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西門子S7-400HPLC在PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用

文中用西門子S7-400HPLC完成聯(lián)鎖功能,，構(gòu)成PROFIBUS-DP/MPI分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),，這樣整個聯(lián)鎖系統(tǒng)安全可靠。通過介紹DP/MPI網(wǎng)的概念和實現(xiàn),，結(jié)合唐山鋼鐵公司焦化站聯(lián)鎖實例,，著重闡明用PLC實現(xiàn)DP/MPI網(wǎng)絡(luò),，以解決該聯(lián)鎖系統(tǒng)中分布式輸入輸出等。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試,、安裝,，整個網(wǎng)絡(luò)運行良好,，安全可靠地實現(xiàn)和完成車站信號聯(lián)鎖系統(tǒng)的聯(lián)鎖功能,，應(yīng)用前景很好,。

引言

車站聯(lián)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(wù)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(lián)鎖系統(tǒng)必然取代舊式的電氣聯(lián)鎖系統(tǒng),。

就國內(nèi)外現(xiàn)狀來看，大多采用上,、下位機的辦法來實現(xiàn)對車站信號的控制,；有些微機聯(lián)鎖系統(tǒng)中,，下位機主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、命令發(fā)送,、數(shù)據(jù)輸出等,，而把主要的聯(lián)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(chǎn)生故障,，不能保證系統(tǒng)的安全性,、可靠性,。如果能夠?qū)⒙?lián)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(lián)鎖系統(tǒng)中,，用工業(yè)控制機作為下位機，實現(xiàn)聯(lián)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(shù),。用西門子PLC完成聯(lián)鎖功能,，構(gòu)成PROFIBUS-DP/MPI分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),，這樣整個聯(lián)鎖系統(tǒng)安全可靠,。

PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)是隨全數(shù)字信號系統(tǒng)的發(fā)展而產(chǎn)生的,，是由德國組織開發(fā)的工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標準——PROFIBUS現(xiàn)場總線標準(DIN19254),。

PROFIBUS是近年來上為流行的現(xiàn)場總線,，也是目前數(shù)據(jù)傳輸率快的一種現(xiàn)場總線(傳輸率可達12M波特),，因此在很多領(lǐng)域內(nèi)廣泛應(yīng)用。它是不依賴于生產(chǎn)廠家的,、開放式的現(xiàn)場總線,，各種各樣的自動化設(shè)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(jīng)過優(yōu)化的模塊,，有比較高的數(shù)據(jù)傳輸率,，適用于系統(tǒng)和外部設(shè)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(shù)據(jù)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(jié)合其在鐵路信號中的應(yīng)用,，探討實現(xiàn)PROFIBUS-DP/MPI網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)原理和方法。

PROFIBUS-DP/MPI網(wǎng)的性質(zhì)和特點

PROFIBUS-DP適用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化現(xiàn)場設(shè)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(wǎng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)

PROFIBUS定義了各種數(shù)據(jù)設(shè)備連接的串行現(xiàn)場總線的技術(shù)和功能特性,，這些數(shù)據(jù)設(shè)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(fù)雜些；從站為簡單的外圍設(shè)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(quán),，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(yīng)信息。因此,，從站只需要協(xié)議的一小部分,，實現(xiàn)起來非常方便。

PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498標準,，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(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(jié)構(gòu)比較,。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細說明了各種不同PROFIBUS-DP設(shè)備的設(shè)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(shù)據(jù)鏈路層提供了介質(zhì)存取控制功能,、數(shù)據(jù)的完整性檢查以及傳輸執(zhí)行的協(xié)議,，在PROFIBUS中稱第2層為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路(FDL)(包括介質(zhì)訪問存取控制(MAC)子層、現(xiàn)場總線鏈路控制(FLC)子層,、現(xiàn)場總線管理(FMA1/2)子層),，采用混合介質(zhì)存取協(xié)議，對應(yīng)于DIN(E)19245,，支持單主或多主系統(tǒng),，主或從設(shè)備，大站數(shù)為126,。它包括主站之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧钆骗h(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(xiàn)場總線信息規(guī)范(FMS)和現(xiàn)場總線管理(FMA7)。

圖1　ISO/OSI參考模型與PROFIBUS體系結(jié)構(gòu)比較

圖2為PROFIBUS-DP數(shù)據(jù)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(yīng)主站,，并回送響應(yīng)幀,。

圖2　PROFIBUS-DP用戶數(shù)據(jù)傳輸

S7-1200和S7-1500指令的比較

下圖是博途的STEP7 V12幫助中的指令概覽?？梢钥闯?，S7-1200和S7-1500的指令是兼容的，S7-1200的指令是S7-1500的指令的子集,?？梢哉J為S7-1200是精簡版的S7-1500。如果暫時沒有條件使用S7-1500,，可以先使用S7-1200,，為今后使用S7-1500打下基礎(chǔ)。

1．可用的編程語言

S7-1500和S7-1200都能使用梯形圖（LAD）,、功能塊圖（FBD）和結(jié)構(gòu)化控制語言（SCL）語言,。為了和S7-300/400兼容，S7-1500還可以使用STL語言,。

2．指令的比較

1）S7-1500的基本指令比S7-1200多9條指令,。

2）擴展指令中只有S7-1500有PROFIenergy（使用 PROFINET 進行能源管理）指令。此外S7-1500比S7-1200多11條指令,。

3）“技術(shù)"類指令S7-1500比S7-1200多5條高速計數(shù)器指令,。

4）“通信"類指令S7-1200比S7-1500多3條發(fā)送電子郵件的指令。

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直流母線進電適配器

直流母線進線適配器,，用于寬度50至100 mm的模塊

直流母線進線適配器,，用于寬度150至300 mm的模塊如果沒有使用電機模塊內(nèi)部的直流母線母排，就必須通過一個直流母線進線適配器從外部提供直流母線電壓,，例如書本型模塊和裝機裝柜型模塊需要通過一個外部直流母排耦合相連,。直流母線進線適配器安裝在電機模塊的直流母線母排上。直流母線電纜從上方走線,。

直流母線適配器

直流母線適配器（多排結(jié)構(gòu)）,，適用于所有寬度的模塊針對電機模塊的多排結(jié)構(gòu)，提供了連接兩組驅(qū)動的直流母線的適配器,。直流母線適配器安裝在電機模塊的直流母線母排的側(cè)面,。安裝可在電機模塊的右側(cè)或左側(cè)進行。直流母線適配器上的極性標記（DCN和DCP）與所選安裝側(cè)相匹配,。直流母線電纜從后方走線,。直流母線適配器（多排結(jié)構(gòu)）無法與用于寬度 ≤ 100 mm的電機模塊的增強型直流母線母排一同使用,。直流母線適配器2件一套進行供貨。

由于助燃空氣用量較大.當環(huán)境溫差較大時對溫度控制將產(chǎn)生非常明顯的影響.為此我們利用余熱從碹頂引來熱空氣.自動控制冷,、熱空氣進入助燃風機的閥門開度.使得助燃風溫度穩(wěn)定在一定范圍內(nèi),。為窯爐溫度控制創(chuàng)造了一定有利的條件。對于上述任何控制回路.根據(jù)需要可以隨時實現(xiàn)定值控制,，增加了控制系統(tǒng)的靈活性,。

熔化池壓力控制系統(tǒng)爐壓控制系統(tǒng)一般由測壓裝置、控制器和調(diào)壓機構(gòu)組成,。測壓裝置通常由窯爐后部兩側(cè)的胸墻上插入爐內(nèi)取壓.兩個壓力管道連接后從中間部位引一管到差壓變送器高壓側(cè).同樣在爐內(nèi)取壓管附近取一窯爐外部氣壓信號送至變送器低壓側(cè),，得到的信號傳送給PID控制器.PID輸出去調(diào)節(jié)煙道上的調(diào)節(jié)閥的開度.利用簡單的負反饋回路把窯爐的壓力穩(wěn)定控制在規(guī)定的范同內(nèi)。