基于西门子PLC与Dupline总线的信号采集系统实现.pdf

有色金属 选矿部分2 0 1 7 年增刊 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 7 ．z 1 ．0 4 5 基于西门子P L C 与D u p l i n e总线的信号采集系统实现 高遵波，徐庚举，王兵 烟台金建冶金科技有限公司，山东烟台2 6 4 6 7 0 摘 要D u p l i n e 总线作为一种现场及安装总线，能通过普通双芯线缆传输数字和模拟信号达数公里距离，适用于长距离 单一设备的远程检测与控制。本文利用西门子 7 - 3 0 0P L C 与作为远程I ／O 分站的D u p l i n e 网关进行通讯，读取信号状态，并 详细介绍了硬件和软件的组态方法，为信号采集方法提供了借鉴。 关键词D u p l i n e 总线；P r o f i b u sD P ；网关 中图分类号T D 9 2 8 ．9文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 7 S 0 - 0 2 0 4 - 0 3 D e s i g na n dA p p l i c a t i o no fS i g n a lA c q u i s i t i o nS y s t e m B a s e do nS i e m e n sP L Ca n dD u p l i n eB u s G A OZ u n b o ，X UC , e 晒u ，W A N GB i n g Y a n t a iJ i 耐i a nM e t a l l u r g yT e c h n o l o g yC o ．，L t d ．，Y a n t a iS h a n d o n g2 6 4 6 7 0 ，C h i n a A b s t r a c t A saf i e l da n di n s t a l l a t i o nb u s ，d u p l i n ec a nt r a n s m i td i g i t a la n da n a l o g s i g n a l s f o rs e v e r a l k i l o m e t e r st h r o u g ht w ow i r ec o m m o nc a b l ea n ds u i t a b l ef o rl o n gd i s t a n c es i n g l er e m o t ed e t e c t i o na n dc o n t r o lo ft h e e q u i p m e n t ．T h i sa r t i c l ed e s i g n st h es i g n a la c q u i s i t i o ns y s t e mt h r o u g ht h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nS i e m e n ss 7 - 3 0 0 P L Ca n dd u p l i n eg a t e w a yw h i c hi su s e df o rt h er e m o t eI ／Os t a t i o n ，a n dd e s c r i b e st h em e t h o d so fh a r d w a r ea n d s o f t w a r ec o n f i g u r a t i o n ，a n dp r o v i d e sar e f e r e n c em e t h o df o rt h es i g n a la c q u i s i t i o n ． K e yw o r d s D u p l i n eb u s ；P r o f i b u sD P ；g a t e w a y D u p l i n e 通常可用作远程I ／O 系统，在现场装置 如传感器、接触器、阀门和按钮等 和P L C 之间建 立连接J 。D u p l i n e 信号一般通过双绞线传输，然后 利用P r o f i b u sD P 网关模块，可将D u p l i n e 总线采集的 信号接人西门子P L C 系统，以实现信号监控。 D u p l i n e 总线以其在信号采集上的特定优势，已被广 泛应用在很多行业。1 。 1 信号采集系统组成 该信号采集系统由西门子s 7 3 0 0P L C 具有 P r o f i b u sD P 接口 ，通道发生器 网关 ，数字量输入 模块，模拟量输入模块，屏蔽两芯双绞电缆，编码设 备以及测试设备。当采集点数较多且传输距离较长 时，还需增加中继器和线缆终端单元。信号采集系 统的网络结构如图l 所示。 1 通道发生器 网关 模块 通道发生器作为现场总线的核心的部件，它既 可以作为内部独立运作的通道发生器，又可以作为 网关和外部的P L C 或计算机进行通讯，每个通道发 生器可以提供1 2 8 路数据通道，并可配有各种通讯 协议接口。本系统选用支持P r o f i b u sD P 协议的网关 G 3 8 9 1 0 0 2 0 2 3 0 ，工作电压为A C 2 2 0 V 。 手持獬■测拣 “ p 1 “一■_ ““‘ 罩 T 输入信号 图1信号采集系统示意图 F i g ．1S i g n a la c q u i s i t i o ns y s t e ms c h e m a t i cd i a g r a m 2 信号采集模块 数字量输入模块选用支持l 路开关量信号输入 的G 5 0 1 01 1 0 6 模块，模块通过D u p l i n e 网络供电；模 拟量输入模块选用支持l 路4 2 0m A 模拟量信号 收稿日期2 0 1 7 - 0 7 - 1 3 作者简介高遵波 1 9 7 5 一 ，男，河南唐河县人，工程师，主要从事选矿过程自动控制系统的研究与应用。 蕊 罩I 挎荨靖彬 终 五罄 万方数据 输人的G 3 2 1 01 1 6 1 模块，模块通过D u p l i n e 网络和 4 ～2 0m A 输入信号供电。 3 编码及测试设备 编码单元G A P l 6 0 5 用于监视D u p l i n e 总线通道 状态和编辑各个通道的地址，手持式，9V 电池供电。 测试设备G T U 8 可以在D u p l i n e 总线的任何地方来 监测和控制D u p l i n e 通道的状态，该工具通过 D u p l i n e 总线供电，用于D u p l i n e 系统的安装调试、故 障排除和维护。 4 中继器和终端单元 中继器D 3 8 9 20 0 0 02 3 0 用于延长传输距离，需 单独提供2 2 0V A C 电源，当现场传输距离超过1k m 时，需要设置线缆终端单元D T 0 1 ，用于消除由反射 造成的失真，无需电源。 2 信号采集系统设计 在利用D u p l i n e 总线进行信号采集时，由于模块 的供电均需从总线上获取，因此需要根据信号类型、 数量以及传输距离进行合理配置选型设计，以保证 总线的运载信号能够正常工作和传输。 1 关于传输距离的计算 以经济型系统为例 根据欧姆定理U J 『XR ，X 2 LX r 其中， U 允许的压降值，经济型系统压降为2 V ； ，开关量输入模块G 5 0 1 0 1 1 0 6 消耗的电流值， 0 ．4 5m A ；模拟量输入模块G 3 2 1 01 1 6 1 消耗的电 流值， 0 ．6m A 。为减少消耗，一般将模块上的L E D 灯设置为O F F 状态。 ￡传输距离，k m ； r 电阻值／公里 以1 ．5m m 2 的线计算 ，1 2 ∥ k m 。 比如计算在两公里传输距离内最多允许接入的 数字量G 5 0 1 0 1 1 0 6 模块数量凡 U ／ ，2XL Xr 2 0 0 0 ／ 0 ．4 5 2 2 1 2 9 2 个。再 比如若采集5 0 个开关量输入和5 个模拟量输入信 号，在不使用中继器的情况下，信号点最远可设置在 L U ／ ，／ tX2 r 2 0 0 0 ／[ 0 ．4 5 X 5 0 0 ．6X5 2 1 3 ] 3k m 。计算出来的 数值可作为设计前期参考，实际配置数量应留有一 定余量。 2 P r o f i b u sD P 网关设置 除正确接入2 2 0V A C 供电电源和总线出线端子 外，还需拨码设置通道数、模拟量类型、D P 从站地址 等，D P 地址不能使用0 和1 。 3 网络拓扑结构 D u p l i n e 采用完全自由的拓扑结构，构建的网络 可以是线型、环型、星型或其中几种的组合。这种拓 扑结构便于规划和实施，为任何时候的变更和未来 的系统扩展提供了高度的灵活性。 4 地址编码 对每个数字量输入信号进行地址编码，分别标 记为A l ⋯A 8 ～P 1 ．P 8 ，共1 2 8 个地址。对于每个 模拟量输入信号，选用m u h i p l e x d 类型，地址分别标 记为C D O ⋯F ～O P O ⋯F ，共1 1 2 个地址。地址要确 保唯一性，不能够重复。 3P L C 软件编程 P L C 选用西门子C P U 3 1 5 2 P N ／D P ，D P 通讯口与 D u p l i n e 网关通讯口通过P r o f i b u sD P 电缆和总线连 接器连接，终端电阻均设置为O N 状态。该信号采 集系统举例为6 4 个开关量 地址对应为A 1 一H 8 和 4 个模拟量 地址对应为C D O ～C D 3 。 1 安装网关的G S D 文件，硬件组态 在S t e p 7 中新建项目，并打开硬件H WC o n f i g 窗 口，添加C P U 模块并设置D P 接口通讯参数，主站地 址设置为4 ，通讯速率设置为1 8 7 ．5k b p s 。在“选项” 一一一“安装G S D 文件”窗口下选择网关的G S D 文 件，点击安装。安装成功后，在右侧窗口“A d d i t i o n a l F i e l dD e v i c e s ”目录下“G a t e w a y ”中，拖拽G 3 8 9 1 0 0 2 0 模块至左侧窗口的P r o f i b u sD P 总线上，网关D P 从 站地址设置为5 。如图2 所示。 国匪 翌 娄j 1 ．王茧型i i _ _ _ r _ 剖_ ●一 图2 硬件组态图 F i g ．2 H a r d w a r ec o n f i g u r a t i o nd i a g r a m 点击硬件组态中的网关模块，添加数字量输入 信号模块D i g i t a lI n A 1 ．P 8 ，信号地址从I B l 0 一I B 2 5 共1 6 个字节，每个b i t 对应一个开关量信号；模拟量 输入信号模块A I n M u x C D ，0 7 ／A l i n k A B ，信 号地址从I B 2 6 ～1 1 3 4 1 共1 6 个字节，每个w o r d 对应 一个模拟量信号。 2 编写程序及地址对应 万方数据 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年增刊 将6 4 个数字量输入信号对应的I B l 0 一I B l 7 字 节传输至M B 2 0 ～M B 2 7 ，将4 个模拟量输入信号对 应的I W 2 6 ～I W 3 2 字节传输至M W 3 6 一M W 4 2 ，部分 程序如下 AM0 ．0 ／／M 0 ．0 为O N 时，执行通讯传输 程序； L0 ．0 AL0 ．0 J N B O O l LI D l o ／／数字量以双字类型传输； TM D2 0 O O l N O P0 A LO ．0 J N B 0 0 2 LI W 2 6 ／／单个模拟量传输； TM W2 6 0 0 2 N O P0 注意数字量输入信号模块的地址顺序与字节 b i t 位的顺序相反，也即地址A l 对应1 1 0 ．7 ，A 8 对应 1 1 0 ．0 ；同理，地址H 1 对应1 1 7 ．7 ，H 8 对应1 1 7 ．0 ，在 编写程序时要地址、字节位数和信号含义对应起来， 避免引用错误。 4 结论 D u p l i n e 总线以其在信号采集上的特定优势，已 被广泛应用在很多行业，因此如何实现P L C 控制系 统与D u p l i n e 总线的结合，以实现信息的集中显示与 利用显得很有必要，本文以西门子P L C 为例，介绍了 与D u p l i n e 总线通讯的具体实施和编程方法，对远距 离单一设备的控制设计与应用，具有一定的借鉴 意义。 参考文献 [ 1 ] 李永坤，庞博．D u p l i n e 总线系统在长距离带式输送机 保护系统中的应用[ J ] ．山东煤炭科技，2 0 1 3 5 8 0 - 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