通化市西門子中國*總代理通化市西門子中國*總代理

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

　　西門子DP總線是適用于自動控制系統(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)式信號傳輸；使用RS 485傳輸技術或光纖媒體。

　　西門子DP總線是專為過程自動化設計；可將變送器和執(zhí)行器連接到一根公共總線，可用于本質安全領域；數(shù)據(jù)傳輸采用擴展的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)議來構建過程控制系統(tǒng)。

　　2 系統(tǒng)架構

　　本過程控制系統(tǒng)用于模擬對工業(yè)現(xiàn)場液位、溫度等信息的采集、處理，PID 控制和控制工藝流程的實時監(jiān)控。系統(tǒng)通過西門子DP總線進行數(shù)據(jù)傳輸和交換，采用MPI通信方式與上位機進行通信和遠程控制，從而使整個控制系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡化和數(shù)字化?？刂葡到y(tǒng)結構圖如圖1所示。

　　系統(tǒng)主要包含上位監(jiān)控機、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、電磁流量計等。CPU 采用Siemens 的S7300 315-2 DP,既具有多點通信功能的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)

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

　　新建項目時需選擇好存儲路徑和項目名稱。

　　（2）添加工作站

　　右鍵點擊新建的站點名字，選擇插入SIMATIC300 Station.

　?。?）硬件配置[7]

　　雙擊Hardware 進入硬件配置界面，從右側硬件列表中拖入機架，并按實際機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)每個測試系統(tǒng)的不同，有選擇的在PA層掛入變頻器、流量計、變送器和電磁閥等對象。圖2是組態(tài)完的結果。

　　西門子DP通訊電纜產品注意事項:

　　① 硬件配置必須和實際PLC 上掛的模塊一致，具體的設置參數(shù)要看模塊左下方的訂貨號。

　?、?CPU 地址設為2,其余模塊地址從4 開始，且不能重復[8].

　　④ 模塊地址需記住，因為編程的時候要用到。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類型此處設為兩線制4~20 mA.

　?。?）程序編寫PLC 程序是用于實現(xiàn)現(xiàn)場數(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)設置是程序編寫的重點，主要針對MAN_ON、PVPER_ON、PV_FAC、PV_OFF、LMN_FAC、LMN_OFF、SP_INT、LMN_PER 等參數(shù)進行設置。具體的定義和設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 選項里選擇Set PG/PC Inter-face,把通信協(xié)議改為CP5611（MPI），點擊“Diagnostics”

　　按鈕進入測試頁面。點擊“Test”按鈕顯示正常，然后點擊“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PLC.

　　西門子DP通訊電纜產品功能介紹:

　　3.3 監(jiān)控頁面組態(tài)

　　本例中用Wincc 軟件來驅動Step7 的變量，實現(xiàn)對程序的監(jiān)控。

　?。?）新建項目和添加驅動程序

　　新建項目時需設置項目類型、名稱和路徑。

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

　?。?）組態(tài)變量

　　Wincc 變量類型主要有過程變量和內部變量。其中過程變量是真實值，位于PLC的存儲器中。內部變量表示在Wincc中用來計算或模擬的內部值，不與PLC之間進行通信。每個變量在組態(tài)時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。

　　（3）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行狀態(tài)下顯示的內容。Wincc 的圖庫中提供了豐富的圖形，只需選擇拖入畫面即可。“對象選項板”的“標準板”中列出了線、靜態(tài)文本、輸入輸出域等對象；“控件板”中列出了時鐘、報警控件、在線表格控件、在線趨勢控件等。圖3 是組態(tài)完成后的一個監(jiān)控畫面。

　　注意事項:

　　① 畫面中需動態(tài)顯示的文本框、圖形、按鈕、輸入/輸出域、滾動條等一定要設置好連接的變量名，同時亦可在屬性選項中更改顯示方式等參數(shù)。

　?、?運行系統(tǒng)中如需采集、處理和歸檔工業(yè)現(xiàn)場的過程數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建過程數(shù)據(jù)變化趨勢曲線時，需先對數(shù)據(jù)進行歸檔處理，將其存儲在歸檔數(shù)據(jù)庫中，并用表格或趨勢曲線的形式輸出當前過程值或已歸檔過程值。

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

　?。?）創(chuàng)建腳本

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

　　（5）設置系統(tǒng)運行屬性和激活項目

　　在Wincc 資源管理器的左邊子窗口中點擊“計算機”進行設置。設置內容包括計算機的名稱、運行畫面的外觀、起始畫面、標題、畫面大小等。

　　全部組態(tài)結束后，即可點擊激活按鈕，觀看項目的動態(tài)可視化監(jiān)控畫面了。

　　注意事項:

　?、?若運行項目是從其他計算機上拷過來的，必須更改計算機名為當前計算機名。

　?、?選擇在運行時需啟動的組件，可選擇圖形運行系統(tǒng)、報警記錄運行系統(tǒng)、變量記錄運行系統(tǒng)等。

　?、?熱鍵在組態(tài)階段不需屏蔽，當組態(tài)結束進入使用階段，則須將所有熱鍵屏蔽。

　　4 結語

　　通過這一過程控制系統(tǒng)的軟硬件組態(tài)，可掌握PLC技術、組態(tài)技術和PID控制技術，具有一定的實用價值。本文是基于西門子DP總線、Siemens PLC和Wincc組態(tài)軟件，構建了一個典型的工業(yè)過程運行和監(jiān)控系統(tǒng)。在具體構建過程中，因項目的差異，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范例，只要掌握了基本方法，還可以將其進一步推廣到其他控制領域。

　　CPU:

　　不同的 CPU 可用于不同的性能范圍，包括具有集成 I/O 和對應功能的 CPU 以及具有集成 PROFIBUS DP、PROFINET 和點對點接口的 CPU。

　　用于數(shù)字量和模擬量輸入/輸出的信號模塊 (SM)。

　　用于連接總線和點對點連接的通信處理器 (CP)。

　　用于高速計數(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 電源的負載電源模塊(PS)。

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

　　通過分布式*控制器 (CC) 和 3 個擴展裝置 (EU)，SIMATIC S7-300 可以操作多達 32 個模塊。所有模塊均在外殼中運行，并且無需風扇。

　　SIPLUS 模塊可用于擴展的環(huán)境條件:

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

　　設計

　　簡單的結構使得 S7-300 使用靈活且易于維護:

　　安裝模塊:

　　只需簡單地將模塊掛在安裝導軌上，轉動到位然后鎖緊螺釘。

　　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。

　　模塊采用機械編碼，更換極為容易:

　　更換模塊時，必須擰下模塊的固定螺釘。按下閉鎖機構，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插到其他的模塊上。

　　現(xiàn)場證明可靠的連接:

　　對于信號模塊，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)提供預組裝接線另外還可直接在信號模塊上接線。

　　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，并有前蓋保護。因此，所有模塊應有明確的安裝深度。

　　無插槽規(guī)則:

　　信號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)。

　　擴展

　　若用戶的自動化任務需要 8 個以上的 SM、FM 或 CP 模塊插槽時，則可對 S7-300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）進行擴展:

　　*控制器和3個擴展機架多可連接32個模塊:

　　總共可將 3 個擴展裝置（EU）連接到*控制器（CC）。每個 CC/EU 可以連接八個模塊。

　　s7-200CN  CPU訂貨號:

　　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