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西門(mén)子DP通訊電纜特點(diǎn)：
西門(mén)子DP總線是一種用于工廠自動(dòng)化車(chē)間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)[2-3],可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)到車(chē)間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(gè)兼容部分組成。其中ProfiBus-DP和PA的特點(diǎn)如下[1,5]:
西門(mén)子DP總線是適用于自動(dòng)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(hào)傳輸；使用RS 485傳輸技術(shù)或光纖媒體。
西門(mén)子DP總線是專(zhuān)為過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)；可將變送器和執(zhí)行器連接到一根公共總線，可用于本質(zhì)安全領(lǐng)域；數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)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(lái)構(gòu)建過(guò)程控制系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)架構(gòu)
本過(guò)程控制系統(tǒng)用于模擬對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)液位、溫度等信息的采集、處理，PID 控制和控制工藝流程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)通過(guò)西門(mén)子DP總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換，采用MPI通信方式與上位機(jī)進(jìn)行通信和遠(yuǎn)程控制，從而使整個(gè)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
系統(tǒng)主要包含上位監(jiān)控機(jī)、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(mén)定位器、電磁流量計(jì)等。CPU 采用Siemens 的S7300 315-2 DP,既具有多點(diǎn)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(duì)西門(mén)子S7-300 plc 來(lái)說(shuō)，其硬件組態(tài)是通過(guò)Step7 軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。組態(tài)過(guò)程主要包括以下幾個(gè)步驟。
（1）新建項(xiàng)目。（）
新建項(xiàng)目時(shí)需選擇好存儲(chǔ)路徑和項(xiàng)目名稱(chēng)。
（2）添加工作站
右鍵點(diǎn)擊新建的站點(diǎn)名字，選擇插入SIMATIC300 Station.
（3）硬件配置[7]
雙擊Hardware 進(jìn)入硬件配置界面，從右側(cè)硬件列表中拖入機(jī)架，并按實(shí)際機(jī)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(gè)測(cè)試系統(tǒng)的不同，有選擇的在PA層掛入變頻器、流量計(jì)、變送器和電磁閥等對(duì)象。圖2是組態(tài)完的結(jié)果。
西門(mén)子DP通訊電纜產(chǎn)品注意事項(xiàng)：
① 硬件配置必須和實(shí)際PLC 上掛的模塊一致，具體的設(shè)置參數(shù)要看模塊左下方的訂貨號(hào)。
② CPU 地址設(shè)為2,其余模塊地址從4 開(kāi)始，且不能重復(fù)[8].
③ 設(shè)置ProfiBus網(wǎng)絡(luò)參數(shù)為1.5 Mb/s（DP）。（）
④ 模塊地址需記住，因?yàn)榫幊痰臅r(shí)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。
⑤ AI/AO模擬量模塊的輸入和輸出通道信號(hào)類(lèi)型此處設(shè)為兩線制4~20 mA.
⑥ 硬件配置好后可選擇保存編譯。（）
（4）程序編寫(xiě)PLC 程序是用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、處理，及Wincc監(jiān)控頁(yè)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(shè)置是程序編寫(xiě)的重點(diǎn)，主要針對(duì)MAN_ON、PVPER_ON、PV_FAC、PV_OFF、LMN_FAC、LMN_OFF、SP_INT、LMN_PER 等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。具體的定義和設(shè)置要求可通過(guò)查閱幫助文件來(lái)獲取。
3.2 通信組態(tài)
在Step7 軟件的option 選項(xiàng)里選擇Set PG/PC Inter-face,把通信協(xié)議改為CP5611（MPI），點(diǎn)擊“Diagnostics”
按鈕進(jìn)入測(cè)試頁(yè)面。點(diǎn)擊“Test”按鈕顯示正常，然后點(diǎn)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(guò)后，即可下載進(jìn)PLC.
西門(mén)子DP通訊電纜產(chǎn)品功能介紹：
3.3 監(jiān)控頁(yè)面組態(tài)
本例中用Wincc 軟件來(lái)驅(qū)動(dòng)Step7 的變量，實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的監(jiān)控。
（1）新建項(xiàng)目和添加驅(qū)動(dòng)程序
新建項(xiàng)目時(shí)需設(shè)置項(xiàng)目類(lèi)型、名稱(chēng)和路徑。
選擇變量管理--新建驅(qū)動(dòng)程序--插入SIMAT-IC S7 PROTOCOL SUITE.此通信驅(qū)動(dòng)程序支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和類(lèi)型，此處選擇MPI（和PLC 的通信協(xié)議一致），并設(shè)置站地址為2.
（2）組態(tài)變量
Wincc 變量類(lèi)型主要有過(guò)程變量和內(nèi)部變量。其中過(guò)程變量是真實(shí)值，位于PLC的存儲(chǔ)器中。內(nèi)部變量表示在Wincc中用來(lái)計(jì)算或模擬的內(nèi)部值，不與PLC之間進(jìn)行通信。每個(gè)變量在組態(tài)時(shí)需定義變量名稱(chēng)和類(lèi)型。過(guò)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(guò)程畫(huà)面
過(guò)程畫(huà)面是由圖形編輯器來(lái)完成的。在該界面中可添加全部欲在運(yùn)行狀態(tài)下顯示的內(nèi)容。Wincc 的圖庫(kù)中提供了豐富的圖形，只需選擇拖入畫(huà)面即可。“對(duì)象選項(xiàng)板”的“標(biāo)準(zhǔn)板”中列出了線、靜態(tài)文本、輸入輸出域等對(duì)象；“控件板”中列出了時(shí)鐘、報(bào)警控件、在線表格控件、在線趨勢(shì)控件等。圖3 是組態(tài)完成后的一個(gè)監(jiān)控畫(huà)面。
注意事項(xiàng)：
① 畫(huà)面中需動(dòng)態(tài)顯示的文本框、圖形、按鈕、輸入/輸出域、滾動(dòng)條等一定要設(shè)置好連接的變量名，同時(shí)亦可在屬性選項(xiàng)中更改顯示方式等參數(shù)。
② 運(yùn)行系統(tǒng)中如需采集、處理和歸檔工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建過(guò)程數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)曲線時(shí)，需先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔處理，將其存儲(chǔ)在歸檔數(shù)據(jù)庫(kù)中，并用表格或趨勢(shì)曲線的形式輸出當(dāng)前過(guò)程值或已歸檔過(guò)程值。
歸檔中要設(shè)置歸檔變量名、歸檔周期。圖3 使用了Wincc online Trend Control這個(gè)ActiveX 控件來(lái)顯示過(guò)程數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)。
（4）創(chuàng)建腳本
Wincc 可以通過(guò)使用函數(shù)和動(dòng)作使項(xiàng)目中的過(guò)程動(dòng)態(tài)化，可自行建立項(xiàng)目函數(shù)，也可建立全局動(dòng)作腳本來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示要求。
（5）設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行屬性和激活項(xiàng)目
在Wincc 資源管理器的左邊子窗口中點(diǎn)擊“計(jì)算機(jī)”進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)的名稱(chēng)、運(yùn)行畫(huà)面的外觀、起始畫(huà)面、標(biāo)題、畫(huà)面大小等。
全部組態(tài)結(jié)束后，即可點(diǎn)擊激活按鈕，觀看項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)控畫(huà)面了。
注意事項(xiàng)：
① 若運(yùn)行項(xiàng)目是從其他計(jì)算機(jī)上拷過(guò)來(lái)的，必須更改計(jì)算機(jī)名為當(dāng)前計(jì)算機(jī)名。
② 選擇在運(yùn)行時(shí)需啟動(dòng)的組件，可選擇圖形運(yùn)行系統(tǒng)、報(bào)警記錄運(yùn)行系統(tǒng)、變量記錄運(yùn)行系統(tǒng)等。
③ 熱鍵在組態(tài)階段不需屏蔽，當(dāng)組態(tài)結(jié)束進(jìn)入使用階段，則須將所有熱鍵屏蔽。
4 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)這一過(guò)程控制系統(tǒng)的軟硬件組態(tài)，可掌握PLC技術(shù)、組態(tài)技術(shù)和PID控制技術(shù)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。本文是基于西門(mén)子DP總線、Siemens PLC和Wincc組態(tài)軟件，構(gòu)建了一個(gè)典型的工業(yè)過(guò)程運(yùn)行和監(jiān)控系統(tǒng)。在具體構(gòu)建過(guò)程中，因項(xiàng)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(gè)范例，只要掌握了基本方法，還可以將其進(jìn)一步推廣到其他控制領(lǐng)域。
《PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)通訊電纜》
德國(guó)西門(mén)子PROFIBUS總線電纜 西門(mén)子DP通訊電纜 西門(mén)子PROFIBUS DP電纜 6XV1830-0EH10
西門(mén)子PROFIBUS通訊電纜 西門(mén)子DP屏蔽電纜 西門(mén)子PROFIBUS DP電纜 6XV1830-3EH10
PROFIBUS –DP作用
于現(xiàn)場(chǎng)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?？偩€循環(huán)時(shí)間必須要比主站（PLC）程序循環(huán)時(shí)間短。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)．診斷和報(bào)警處理。
?、賯鬏敿夹g(shù)：RS－485雙絞線．雙線電纜或光纜。波特率從9.6K bit/s到12M bit/s。
?、诳偩€存?。焊髦髡鹃g令牌傳遞，主站與從站間為主－從傳送。支持單主或多主系統(tǒng)?？偩€上zui站點(diǎn)（主－從設(shè)備）數(shù)為126。
?、弁ㄐ牛狐c(diǎn)對(duì)點(diǎn)（用戶數(shù)據(jù)傳送）或廣播（控制指令）。循環(huán)主－從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主－主數(shù)據(jù)傳送。
④運(yùn)行模式：運(yùn)行．清除．停止。
?、萃剑嚎刂浦噶钤试S輸入和輸出同步。同步模式：輸出同步；鎖定模式：輸入同步。
?、薰δ埽篋P主站和DP從站間的循環(huán)用戶有數(shù)據(jù)傳送。各DP從站的動(dòng)態(tài)激活和可激活。DP從站組態(tài)的檢查。強(qiáng)大的診斷功能，三級(jí)診斷診斷信息。輸入或輸出的同步。通過(guò)總線給DP從站賦予地址。
?、呖煽啃院捅Ｗo(hù)機(jī)制：所有信息的傳輸按海明距離HD＝４進(jìn)行。DP從站帶看門(mén)狗定時(shí)器（Watchdog Timer）。對(duì)DP從站的輸入／輸出進(jìn)行存取保護(hù)。DP主站上帶可變定時(shí)器的用戶數(shù)據(jù)傳送監(jiān)視。
?、嘣O(shè)備類(lèi)型：第二類(lèi)DP主站（DPM2）是可進(jìn)行編程．組態(tài)．診斷的設(shè)備。*類(lèi)DP主站（DPM1）是*可編程控制器，如PLC．PC等。DP從站是帶二進(jìn)制值或模擬量輸入輸出的驅(qū)動(dòng)器．閥門(mén)等.
（1）
?、偎俾剩涸谝粋€(gè)有著32個(gè)站點(diǎn)的分布系統(tǒng)中，PROFIBUS-DP對(duì)所有站點(diǎn)傳送512 bit/s 輸入和512bit/s輸出，在12Ｍbit/s時(shí)只需１毫秒。
?、?診斷功能：經(jīng)過(guò)擴(kuò)展的PROFIBUS-DP診斷能對(duì)故障進(jìn)行快速定位。診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。診斷信息分三級(jí)：
·本站診斷操作：本站設(shè)備的一般操作狀態(tài)，如溫度過(guò)高．壓力過(guò)低。
·模塊診斷操作：一個(gè)站點(diǎn)的某具體I/O模塊故障。
·通過(guò)診斷操作：一個(gè)單獨(dú)輸入／輸出位的故障。
（2）
PROFIBUS-DP允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)。在同一總線上zui多可連接126個(gè)站點(diǎn)。系統(tǒng)配置的描述包括：站數(shù)．站地址．輸入／輸出地址．輸入／輸出數(shù)據(jù)格式．診斷信息格式及所使用的總線參數(shù)。每個(gè) PROFIBUS-DP系統(tǒng)可包括以下三種壞同類(lèi)型設(shè)備：
① 一級(jí)DP主站（DPM1）：一級(jí)DP主站是*控制器，它在預(yù)定的周期內(nèi)與分散的站（如DP從站）交換信息。典型的DPM1如PLC或PC。
?、?二級(jí)DP主站（DPM2）：二級(jí)DP主站是編程器．組態(tài)設(shè)備或操作面板，在DP系統(tǒng)組態(tài)操作時(shí)使用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。
?、?DP從站：DP從站是進(jìn)行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設(shè)備（I／O設(shè)備．驅(qū)動(dòng)器．HMI．閥門(mén)等）。
④ 單主站系統(tǒng)：在總線系統(tǒng)的運(yùn)行階段，只有一個(gè)活動(dòng)主站。
