基于EM277与PROFIBUS—DP通信教学设计的优化实践

2015-09-10郑长山

考试周刊 2015年64期

郑长山

摘要：针对学生对通过EM277模块进行的S7-300与S7-200PLC的PROFIBUS-DP通信难以理解，学习兴趣不浓厚等问题，作者提出了一种优化教学的设计方案。该方案分析了教学情况，采用了相应的教学策略，详细介绍了教学设计的过程。结论表明，本教学设计通过各种教学方法，系统化了之前学习的知识，WinCC监控的引入丰富了视觉感受，使学生产生了学习兴趣，增强了学习效果。

关键词： PROFIBUS-DP 教学设计教学方法

目前，PROFIBUS的应用十分广泛。基于EM277的S7-200与S7-300间的PROFIBUS通信除可实现全集成自动化控制以外，还可以廉价地实现分布式I/O。S7-200作为分布式I/O实现现场信号的采集与控制，S7-300则实现中央集中控制功能，该方案与传统I/O控制方式相比，避免了繁琐的I/O接线问题，提高了系统的可靠性[1]。

现场总线技术、工业网络通信技术等课程一般都要讲述EM277的S7-200与S7-300间的PROFIBUS-DP通信，该通信学生理解困难，学习兴趣不浓厚，效果不理想。对老师来说，教学实施困难，教学效果不是很满意。为此，我进行了教学设计的优化实践。

1.对教学情况分析

高职学生特点：学习积极性不高；兴趣不浓；自主学习能力弱；好奇心强，乐于动手与实践。

教学目标：了解通信的硬件与软件配置；掌握通信硬件连接（重点）；掌握系统硬件组态；掌握网络参数及通信区设置（重难点）；掌握网络编程方法（重难点）；掌握变量表调试（重点）、熟悉WinCC画面及PLC指示灯调试（重点）；掌握联机调试方法（重点）。最终培养学生解决问题的能力及良好的职业综合能力。

2.采用的教学策略

根据以上教学情况分析，教学策略要体现“做中教，做中学”的特色，具体教学策略如下：

2.1采用项目教学法，采用工程项目解决步骤，培养工程思维。运用详细步骤法，降低难度。采用该策略解决重难点、培养解决问题能力及职业综合能力。

2.2在从站S7-200PLC侧，控制对象为星-三角降压启动控制的电机。主站S7-300PLC侧引入WinCC监控，可监控从站。上述做法系统化了知识体系，将学生之前学习的电气控制、S7-200PLC、S7-300PLC、WinCC组态等课程联系起来，既是复习又是系统化的提升还使各门课程得到具体应用。以上内容通过观测电机及画面，达到强烈的视觉效果，使学生产生学习兴趣。

2.3采用小组学习法，小组排名以激发集体荣誉感，解决学习积极性不高的问题。

2.4播放工程应用视频，调动学生的学习积极性。

3.教学过程设计（6课时）

3.1课前准备。

课前通过微信或QQ发送给学生精品课程网站网址及其他相关知识学习的网址，让学生课前学习。另外，通过教材预习PROFIBUS-DP通信，使学生有目的地学习。

3.2播放工程通信视频，激发学生的学习热情。

通过网上下载PROFIBUS-DP通信工程应用视频短片，播放给学生观看的同时并讲解，使学生了解工程实例，了解所学的知识是有广泛的应用，激发学生的学习热情。

3.3创建本课程PROFIBUS-DP通信项目应用情境。

为给学生直观感性的认识，提高学习兴趣，创设项目实例应用情境，首先教师边讲边演示课前教师已经完成的PROFIBUS-DP通信项目。该项目通过EM277模块组建1台S7-300PLC与1台S7-200PLC的PROFIBUS-DP通信，其中S7-300PLC為主站，DP地址为2，S7-200PLC为从站，DP地址为3。要求：

3.3.1在主站通过WinCC画面监控从站电机状态，按下画面中启动按钮图形，可以启动从站电机，按下画面中停止按钮图形，可以停止从站电机。并且在主站WinCC画面中，监测到从站电机的运行状态。

3.3.2从站电机要求星-三角降压启动PLC控制，并且从站可以启动或停止从站电机。

星-三角PLC控制之前已经学过，因此这些硬件连接部分已经完成，但是要完成软件PLC编程。另外，还要完成PROFIBUS-DP通信。

将学生分成两人一个学习小组，然后请小组模仿体验操作过程及观测效果，调动学生的学习积极性。教师告诉学生，他们通过六节课的学习，可以完成该实验的通信硬件连接及软件编程，也能看到同样的效果。短时间里就能体会到成功的喜悦，这种做法是给学生下达项目任务。

3.4项目实施过程

步骤1：硬件与软件配置。

学生课前预习后，教师在课堂上抽查小组预习情况，由组员代表回答硬件、软件配置，根据回答情况记录成绩。为了实现S7-300与S7-200PLC的PROFIBUS-DP通信，必须以下配置：

硬件：一台西门子CPU315-2PN/DP、一个电源模块PS3075A、一台S7-200PLC、一个EM277模块、一根PROFIBUS通信电缆、两个DP头，用于S7-300PLC的以太网下载线，用于S7-200PLC的USB/PPI编程电缆下载线。安装有STEP7-Micro/WINV4.0SP6编程软件的电脑、安装有STEP7编程软件的电脑。通信硬件连接如图1所示，DP头在终端，所以DP头开关拨向OFF。

图1 通信硬件连接

软件：用于S7-300PLC的STEP7编程软件，用于S7-200PLC的STEP7-Micro/WINV4.0SP6以上编程软件，WinCC组态软件。

步骤2：系统硬件组态。

关于系统硬件组态，较简单，教师应引导学生完成操作，具体内容如下。

本系统选用带有DP口和以太网口的西门子CPU315-2PN/DP作为主站的控制器。双击SIMATIC300，插入导轨，1号槽位插入电源模块PS3075A，2号槽位插入CPU模块CPU315-2PN/DP。

步骤3：网络参数设置。

此步骤根据小组完成的时间进行打分。

网络参数设置是重难点，教师边操作，边讲解，告诉学生注意理解选定地址、通信速率含义，会GSD文件的安装过程。学生边学习边操作，更重要的是理解。如果有疑问，小组内部解决，如不能解决，老师个别辅导，具体内容如下。

在HWConfig中，双击CPU模板的MPI/DP行，接口类型选择PROFIBUS，DP地址选择为2。网络设置中传输率设置12Mbps，配置文件为DP。

要与S7-200PLC进行DP通信，本系统把S7-200PLC的DP地址设置为3，在硬件EM277模块上，用螺丝刀将拨码开关箭头指向3的位置，必须对PLC断电重启，才可以使设定的地址有效。

关于软件，安装EM277的GSD文件，EM277作为PROFIBUS-DP从站模块，其有关参数是以GSD文件的形式保存的。在对EM277组态之前，需要安装它的GSD文件。GSD文件是siem089d.gsd。在HWConfig界面上，单击选项按钮，再单击安装GSD文件，直到安装结束。

在HWConfig界面右侧，找到AdditionalFieldDevices，将EM277PROFIBUS-DP，拖到PROFIBUS（3）：DP主站系统线上，如图2所示。

图2 EM277PROFIBUS-DP拖到PROFIBUS主站系统

在属性-PROFIBUS接口EM277PROFIBUS-DP界面上，设置从站DP地址为3。网络设置传输率12Mbps，配置文件：DP。

步骤4：通信区设置。

此步骤根据小组完成的时间进行打分。

通信区设置是重难点，教师可用打比方的方法讲清楚发送和接收的含义。教师边操作边讲解，学生边学习边实践，如果有疑问，小组内部解决，如不能解决，则老师个别辅导。操作及讲解内容如下：

根据需要选择传送的数据字节数，选择8输出/8输入，单击EM277，单击右边8BytesOut/8BytesIn，STEP7自动分配主站的I地址和Q地址。即主站接收区是IB0～IB7，发送区是QB0～QB7。

双击网络线下的EM277，打开属性-DP从站对话框，单击分配参数按钮，设置I/OOffsetintheV-memory为100，如图3所示。即在V存储区中的I/O偏移量为100，含义是S7-200PLC中的VB100～VB107是接收区。接收的是S7300PLC中的QB0～QB7发送区发送的数据；S7-200PLC中的VB108～VB115是发送区，发送到S7300PLC的接收区IB0～IB7。然后保存并编译，组态结束后，将整个组态信息下载到S7-300PLC中，通信区如图4所示。

图3 设置I/OOffsetintheV-memory为100

图4 通信区

步骤5：程序设计。

关于程序设计，建议先编写简单通信的程序，调试网络是否正常。教师边操作边讲解如下：

主站通过MOVE指令编写自发送数据程序，编写自接收程序；从站编写接收的信息通过MOVE指令送发送出去。通过变量表调试自发自接收数据是否成功，如果不成功，检查原因，继续调试，直到成功为止，说明网络正确。

根据项目任务和图4通信区编写主站与从站程序，向学生强调任务要深刻理解。

编写星-三角降压启动PLC控制程序，再编写WinCC画面相关程序。引入这部分既是复习，又是将几门课程系统化的提升，也使各门课程得到具体应用。可以让学生直接观测通信效果，直接看到电机运行状态，WinCC监控更形象生动，使学生产生浓厚的学习兴趣。

步骤6：WinCC监控画面制作及调试。

下面的知识学生学过，教师引导，学生完成。

利用之前学习的WinCC组态课程，根据任务建立变量、制作画面，建立连接，在断电情况下确保PLC输入正确接线，PLC输出暂时不接，送电，通過WinCC画面及PLC指示灯调试。

如果满足项目要求，调试成功，不满足，检查原因，修改程序，继续调试，直到满足要求为止。

步骤7：联机调试。