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控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術[2-3],可實現現場級到車間級監控的分散式數字控制和現場通信網絡，從而為實現工廠綜合自動化和現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與分散I/O 之間的高速通信；可取代24 V 或4~20 mA 的串聯式信號傳輸；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；可將變送器和執行器連接到一根公共總線，可用于本質安全領域；數據傳輸采用擴展的ProfiBus-DP協議，還具有PA行規。

　　本文將采用ProfiBus-DP和ProfiBus-PA通信協議來構建過程控制系統。

　　2 系統架構

　　本過程控制系統用于模擬對工業現場液位、溫度等信息的采集、處理，PID 控制和控制工藝流程的實時監控。系統通過西門子DP總線進行數據傳輸和交換，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實現網絡化和數字化。控制系統結構圖如圖1所示。

　　系統主要包含上位監控機、CPU、以太網通信模塊、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 系統組態

　　3.1 硬件組態

　　針對西門子S7-300 plc 來說，其硬件組態是通過Step7 軟件來實現的。組態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.

　　（3）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。根據每個測試系統的不同，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，具體的設置參數要看模塊左下方的訂貨號。

　　② 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，以保證數據的正確通信。

　　⑤ 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.

　　（4）程序編寫PLC 程序是用于實現現場數據的采集、處理，及Wincc監控頁面和PLC之間的互聯通信。

　　PLC 程序主要包含主程序塊，故障診斷組織塊，功能函數塊FB41（連續控制PID），DB數據塊。FB41函數塊的參數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

　　在Step7 軟件的option 選項里選擇Set PG/PC Inter-face,把通信協議改為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 監控頁面組態

　　本例中用Wincc 軟件來驅動Step7 的變量，實現對程序的監控。

　　（1）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絡協議和類型，此處選擇MPI（和PLC 的通信協議一致），并設置站地址為2.

　　（2）組態變量

　　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中地址和數據格式變換。

　　（3）創建過程畫面

　　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 是組態完成后的一個監控畫面。

　　注意事項:

　　① 畫面中需動態顯示的文本框、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。

　　② 運行系統中如需采集、處理和歸檔工業現場的過程數據，并創建過程數據變化趨勢曲線時，需先對數據進行歸檔處理，將其存儲在歸檔數據庫中，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 控件來顯示過程數據變化趨勢。

　　（4）創建腳本

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

　　（5）設置系統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。

　　全部組態結束后，即可點擊激活按鈕，觀看項目的動態可視化監控畫面了。

　　注意事項:

　　① 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。

　　② 選擇在運行時需啟動的組件，可選擇圖形運行系統、報警記錄運行系統、變量記錄運行系統等。

　　③ 熱鍵在組態階段不需屏蔽，當組態結束進入使用階段，則須將所有熱鍵屏蔽。

　　4 結語

　　通過這一過程控制系統的軟硬件組態，可掌握PLC技術、組態技術和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組態軟件，構建了一個典型的工業過程運行和監控系統。在具體構建過程中，因項目的差異，可靈活選擇不同的組網和通信方式。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、定位（開環/閉環）及 PID 控制的功能模塊（FM）。

　　根據要求，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 線連接系統提供預組裝接線另外還可直接在信號模塊上接線。

　　規定的安裝深度:

　　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。系統可自行組態。

　　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