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*章：現場總線技術及PROFIBUS
1.1 現場總線技術的由來
1.1.1 CIMS體系結構及產業數據結構的層次劃分
根據工廠治理、生產過程及功能要求，CIMS體系結構可分為5層，即工廠級、車間級、單元級、工作站級和現場級。簡化的CIMS則分為3層，即工廠級、車間級和現場級。在一個現代化工廠環境中，在大規模的產業生產過程控制中，產業數據結構同樣分為這三個層次，與簡化的網絡層次相對應。如圖1-1所示。

圖1-1：簡化的CIMS網絡體系結構

1.1.2 現場級與車間級自動化監控及信息集成是工廠自動化及CIMS*的重要部分。
現場級與車間級自動化監控及信息集成系統主要完成底層設備單機控制、連機控制、通訊連網、在線設備狀態監測及現場設備運行、生產數據的采集、存儲、統計等功能，保證現場設備高質量完成生產任務，并將現場設備生產及運行數據信息傳送到工廠治理層，向工廠級MIS系統數據庫提供數據。同時也可接受工廠治理層下達的生產治理及調度命令并執行之。因此，現場級與車間級監控及信息集成系統是實現工廠自動化及CIMS系統的基礎。
1.1.3 傳統的現場級與車間級自動化監控及信息集成系統
傳統的現場級與車間級自動化監控及信息集成系統（包括：基于PC、PLC、DCS產品的分布式控制系統），其主要特點之一是，現場層設備與控制器之間的連接是一對一（一個I/O點對設備的一個測控點）所謂I/O接線方式，信號傳遞4-20mA（傳送模擬量信息）或24VDC（傳送開關量信息）信號。如圖1-2所示：

圖1-2：傳統的現場級與車間級自動化監控及信息集成系統
1.1.4 系統主要缺點
（1）信息集成能力不強： 控制器與現場設備之間靠I/O連線連接，傳送4-20mA模擬量信號或24VDC等開關量信號，并以此監控現場設備。這樣，控制器獲取信息量有限，大量的數據如設備參數、故障及故障紀錄等數據很難得到。底層數據不全、信息集成能力不強，不能*CIMS系統對底層數據的要求。
（2）系統不開放、可集成性差、專業性不強：除現場設備均靠標準4-20mA/24VDC連接，系統其它軟、硬件通常只能使用一家產品。不同廠家產品之間缺乏互操縱性、互換性，因此可集成性差。這種系統很少留出接口，答應其它廠商將自己專長的控制技術，如控制算法、工藝流程、配方等集成到通用系統中往，因此，面向行業的監控系統很少。
（3）可靠性不易保證：對于大范圍的分布式系統，大量的I/O電纜及敷設施工，不僅增加本錢，也增加了系統的不可靠性。
（4）可維護性不高：由于現場級設備信息不全，現場級設備的在線故障診斷、報警、記錄功能不強。另一方面也很難完成現場設備的遠程參數設定、修改等參數化功能，影響了系統的可維護性。
1.1.5 現場設備的串行通訊接口是現場總線技術的原形
由于大規模集成電路的發展，很多傳感器、執行機構、驅動裝置等現場設備智能化，即內置CPU控制器，完成諸如線性化、量程轉換、數字濾波甚至回路調節等功能。因此，對于這些智能現場設備增加一個串行數據接口（如RS-232/485）是非常方便的。有了這樣的接口，控制器就可以按其規定協議，通過串行通訊方式（而不是I/O方式）完成對現場設備的監控。假如設想全部或大部分現場設備都具有串行通訊接口并具有同一的通訊協議，控制器只需一根通訊電纜就可將分散的現場設備連接，完成對所有現場設備的監控，這就是現場總線技術的初始想法。
1.2.4 現場總線技術的產生
基于以上初始想法，使用一根通訊電纜，將所有具有同一的通訊協議通訊接口的現場設備連接，這樣，在設備層傳遞的不再是I/O（4-20mA/24VDC）信號，而是基于現場總線的數字化通訊，由數字化通訊網絡構成現場級與車間級自動化監控及信息集成系統。
1.2 現場總線技術概念
1.2.1 現場總線技術
目前，*的現場總線技術概念描述如下：現場總線是安裝在生產過程區域的現場設備/儀表與控制室內的自動控制裝置/系統之間的一種串行、數字式、多點通訊的數據總線。其中，“生產過程”包括斷續生產過程和連續生產過程兩類。
或者，現場總線是以單個分散的、數字化、智能化的丈量和控制設備作為網絡節點，用總線相連接，實現相互交換信息，共同完成自動控制功能的網絡系統與控制系統。
1.2.2 現場總線技術產生的意義
（1）現場總線（Fieldbus）技術是實現現場級控制設備數字化通訊的一種產業現場層網絡通訊技術；是一次產業現場級設備通訊的數字化革命。現場總線技術可使用一條通訊電纜將現場設備（智能化、帶有通訊接口）連接，用數字化通訊代替4-20mA/24VDC信號，完成現場設備控制、監測、遠程參數化等功能。
（2）傳統的現場級自動化監控系統采用一對一連線的、4-20mA/24VDC信號，信息量有限，難以實現設備之間及系統與外界之間的信息交換，使自控系統成為工廠中的“信息孤島”，嚴重制約了企業信息集成及企業綜合自動化的實現。
（3）基于現場總線的自動化監控系統采用計算機數字化通訊技術，使自控系統與設備加進工廠信息網絡， 構成企業信息網絡底層，使企業信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產現場。在CIMS系統中，現場總線是工廠計算機網絡到現場級設備的延伸，是支撐現場級與車間級信息集成的技術基礎。
1.2.3 基于現場總線的現場級與車間級自動化監控及信息集成系統

s7-300編輯

目錄

1產品簡介

2產品特性

3產品特點

4工作原理

5編程工具

6組成部件

? 導軌（Rail）? 電源模塊（PS）? CPU模塊? 信號模塊（SM）? 功能模塊 (FM)? 接口模塊 (IM)? 通訊處理器(CP)? 附件

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產品簡介編輯

S7-300

S7-300是德國西門子公司生產的可編程序控制器(PLC)系列產品之一。其模塊化結構、易于實現分布式的配置以及性價比高、電磁兼容性強、抗震動沖擊性能好，使其在廣泛的工業控制領域中，成為一種既經濟又切合實際的解決方案。

2產品特性編輯

· 針對低性能要求的模塊化中小控制系統· 可配不同檔次的CPU · 可選擇不同類型的擴展模塊· 可以擴展多達32個模塊· 模塊內集成背板總線· 網絡連接 - 多點接口 (MPI), -PROFIBUS或-工業以太網· 通過編程器PG訪問所有的模塊· 無插槽限制· 借助于“HWConfig”工具可以進行組態和設置參數

3產品特點編輯

· 循環周期短、處理速度高· 指令集功能強大（包含350多條指令），可用于復雜功能· 產品設計緊湊，可用于空間有限的場合· 模塊化結構，設計更加靈活· 有不同性能檔次的CPU模塊可供選用· 功能模塊和I/O模塊可選擇· 有可在露天惡劣條件下使用的模塊類型

工作原理編輯

· PLC采用循環執行用戶程序的方式。OB1是用于循環處理的組織塊（主程序），它可以調用別的邏輯塊，或被中斷程序（組織塊）中斷。·在起動完成后，不斷地循環調用OB1，在OB1 中可以調用其它邏輯塊(FB, SFB, FC或SFC)。·循環程序處理過程可以被某些事件中斷。·在循環程序處理過程中，CPU 并不直接訪問I/O模塊中的輸入地址區和輸出地址區，而是訪問CPU內部的輸入/輸出過程映像區（在CPU的系統存儲區）

5編程工具編輯

使用STEP7軟件對S7-300進行編程，目前S7-300的編程軟件版本為STEP7 V5.5SP2。^[1]STEP7包含了自動化項目從項目的啟動、實施到測試以及服務每一個階段所需的全部功能。

6AV6647-0AH11-3AX0

SIMATIC HMI KP300 BASIC MONO PN, BASIC PANEL, KEY OPERATION, 3" FSTN LCD DISPLAY, MonOCHROME BLACK/WHITE, PROFINET INTERFACE, ConFIGURATION FROM WINCC BASIC V11/ STEP7 BASIC V11, ConTAINS OPEN SOURCE SW WHICH IS PROVIDED FREE OF CHARGE FOR DETAILS SEE CD 概述： 3 英寸至 15 英寸理想的入門級系列,用于操作和監控緊湊型機器和系統 由于使用像素圖形顯示屏,可以清晰地顯示過程 使用觸摸屏和觸覺功能鍵實現直觀的操作 配備所有必需的基本功能,如警報記錄,配方管理,繪圖,矢量圖形和語言切換 通過集成的以太網接口或帶有 RS485/422 的單獨版本可以簡單地連接到控制器

優點：

全集成自動化 (TIA) 的集成組件：
提高生產率,zui小化工程費用,減少生存周期成本 由于采用垂直組態（4' 和 6' 設備）,即使在安裝空間受*也可使用 縮短組態和調試時間 由于免維護型設計和背光顯示器使用壽命較長,維修十分方便 由于具有輸入/輸出字段,矢量圖形,趨勢曲線,條形圖,文本和位圖等要素,可以簡單,輕松地顯示過程值 圖片庫,帶有現成的圖形對象 可使用： 可組態 32 種語言（包括亞洲和西里爾字符集） 在線可在多達 5 種語言間切換 相關語言文本和圖形

適用范圍：

在生產,過程和樓宇自動化中,使用 SIMATIC HMI 基本面板可以實現對緊湊型機器和設備的本地控制和監視。它們在各個部門中有著廣泛的應用。

設計：

SIMATIC HMI 基本面板與面板和多功能面板產品系列的現有觸摸設備安裝兼容。

KP300 基本型單色 PN

3.6' FSTN 像素圖形,單色 1 個以太網接口（TCP/IP,PROFINET） 觸控設備,配備10個功能鍵和10個系統鍵。 Text Displays (TD 100C, TD 200/TD 200C, TD 400C) 和 OP 73 , OP 73micro的創新后繼產品。

KTP400 Basic 單色 PN

3.8' STN,單色 1 個以太網接口（TCP/IP,PROFINET） 觸摸屏和 4 個觸覺功能鍵

KTP600 Basic 單色 PN

5.7' STN,單色 1 個以太網接口（TCP/IP,PROFINET） 觸摸屏和 6 個觸覺功能鍵 TP 177micro//TP 177A 創新的后續產品

KTP600 基本型彩色 PN 或 DP

5.7' TFT,256 色 1 個以太網接口（TCP/IP,PROFINET）或
1 個 RS 485/422 接口（MPI,PROFIBUS DP；單獨版本） 觸摸屏和 6 個觸覺功能鍵 TP 177micro//TP 177A 創新的后續產品

KTP1000 基本型彩色 PN 或 DP

10.4' TFT,256 色 以太網接口 (TCP/IP, PROFINET) 或
1 個 RS 485/422 接口（MPI,PROFIBUS DP；單獨版本） 觸摸屏和 8 個觸覺功能鍵

TP1500 Basic 彩色 PN

15.0' TFT,256 色 1 個以太網接口（TCP/IP,PROFINET） 觸摸屏