通化市西門子中國(guó)*總代理通化市西門子中國(guó)*總代理

西門子DP總線是一種用于工廠自動(dòng)化車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)[2-3],可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)到車間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò),，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的解決方案[4].ProfiBus系列由ProfiBus-DP/FMS/PA三個(gè)兼容部分組成。其中ProfiBus-DP和PA的特點(diǎn)如下[1,5]:

　　西門子DP總線是適用于自動(dòng)控制系統(tǒng)與分散I/O 之間的高速通信,；可取代24 V 或4~20 mA 的串聯(lián)式信號(hào)傳輸,；使用RS 485傳輸技術(shù)或光纖媒體。

　　西門子DP總線是專為過程自動(dòng)化設(shè)計(jì),；可將變送器和執(zhí)行器連接到一根公共總線，可用于本質(zhì)安全領(lǐng)域,；數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的ProfiBus-DP協(xié)議,，還具有PA行規(guī)。

　　本文將采用ProfiBus-DP和ProfiBus-PA通信協(xié)議來構(gòu)建過程控制系統(tǒng),。

　　2 系統(tǒng)架構(gòu)

　　本過程控制系統(tǒng)用于模擬對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)液位,、溫度等信息的采集,、處理，PID 控制和控制工藝流程的實(shí)時(shí)監(jiān)控,。系統(tǒng)通過西門子DP總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換,，采用MPI通信方式與上位機(jī)進(jìn)行通信和遠(yuǎn)程控制，從而使整個(gè)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化,?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

　　系統(tǒng)主要包含上位監(jiān)控機(jī),、CPU,、以太網(wǎng)通信模塊、DP鏈路,、分布式I/O和變頻器DP從站,、溫度和壓力變送器、閥門定位器,、電磁流量計(jì)等,。CPU 采用Siemens 的S7300 315-2 DP,既具有多點(diǎn)通信功能的MPI 接口，又具有ProfiBus-DP通信功能[6].

　　3 系統(tǒng)組態(tài)

　　3.1 硬件組態(tài)

　　針對(duì)西門子S7-300 plc 來說,，其硬件組態(tài)是通過Step7 軟件來實(shí)現(xiàn)的,。組態(tài)過程主要包括以下幾個(gè)步驟。

　　新建項(xiàng)目時(shí)需選擇好存儲(chǔ)路徑和項(xiàng)目名稱,。

　?。?）添加工作站

　　右鍵點(diǎn)擊新建的站點(diǎn)名字，選擇插入SIMATIC300 Station.

　?。?）硬件配置[7]

　　雙擊Hardware 進(jìn)入硬件配置界面,，從右側(cè)硬件列表中拖入機(jī)架，并按實(shí)際機(jī)架上模塊的順序依次添加電源,、CPU（315-2DP）,、AI/AO模塊。DP/PA link等,。根據(jù)每個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的不同,，有選擇的在PA層掛入變頻器、流量計(jì),、變送器和電磁閥等對(duì)象,。圖2是組態(tài)完的結(jié)果。

　　西門子DP通訊電纜產(chǎn)品注意事項(xiàng):

　?、?硬件配置必須和實(shí)際PLC 上掛的模塊一致,，具體的設(shè)置參數(shù)要看模塊左下方的訂貨號(hào)。

　?、?CPU 地址設(shè)為2,其余模塊地址從4 開始,，且不能重復(fù)[8].

　?、?模塊地址需記住，因?yàn)榫幊痰臅r(shí)候要用到,。尤其是AI/AO模塊地址要記住,，以保證數(shù)據(jù)的正確通信。

　?、?AI/AO模擬量模塊的輸入和輸出通道信號(hào)類型此處設(shè)為兩線制4~20 mA.

　?。?）程序編寫PLC 程序是用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、處理,，及Wincc監(jiān)控頁面和PLC之間的互聯(lián)通信,。

　　PLC 程序主要包含主程序塊，故障診斷組織塊,，功能函數(shù)塊FB41（連續(xù)控制PID）,，DB數(shù)據(jù)塊。FB41函數(shù)塊的參數(shù)設(shè)置是程序編寫的重點(diǎn),，主要針對(duì)MAN_ON,、PVPER_ON、PV_FAC,、PV_OFF,、LMN_FAC、LMN_OFF,、SP_INT,、LMN_PER 等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。具體的定義和設(shè)置要求可通過查閱幫助文件來獲取,。

　　3.2 通信組態(tài)

　　在Step7 軟件的option 選項(xiàng)里選擇Set PG/PC Inter-face,把通信協(xié)議改為CP5611（MPI）,，點(diǎn)擊“Diagnostics”

　　按鈕進(jìn)入測(cè)試頁面。點(diǎn)擊“Test”按鈕顯示正常,，然后點(diǎn)擊“Read”按鈕讀到PLC地址為2表示通信成功,。

　　軟硬件均編譯通過后，即可下載進(jìn)PLC.

　　西門子DP通訊電纜產(chǎn)品功能介紹:

　　3.3 監(jiān)控頁面組態(tài)

　　本例中用Wincc 軟件來驅(qū)動(dòng)Step7 的變量,，實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的監(jiān)控,。

　　（1）新建項(xiàng)目和添加驅(qū)動(dòng)程序

　　新建項(xiàng)目時(shí)需設(shè)置項(xiàng)目類型,、名稱和路徑,。

　　選擇變量管理--新建驅(qū)動(dòng)程序--插入SIMAT-IC S7 PROTOCOL SUITE.此通信驅(qū)動(dòng)程序支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和類型，此處選擇MPI（和PLC 的通信協(xié)議一致）,，并設(shè)置站地址為2.

　?。?）組態(tài)變量

　　Wincc 變量類型主要有過程變量和內(nèi)部變量。其中過程變量是真實(shí)值,，位于PLC的存儲(chǔ)器中,。內(nèi)部變量表示在Wincc中用來計(jì)算或模擬的內(nèi)部值，不與PLC之間進(jìn)行通信,。每個(gè)變量在組態(tài)時(shí)需定義變量名稱和類型,。過程變量還需選擇PLC中地址和數(shù)據(jù)格式變換。

　?。?）創(chuàng)建過程畫面

　　過程畫面是由圖形編輯器來完成的,。在該界面中可添加全部欲在運(yùn)行狀態(tài)下顯示的內(nèi)容。Wincc 的圖庫中提供了豐富的圖形,，只需選擇拖入畫面即可,。“對(duì)象選項(xiàng)板”的“標(biāo)準(zhǔn)板”中列出了線、靜態(tài)文本,、輸入輸出域等對(duì)象,；“控件板”中列出了時(shí)鐘、報(bào)警控件,、在線表格控件,、在線趨勢(shì)控件等。圖3 是組態(tài)完成后的一個(gè)監(jiān)控畫面,。

　　注意事項(xiàng):

　?、?畫面中需動(dòng)態(tài)顯示的文本框、圖形,、按鈕,、輸入/輸出域、滾動(dòng)條等一定要設(shè)置好連接的變量名,，同時(shí)亦可在屬性選項(xiàng)中更改顯示方式等參數(shù),。

　　② 運(yùn)行系統(tǒng)中如需采集,、處理和歸檔工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的過程數(shù)據(jù),，并創(chuàng)建過程數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)曲線時(shí)，需先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔處理,，將其存儲(chǔ)在歸檔數(shù)據(jù)庫中,，并用表格或趨勢(shì)曲線的形式輸出當(dāng)前過程值或已歸檔過程值。

　　歸檔中要設(shè)置歸檔變量名,、歸檔周期,。圖3 使用了Wincc online Trend Control這個(gè)ActiveX 控件來顯示過程數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)。

　?。?）創(chuàng)建腳本

　　Wincc 可以通過使用函數(shù)和動(dòng)作使項(xiàng)目中的過程動(dòng)態(tài)化,，可自行建立項(xiàng)目函數(shù)，也可建立全局動(dòng)作腳本來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示要求。

　?。?）設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行屬性和激活項(xiàng)目

　　在Wincc 資源管理器的左邊子窗口中點(diǎn)擊“計(jì)算機(jī)”進(jìn)行設(shè)置,。設(shè)置內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)的名稱、運(yùn)行畫面的外觀,、起始畫面,、標(biāo)題、畫面大小等,。

　　全部組態(tài)結(jié)束后,，即可點(diǎn)擊激活按鈕，觀看項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)控畫面了,。

　　注意事項(xiàng):

　?、?若運(yùn)行項(xiàng)目是從其他計(jì)算機(jī)上拷過來的，必須更改計(jì)算機(jī)名為當(dāng)前計(jì)算機(jī)名,。

　?、?選擇在運(yùn)行時(shí)需啟動(dòng)的組件，可選擇圖形運(yùn)行系統(tǒng),、報(bào)警記錄運(yùn)行系統(tǒng),、變量記錄運(yùn)行系統(tǒng)等。

　?、?熱鍵在組態(tài)階段不需屏蔽,，當(dāng)組態(tài)結(jié)束進(jìn)入使用階段，則須將所有熱鍵屏蔽,。

　　4 結(jié)語

　　通過這一過程控制系統(tǒng)的軟硬件組態(tài),，可掌握PLC技術(shù)、組態(tài)技術(shù)和PID控制技術(shù),，具有一定的實(shí)用價(jià)值,。本文是基于西門子DP總線、Siemens PLC和Wincc組態(tài)軟件,，構(gòu)建了一個(gè)典型的工業(yè)過程運(yùn)行和監(jiān)控系統(tǒng),。在具體構(gòu)建過程中，因項(xiàng)目的差異,，可靈活選擇不同的組網(wǎng)和通信方式,。本文提供的僅是一個(gè)范例，只要掌握了基本方法,，還可以將其進(jìn)一步推廣到其他控制領(lǐng)域,。

　　CPU:

　　不同的 CPU 可用于不同的性能范圍，包括具有集成 I/O 和對(duì)應(yīng)功能的 CPU 以及具有集成 PROFIBUS DP,、PROFINET 和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口的 CPU,。

　　用于數(shù)字量和模擬量輸入/輸出的信號(hào)模塊 (SM),。

　　用于連接總線和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的通信處理器 (CP)。

　　用于高速計(jì)數(shù),、定位（開環(huán)/閉環(huán)）及 PID 控制的功能模塊（FM）,。

　　根據(jù)要求，也可使用下列模塊:

　　用于將 SIMATIC S7-300 連接到 120/230 V AC 電源的負(fù)載電源模塊(PS),。

　　接口模塊 (IM),，用于多層配置時(shí)連接*控制器 (CC) 和擴(kuò)展裝置 (EU),。

　　通過分布式*控制器 (CC) 和 3 個(gè)擴(kuò)展裝置 (EU),，SIMATIC S7-300 可以操作多達(dá) 32 個(gè)模塊。所有模塊均在外殼中運(yùn)行,，并且無需風(fēng)扇,。

　　SIPLUS 模塊可用于擴(kuò)展的環(huán)境條件:

　　適用于 -25 至 +60℃ 的溫度范圍及高濕度、結(jié)露以及有霧的環(huán)境條件,。防直接日曬,、雨淋或水濺，在防護(hù)等級(jí)為 IP20 機(jī)柜內(nèi)使用時(shí),，可直接在汽車或室外建筑使用,。不需要空氣調(diào)節(jié)的機(jī)柜和 IP65 外殼。

　　設(shè)計(jì)

　　簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)使得 S7-300 使用靈活且易于維護(hù):

　　安裝模塊:

　　只需簡(jiǎn)單地將模塊掛在安裝導(dǎo)軌上,，轉(zhuǎn)動(dòng)到位然后鎖緊螺釘,。

　　集成的背板總線:

　　背板總線集成到模塊里。模塊通過總線連接器相連,，總線連接器插在外殼的背面,。

　　模塊采用機(jī)械編碼，更換極為容易:

　　更換模塊時(shí),，必須擰下模塊的固定螺釘,。按下閉鎖機(jī)構(gòu)，可輕松拔下前連接器,。前連接器上的編碼裝置防止將已接線的連接器錯(cuò)插到其他的模塊上,。

　　現(xiàn)場(chǎng)證明可靠的連接:

　　對(duì)于信號(hào)模塊，可以使用螺釘型,、彈簧型或絕緣刺破型前連接器,。

　　TOP 連接:

　　為采用螺釘型接線端子或彈簧型接線端子連接的 1 線 - 3 線連接系統(tǒng)提供預(yù)組裝接線另外還可直接在信號(hào)模塊上接線。

　　規(guī)定的安裝深度:

　　所有的連接和連接器都在模塊上的凹槽內(nèi),，并有前蓋保護(hù),。因此，所有模塊應(yīng)有明確的安裝深度,。

　　無插槽規(guī)則:

　　信號(hào)模塊和通信處理器可以不受限制地以任何方式連接,。系統(tǒng)可自行組態(tài)。

　　擴(kuò)展

　　若用戶的自動(dòng)化任務(wù)需要 8 個(gè)以上的 SM、FM 或 CP 模塊插槽時(shí),，則可對(duì) S7-300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）進(jìn)行擴(kuò)展:

　　*控制器和3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架多可連接32個(gè)模塊:

　　總共可將 3 個(gè)擴(kuò)展裝置（EU）連接到*控制器（CC）,。每個(gè) CC/EU 可以連接八個(gè)模塊。

　　s7-200CN  CPU訂貨號(hào):

　　6ES7 211-0AA23-0XB0 CPU221 DC/DC/DC,6輸入/4輸出

　　6ES7 211-0BA23-0XB0 CPU221 繼電器輸出,6輸入/4輸出

　　6ES7 212-1AB23-0XB8 CPU222 DC/DC/DC,8輸入/6輸出

　　6ES7 212-1BB23-0XB8 CPU222 繼電器輸出,8輸入/6輸出

　　6ES7 214-1AD23-0XB8 CPU224 DC/DC/DC,14輸入/10輸出

　　6ES7 214-1BD23-0XB8 CPU224 繼電器輸出,14輸入/10輸出

　　6ES7 214-2AD23-0XB8 CPU224XP DC/DC/DC,14DI/10DO,2AI/1AO

　　6ES7 214-2BD23-0XB8 CPU224XP 繼電器輸出,14DI/10DO,2AI/1AO

　　6ES7 216-2AD23-0XB8 CPU226 DC/DC/DC,24輸入/16輸出

　　6ES7 216-2BD23-0XB8 CPU226 繼電器輸出,24輸入/16輸出

　　6ES72110AA230XB0 SIMATIC S7-200 CPU211,DC/DC/DC,6輸入/4輸出

　　6ES72110BA230XB0 SIMATIC S7-200 CPU211,AC/DC/Rly,6輸入/4輸出

　　6ES72121AB230XB0 SIMATIC S7-200 CPU222,DC/DC/DC,8輸入/6輸出

　　6ES72121BB230XB0 SIMATIC S7-200 CPU222,AC/DC/Rly,8輸入/6輸出

　　6ES72141AD230XB0 SIMATIC S7-200 CPU224,DC/DC/DC,14輸入/10輸出

　　6ES72141BD230XB0 SIMATIC S7-200 CPU224,AC/DC/Rly,14輸入/10輸出

　　6ES72142AD230XB0 SIMATIC S7-200 CPU224XP,DC/DC/DC,14輸入/10輸出,集成2AI/1AO

　　6ES72142AS230XB0 SIMATIC S7-200 CPU224XPsi,DC/DC/DC,14輸入/10輸出,集成2AI/1AO

　　6ES72142BD230XB0 SIMATIC S7-200 CPU224XP,AC/DC/Rly,14輸入/10輸出(NPN輸出),集成2AI/1AO

　　6ES72162AD230XB0 SIMATIC S7-200 CPU226,DC/DC/DC,24輸入/16輸出

　　6ES72162BD230XB0 SIMATIC S7-200 CPU226,AC/DC/Rly,24輸入/16輸出