gòu)建

1項目5工業(yè)以太網(wǎng)

控制系統(tǒng)構(gòu)建與運行任務(wù)5.1-工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)認(rèn)知任務(wù)5.2-profinet網(wǎng)絡(luò)的遠程IO通信系統(tǒng)構(gòu)建任務(wù)5.3-profinet網(wǎng)絡(luò)的PLC之間的通信系統(tǒng)構(gòu)建任務(wù)5.4-profinet的運動控制系統(tǒng)構(gòu)建任務(wù)5.5-ModbusTCP網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)構(gòu)建2任務(wù)5.1-工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)認(rèn)知工業(yè)以太網(wǎng)簡介5.1工業(yè)以太網(wǎng)概述5.2工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)狀與發(fā)展前景項目5工業(yè)以太網(wǎng)

控制系統(tǒng)構(gòu)建與運行5.1工業(yè)以太網(wǎng)概述CSMA/CD是有線信道的一種帶有沖突檢測的信道競爭機制，能有效地避免沖突。采用CSMA/CD協(xié)議。1.以太網(wǎng)采用什么協(xié)議？其核心思想是使用共享的公共傳輸信道，即遵循IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)可以在光纜和雙絞線上傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。2、以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的關(guān)鍵問題1）通信的實時性

以太網(wǎng)采用CSMA/CD的總線訪問機制，遇到碰撞時無法保證信息及時發(fā)送出去，這種平等競爭的介質(zhì)訪問控制方式不能滿足工業(yè)自動化領(lǐng)域?qū)νㄐ诺膶崟r性要求，因此需要有針對這一問題的切實可行的解決方案。2）對環(huán)境的適應(yīng)性與可靠性

以太網(wǎng)是按辦公環(huán)境設(shè)計的，將它用于工業(yè)控制環(huán)境，其環(huán)境適應(yīng)能力、抗干擾能力等是許多從事自動化的專業(yè)人士所關(guān)注的問題。2、以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的關(guān)鍵問題：3）總線供電

在控制網(wǎng)絡(luò)中，現(xiàn)場控制設(shè)備的位置分散性使得它們對總線有提供工作電源的要求。現(xiàn)有的許多控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都可以利用網(wǎng)線對現(xiàn)場設(shè)備供電。工業(yè)以太網(wǎng)目前沒有對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點供電做出規(guī)定。4）本質(zhì)安全

工業(yè)以太網(wǎng)如果要用在一些易燃易爆的危險工業(yè)場所，就必須考慮本安防爆問題，這是在總線供電解決之后要進一步解決的問題。3、實時以太網(wǎng)：

為了滿足工業(yè)控制實時性能的要求，各大公司和標(biāo)準(zhǔn)組織紛紛提出各種提升工業(yè)以太網(wǎng)實時性的技術(shù)解決方案，這些方案建立在IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，通過對其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的實時擴展，提高實時性，并且做到與標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的無縫連接，這就是實時以太網(wǎng)（RealTimeEthernet，簡稱RTE）。5.2工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景：所謂工業(yè)以太網(wǎng)，在技術(shù)上與商用以太網(wǎng)相兼容，在產(chǎn)品設(shè)計上，通過對材質(zhì)、強度、標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議等的考慮，以滿足工業(yè)現(xiàn)場適用性、實時性、穩(wěn)定性、安全性、可操作性等方面的需求的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)。1、工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)狀5.2工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景：當(dāng)前，隨著工業(yè)自動化、智能化發(fā)展趨勢的日漸顯露，以PLC、工業(yè)軟件、工業(yè)機器人等為代表的工業(yè)設(shè)備產(chǎn)業(yè)市場獲得了迅速壯大，為了將這些設(shè)備構(gòu)成一個完整的自動化、智能化解決方案，急需一個網(wǎng)絡(luò)來對各組成部分進行聯(lián)網(wǎng)。因此，在工廠設(shè)備、系統(tǒng)集成，以及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的需求驅(qū)動下，工業(yè)以太網(wǎng)迎來了發(fā)展和增長。1、工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)狀

隨著工業(yè)自動化、智能化需求的提出，工業(yè)以太網(wǎng)迎來了發(fā)展，從商業(yè)應(yīng)用到工業(yè)自動化，以太網(wǎng)經(jīng)歷了技術(shù)的發(fā)展和突破，未來只要解決行業(yè)發(fā)展中的一些缺陷，就能為工業(yè)控制領(lǐng)域帶來更多活力。5.2工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景：1、工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)狀幾種主要的工業(yè)以太網(wǎng)(2)PROFInetPROFInet是我國國家標(biāo)準(zhǔn)PROFINET由PROFIBUS國際組織推出，是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動化總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFINET囊括了諸如實時以太網(wǎng)、運動控制、分布式自動化、故障安全以及網(wǎng)絡(luò)安全等當(dāng)前自動化領(lǐng)域的熱點話題，并作為跨供應(yīng)商的技術(shù)完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場總線（如PROFIBUS）技術(shù)，保護現(xiàn)有投資。5.2工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景：1、工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)狀幾種主要的工業(yè)以太網(wǎng)(3)EtherCATEtherCAT最初由德國倍福自動化有限公司研發(fā)。EtherCAT為系統(tǒng)的實時性能和拓?fù)涞撵`活性樹立了新的標(biāo)準(zhǔn)，同時，它還符合甚至降低了現(xiàn)場總線的使用成本。EtherCAT的特點還包括高精度設(shè)備同步，可選線纜冗余，和功能性安全協(xié)議(SIL3)。5.2工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景：1、工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)狀幾種主要的工業(yè)以太網(wǎng)(4)Ethernet/IPEthernet/IP是一個面向工業(yè)自動化應(yīng)用的工業(yè)應(yīng)用層協(xié)議，是主推ControlNet現(xiàn)場總線的羅克韋爾自動化公司為以太網(wǎng)進入自動化領(lǐng)域所研究創(chuàng)造的以太網(wǎng)工業(yè)協(xié)議。它建立在標(biāo)準(zhǔn)UDP/IP與TCP/IP協(xié)議之上，利用固定的以太網(wǎng)硬件和軟件，為配置、訪問和控制工業(yè)自動化設(shè)備定義了一個應(yīng)用層協(xié)議。Ethernet/IP協(xié)議由IEEE802.3物理層、數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和控制與信息協(xié)議CIP等3個部分組成。5.2工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景：1、工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)狀幾種主要的工業(yè)以太網(wǎng)（5)EthernetPowerlink奧地利貝加萊（B&R）公司開發(fā)的EthernetPowerlink（EPL）標(biāo)準(zhǔn)是一種可滿足最苛刻實時要求（4級）、并已投入實際應(yīng)用的工業(yè)以太網(wǎng)。EthernetPowerlink是一項在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)介質(zhì)上解決工業(yè)控制及數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域數(shù)據(jù)傳輸實時性的技術(shù)。EthernetPowerlink擁有Ethernet的高速、開放性接口，以及CANopen在工業(yè)領(lǐng)域良好的SDO和PDO數(shù)據(jù)定義，在某種意義上說POWERLINK就是Ethernet上的CANopen，物理層、數(shù)據(jù)鏈路層使用了Ethernet介質(zhì)，而應(yīng)用層則保留了原有的SDO和PDO對象字典的結(jié)構(gòu)。5.2工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景：2、工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展趨勢與前景如今，憑借著應(yīng)用廣泛、價格低廉、通信速度快、軟硬件產(chǎn)品豐富、支持技術(shù)較為成熟等優(yōu)點，以太網(wǎng)已經(jīng)在工業(yè)自動化系統(tǒng)中的資源管理層和執(zhí)行制造層取得了廣泛應(yīng)用，且不斷呈現(xiàn)出向工業(yè)控制現(xiàn)場延伸的趨勢。在此趨勢的實現(xiàn)過程中，一段時間內(nèi)工業(yè)以太網(wǎng)將與現(xiàn)場總線相結(jié)合，通過兩者的結(jié)合應(yīng)用為工業(yè)控制現(xiàn)場提供安全、穩(wěn)定、的網(wǎng)絡(luò)，待到技術(shù)和市場更加成熟后，終將完全取代現(xiàn)場總線。5.2工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景：2、工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展趨勢與前景工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)直接應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間的通信已成大勢所趨，國際電工委員會等組織已經(jīng)起草了相關(guān)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，意在推動以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的全面應(yīng)用，而我國各大院?？蒲袡C構(gòu)也已經(jīng)取得了相應(yīng)的技術(shù)突破，為以太網(wǎng)在工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間的通信應(yīng)用掃除了主要障礙。未來，隨著以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展成熟，工業(yè)以太網(wǎng)的實時性、安全性、不確定性也將得到更多改善，高性能低成本的工業(yè)以太網(wǎng)將會滲透到越來越多工業(yè)控制領(lǐng)域之中，持續(xù)為工業(yè)通信行業(yè)注入力量。同時，隨著工業(yè)以太網(wǎng)從管理層、制造層向控制現(xiàn)場不斷發(fā)展，也將如人們賦予它的稱號“一網(wǎng)到底”一樣，對工業(yè)管理、生產(chǎn)、監(jiān)控實現(xiàn)真正的全面掌控。

德國西門子公司1998年發(fā)布工業(yè)Ethernet白皮書，并于2001年發(fā)布其工業(yè)Ethernet的規(guī)范，稱為Profinet。Profinet基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，使用TCP/IP和IT標(biāo)準(zhǔn)，是一種實時以太網(wǎng)技術(shù)，同時它無縫地集成現(xiàn)有的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，從而實現(xiàn)現(xiàn)有的現(xiàn)場總線技術(shù)與工業(yè)以太網(wǎng)的有機融合。5.3、

Profinet技術(shù)及應(yīng)用

5.3.1、Profinet技術(shù)概述

12001500

12001500

25任務(wù)5.3-1200與1500的profinet通信系統(tǒng)構(gòu)建項目5工業(yè)以太網(wǎng)

控制系統(tǒng)構(gòu)建與運行26任務(wù)5.3-1200與1500的profinet通信系統(tǒng)構(gòu)建

主站：1215

從站：1511主要任務(wù)：PLC1中看到PLC2發(fā)送的數(shù)據(jù)，PLC2中看到PLC1發(fā)送的數(shù)據(jù)，硬件連線：2個網(wǎng)線連接項目5工業(yè)以太網(wǎng)

控制系統(tǒng)構(gòu)建與運行

一、ProfinetIO網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組態(tài)1.切換到網(wǎng)絡(luò)視圖，從右邊“硬件目錄”中添加PLC_11215。

雙擊1215界面，添加新子網(wǎng)PN/IE_1，設(shè)置IP:192.168.1.120，定義設(shè)備名稱

一、ProfinetIO網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組態(tài)2.進入操作模式，勾選IO控制器

一、ProfinetIO網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組態(tài)3.?新建項目，添加PLC_2

1511。選中“以太網(wǎng)地址”，添加新子網(wǎng)PN/IE_1，設(shè)置IP:192.168.1.151

一、ProfinetIO網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組態(tài)4.PLC_2CPU，選中“操作模式”，勾選“IO設(shè)備”，在“已分配的IO控制器”中選擇“PLC1.profinet接口_1”，如圖

一、ProfinetIO網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組態(tài)5.PLC_2CPU，選擇“智能設(shè)備通信”，創(chuàng)建傳輸區(qū)

一、ProfinetIO網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組態(tài)6.切換到網(wǎng)絡(luò)視圖

一、ProfinetIO網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組態(tài)7.在“網(wǎng)絡(luò)視圖”中，從右邊“硬件目錄”中添加控制器1214，

2.將程序分別下載到PLC1、PLC2中，分別建立監(jiān)控表，輸入地址測試通信正常

二、ProfinetIO網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信監(jiān)測35任務(wù)5.4-profinet的運動控制系統(tǒng)構(gòu)建項目5工業(yè)以太網(wǎng)

控制系統(tǒng)構(gòu)建與運行36任務(wù)5.4-profinet的運動控制系統(tǒng)構(gòu)建

主站：1215

從站：Maxsine_EP3E_PN（單軸滑臺的伺服驅(qū)動器）硬件連線：2個網(wǎng)線連接項目5工業(yè)以太網(wǎng)

控制系統(tǒng)構(gòu)建與運行37任務(wù)5.4-profinet的運動控制系統(tǒng)構(gòu)建

主要任務(wù)：PLC控制單軸滑臺：回零點

點動

絕對運動

相對運動項目5工業(yè)以太網(wǎng)

控制系統(tǒng)構(gòu)建與運行38

PLC工藝對象“軸”組態(tài)“軸”工藝對象是用戶程序與驅(qū)動的接口。工藝對象從用戶程序中收到控制命令，在運行時執(zhí)行并監(jiān)視執(zhí)行狀態(tài)。“驅(qū)動”表示伺服電機加電源部分或者伺服驅(qū)動器加脈沖接口轉(zhuǎn)換器的機電單元。驅(qū)動是由PLC產(chǎn)生脈沖來控制“軸”工藝對象的。運動控制指令塊必須在軸對象組態(tài)完成后才能使用。

39工藝對象的組態(tài)步驟如下：工藝對象的參數(shù)組態(tài)主要定義：軸的工程單位（如脈沖數(shù)/秒，轉(zhuǎn)/分鐘），軟硬件限位，啟動/停止速度，參考點定義等。進行參數(shù)組態(tài)前，需要添加工藝對象，具體操作為：40選擇項目樹——>工藝對象——>插入新對象選項，如圖所示，雙擊該選項彈出插入新對象對話框，單擊T0_PositioningAxis選項，在名稱文本框中輸入對象名稱，選擇軸對象數(shù)據(jù)塊編號，單擊“確認(rèn)”按鈕確認(rèn)。

單擊完成后可以在項目樹中看到添加好的工藝對象，雙擊Configuration（組態(tài)）選項進行參數(shù)組態(tài)，如圖所示，進入工藝對象組態(tài)目錄樹，如下圖所示：41在博途軟件查看426、

PLC運動控制指令436、

PLC運動控制指令（1）使能輸入

軸在運動之前必須先被使能。MC_Power塊的Enable端變?yōu)楦唠娖胶螅珻PU按照軸中組態(tài)好的方式使能外部伺服驅(qū)動；當(dāng)Enable端變?yōu)榈碗娖胶?，軸將按照StopMode中定義的模式停車。當(dāng)StopMode端值為0時，將按照組態(tài)好的方式急停。當(dāng)Stop