PLC德国惠朋VIPA可编程控制器快速入门指南
- 关键词：德国惠朋,二十一世纪
- 摘要：德国惠朋（VIPA GmbH）公司是欧洲知名的自动化组件及控制系统专业制造商，一直致力于发展工业自动化和可视化系统，产品线覆盖了各类大中小型 PLC 系统、HMI、各种 现场总线产品以及 Profibus-DP 协议芯片和开发工具等。
1 目录
一、VIPA产品概述
二、PLC 产品简介
三、VIPA CPU通过SIMATIC STEP7进行硬件组态的方法
四、总复位 OVERALL_RESET 的操作方法
五、VIPA Speed7 CPU 提供更安全的程序加密保护功能
六、更换VIPA 300S CPU操作步骤
七、通过 MMC 卡实现上电自动装载程序的功能
八、关于MP2I接口的说明
九、Profibus DP金属接头的使用
一、VIPA产品概述
德国惠朋（VIPA GmbH）公司是欧洲知名的自动化组件及控制系统专业制造商，一直致力于发展工业自动化和可视化系统，产品线覆盖了各类大中小型 PLC 系统、HMI、各种 现场总线产品以及 Profibus-DP 协议芯片和开发工具等，主要应用涉及汽车制造、啤酒饮料、 筑路机械、轨道交通、冶金、医药、物流、包装、机床、起重、楼宇、环保等行业。 惠朋（VIPA）公司成立于 1985 年，总部设在德国南部的 Erlangen，企业始终以用户 需求为目标，以自主创新为先导，逐渐成为自动化领域尖端科技的引领者，经过二十多年的 发展，已在全球五大洲 60 多个国家和地区设有分支机构和办事处。中国区总部设在北京（即 北京代表处）、下设上海和重庆两个办事处，并在各地有广泛的合作伙伴，包括代理商、系 统集成商和 OEM 等。
VIPA 产品线系统图
惠朋（VIPA）的产品线覆盖了工业控制领域的管理层、控制层和 IO 层，管理层产品包 括：用于 VIPA 的 PLC 产品组态编程的系统工具 SPEED7 Studio，通过电信运营商提供远 程通讯服务的 Teleservice 应用模块，还有系列的 HMI 产品，采用铝制外壳整体成型技术的 professional panels 和具有高性价比的 eco panels 等；控制层产品包括：基于 SPEED7 技 术全集成以太网的高速 300S CPU 和 SLIO CPU（Micro-PLC 一体机即将推出），以及支持 PCI 总线的 500S Slot CPU，还有传统的模块化 200V CPU 和 100V 一体机；IO 层产品包 括：300S 系列分别支持 SPEED-Bus 和 Standard-Bus 的 IO 及通讯模块，300S Profibus-DP 从站系统，SLIO 系列支持 PROFINET-IO、PROFIBUS-DP、EtherCAT 、EtherNet/IP、 Modbus/TCP、CANopen、DeviceNet 标准工业总线和 PROFIsafe 安全模块的分布式 IO 系 统，200V 从站系统和 100V 从站系统。 本指南主要为使用 VIPA CPU 和 IO 系统的技术人员提供参考。
二、PLC产品简介
1、300S 系列 PLC 系统
300S 系列 CPU 采用的是基于 SPEED7 核心技术的 PLC 7000 系列处理器芯片，该芯片直接集成有 MPI（12MBit/S）、以 太网 Mac、USB 2.0B、Profibus DPV1 主站（12MBit/S）、CAN、 SPEED-Bus（32Bit）以及与标准 I/O 模块通讯的背板总线接口， 其中 SPEED-Bus 为与高速 I/O 模块通讯的专用高速并行总线。 基于 SPEED7 技术的 CPU 是目前采用 Step7 编程的世界上 最快的硬件 PLC CPU，它具有 0.01μs 的指令处理周期，每毫秒 最高可执行 10 万条指令。对于普通的标准应用，选用与西门子 S7-300 相同的 Standard-V-Bus 导轨，在 VIPA CPU 右侧，可装 配 VIPA 300S 或西门子 S7-300 的模块；对于高速应用，必须选 用 VIPA 独有的支持 SPEED-Bus 的 CPU 和导轨，将 CPU 安装在 导轨的特定位置，在 VIPA CPU 左侧的 SPEED-Bus 背板上，只能装配 VIPA 专用的高速 模块，这些模块可极大地提高 I/O 访问的效率，右 侧与标准应用一样，仍然可装配 VIPA 300S 或西 门子 S7-300 的模块。 VIPA 的 PLC 系统可采用 VIPA 的 SPEED7 Studio 或西门子的 STEP7 和 TIA-Portal（目前只 有部分 CPU 支持 TIA-Portal）进行组态编程。VIPA CPU 集成的 PG/OP 以太网接口和 MPI 均可作为 编程口，部分高端CPU集成的CP343以太网接口和PROFINET接口也可供编程使用。CPU 上的卡槽支持通用的 MMC 卡（不大于 1G），用于程序和数据备份，也可用于装载上电自动 运行的程序，如果事先在 CPU 的工作内存中装好了程序，MMC 卡不是必须的；该卡槽还 支持用于扩展内存的 MCC 卡，300S 系列 CPU 标配工作内存 64K~2M，如果标配内存不够 用，用户可在不改变硬件的情况下通过 MCC 卡扩展内存至 512K~8M。 300S 的从站目前只有支持 Profibus 的 IM 353DP，最多可直接组态 32 个 IO 模块，支 持更多总线的从站系统请选择 SLIO 或 200V 系统。
2、SLIO 系列分布式 IO 系统
SLIO 系列分布式 I/O，是 VIPA 最新推出的薄片 式 PLC 系统，安装在标准 35mm DIN 导轨上，目前 已支持几乎所有主流的欧美标准工业现场总线，包括： PROFINET、PROFIBUS、EtherCAT、Modbus/TCP、 CANopen、EtherNet、DeviceNet，由于其卓越的底 板设计，48MBit/s 的传输率领跑业内同类产品，IO 模 块和端子模块的分离式机械设计将装配和维护工作量 减至最小，特别是最新推出的 SLIO 安全模块，通过 标准的 Profisafe 安全协议，保障用户系统的运行更加安全。 VIPA计划在 2013 年推出 SLIO 系列基于 SPEED7 技术的 CPU。
3、200V 系列 PLC 系统
VIPA 200V模块化可编程控制器及现场总线系统是用于自动 化工程领域的中小型控制系统，性能（速度和容量等）上相当于 SIEMENS S7-300的中小型系统，但体积上更为紧凑，单个模块 的尺寸仅为76×25.4×76mm，可直接安装在标准35mm DIN导轨 上，模块间的电气连接通过嵌入导轨的背板总线V-BUS来实现， 各种模块可灵活组合，构成用户所需要的应用系统，单排CPU和 从站都可以直接连接最多32个模块，也可通过扩展接口模块组合 成多排安装。 CPU的MP2I接口不仅支持MPI通讯，还支持VIPA绿电缆通讯，但绿电缆比MPI适配器 便宜很多，可节约开发成本，编程工具可选择VIPA的SPEED7 Studio或西门子的STEP7。 200V CPU支持Profibus主站或从站接口，CANopen主站或从站接口，以太网TCP/IP接口， 串行接口RS232或RS485，工作内存48K~128K，I/O地址容量为1024Byte，支持标准MMC 卡（不大于1G）存储程序和数据。 200V系统还有各种现场总线接口模块用于远程I/O，支持Profibus、Interbus、CANopen、 DeviceNet、SERCOS和Ethernet等协议，其中还有Profibus、CANopen主站接口模块。I/O 模块种类齐全，满足用户不同的需求，有AI、AO、DI、DO、通讯模块、运动控制模块等， 还有混合型模块，模块接线采用弹性卡接的前连接器，配线时方便快捷，且牢固可靠。
4、100V 系列 PLC 系统
VIPA 100V紧凑型控制器及现场总线系统是应 用于自动化工程领域的小型PLC系统，结构设计非常 紧凑，单个模块的尺寸为76×152.4/101.6×48mm, 安装在标准35mm DIN导轨上，实现微型和小型PLC 的功能，是CPU与IO、从站模块与IO一体化的控制 系统，并可以通过嵌入导轨的背板总线V-BUS来扩 展四个100V的IO扩展模块或200V的模块，可灵活地 构成用户所需要的应用系统。 编程可采用VIPA的WinPLC7或西门子的STEP7，与200V相同，可支持MPI和VIPA绿电 缆通讯，100V系统还支持RS232、RS485串行接口，ProfiBus-DP从站接口，DI输入端有四 路可做为计数器或连接两路AB増量编码器，最高计数频率30KHz，DO输出端有两路可做为 PWM输出，最高输出频率50KHz，内部集成有ROM存储器，用于断电后保存程序和数据， 不需要程序存储卡，还配有电池备电RAM存储器。100V CPU工作存储器容量8K~16K，支 持标准MMC卡（不大于1G）存储程序和数据。 100V系统还有两种现场总线远程I/O模块，支持Profibus和CANopen协议，I/O接线均采 用弹性卡接的前连接器，保证的连接牢固可靠，安装方便。
三、VIPA CPU通过SIMATIC STEP7进行硬件组态的方法
本手册的所有操作，均以SIMATIC STEP7 V5.5+SP2为例，如与STEP7其它版本的操 作有不同之处，请参阅对应版本的操作说明。 组态前，请从VIPA德国官网http://www.vipa.com/en/service-support/downloads/下载 GSD-File for all VIPA system，运行SIMATIC Manager，建立一个工程，并添加一个SIMATIC Station，打开这个Station的Hardware进入HW config，然后关闭工程，通过HW config中的 Options\Install GSD file，装载需要的GSD文件。
1、SPEED7 CPU 组态
VIPA的300S和500S系列产品基于SPEED7技术，CPU均内置了支持PG/OP的以太网 和MPI接口可用于编程，请先用网线或MPI适配器连接好PC与CPU（500S可直接通过PCI 插槽与PC建立以太网通讯），将CPU开关置于STOP位置并通电，运行STEP7，建立一个新 的工程。 选择编程口的设置方法如下： （1）选择以太网编程（推荐）操作步骤：选择指令Options\Set PG/PC Interface，在 下拉菜单中选择TCP/IP ->（PC内部与PLC连接的网卡），点击OK确认，再选择指令PLC\Edit Ethernet Node，在Ethernet node栏中选择Browse，在随即出现的Browse Network窗口中， 会显示目前与本PC连接的所有网络节点，选择与需要编程的CPU对应的节点，如图选择 192.168.1.170对应的CPU VIPA 315-2AG12：
点击OK确认后，该节点信息会被显示在网络节点的编辑界面：
如果该节点的IP地址跟你的PC在一个网段，即可点击Close进入下一步骤，如果不在一 个网段，需要设置新的与你的PC同网段的IP和子网掩码，然后点击Assign IP Configuration 分配给CPU再进行下一步。 （2）选择MPI编程的操作步骤：执行Options\Set PG/PC Interface，选择PC Adapter （MPI），并在Properties中确认MPI对应的COM口，然后点击OK进行下一步。
以下是VIPA的CPU与西门子CPU在用STEP7组态时的对照表：
完成好编程口的设置之后，即可开始组态，对于CPU的组态，最简单的方法是通过指 令PLC\Upload Station to PG，如果用以太网编程，把Slot设成2，IP地址设成CPU的IP，或 在Accessible Nodes中View一下，在显示窗口中选择对应的CPU，然后点击OK，该CPU即 被对应成西门子的型号组态在Slot2位置，注意：因为VIPA的300SCPU都内置Ethernet PG/OP接口，你必须组态一个Siemens的CP 343-1（6GK7-343-1EX11-0XE0 V2.0）虚拟 模块，虚拟位置总是在本地实际模块之后的第一个槽位。 对照表中提供了VIPA的CPU与西门子CPU的对应关系，你可以通过Upload的方法上传 CPU的组态，也可以从西门子的SIMATIC 300中，按对照表的型号对应组态VIPA的CPU， 对于支持标准TCP/IP协议的CPU 315-4NE12、317-4NE12、517-4NE02的组态，要注意在 常规虚拟的CP 343-1后面再组态一个CP 343-1以实现双以太网口的功能。 注意：用西门子6ES7 318-2AJ00-0AB0 V3.0虚拟配置VIPA的CPU时，X2口用于DP通 讯，X1口的MPI/DP接口只能支持MPI模式，不支持DP。 对于支持SPEED-Bus的CPU 314-6CF02、317-2AJ12、317-4NE12，如果需要在高速 总线上组态VIPA的300S专用模块，要在最后一个CP 343-1之后再组态一个虚拟的Profibus DP主站模块CP 342-5（6GK7-342-5DA02-0XE0 V5.0），并在此主站上添加一条Profibus 总线，请先确认VIPA_SPEEDbus的GSD文件已被正确安装，然后在硬件配置PROFIBUS DP\Additional Field Devices\ I/O 中找到VIPA_SPEEDbus，每一个需要配置在SPEEDbus 上的模块都必须单独以VIPA_SPEEDbus从站的形式挂在上述的Profibus总线上，如图以 VIPA 317-4NE12为例配置SPEEDbus，可以从截图中看到，在两个CP343-1之后配置了CP 342-5，注意：总线上第一个从站地址规定为100，且在0槽位上必须配置实际的CPU型号， 随后最多可以配置101~110号SPEEDbus从站，分别对应CPU左侧起第1~10个SPEEDbus 模块。
2、200V CPU 组态
VIPA 200V系统大多选择MPI编程方式，执行Options\Set PG/PC Interface，选择PC Adapter（MPI），并在Properties中确认MPI对应的COM口，然后点击OK进行下一步。 首先，配置一个Siemens的CPU 315-2DP（315-2AF03 0AB00 V1.2）作为虚拟DP主 站，并且虚拟主站地址规定设为2，在本站添加一条Profibus总线，在总线上添加PROFIBUS DP\Additional Field Devices\ I/O \VIPA_System_200V中的VIPA_CPU21x，Profibus地址规 定设为1，第一个槽位必须配置200V的CPU，然后按实际位置顺序配置你的System 200V 系统，如果你选择的CPU是真正的DP主站，并需要扩展DP从站的话，只需在虚拟主站上继 续添加其它从站即可。 注意：如果组态VIPA 21x-2BT10或21x-2BE03带有以太网接口的CPU，需要在虚拟主 站的第4槽位上放置西门子的CP 343-1虚拟模块以实现以太网功能。
3、100V CPU 组态
VIPA 100V系统以MPI方式编程，执行Options\Set PG/PC Interface，选择PC Adapter （MPI），并在Properties中确认MPI对应的COM口，然后点击OK进行下一步。
和200V一样，先配置一个Siemens的CPU 315-2DP（315-2AF03 0AB00 V1.2）作为 虚拟DP主站，并且虚拟主站地址规定设为2，在本站添加一条Profibus总线，在总线上添加 PROFIBUS DP\Additional Field Devices\ I/O \VIPA_System_100V中的VIPA_CPU11x， Profibus地址规定设为1，第一个槽位必须配置100V的CPU，然后按实际位置顺序配置你的 System 100V或200V模块。
四、总复位OVERALL_RESET的操作方法
因为在VIPA CPU配置的基本操作中，经常会用到总复位OVERALL_RESET操作，所以 有必要先把操作方法通过图解方式描述一下：
1、CPU上电后，将开关按至MRES位置保持约3秒，其间STOP灯慢闪3次；
2、当STOP灯停止闪烁时，松开开关，开关会回到STOP位置；
3、开关回到STOP位置后3秒之内，再按一下开关至MRES位置，随即松开，STOP灯 快闪3次；
4、STOP灯停止闪烁，表示OVERALL_RESET已完成。
五、VIPA Speed7 CPU提供更安全的程序加密保护功能
德国惠朋（VIPA）公司的SPEED7-CPU，除了传统 的采用Step7编程的程序保护功能外，还提供了更“安全” 的高级程序保护功能，它通过防止加密功能块被读取的 方式，来实现对程序开发者知识产权的保护。 用传统的程序保护功能加密的功能块可上传到PG（编程器），虽然用户看不到源代码内 容，但问题在于这些功能块的操作运行没有被加密，用户可将它们上传后，再下载到任何一 个同型号的CPU上即可运行，可见这种保护只是保护了源代码，而对单纯的功能复制起不 到任何保护作用，更有些解密软件甚至可以解出被隐藏的源代码，使保护功能彻底失效。 惠朋（VIPA）公司开发的高级“安全”程序保护功能提供了一个将加密功能块永久地 存储在CPU中的方法，具体操作如下：将需要保护的功能块传送到MMC卡中一个名为 protect.wld 的WLD文件中，再把MMC卡插入CPU的卡槽内并做总复位（overall reset），在 protect.wld文件中的功能块就被永久地保存在此CPU中，通过这种方式，你可以保护OB、 FC和FB。当上传这些被保护的功能块到PG（编程器）中时，只有这些块的标题被上传， 源代码仍然保留在CPU中而不能被读取，用户也就不可能将它们复制到其它CPU或进行源 代码解密，相当于编程者自制的SFC和SFB，这样就从根本上实现了保护编程者知识产权的目的。
加密功能块的操作步骤：
1、加密功能块写入protect.wld文件 在你的工程项目管理器中，用File > Memory Card file > New… 建立一个新的wld文件 并改名为 "protect.wld"。传送需要加密的功能块到该文件中：通过鼠标把它们从工程窗口拖 到protect.wld文件窗口内。
2、用OVERALL_RESET（总复位）传送protect.wld 到CPU 传送protect.wld 文件到MMC 存储卡，将MMC卡插入CPU的卡槽内并执行总复位 OVERALL_RESET，操作完成后，protect.wld文件中的功能块将永久存储在CPU中。
3、加密功能块的修改 编程者在源程序中完成对功能块的修改，再重复1、2两个步骤，新的protect.wld文件将 覆盖原CPU中的加密内容。
4、删除被保护的功能块 建立一个空的protect.wld文件，执行第2步，即可删除所有被保护的功能块，程序功能 也随即失效。
加密功能块的调用：
因为从CPU读取加密功能块时，可以得到功能块的标题，所以在载有protect.wld文件的 CPU中，最终用户可以通过功能块标题方便地调用这些功能块，而无需考虑它们的内容， 以实现二次开发。用户只需先建立一个工程项目，且不包含所有的加密功能块，在调用这些 功能块时，通过语句执行需要的功能块标题，必要时要包含预先定义的接口参数变量，即可 实现相应功能块的调用。
六、更换VIPA 300S CPU操作步骤
1、从原 CPU 中读取程序：
1.1准备一枚MMC卡（容量不大于1G），用计算机通过读卡器将其格式化成FAT16格式。
1.2在MMC卡根目录上用记事本建立一个文件，名为“vipa_cmd.MMC”，输入以下文 字并保存： CMD_START WEBPAGE WAIT1SECOND SAVE_PROJECT WAIT1SECOND DIAGBUF CMD_END
1.3将CPU运行开关打到STOP，在停止状态下（STOP和PWR LED灯亮），插入带有 vipa_cmd.MMC文件的MMC卡，然后会看到MMC LED灯亮过后熄灭，如MMC LED没亮过， 再将卡拔出重新插入，直到MMC LED灯亮过后熄灭，表示信息文件已写入卡中。
1.4用计算机读取MMC卡信息，可以看到卡上形成了四个文件，DIAGBUFF（诊断信息）， LOGFILE，S7PROG.WLD(程序)和WEBPAGE（PLC的网页信息）见下图1，将S7PROG.WLD 改成小写 s7prog.wld 保存在MMC卡上，其它文件全部清除或可移至计算机上的相关目录 中备用。
2、更换新 CPU，重新写入程序：
2.1准备好用来更换的新CPU，在断电状态下，将带有s7prog.wld文件的MMC卡插入卡 槽。 2.2上电后, 执行总复位OVERALL_RESET，完成后，程序即被装载入新的CPU。
七、通过MMC卡实现上电自动装载程序的功能
在Step7中，将CPU的程序复制到MMC有两种方式，做 "copy RAM to ROM" 将CPU 内存中的程序移到MMC卡中，这样你会在MMC卡中找到: S7PROG.WLD；还可以用File\ Memory card file \ New 在MMC卡上建立一个S7PROG.WLD文件，并将工程的Blocks中的 内容全部拷贝到该文件中。 把MMC卡插到CPU的卡槽中，此文件只有在执行总复位OVERALL_RESET时，被装入 CPU内存。 用PC将MMC卡中文件名“S7PROG.WLD”改为“AUTOLOAD.WLD” 再插入CPU的MMC 卡槽。则在每次CPU上电时，自动将MMC卡中的程序导入CPU内存中。
八、关于MP2I接口的说明
对于VIPA 200V和100V系统，MP2I接口支持标准的MPI通讯，还支持 VIPA的绿电缆通讯，使用MP2I接口时要特别注意以下事项：
1、请尽量选择标准的VIPA或西门子的MPI适配器，如果使用仿制或自制 的适配器，请必须确保插头1号针为空脚，否则有可能产生传输问题， 甚至损坏该接口；
2、在使用带编程口的DP接头时，接头上的编程口只能连接MPI 适配器，不能连接VIPA绿电缆，否则会损坏编程口；
3、VIPA的绿电缆仅限于连接PC与VIPA 200V和100V并进行编 程，不能连接西门子的系统。
对于违反以上提示进行不适当操作所造成的损坏，VIPA公司不承担责任!
九、Profibus DP金属接头的使用
VIPA的EasyConn全金属Profibus DP总线接头，与市场上同类产品相比，具有接线方 便、坚固耐用、抗干扰能力强等突出优点，特别是VIPA独有的指示灯诊断技术，为现场总 线的调试与维护提供了极大的方便。每个接头带有可切换终端电阻，标配MPI编程诊断插座， 带有诊断功能的接头还集成了一个带4个LED指示灯的控制器。 EasyConn全金属DP总线接头具有以下特点： ? 通过集成的LED状态指示器来实现总线诊断功能 ? 集成有终端电阻，可选择开启和关闭 ? 集成MPI控制芯片传输率可达12MBaud ? 全金属外壳，单一螺钉快速接线 ? 通过绝缘线切割夹子实现可靠接地
下表详细列明了LED诊断指示器的状态和诊断信息：
终端电阻可通过滑动开关随时切换，易于操作，可用于终止导出线，也可用于测试目的，连 在Profibus网络两头的DP接头开关打到“ON”，且Profibus电缆接在DP接头的进线孔里，网络 中间所有站的DP接头开关都要打到“Off”，如果中间有开关打到“ON”，后面的Profibus网络 将被切断。
Profibus电缆快速接线前请按要求剥线：剥去电缆外皮约17mm，屏蔽层保留长度约6mm， 除去多余的屏蔽层和保护层，露出红绿线长约11mm，红绿线长度要取齐，然后按如下步骤快速 接线：
1. 松开螺丝
2. 掀开接触盖
3. 插入双导线到导线管里（注意正确的导线颜色，绿线接A, 红线接B）
4. 请当心不要在屏蔽与数据线之间造成短路！
5. 盖上接触盖 ? 拧紧螺丝
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