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西門子S7-400HPLC在PROFIBUS網絡系統(tǒng)中的應用

文中用西門子S7-400HPLC完成聯鎖功能,，構成PROFIBUS-DP/MPI分布式網絡系統(tǒng),，這樣整個聯鎖系統(tǒng)安全可靠,。通過介紹DP/MPI網的概念和實現，結合唐山鋼鐵公司焦化站聯鎖實例,，著重闡明用PLC實現DP/MPI網絡,，以解決該聯鎖系統(tǒng)中分布式輸入輸出等。經現場調試,、安裝,，整個網絡運行良好,，安全可靠地實現和完成車站信號聯鎖系統(tǒng)的聯鎖功能，應用前景很好,。

引言

車站聯鎖系統(tǒng)是鐵路信號系統(tǒng)中的一個重要組成部分,，它的主要任務是控制車站中的信號機和道岔，并且對信號燈狀態(tài)進行處理和對進路進行選擇等,。隨著鐵路信號系統(tǒng)的信息化發(fā)展,，微機聯鎖系統(tǒng)必然取代舊式的電氣聯鎖系統(tǒng)。

就國內外現狀來看,，大多采用上,、下位機的辦法來實現對車站信號的控制；有些微機聯鎖系統(tǒng)中,，下位機主要實現數據的采集,、命令發(fā)送、數據輸出等,，而把主要的聯鎖功能置于上位機,，這樣一來，上位機負擔太重,，一旦上位機產生故障,，不能保證系統(tǒng)的安全性、可靠性,。如果能夠將聯鎖功能塊置于下位機,，而且下位機安全性、可靠性比較高,，那么整個系統(tǒng)

的安全性,、可靠性就能夠得到有效保證。

在以前的微機聯鎖系統(tǒng)中,，用工業(yè)控制機作為下位機，實現聯鎖功能,，但不能保證系統(tǒng)冗余,，這樣就不能保證整個系統(tǒng)的安全性、可靠性,。因此,，就要不斷更新和研究，尋求更完善的,、更可靠的硬件,、軟件環(huán)境，以提高系統(tǒng)性能和安全系數,。用西門子PLC完成聯鎖功能,，構成PROFIBUS-DP/MPI分布式網絡系統(tǒng),，這樣整個聯鎖系統(tǒng)安全可靠。

PROFIBUS現場總線技術是隨全數字信號系統(tǒng)的發(fā)展而產生的,，是由德國組織開發(fā)的工業(yè)現場總線協議標準——PROFIBUS現場總線標準(DIN19254),。

PROFIBUS是近年來上為流行的現場總線，也是目前數據傳輸率快的一種現場總線(傳輸率可達12M波特),，因此在很多領域內廣泛應用,。它是不依賴于生產廠家的、開放式的現場總線,，各種各樣的自動化設備均可通過同樣的接換信息,。

PROFIBUS-DP(DistributedI/OS-分布系統(tǒng))是一種經過優(yōu)化的模塊，有比較高的數據傳輸率,，適用于系統(tǒng)和外部設備之間的通信,，遠程I/O系統(tǒng)尤為適合。它允許高速度周期性的小批量數據通信,，適用于對時間要求比較高的自動化場合,。

筆者將以S7-400HPLC為例，結合其在鐵路信號中的應用,，探討實現PROFIBUS-DP/MPI網絡系統(tǒng)原理和方法,。

PROFIBUS-DP/MPI網的性質和特點

PROFIBUS-DP適用于現場層的高速數據傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息,。除周期性用戶數據傳輸外,，PROFIBUS-DP還提供智能化現場設備所需的非周期性通信以進行組態(tài)、診斷和報警處理等,。

DP網的協議結構

PROFIBUS定義了各種數據設備連接的串行現場總線的技術和功能特性,，這些數據設備可以從底層(如傳感器、執(zhí)行器層)到中間層(如車間層)廣泛分布,。

PROFIBUS連接的系統(tǒng)由主站和從站組成,。主站一般要復雜些；從站為簡單的外圍設備,，典型的從站為傳感器,、執(zhí)行器及變送器，它們沒有總線控制權,，僅對接收到的信息給予回答,，或者主站發(fā)出請求時回送給主站相應信息。因此,，從站只需要協議的一小部分,，實現起來非常方便。

PROFIBUS協議結構是根據ISO7498標準，以開放式系統(tǒng)互聯網絡(Open System Interconnection,，OSI)作為參考模型,，該模型共有7層，PROFIBUS-DP定義了其中的,、二層和用戶接口,。第3到7層未加描述。

圖1為ISO/OSI參考模型與PROFIBUS體系結構比較,。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設備可調用的應用功能,，并詳細說明了各種不同PROFIBUS-DP設備的設備行為。物理層采用EIARS-485雙絞線或光纖,，連接器采用RS-485標準的9針D型插座,。數據鏈路層提供了介質存取控制功能、數據的完整性檢查以及傳輸執(zhí)行的協議,，在PROFIBUS中稱第2層為現場總線數據鏈路(FDL)(包括介質訪問存取控制(MAC)子層,、現場總線鏈路控制(FLC)子層、現場總線管理(FMA1/2)子層),，采用混合介質存取協議,，對應于DIN(E)19245，支持單主或多主系統(tǒng),，主或從設備,，大站數為126。它包括主站之間的數據傳輸的令牌環(huán)方式和從站之間的主-從方式,。PROFIBUS第7層包括底層接口(LLI),、現場總線信息規(guī)范(FMS)和現場總線管理(FMA7)。

圖1　ISO/OSI參考模型與PROFIBUS體系結構比較

圖2為PROFIBUS-DP數據傳輸示意圖,，即主站發(fā)送請求,，訪問DP從站，其中包括幀格式,；從站收到請求信息后,，立即響應主站，并回送響應幀,。

圖2　PROFIBUS-DP用戶數據傳輸

  在 S7-1500 自動化系統(tǒng)中,，必須區(qū)分以下兩種不同電源：

    = 系統(tǒng)電源 (PS)

   系統(tǒng)電源連接到背板總線（U 型連接器）并專門為背板總線提供內部所需的系統(tǒng)電壓。這種系統(tǒng)電壓將為模塊電子元件和 LED 指示燈供電,。 CPU 或接口模塊未連接到24 VDC 負載電流電源時,，系統(tǒng)電源還可以為其供電,。

    = 負載電流電源 (PM)

    負載電流電源為模塊的輸入/輸出電路以及傳感器和執(zhí)行器進行供電,。 此外，在某些情況下還需要使用負載電流電源為 CPU 和系統(tǒng)電源提供 24 VDC 電壓。 在通過系統(tǒng)電源為背板總線提供電壓時,，可選擇為 CPU 提供 24 VDC 電壓,。

    = 各個模塊用電功率的自動診斷

   有了這個功能，能夠讓我們方便的了解到系統(tǒng)的電源配置的科學性和合理性,，這個功能集成在博途軟件中,，需要和S7-1500配合使用。

Figure9模塊用電功率的自動診斷

    = 機架支持的模塊數量

    S7-1500機架可以支持32個模塊,，同時為了保證所有的模塊都能夠可靠的接受供電,，S7-1500機架支持3組的電源分段。以前S7-300系統(tǒng)機架只支持8個信號模塊的時代已經一去不復返了,。

圖 1 ET200SP系統(tǒng)組成

一個典型的BaseUnit如下圖所示：  電 話：（同號）

圖 2 BaseUnit及其接線端子

BaseUnit根據功能不同可分為多種類型,，包括A0，A1,，B0,，C0，D0等幾大類,。

A0：適用于數字量模塊,，通訊模塊，以及部分模擬量模塊,；

A1：帶有內置溫度測量,，適用于模擬量模塊；

B0：適用于繼電器模塊,；

C0：適用于AS-i主站模塊,；

D0：適用于電能測量模塊；