工业控制网络与现场总线技术实验指导.docx
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工业控制网络与现场总线技术实验指导
《现场总线技术》
实验指导书
2009年06月
实验要求
1、按指定实验台进行实验，与实验无关的仪器，请不要乱动。
2、不得将水杯、零食等带入实验室。
3、接好线路，指导教师检查后，方可给电，不得私自拆接线路。
4、出现事故，立即切断电源，报告指导教师。
5、使用设备和软件不会就问，不要盲目操作，损坏设备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，同意后方可拆线或关闭软件，整理好仪器、实验台等再离开实验室。
7、拆线前要先断电源。
8、正常关闭系统，待显示可以关闭电源后，按下电源按钮关闭显示器，严禁非正常关机。
9、不得删除计算机中文件，设置、更改保护密码。
10、保持实验室干净整洁，不得在实验室乱仍纸屑，不得随地吐痰等。
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
目录
实验一工业控制网络上机实验4
实验二EtherNet/IP网络配置与通信实验21
实验三ControlNet网络配置与通信实验34
实验四DeviceNet网络配置与通信实验44
实验五基于DeviceNet的变频器控制实验55
实验一工业控制网络上机实验
工业控制网络也称为现场总线，现场总线与PLC控制系统的完美结合产生了当前最热门的FCS现场总线控制系统。
PLC控制系统是现场总线典型的应用场合，要深入了解现场总线的应用及其原理首先应当掌握PLC网络及其控制技术。
可编程逻辑控制器——PLC——是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算数运算等操作的指令，并通过数字式，模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程，可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充功能的原则设计。
可编程逻辑控制器综合了计算机技术，自动控制技术和通讯技术，用面向控制过程，面向用户的“自然语言”编程，适应工业环境，简单易懂，操作方便，可靠性高，是新一代通用工业控制装置。
PLC广泛应用于能源、矿业、加工制造业、化工、纺织、汽车、酿酒、制药、电子制造、木材加工印刷业、交通运输、城市供水、污水处理、农产品加工畜牧业等行业。
一、实验目的
1．了解PLC的工作原理；
2.熟悉PLC编程软件的编程环境；
3．掌握PLC编程的基本思想；
4.理解并掌握现场总线控制系统的构成。
二、实验系统硬件及软件
本实验利用展示墙上安装的ControlLogix系统作对象，熟悉RSLogix5000软件的编程环境，创建项目并学习本地I/O及通信模块的组态方法，练习梯形图程序的编写方法，掌握建立计算机与PLC通信，进行程序上下载，监视的方法。
本实验所用硬件：
ControlLogix系统和计算机等。
本实验所用软件：
1）WindowsXPServerPack2操作系统，自动登陆，无需密码；
2）RSLogix5000V15.00/16.00编程软件——用于ControlLogix控制器编程及程序监视；
3）RSLinxV2.53通信工具软件——用于建立计算机与罗克韦尔硬件的通信驱动，以及软件之间的接口。
1号ControlLogix系统的模块组成如下表所示：
槽号
0
1
2
3
4
5
名称
机架
电源
处理器
以太网
控制网
设备网
数字输入
数字输出
型号
1756—A10B
1756—PA75
1756—L61
1756—
ENBT
1756—
CNB/E
1756—
DNB
1756—
IB32B
1756—
OB32A
三、实验内容及要求
1.熟悉RSLinx软件的功能及使用方法，配置RSLinx通信。
2.熟悉RSLogix5000编程环境，用该软件创建一个项目，建立相应的I/O组态和通信组态。
3.掌握梯形图编程方法及控制逻辑实现方法
4.编写梯形图程序，下载并监控程序的运行。
四、实验步骤
１．配置RSLinx通信
RSLinx通信软件——RockwellSoftware的RSLinx（以下称RSLinx）是在MicrosoftWindows各操作系统下建立设备及软件通信方案的工具。
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。
与硬件设备相连时，通过计算机串行口－232通信接口与PLC控制器相连，或通过计算机以太网卡与PLC的EtherNet（EtherNet/IP）相连，在RSLinx中配置相应的驱动程序，建立计算机与控制器的通信，对控制器进行编程及程序状态监控、数据采集、以及信息采集等功能。
本实验中利用RSLinx建立编程软件和控制系统之间的通信。
首先，要运行RSLinx程序（一般在系统启动时已经将RSLinx作为默认的服务加载），如果RSLinx已经启动，则在屏幕右下角的任务栏中会有
的图标）。
如果RSLinx没有启动，在Windows开始菜单的程序栏中选择RockwellSoftware的RSLinx。
1）打开RSLinx,点击Configuredrivers按钮。
图1.1RSLinx软件启动界面
2）在图1.1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1.2所示通信驱动程序配置界面。
在“ConfigureDrives”窗口中，从驱动类型中选择“Ethernet/IPDriver”。
单击“AddNew”按钮。
图1.2RSLinx软件通信驱动程序配置界面
注：
在“ConfgureDrivers”菜单中列出了RSLinx软件支持的所有通信方式。
如果原来已有配置好的驱动程序，则选中该驱动程序，然后按“Stop”、“Delete”按钮将其去掉，重新配置。
本实验中使用EtherNet（EtherNet/IP）方式建立软硬件之间的通信，因此需要配置一个“AB_ETHIP-1”通信程序与PLC控制器进行通信。
其它方式的通信只需选择不同的通信程序即可。
3）在弹出的“AddNewRSLinxDrivers”对话框上单击“OK”。
图1.3添加新的驱动程序对话框中
4）在弹出的对话框中点击“确定”按钮即完成了通信程序配置（如果选择默认的驱动程序名称）。
图1.4通信驱动组态对话框
5）关闭ConfigureDrive对话框，点击RSWho按钮，即可查看对应站点的设备状况。
图1.5RSWho窗口查看连接设备及其状态
注意：
注意不要关闭RSLinx软件，请最小化软件。
2.用RSLogix5000软件创建一个项目，建立相应的I/O组态和通信组态。
RSLogix5000编程软件——RSLogix5000软件包，是一个32位的基于Windows软件。
能工作于MicrosoftWindows2000/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,SoftLogix和DriveLogix。
1）双击桌面上的RSLogix5000图标，或从启动程序中找到RSLogix5000编程软件，打开编程软件，出现下图所示画面。
图1.6RSLogix5000软件界面
2）打开文件（file）菜单，选择New或点击快捷图标
，在RSLogix5000软件内创建一个新的工程项目，如图1.7所示。
由于RSLogix5000支持多种控制器的编程，而每一种控制器的资源和属性都是不同的，因此需要为新建的项目指定一种控制器类型，点击New后随即弹出的图1.8所示的新建控制器（NewController）对话框。
点击可选框后面的向下箭头，列出所有支持的控制器类型，选择“1756-L61ControlLogix5561Controller”。
图1.7创建一个新的工程
图1.8新建项目并配置
说明：
Type后一定要选择ControlLogix5561；Logix平台产品支持硬件Firmware进行升级，因此对于控制器还应选择其版本号（Revision）。
实验室中的ControlLogix硬件版本为16.01版本，为保持软硬件版本一至，在此Revision选择16；Name即控制器名称，项目以控制器为核心，控制器名称即为项目名称，在名称（Name）中填入控制器的名称，可以自定义，但为了程序的可读性，一般根据功能命名，且不要用汉语和数字，最好用能描述工程的英文，不能重名；Description可以不写，但对于一个完整工程来说，最好写明；Classis必须选择1756-A10，因为本实验采用的是10槽框架；并且因为ControlLogix系列控制器允许在一个框架内插入多个控制器，所以还应选择控制器所在的槽号（Slot），该槽号由处理器在框架中的实际位置决定，在此Slot选择0，因为处理器位于0槽，实际应用中控制器一般都插在“0”号槽中；Createin设置存储程序的路径。
注：
PLCCPU模块上的钥匙开关可用来选定控制器启动时的工作状态，它又称为本地工作状态，一共有三个选择档位，即Program（编程）、Remote（远程）和RUN（运行）三种状态。
在Program状态时不允许通过RSLogix5000编程软件将控制器切换到运行状态，此时程序不会运行，控制逻辑不会起作用。
同理，在RUN状态时不允许通过RSLogix5000编程软件将控制器切换到编程状态，此时控制器处于运行状态，不可以改变程序也不可以下载程序。
在Remote状态下，允许通过RSLogix5000编程软件切换控制器的状态为RemoteProgram或RemoteRUN状态。
实际应用中，一般将钥匙放到Remote状态，方便编程软件进行状态切换，以进行程序调试，调试成功后，将钥匙切换到RUN状态，然后拔出，防止对程序误操作。
只有掌握控制器状态的作用才能更好进行PLC编程。
3）进行正确的设置之后，点击OK，进入下图所示画面。
此时，一个项目即被创建。
其左侧为RSLogix5000软件的项目树目录。
通过该项目目录树可以对项目进行管理，包括改变控制器类型，创建控制器域标签，进行故障程序处理，上电初始化程序处理，以及控制器任务规划，分配连续性任务和周期性任务，在任务中建立程序等，以及进行Motion控制配置，建立趋势图查看，定义数据结构，配置控制器所属输入/输出模块（I/OConfiguration）等。
图1.9RSLogix5000项目
编程界面中除了项目目录树、标准工具栏外，还有“在线工具栏”用于进行程序上载、下载及在线、离线以及控制器远程编程、远程运行状态切换（状态切换要求控制器钥匙处于Remote状态）。
从梯形图元件区选择元件拖拽到梯形图程序区即可进行编程操作，如图1.10所示。
图1.10RSLogix5000编程界面
RSLogix5000编程环境支持MicroSoft环境中的这种拖拽功能，以及各种复制、粘贴、插入、删除等快捷方式，实现简单快捷的图形化编程。
对于简单的控制，只需要按照默认的控制器配置，点击项目管理栏中的Tasks菜单前的“+”号，打开Task菜单，点击MainTask菜单前的“+”号，打开MainTask菜单，一直点击“+”至MainProgram、MainRoutine，即出现了梯形图编程的程序。
编程元件栏的Favorites中列出了各种常用的元件，依次为“添加梯级（Rung）”，“添加分支（Branch）”，“添加分级（BranchLevel）”（无分支时为灰色），“常开触点（XIC－检查是否闭合）”，“常闭触点（XIO－检查是否断开）”，“线圈输出（OutputEnergize）”，“输出解锁存（OutputUnlatch）”，“输出锁存（OutputLatch）”；在“Bit”、“Timer/Counter”、“Input/Output”，“Compare”等元件夹中列出了相应的各种元件，点中需要的元件，将其拽到放置位置松开鼠标就添加元件，也可以将鼠标点到需插入元件的地方，然后点击元件即可插入。
4）添加I/O模块。
为了实现控制器对模块的控制，需要在项目目录树中为控制器添加I/O模块并进行配置。
鼠标右键点击I/OConfiguration（I/O组态，位于左边窗口的底部）。
然后按鼠标右键，并选择NewModule（新模块）。
图1.11添加I/O模块
5）在弹出的对话框中选择”Digital”下的1756-IB32B模块，添加位于4槽的数字量输入模块，
如图：
图1.12选择1756－IB32模块
6）按OK，会弹出1756-IB32B组态对话框，在实际应用中应根据框架中插入的模块类型及所在槽，选择各种模块及所在槽号，并为模块唯一命名。
如下图所示填写：
图1.13配置1756－IB32模块属性
注意：
Name项不能为空；Slot必须与实际I/O模块在槽架的位置相对应；Description可以缺省；CommFormat为通讯字，这里接受默认设置即可；Revision为版本号；ElectronicKey为电子锁，通常选择DisableKeying。
其它接受默认设置即可，按OK。
同理，我们可添加位于其它槽的I/O模块。
下面我们设置通信组态，即添加相应的通信模块。
7）添加通信模块。
鼠标右键点击I/OConfiguration（I/O组态，位于左边窗口的底部）。
然后按鼠标右键，并选择NewModule（同第4步操作），
8）在弹出的对话框中选择”Communcation”下的1756-ENBT模块，添加位于1槽的以太网网桥模块，如图：
图1.14选择1756－ENBT通信模块
9）按OK，会弹出1756-ENBT组态对话框，如下图所示填写：
图1.15配置1756－ENBT通信模块
注意：
Name项不能为空；Slot必须与实际通信模块在槽架的位置相对应；Description可以缺省；Revision为版本号（软硬件版本号须设置一致）；ElectronicKey为电子锁，通常选择DisableKeying。
其它接受默认设置即可，按OK。
同理，我们可添加位于其它槽的控制网、设备网模块。
10）组态完毕后，I/OConfiguration下会出现如下画面：
图1.16完成I/O组态界面
3.编写梯形图程序，下载并监控程序的运行。
现在我们添加梯形图逻辑，ControlLogix控制器支持多个任务（Tasks）。
每个任务可以包括若干个Programs，每个Program可以包括若干个Routines。
在本实验中，我们只需要一个Routine，因而我们将使用缺省创建和规划的MainRoutine。
1）将鼠标移到“Tasks”文件下面的“MainRoutine”。
图1.17选择主例程
2）双击“MainRoutine”，出现如下画面。
图1.18编程主界面
3）梯形图是一种与电气控制逻辑直接相对应的编程语言，可以由电器控制逻辑图直接转化而得到，因简单易用而得到广泛应用。
梯形图程序按照从左到右，从上到下的顺序执行。
在梯形图编程区进行编程时，点击
增加新梯级，将鼠标放到梯级前面，这时梯级前变为蓝色，点击XIC
元件，添加常开、常闭触点，再点击OutputEneregize
元件，添加输出控制。
图1.19添加梯级和输入输出元件
4）然后为控制元件赋以地址（标签）。
双击XIC元件上的？
号，选择标签的域为“ControllerScopeTags”，点击Local:
2:
I.Data前的加号,选择Local:
2:
I.Data[1]（第0个字节为状态值，第1个字节为输入数据），这时在其后会出现一下拉箭头，点击下拉箭头，选择“0”。
如图1.20所示。
完成后XIC元件上方显示Local:
2:
I.Data[1].0。
图1.20为输入元件赋予地址（标签）
同样，双击OutputEnergize的？
，Local:
2:
O.Data前的加号，选择Local:
2:
O.Data[0]，点击下拉箭头，选择“0”。
完成后OutputEnergize元件上方显示Local:
2:
O.Data[0].0
图1.21为输出元件赋予地址（标签）
5）按照下图添加程序。
完成数字量I/O实验的编程。
图1.22编写测试程序
这是一个简单的直接控制逻辑，即输入信号有效，则激励输出，就像开关闭合则电灯就点亮一样。
6）如果你认为上述实验太简单，你也可以利用8个数字输入量和4个数字输出量作其它实验，还可以利用RSLogix5000提供的计时、计数器来完成数字逻辑控制实验。
7）点击
校验你的文件，并注意保存文件。
（在编辑过程中，编程软件实时检测程序的语法，在有语法错误时，梯级标号上有“e”的字符存在，只有程序没有错误时才能下载。
）
8）与处理器通讯，点击主菜单上的Communication，选择WhoActive，你会看到如下画面：
图1.23选择可通信的系统
9）点击“AB_ETH-1,Ethernet”旁边的“+”找到相关的处理器。
图1.24选择要与之通信的控制器
10）确定处理器处于program或Remote状态，（控制器处于RUIN状态时无法进行下载，）选择Download。
之后将控制器切换到运行状态，利用实验面板的开关和指示灯验证你所编辑的程序。
11）程序监视。
在RSLogix5000编程软件中还可以实时进行程序监控。
确定控制器当前状态RemoteRun或RUN状态，如果不是，在RSLogix5000编程软件的在线工具中下拉菜单将控制器切换到Run状态。
此时，在编程界面中，右点需要查看的标签，选择“Monitor/Edit”，可以看到改模块所以点的状态，也可选择“Trend”在线查看标签的趋势。
在程序中，反应到梯形图则“Start”变为绿色，表明开关导通，根据控制器逻辑开关导通，则输出信号为“1”，输出“Local:
5:
O.Data[1].0”变为绿色，如图1.25所示。
图1.25梯形图能流状态
4.基本指令编程实验
以上的程序实现了最简单直接控制逻辑，在实际的应用中PLC的控制逻辑是由一些简单的控制逻辑组合而成的，这些简单的控制逻辑组合以及PLC提供的计时器、计数器、信息传递指令、计算／算术指令、转移／逻辑指令、比较指令、三角函数指令、PID指令、指数运算指令、程序控制指令、阵列／文件指令及特殊指令就可以完成整个系统的自动化控制。
基本控制逻辑是电器控制线路中的基本单元，主要包括：
与逻辑
或逻辑
非逻辑（禁逻辑）
自锁逻辑
互锁逻辑
联锁逻辑
由这些逻辑可以组成各种控制线路。
以上程序每个梯级为单独程序，可以变换不同地址（如图中的Local：
2：
I。
Data[1].0为通道0输入，将最后一位改为1，则为通道1，以此类推，输出通道类似，每个模块有32个输入通道和32个输出通道，相对于外部的32个按钮和32个指示灯）在一个程序中实现所有控制逻辑。
根据以上逻辑进行编程，调试，并记录每个逻辑程序的运行结果。
五、实验报告要求
1.实验报告必须认真填写，书写工整，不得出现错字、别字、白字、简化字。
2.实验名称按本指导书给出的实验名称填写。
3.实验日期按实际进行实验的日期进行填写，不得错写或漏写
4．实验目的按本指导书给出实验目的填写，不得自行编造。
5．实验步骤必须详细，包括进行了那些设置及设置了哪些参数，出现了什么结果等。
不得跳步或笼统填写。
6．实验报告上交前由班长把关，对书写不符合以上要求及书写不认真、潦草者打回重新填写。
六、思考题
1.简述PLC的工作原理及应用场合。
2.简述现场总线控制系统的构成。
3.简述梯形图程序的执行过程。
4.处理器的运行状态有几种？
分别在什么情况下设置？
处理器上运行状态钥匙应如何进行相应的设置？
5.记录每个控制逻辑的编程过程及执行结果。
6.举例说明每种简单控制逻辑的一个典型应。
实验二EtherNet/IP网络配置与通信实验
EtherNet/IP（Ethernet/IndustrialProtocol）是一种适用于工业环境的通信系统。
EtherNet/IP使用控制与信息协议CIP协议（ControlandInformationProtocol），其公共的网络层、传输层和应用层亦为ControlNet和DeviceNet共享。
CIP协议是位于开放的、高度流行的EtherNet和TCP/IP协议顶层的一个公共的、开放的应用层。
由于采用了CIP规范及Ethernet、TCP/IP技术，EtherNet/IP具有广泛的优越性。
EtherNet/IP不仅解决了设备间的一致性问题，而且使得采用EtherNet/IP组建的控制网络可以较容易地集成到Internet/Intranet上，可以通过Internet来管理整个企业网。
根据EtherNet/IP的优点，它适合应用在以下场合。
（1）大型应用，需要连接多台计算机、控制器、人机界面、I/O和其他设备。
（2）作为多个DeviceNet网络的主干网。
（3）控制器间的点对点互锁。
（4）连接I/O和传动控制。
一、实验目的
1．掌握EtherNet/IP网络的原理及其组成；
2.学习用RSNetWorxforEtherNet/IP软件配置EtherNet/IP网络；
3．了解ControlLogix如何与EtherNet/IP接口设备通信；
4.掌握分布在EtherNet/IP网络上的远程FlexI/O的使用方法。
二、实验设备和仪器
本实验系统采用了目前自动化领域最先进的NetLinx网络架构，在NetLinx架构中，计算机通过EtherNet对其它网络进行访问的接入成本是最低的。
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-ENBT模块，通过ControlLogix框架访问控制系统本地及远程的输入输出模块。
本实验中每台计算机都可以通过EtherNet直接与1756-ENBT模块通信，进而通过ControlLogix框架与相应的CPU模块通信，进行网络配置及程序下载。
1.实验系统所用硬件：
（1）计算机——配置EtherNet网络，编制控制程序；
（2）ControlLogix控制系统－—在本实验中用到的模块：
①1756-PA75电源模块——电源模块将外部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
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