西门子PLC基于PROFIBUS网络的站间通讯实现.pdf

50 炼 油 与 化 工 R E F I NI NG AN D C HE MI C AL I N DU S T RY 第 2 6 卷 西门子 P L C基于P R O F I B US网络的站间通讯实现 董 庆 龙 大庆石化公司信息技术 中心 ， 黑龙江 大庆 1 6 3 7 1 4 摘要 P R O F I B U S 是开放式的现场总线， 各种自动化设备均可以通过同样的接口交换信息。广泛应 用于化工生产、 食品加工、 医药制造、 智能楼宇等自动化领域。文中以某净化水装置应用为例， 阐述 了西门子公司基于P R O F I B U S D P 的控制网络， 以及实现主从站间通讯的具体实施方案。 关键词 P R O F I B U SD P网络； 站间通讯； 现场总线； 净化水装置 中图分类号 T P 3 9 3 ． 0 2 8 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 4 9 6 2 2 0 1 5 0 2 - 0 0 5 0 - 0 3 I nt e r s t a t i o n c o m mun i c a t i o n r e a l i z a t i o n o f PRoF I BUS n e t wo r k - b a s e d S i e me n s PLC Da n g Q L n g l o n g I n f o r ma t i o n T e c h n o l o g y C e n t e r o f D a q i n g P e t r o c h e mi c a l C o m p a n y ， D a q i n g 1 6 3 7 1 4 ， C h i n a Abs t r a c t P ROFI BUS i s a n o p e n t y p e fi e l d b u s ，a n d a l l k i n d s o f a u t o ma t i o n e q u i p me n t c a n e x c h a n g e i n f o r ma t i o n t h r o u g h t h e s a me k i n d o f i n t e r f a c e s ．I t i s wi d e l y u s e d i n a u t o ma t i o n f i e l d s s u c h a s c h e mi c a l p r o d u c t i o n．f o o d p r o c e s s i n g， p h a rm a c e u t i c a l ma n u f a c t u r i n g a n d i n t e l l i g e n t b u i l d i n g ． W i t h a wa t e r p u r i fi c a t i o n p l a n t a s t h e e x a mp l e，t h i s p a p e r e x p o u n d e d c o n t r o l n e t wo r k o f S i e me n s t h a t i S b a s e d o n P ROF I B US DP．a n d t h e s p e c i fi c i mp l e me n t a t i o n s c h e me o f c o mmu n i c a t i o n b e t we e n ma s t e r s l a v e s t a t i o n s ． Ke y wo r d s P R0F I BUS DP n e t wo r ki n t e r s t a t i o n c o mmu n i c a t i o n wa t e r p u r i fi c a t i o n p l a n t 现场总线是 2 0 世 纪 8 O 年代末在 国际上发 展 形成 的， 用于连接工业现场装置 中的智能变送器 、 控制器、 执行机构等符合现场总线标准的数字通 讯终端 。它是安装在制造或过程区域 的现场装置 与控制室内的 自动控制装置之间的数字式 、 串行 、 多点通信的数据总线称为现场总线 。 。 P R O F I B U S 是 目前 国际上通用 的现场 总线 标 准 ， 已被纳入现场总线 的国际标准 I E C 6 1 1 5 8 和欧 洲标 准E N 5 0 1 7 0 。并于 2 0 0 1 年被定为我 国的国家 标准J B ／ T 1 0 3 0 8 ． 3 2 0 0 1 。P R O F I B U S协议结构是 根据I S O 7 4 9 8国际标准 ， 以I S O 国际标准化组织 ／ O S I 开 放 式 系 统 互 联 网络 为 参 考 模 型 ， 由 P R O F I B U S D P D e c e n t r a l i z e d P e r i p h e r y ， 分布式 外 围设备 、 P R O F I B U S P A P r o c e s s A u t o ma t i o n ， 过程 自 动 化 、 P R O F I B U S -F MS F i e l d b u s M e s s a g e S p e c i f i c a t i o n ， 现场总线报文规 范 3 个兼容部分组 成 。 1 P R O F I B U S 传输系统 P R O F I B U S 传输最常用使用 的是 R S 一 4 8 5 传输 技术， 采用的是带屏蔽的双绞铜线 P R O F I B U S 电 缆 的特性 阻抗应在 1 0 0 Q到 2 2 0 Q之 间， 电缆 电容 导体间 应该 0 ．2 2 m m 。总 线型的网络拓扑结构 ， 两端配有源总线终端电阻 ， 使用D 型插头连接。数据传输速率达9 ．6 k b i t／ s ， 在 使用 9 ． 6 k b i t ／ s 速率通讯情况下 ， 每段距离可 以达 到 1 2 0 0 m。在不带 中继器的情况下 ， 可支持 3 2 个 站 ； 若 使 用 中 继 器 ， 最 多 可 扩 展 到 1 2 7个 站 。 P R O F I B U S D P 支持单主站或多主站系统 ， 各主站 之间使用令牌传递方式， 轮流与从站交换信息 。 P R O F I B U S是 1 种 国际通用 的标准化 现场总 线 ， 不 同厂家生产 的设备要想 接人 P R O F I B U S网 络， 必需以G S D文件 电子设备数据库文件 的形 式 ， 规范智能设备的各种通讯信息。这些信息分 为 3 个部分 ① 总规范 包括生产厂商和设备名 称 ， 硬件／ 软件版本 ， 通讯波特率、 监视时间间隔 、 总 线插头指定信号等； ② 与D P 主站有关的规范 包 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5 年 第 2 期 董庆龙 ．不西 门子 P L C基于 P R OF I B U S网络的站间通讯实现 51 括适用于主站的各项参数 ， 如允许从站个数 ， 上装 和下载能力等； ③ 与D P 从站有关的规范 包括了 与从站有关 的一切规范 ， 如输入偷 出通道数量 、 类 型 、 诊断数据等 。 在 1 套控制 系统 中， 如果包含有西门子 的s 7 3 0 0 ／ 2 0 0系列 P L C， 和其 他智能控 制器 如 变频器 等 ， 那么依据 P R O F I B U S D P 标准组建控制网络 ， 是 1 种高效 、 经济 、 稳定的控制方案。 2 系统结构及功能 某净化水装置的控制系统包含主控 、 碳滤 、 臭 氧发生器 、 微滤 、 纳滤 5 个控制站 或 I ／ O站 和 1 个 计算机工程师站。网络结构见图 1 。 图 1 系统网络结构示意 该 净 化 水 装 置 的 控 制 系 统 ， 组 建 的 是 P R O F I B U S D P 型控制网络。工程师站使用标准 P C机 ， 配西 门 子专 用 P R O F I B U S D P通 讯 网 卡 C P 5 6 1 3 ， 作为 D P 主站接人控制网络 ， D P 地址为 1 。主控控制 站采 用的是西 门子 S 7 3 1 5 2 P N ／ D P 型P L C， 通过 C P U上集成的 D P通讯接 口， 同样作为 D P主站接人控制网络 ， D P 地址为 2 。碳滤装置使 用 的是 E T 2 0 0 M I ／ O站 ， 通过 I M1 5 3 1 ， 作为 D P从 站接 入控制 网络 ， D P地址 为 3 。臭氧发 生器 、 微 滤 、 纳滤 3 个控制站使用 的是西门子 s 7 2 0 0系列 P L C， 通过 E M2 7 7 扩展出的 D P接 口， 作 为 D P从站 接入控制网络 ， D P 地址分别为4 、 5 、 6 。D P 地址是 8 的设备 ， 是 1 台西门子 MI C R O MA S T E R 4 4 0 变频器 ， 通过集成 的D P 通讯接 口， 作为 D P 从站接入控制网 络。 工程师站， 负责对整个网络进行规划组态、 控 制逻辑的编程及维护 ； 同时 ， 也是工艺操作的人机 接口。操作人员通过监控软件 ， 查看现场各参数 的变化， 对现场设备发出操作指令。工程师站还 能够实现实时数据 的趋势记录管理 、 报警管理 、 报 表计算管理 、 用户操作权限的管理等功能。 主控P L C控制站是整套控制系统的指令 中 心 ， 统管协调各控制分站的运行 ， 并负责公用工程 类设备 的操作和管理 。碳滤 I ／ O站作为 主控 P L C 的远程 I ／ O从站 ， 不能独立运行 ， 负责 给主控 P L C 提供现场数据及执行其输出指令。臭氧发生器、 微滤 、 纳滤 3 个控制站 ， 带有独立的C P U单元 ， 在主 控P L C 的指令下， 能够按照本身的程序 ， 独立控制 各 自的设备运行。变频器分管恒压送水 ， 属于公 用工程类设备 ， 作为主控 P L C的从站 ， 跟其交换数 据。 3站间通讯的实现 在该项 目中， 站 间通讯包括主站与远程 I ／ O从 站 或智能设备 之间的通讯 ， 以及主站与控制从 站之间的通讯。在第 1 种通讯 中， I ／ O从站 或智能 设备 内的通道地址相对 固定 ， 从站不需要对通讯 进行额外的组态和编程 ， 实现起来比较容易。 在 S 7 3 0 0 与 S 7 2 0 0 P L C之间实现主从通讯 ， 需要做 7 项工作。 1 在 s 7 3 0 0编程软件 S T E P 7的硬件组态程 序 中 ， 安装 S 7 2 0 0 P L C D P扩展卡 E M2 7 7的 G S D 文件 E M2 7 7为 S 7 2 0 0 系列 P L C提供一个扩展 的 D P 通讯接口 ， 确保S T E P 7 能识别E M 2 7 7 。 2 在 S 7 3 0 0的硬 件组 态 中 ， 加 入 D P从站 E M2 7 7 ， 并根据通讯点数 的多少 ， 选择 1 种通讯方 式 ， 例如 8 字节输 出／ 8 字节输入 。 3 在 S 7 3 0 0的硬件组态 中， 设置 D P 从 站地 址跟 系统 规划时 的设 置相一致 ； 然后再设 置 S 7 2 0 0 P L C中通讯V内存区地址的偏移量， 默认偏置 为 0 。 4 将硬件组态下装到S 7 3 0 0 P L C中。 5 在 s 7 2 0 0 编程软件 Mi c r o WI N中， 规划需 要通讯的数据， 将它们存放至第③项中所设置的V 内存 区。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 2 炼 油 与 化 工 R E F I N I N G AN D C HE MI C AL I N D US T R Y 第2 6 卷 6 下装 S 7 2 0 0 项 目程序。 7 接通 D P 通讯线 ， S 7 3 0 0与S 7 2 0 0 P L C之 间实现主从通讯 ， 即可建立。 4结束语 现场总线的使用 ， 改变 了传统控制系统 中， 主 控制 器与现场仪 表“ 一对一 ” 单 独连接 的通讯 方 式 ， 把众多分散的智能控制器连接在一起 ， 组成控 制网络， 分散了控制功能 ， 集中了数据管理 ， 提高 了企业综合 自动化管理水平， 同时还节约了信号 电缆 的成本 。该净化水装置的 P R O F I B U S 控制 网 络 ， 臭氧发生器 、 微滤 、 纳滤 3 个站的P L C 控制逻辑 均由原始供货商提供， 使建设单位不必关心具体 装置 的控制过程 。这种方案的实施 ， 分担 了主控 P L C的工作量 ， 节约了整套系统 的组态调试时间 ， 压缩 了时 间成本 。仅实现“ 站 间通讯” 这一功 能 ， 即可节省信号电缆费用达数万元， 是 目前较理想 控制方案。 参 考文献 [ 1 ]胡立坤， 王庆超．浅析P r o fi b u s 网络的F D L [ J ] ． 化工自动化及仪表， 2 0 0 5 2 1 9 ～ 2 2 ． [ 2 ]李凤阁， 佟为明． 电气控制与可编程序控制器应用技术[ M ] ．北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 7 3 5 1 3 5 3 ． [ 3 ]惠敦炎．P R O F I B U S --P A网络概述[ J ] ． 国内外机电一体化， 2 0 0 0 3 2 6 2 9 ． [ 4 ]廖常初． S 7 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C应用技术 [ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 5 6 8 -7 4 ． [ 5 ]西门子 中国 有限公司． P R O F I B U S 现场总线安装指导[ M] ． 上 海 同济大学出版社 ， 2 0 1 0 1 7 2 2 ． 收稿 日期 2 0 1 5 0 3 0 6 作者简介 董庆龙， 男 ， 工程师 ， 1 9 9 7 年毕业于哈尔滨工程大学计算机 与信息科学专业 ， 现从事计算机控制工程项 目的实施工作。 石化信息 炼化能量系统优化流程模拟技术培训顺利开展 2 0 1 5 年3 月 1 6日至2 0日、 3 月 2 3日至 2 7日， 炼化能量系统优化技术升级与推广应用” 重大科技专项先后举办了常减 压、 催化裂化装置两期流程模拟技术培训班， 专项第二阶段流程模拟技术培训顺利拉开序幕。 中国石油集团公司科技管理部副总经理何盛宝对炼化能量系统优化技术培训工作一直十分重视和关心， 亲临培训现 场与学员亲切交谈并提出殷切希望。 面向集团公司2 4 家炼化企业开展能量系统优化技术培训 ， 壮大总部和地区公司能量系统优化技术人才队伍， 是中国石 油“ 炼化能量系统优化技术升级与推广应用” 重大科技专项的主要攻关 目标之一。 继2 0 1 3 ～ 2 0 1 4 年面向课题一对8 家重点推广企业学员顺利完成专项第一阶段流程模拟技术培训后， 今年将按照项 目培 训计划， 重点面向课题二对大庆石化公司等 l 6 家企业开展专项第二阶段流程模拟技术培训。 该培训班主要面向大庆石化公司等1 6 家重点推广企业常减压 、 催化裂化装置技术人员开展培训， 共培训5 6 人。 培训内容包括流程模拟软件基本功能模块应用、 分馏塔逐板计算模型建立 、 催化裂化反应单元模拟技术 、 常减压和催 化裂化装置全流程模拟方法等， 由浅人深、 内容全面， 使学员初步掌握上述装置的流程模拟方法， 为今后深入学习能量系统 优化技术和企业开展日常工艺优化奠定基础。 每期培训最后一天， 学员结合培训所学 ， 利用所在装置实际数据 ， 在教师指导下 ， 建立了所在装置初步模型， 进一步加 深了对流程模拟技术的认识， 巩固了培训效果， 为后续炼油重点装置的模拟与优化奠定了基础。 为做好培训工作， 项 目组高度重视 、 精心准备， 制定 了合理紧凑的课程计划。与此同时， 为保证培训效果 ， 专门安排了4 名辅助教师实时解决学员遇到的各种问题。培训过程中， 参训学员认真学习并与授课专家积极讨论交流。 从培训及考试结果来看 ， 学员对流程模拟技术有了较为清晰的认识， 基本掌握了流程模拟软件的应用 ， 并初步搭建了 所在常减压、 催化裂化装置模拟模型， 培训达到了预期效果。 根据培训总体安排， 专项牵头单位规划总院将继续面向1 6 家炼化企业开展催化重整 、 加氢裂化等炼油重点装置和公用 工程系统流程模拟技术以及能量系统优化方案研讨和培训， 为全面、 顺利完成专项人才培养 目标奠定扎实基础。 摘 自 炼油化工科技进展 2 0 1 5 年第3 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m