工业控制网络实验指导书.docx
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工业控制网络实验指导书
《工业控制网络》实验指导书
实验要求
1、按指定实验台进行实验，与实验无关的仪器，不要乱动。
2、不得将水杯带入实验室。
3、接好线路，指导教师检查后，方可给电。
4、出现事故，立即切断电源，报告指导教师。
5、使用仪器不会就问，不要盲目操作，损坏仪器或元器件要保持原状，如实报告指导教师。
6、实验结束，经指导教师检查数据，同意后方可拆线，整理好仪器，导线再离开实验室。
7、拆线前要先断电源。
严肃认真，遵守纪律；
独立思考，细心操作；
爱护仪器，注意安全；
保持整洁，不要喧哗。
实验一CAN总线通信试验
1.1实验目的
（1）加深理解CAN总线数据收发方式。
（2）了解CAN控制器的工作原理熟悉各寄存器的功能。
（3）了解PCICAN板卡的工作原理。
（4）熟悉CAN总线节点地址和波特率设置。
1.2实验系统硬件及软件
（1）系统所需硬件
CAN总线实验系统包括隔离型开关量输入和输出、脉冲计数、电压型模拟量输入和输出、电流型模拟量输入和输出及接口板，详见表1-1。
表1-1CAN总线实验系统所需硬件
序号
名 称
数量
1
上位PC机
1
2
PCI板卡
1
3
隔离型开关量输入板及接口板
1
4
隔离型开关量输出板及接口板
1
5
隔离型开关量输入、输出板及接口板
1
6
隔离型脉冲计数板及接口板
1
7
隔离型开关量扩展板及接口板
1
8
电压模拟输入量板及接口板
1
9
电流模拟输入量板及接口板
1
10
万用表
1
11
电源+5V和+24V
2
（2）实验系统原理框图
CAN总线实验系统硬件分为：
开关量节点、模拟量节点和结构如上位机CAN板卡三类，结构框图如图1-1~3所示。
（3）实验系统所需软件
1操作系统——WindowsNT4.0Server操作系统，登陆名：
student，密码为空。
2监控软件——CAN总线实验系统，软件界面如图1-4所示。
3下位机测控及通信软件——微控制器程序
图1-4上位机监控软件
1.3实验内容
1.3.1开关量信号采集（节点1）
开关量输入板共有8路开关量输入，通过按钮控制。
单片机扫描输入端口，当按钮按下或释放时，单片机启动SJA1000发送相关报文通过82C250转换为CAN总线信号发送到CAN总线上。
每次数据发送完成后通信指示灯（红灯）闪烁一次。
连接好开关量输入接口板，接口板包括8路按钮输入。
实验过程中要对8路按钮状态进行采集，试验结束后将测试结果填入实验报告中。
1.3.2开关量信号控制（节点2）
开关量输出板共有8路开关量输出，通过显示灯显示输出状态（开关量输出接口板上的绿色灯）。
SJA1000接收相应报文，通过单片机控制开关量输出。
每次数据接收完成后通信指示灯（绿灯）闪烁一次。
连接好开关量输出接口板，接口板包括8路显示灯输出。
实验过程中要对8路开关量进行控制，试验结束后将测试结果填入实验报告中。
1.3.3计数器板信号采集及继电器控制（节点4）
计数器板共有两路计数器输入，通过按钮控制。
同时有两路继电器输出，是两组常开常闭的转换触点，通过显示灯显示继电器状态（计数器接口板上的显示灯，红灯代表常开触点，绿灯代表常闭触点）。
单片机扫描按钮状态，记录按钮的动作次数，达到预定值时启动SJA1000发送当前计数值。
同时也可以由上位机发送请求报文，计数器板接收报文后将相应计数器的当前值发送给上位机。
接收报文通信指示灯（绿灯）闪烁一次，发送报文通信指示灯（红灯）闪烁一次。
两路继电器可由上位机发送相应报文进行控制，试验结束后将测试结果填入实验报告中。
1.3.4电流模拟量信号的测量（节点6）
电流模拟输入量板每5秒钟对8路电流模拟信号采集一次，采集到的数据经过AD转换，在通过SJA1000和82C250转换为CAN总线信号发送到CAN总线上。
每次数据发送完成后通信指示灯（绿灯）的状态将改变一次。
连接好电压模拟信号输入接口板，接口板包括8路模拟量输入2路公共地信号、2路常开触点信号、2路常闭触点信号、2路继电器公共端。
实验过程中要对8路电流模拟信号进行采集，电流模拟信号值可以通过旋钮进行调节，试验结束后将测试结果填入实验报告中。
1.3.5电压模拟量信号的测量（节点7）
电压模拟输入量板每5秒钟对8路电压模拟信号采集一次，采集到的数据经过AD转换，在通过SJA1000和82C250转换为CAN总线信号发送到CAN总线上。
每次数据发送完成后通信指示灯（绿灯）的状态将改变一次。
连接好电压模拟信号输入接口板，接口板包括8路模拟量输入2路公共地信号、2路常开触点信号、2路常闭触点信号、2路继电器公共端。
实验过程中要对8路电压模拟信号进行采集，电压模拟信号值可以通过旋钮进行调节，试验结束后将测试结果填入实验报告中。
1.3.6设定波特率和节点地址
节点地址和波特率可以通过节点上的拨码开关设定，按照以下说明设定完毕后，按一下复位按钮即可完成节点地址和波特率的设置。
节点地址的设定如表1-2节。
表1-2节点地址由1~3位拨码开关设定
节点名称
1位的设定值
2位的设定值
3位的设定值
1号节点
1
0
0
2号节点
0
1
0
3号节点
1
1
0
4号节点
0
0
1
5号节点
1
0
1
6号节点
0
1
1
7号节点
1
1
1
节点通信的波特率设定如表1-3
表1-3节点波特率由7、8位拨码开关设定
波特率设定值
7位的设定值
8位的设定值
100kbps
0
0
125kbps
1
0
250kbps
0
1
500kbps
1
1
1.3.7CAN板卡功能
CAN板卡功能的主要功能是将CAN总线信号转化为PCI总线信号，从而实现从CAN总线信号经过桥接芯片传输到计算机的内存中，这样上位机软件就可以方便的读出下位机节点发送来的报文。
上位机发送的控制报文也可以通过桥接芯片CAN总线收发电路转换为CAN总线信号发送给下位机节点实现对节点的实时控制。
通过上位机监控软件的命令执行方式，了解CAN板卡上SJA1000中32个寄存器的功能。
1.3.8选做实验
开关量输入、输出板（节点3）和开关量扩展板（节点5）同上述开关量板一样，请同学们自己设计试验表格进行试验。
注：
对所有下位机节点请求某路信号的状态或进行输出控制的报文规定如表1-2：
表1-4CAN实验系统用到的通信协议
偏移量
数据
含义
ID高8位
00011xxx
xxx为被请求的下位机节点号（001-111）
ID低3位+RTR+DLC
xxx00010
其中xxx可选0-7路输入或输出信号，若代表节点的指示灯，则只有2个值，000——绿灯，001红灯
DATA0
00000000
含义为请求该路信号状态
00000001
控制节点指示灯（绿或红）
00000010
电平输出可控制8路绿色的灯
00000011
控制继电器动作
00000100
请求节点5上的8-15路（由ID低3位数值加8得到）开关量状态
00000101
请求节点5上的0-7路（由ID低3位数值得到）绿灯状态
00000110
请求节点5上的0-7路（由ID低3位数值得到）继电器状态
DATA1
00000001
使能
00000000
禁止
1.4实验步骤
（1）检查连线是否连接好。
（2）检查各下位机节点波特率和节点地址的设置是否正确。
（3）节点地址，按实验内容中所述设置。
波特率根据整个系统的通信波特率设置，建议250K。
（4）在上位机监控软件（名称：
CAN总线实验系统）上进行登陆，用户名9999，密码888888。
（5）检查系统配置菜单中的通信参数是否正确，主站地址0不要改动，波特率和下位机节点统一，建议250K。
确认无误后，在初始化菜单中执行“初始化上位机通讯适配卡”功能。
（6）下位机节点通电工作。
（7）在上位机监控软件中，可以选择“全景显示”功能监控各个节点各路信号的状态值，名称“开关量10”代表节点1的第0路；也可以选择“个别显示”功能只查看某个节点某一路信号的状态，按代码输入。
（8）测试并记录各节点各路信号的工作状况，写入实验报告；
（9）通过初始化菜单中的“命令执行”功能，实现各节点的输出控制，各寄存器功能参照教材中SJA1000的BasicCAN部分。
（10）通过初始化菜单中的“命令执行”功能，请求节点5的第8-15路开关量输入信号、0-7路绿色灯、8路继电器（其中4路常开继电器、4路转换继电器）的状态，注意响应报文是以开关量50-57的名称在检是窗口出现，而该窗口在上位机主动查询时显示的是节点5的0-7路开关量的状态。
（11）实验完毕退出时，下位机可直接关闭电源，上位机必须在监控软件中的初始化菜单中执行“关闭上位机通讯适配卡”功能后再退出。
1.5实验报告要求
（1）比较实验系统节点的操作数据与上位机监控到的数据。
（2）举例说明各节点的控制功能是如何实现的。
（3）说明你对CAN总线的认识。
实验二DeviceNet网络配置与通信实验
DeviceNet是一种低端的开放网络，它将工业现场的智能设备，如：
传感器、光电开关、操作员终端、电动机保护器、变频器和软起动器等与控制器直接连接。
是使分布式控制系统减少现场I/O接口和布线数量，将控制功能直接下放到现场设备的理想解决方案
2.1实验目的
（1）进一步了解DeviceNet网络结构。
（2）学习DeviceNet网络的组建及配置方法。
（3）学习使用Controllogix编程软件RSLogix5000编制控制程序。
2.2实验内容
（1）了解DeviceNet网络的接线方式及系统所需的软件和硬件。
（2）使用RSNetWorxForDeviceNet软件配置DeviceNet网络。
（3）学习使用RSLogix5000编程软件编制控制程序。
2.3.实验系统所需硬件及软件
本实验系统采用了目前自动化领域最先进的NetLinx网络架构，利用EtherNet可以实现远程操作、远程编程、远程网络配置等功能。
计算机通过以太网连接1756-ENT模块，通过ControlLogix框架访问控制系统的所有模块。
本实验通过以太网模块访问ControlLogix框架上的设备网络扫描器模块和ControlLogix处理器。
每组的三台计算机都可以通过EtherNet直接与1756-ENT模块通信，进而通过ControlLogix框架与1756-DNB模块通信，进行网络配置及程序下载。
2.3.1实验系统所用硬件包括：
（1）计算机——配置DeviceNet网络，编制控制程序；
（2）ControlLogix控制系统－—在本实验中用到的模块如图2-1所示，包括：
①1756-PA2电源模块——电源模块将外部的的交流或直流电源转换成控制器内部可用的电源，并防止电压脉冲对可编程序控制器内部部件的干扰。
②1756-L1ControlLogix处理器（对应Slot0）——控制DeviceNet网络演示系统的运行。
③1756-ENBT以太网通信模块（对应Slot1）——与计算机或其它控制系统通信，本实验中计算机对DeviceNet网络的配置及控制程序的下载都是通过该模块实现的。
④1756-DNBDeviceNet网络模块（对应Slot3）——设备网扫描器作为设备网上的主设备与控制器及设备网络上的设备通讯，完成下列功能：
♦下载网络配置数据
♦从设备中读输入数据
♦向设备写输出数据
♦监控设备的运行状态
（3）DeviceNet演示系统（如图2-1所示）
⑤42EF-D1LDAK-F5光电开关
⑥1791D-8B8P开关量输入输出模块
⑦855T塔灯
⑧872C-DH2NP8D4接近开关
⑨871TM-D5ED18-D5接近开关连接到⑾上的
⑩电源连接器——外接24V直流电源，为DeviceNet网络提供电源
⑾1792D-2BVA2D2输入、2输出分接器（口2连接（9））
⑿1785-分接器（连接DeviceNet网络上的设备）
（4）连接电缆及其他附件。
2.3.2实验装置接线图
图2-2是实验装置接线图；图2-3是DeviceNet网络中信号线和电源线的接线方式示意图。
2.3.3实验系统所需软件
（1）操作系统——WindowsNT4.0ServerPack6.0a操作系统，登陆名：
student，密码为空。
（2）
RSLinx通信软件——RockwellSoftware的RSLinx（以下称RSLinx）是在MicrosoftWindows各操作系统下建立工厂所有通信方案的工具。
它为罗克韦尔设备、软件及第三方软件提供网络通信驱动程序，如为A-B的可编程控制器和RockwellSoftware的RSLogix5/500/5000TM、RSView32TM、RSBatchTM、PLC-5A.I.系列、LadderLogisticsTM以及PanelBuilderTM等软件之间建立起通信联系。
RSLinx的AdvanceDDETM接口支持处理器与MMI（Man-MachineInterface）和组件软件之间进行通信，也可与如MicrosoftExcelTM、AccessTM及其它用户定制的DDE应用软件通信。
它的C应用程序编程接口（API）支持用户使用RSLinxCSDK开发的应用软件。
作为开发出的真32位应用程序，RSLinx充分利用了Windows操作系统的多处理性能。
通过各种通信接口，RSLinx可以同时为所支持的应用程序组合运行服务，RSLinx的功能如图2-4是RSLinx功能示意图（图中只标出了本分软件和硬件）。
（3）RSNetworx——RSNetWorx设备网组态软件，是32位图形网络组态工具软件。
RSNetWorx提供了一个图形化的网络视图，并具有在线和离线组态的功能。
RSNetWorxforDeviceNet提供了设备网组态所需要的信息和工具。
（4）RSLogix5000编程软件——RSLogix5000软件包，是一个32位的基于Windows软件。
能工作于Microsoft Windows2000/NT™/XP。
RSLogix5000编程软件可以用于顺序、过程和运动控制编程。
RSLogix5000提供易用的编程环境，遵照IEC61131-3标准，可用结构体或数组进行符号化编程，指令集丰富。
该软件环境通用于罗克韦尔自动化的Logix平台，该平台包括:
ControlLogix,FlexLogix,CompactLogix,SoftLogix5800,和DriveLogix。
RSLogix5000软件的主要特点包括：
①容易组态，RSLogix5000编程软件包括一个图形化的控制器文件管理器；I/O配置对话框和运动控制组态工具，可以用简单的鼠标点击方法来组态系统。
②复杂的数据处理能力，既可以使用数组数据，也支持用户自定义的结构体，与由控制器来定义特定的数据内存结构相比更能灵活地适应各种不同的应用需求。
③自由形态的梯形图编辑器，使编程人员集中于应用逻辑，而不必考虑太多的程序语法要求。
④灵活的编程方法，可以用梯形图、功能块图、顺序功能图、和结构文本等形式编程，使用户编辑应用程序更容易。
⑤拖放编辑功能可以方便的将指令、逻辑梯级、功能块、例程、程序和任务在RSLogix5000软件的单个项目或多个项目之间应用或拷贝。
⑥直观的编程环境，遵从IEC61131-3标准，一个Logix控制器的多任务操作系统在一个图形化的目录树中显示，目录树由用户应用程序的任务、程序和例程组成。
⑦在线帮助，通过全面的在线帮助功能，指令集参考或与软件集成的在线应用指南可以获得编程所需的任何帮助。
2.4实验步骤
2.4.1配置RSLinx驱动程序
（1）起动RSLinx
在Windows开始菜单的程序栏中选择RockwellSoftware的RSLinx，如图2-5所示。
RSLinx软件的启动界面如图2-6所示。
图2-6RSLinx软件启动界面
（2）选择并配置与系统通信的驱动程序
在图2-6所示的RSLinx软件界面中打开Communications菜单，选择ConfigureDrivers或直接点击常用工具栏中的ConfigureDrivers快捷方式图标弹出图2-7所示通信驱动程序配制界面。
在图2-7中的有效驱动程序类型（AvailableDriverType）下拉菜单中列出了RSLinx支持的所有驱动程序类型。
计算机可以通过几种途径与DeviceNet网络通信：
①通过1770-KFD串行口-DeviceNet网络转换模块直接与DeviceNet网络通信；②通过ControlNet网络或DH+网络（ControlLogix框架上的1756-CNB或1756-DHRIO模块）与DeviceNet网络通信；③通过Ethernet网与DeviceNet网络通信。
本实验中计算机通过Ethernet与DeviceNet网络通信，因此，在图2-7的AvailableDriverType下拉菜单中选择EthernetDevice。
然后点击AddNew按钮，在随后出现的添加新的驱动程序（AddNewRSLinxDriver）对话框中点击OK按钮（如果选择默认的驱动程序名称）。
出现图2-8所示Ethernet网络配置界面。
在HostName栏内输入计算机要与之通信的1756-ENET模块的IP地址，该地址已预先配置为172.24.0.2X，其中X为实验台的序号。
输入完成后点击“应用”和“确定”按钮，即完成了计算机与ControlLogix的Ethernet网络通信配置。
然后关闭ConfigureDrivers界面。
注意不要关闭RSLinx软件。
图2-8通信驱动程序配置界面
（3）网络监控
RSLinx的RSWho功能可以实时监控网络上的设备，通过RSWho界面能看到所连接设备的站点号、连接状态等信息。
在Communications菜单中点击RSWho或直接点击常用工具栏中的RSWho快捷图标
，在随即出现的界面中选择AB_ETH-1,ethernet驱动程序。
从界面中看到1756-ENET模块，双击该模块图标或点击左侧该模块旁边的+符号，出现如图2-9所示的监控界面，可见计算机已经通过1756-ENET模块与其所在的ControlLogix背板上的设备进行通信。
图2-9RSLinx监控界面
2.4.2DeviceNet网络配置
（1）起动RSNetWorxForDeviceNet
在开始菜单的程序栏选择RockwellSoftware—RSNetWorx—启动RSNetWorxForDeviceNet软件，启动界面如图2-10所示。
图2-10RSNetWorxForDeviceNet软件界面
（2）与DeviceNet网络通信
起动RSNetWorxForDeviceNet后，在图2-10所示的软件界面中打开Network菜单,点击Online或直接点击常用工具栏中的
图标。
在随即弹出的浏览网络（Browsefornetwork）对话框中选择AB_ETH-1,ethernet驱动程序（如图2-11所示），依次点击1756-ENET和backplane（背板）前面的+号，在backplane下拉列表中打开1756-DNBDeviceNet扫描器模块前的+符号，选中DeviceNet，然后点击OK按钮。
浏览结束后即可看到如图2-12所示的DeviceNet网的设备信息。
图2-12实验系统DeviceNet网络上的设备
（3）配置设备网络节点（预先已经配置，此项可以省略）
有两种方式配置DeviceNet网上设备的节点号——硬件配置和软件配置。
根据设备的不同，其节点的配置方式也不同，如本实验中的1791D-8B8P输入输出模块和1792D-4BVT4D4Input/4Output模块就是由模块本身的开关来设置设备的节点号的。
其它设备可以用RSNetWorxForDeviceNet软件来配置。
软件配置也分为离线配置和在线配置，本实验系统中的设备已经在线，因此选择在线配置。
下面是在线配置的步骤：
①选中需要配置节点的设备，点击鼠标右键，在下拉菜单中选择Properties（属性），即出现图2-13所示的对话框（图2-13是选中1756-DNB/A设备网络扫描器（节点号00）的对话框）。
②在Address栏可以改变设备的节点号（本实验用的设备节点已预先配置，请不要更改）。
2.4.3配置设备网络扫描器（Scanner）的I/O数据表
（1）配置1756-DNB设备网络扫描器模块
双击图2-12的1756-DNB/A设备网络扫描器图标，出现图2-13所示的1756-DNB扫描器模块属性对话框。
♦通用属性对话框（General）——显示模块的名称、节点地址、生产厂家、版本号等信息。
♦模块对话框（Module）——设置模块的槽号（Slot），—置，本实验中模块在框架的3号槽，因此设置为3，然后点及“应用”和“确定”。
完成模块节点和槽号的配置。
♦点击扫描列表（Scanlist）对话框——弹出如图2-14所示ScannerConfigurationApplet对话框。
点击上载（Upload）按钮，上载设备配置信息。
图2-131756-DNB设备网络扫描器属性设置界面
图2-14
上载后的扫描器列表对话框如图2-15所示，在Scanlint左侧的有效设备（AvailableDevice）列表中按设备节点号的顺序，列出了与1756-DNB设备网络扫描器模块连接的所有设备，与图2-12是一致的。
由图2-15可见其右侧的Scanlist是空的，这时，分别点击输入列表（Input）和输出列表（Output），可见都是空的，这说明此时设备的I/O数据并没有配置到扫描器的I/O数据表中。
点击图2-15中的
按钮，软件自动将设备的I/O数据配置到扫描器的I/O数据表中。
此时，左侧的设备都移到右侧的Scanlist中，再分别点击Input和Output可见设备的I/O数据在相应的列表中。
说明设备的I/O数据已经配置到1756-DNB扫描器的I/O数据表中。
点击Summary可以在一个对话框总揽I/O的全部信息。
图2-151756-DNB扫描器I/O列表对话框
（2）配置DeviceNet节点上设备的I/O参数
首先选中图2-15中Scanlist中的01号节点的光电开关，然后点击编辑I/O参数（EditI/OParameter）按钮，弹出图2-16所示I/O参数配置对话框。
按照图2-16来配置01号节点的参数，配置完成后点击OK按钮，如果改变了原来的参数，则依次弹出图2-17和图2-18所示提示，依次点击“是”即完成了该节点的参数配置。
按照同样方法，依次选择02、03、04、05号节点，配置参数如图2
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