1  引言
               
　　隨著制造業(yè)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化中分散化結(jié)構(gòu)的迅速增長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用日益廣泛，它實(shí)現(xiàn)了數(shù)字和模擬輸入輸出模塊、過(guò)程調(diào)節(jié)裝置于可編程序控制器plc和pc之間的數(shù)據(jù)傳輸，把i/o通道分散到實(shí)際需要的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備附近，從而使整個(gè)系統(tǒng)的工程費(fèi)用、裝配費(fèi)用、硬件成本、設(shè)備調(diào)試和維修成本大為降低?，F(xiàn)場(chǎng)總線profibus(中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb/t 20540-2006 profibus規(guī)范)具有單元級(jí)領(lǐng)域的所有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，并能滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)級(jí)數(shù)據(jù)可存取性的重要要求。筆者參與某鐵精礦尾礦脫水處理系統(tǒng)生產(chǎn)自動(dòng)化設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)的特點(diǎn)是設(shè)備分布區(qū)域廣，要求各設(shè)備既能單獨(dú)控制完成自動(dòng)循環(huán)，主控室主站也要能夠給各設(shè)備發(fā)送控制數(shù)據(jù)，并采集各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)便于分析和儲(chǔ)存。根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)要求采用profibus-dp高速現(xiàn)場(chǎng)總線通訊網(wǎng)絡(luò)來(lái)構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)，從而保證了系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
            
2  系統(tǒng)組成
               
　　profibus-dp主要應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，是一種高速(可達(dá)12mbit/s) 和便宜的通信連接，它被設(shè)計(jì)為設(shè)備級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)與分散的外圍設(shè)備之間的通信，可以承擔(dān)現(xiàn)場(chǎng)控制與監(jiān)控的通信任務(wù)，具有較高的性?xún)r(jià)比，是當(dāng)今實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)理想的總線技術(shù)。profibus-dp的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用了osi參考模型的第一層物理層，第二層數(shù)據(jù)鏈路層和用戶(hù)自己定義的用戶(hù)層，這種精簡(jiǎn)的結(jié)構(gòu)保證了數(shù)據(jù)的高速傳送，特別適合plc與現(xiàn)場(chǎng)分散的i/o設(shè)備之間的通訊。profibus-dp是一個(gè)主站/從站(master/ slave)總線系統(tǒng)，主站決定總線的數(shù)據(jù)通信，當(dāng)主站得到總線控制權(quán)時(shí)，沒(méi)有外界請(qǐng)求也可以主動(dòng)發(fā)送信息，主站可以是plc、pc 等；從站為外圍設(shè)備(典型的從站包括輸入/輸出裝置、閥門(mén)、驅(qū)動(dòng)器和測(cè)量發(fā)送器等)，從站沒(méi)有總線控制權(quán)，僅當(dāng)接受到信息給予確認(rèn)或當(dāng)主站發(fā)出請(qǐng)求時(shí)向它發(fā)送信息。profibus-dp有多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線形，星形，環(huán)形等。該系統(tǒng)采用總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
           
　　2.1 尾礦脫水處理自動(dòng)化系統(tǒng)
               
　　該尾礦脫水處理系統(tǒng)由5臺(tái)過(guò)濾設(shè)備和泵類(lèi)風(fēng)機(jī)等多臺(tái)設(shè)備組成。自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案采用上位機(jī)+profibus-dp主站+從站的網(wǎng)絡(luò)控制方式。上位機(jī)采用研祥工業(yè)控制計(jì)算機(jī)監(jiān)控，組態(tài)軟件采用simatic wincc6.2。上位機(jī)中插有通訊卡cp5611,通訊卡加入profibus驅(qū)動(dòng)程序就可以作profibus網(wǎng)卡并支持profibus協(xié)議。采用s7-300系列plc的cpu315-2dp為主站，通過(guò)profibus通訊模塊em277和分站s7-200交換信息，協(xié)調(diào)各單臺(tái)壓濾設(shè)備連鎖和工藝步序排隊(duì)。

　　系統(tǒng)中的五臺(tái)過(guò)濾設(shè)備各為一套完整的控制系統(tǒng)，采用s7-200 plc (cpu 224xp) +i/o模塊 +em277+現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)界面siemens mp277 +10.4”觸摸屏等組成分站，負(fù)責(zé)控制立式壓濾機(jī)的運(yùn)行、模擬量信號(hào)處理、報(bào)警等本體設(shè)備控制，并通過(guò)profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)設(shè)備網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的通信，用于實(shí)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)中的典型流水線工藝?；趐rofibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的組成如圖1所示。

            圖1  尾礦脫水控制監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖
           

　　2.2 profibus dp 配置
           
　　(1) s7-300與s7-200通過(guò)em277進(jìn)行profibus dp通訊，需要在step7中進(jìn)行s7-300站組態(tài)，再在硬件組態(tài)窗口中的菜單 optionàinstall new gsd，導(dǎo)入siem089d.gsd文件，安裝em277從站配置文件。
           
　　(2)在s7-200中不需要對(duì)通訊進(jìn)行組態(tài)和編程，只需要將要進(jìn)行通訊的數(shù)據(jù)整理存放在v存儲(chǔ)區(qū)與s7-300的組態(tài)em277從站時(shí)的硬件i/o地址相對(duì)應(yīng)就可以了。對(duì)于本工程控制系統(tǒng)的profibus dp 配置為在s7-300站組態(tài)五個(gè)em277子站，每個(gè)em277子站分別對(duì)應(yīng)一套壓濾設(shè)備。根據(jù)控制程序需要將每個(gè)子站的通訊字節(jié)數(shù)為8字節(jié)輸入和8字節(jié)輸出。五個(gè)em277子站的profibus dp 地址分別是：3，4，5，6，7。我們配置后的profibus-dp系統(tǒng)如圖2所示。

            圖2  profibus-dp系統(tǒng)配置圖
           

　　(3)組態(tài)完系統(tǒng)的硬件配置后，將硬件信息下載到s7-300的plc，當(dāng)中下載完成后，將em277模塊上的撥位開(kāi)關(guān)撥到與硬件組態(tài)的設(shè)定值相一致。在s7-200中編寫(xiě)程序?qū)⑦M(jìn)行交換的數(shù)據(jù)存放在與s7-300 plc的外設(shè)輸入/輸出存儲(chǔ)區(qū)pi和pq相對(duì)應(yīng)的v存儲(chǔ)區(qū)中，打開(kāi)step7中的變量表和step7 micro/win32的狀態(tài)表可監(jiān)控s7-300與s7-200通過(guò)em277的數(shù)據(jù)通訊。

　　2.3 wincc環(huán)境下cp5611通訊卡配置
               
　　本節(jié)說(shuō)明wincc使用cp5611卡通過(guò)profibus-dp連接s7-300的過(guò)程。  
           
　　(1) 首先對(duì)step7硬件進(jìn)行組態(tài)：
           
　　使用step7軟件組態(tài)plc的硬件信息，將相應(yīng)的板卡在hardware進(jìn)行硬件組態(tài)，選擇要連接wincc的對(duì)應(yīng)端口指定為profibus，設(shè)置profibus端口的地址為2，在參數(shù)窗口下新建一個(gè)profibus網(wǎng)絡(luò)并設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。
           
　　(2) profibus程序和設(shè)置參數(shù)：打開(kāi)wincc工程在變量管理中點(diǎn)擊simatic s7 protocol suite，右鍵點(diǎn)擊profibus選擇“系統(tǒng)參數(shù)”在對(duì)話框中選擇“單元”查看邏輯設(shè)備名稱(chēng)，本項(xiàng)目名為“s7online”。
           
　　(3)設(shè)置pg/pc接口：在windows控制面板中或在step7中選擇“設(shè)置pg/pc接口”，如圖所示，在“為使用的接口分配參數(shù)”里選擇“cp5611(profibus)”,設(shè)置cp5611的通訊參數(shù)，在這里肯定要使用“dp”作為具體通訊協(xié)議。
           
　　(4)添加通道連接設(shè)置：打開(kāi)wincc項(xiàng)目工程在變量管理中打開(kāi)simatic s7 protocol suite，右鍵點(diǎn)擊profibus在點(diǎn)擊”新驅(qū)動(dòng)程序的連接”,在出現(xiàn)的對(duì)話框中輸入名字”金正系統(tǒng)”(本項(xiàng)目名字)。在屬性設(shè)置中把s7-300的站地址設(shè)備“2“，如圖3所示。

            圖3  通道連接設(shè)置圖
        

       
　　通過(guò)連接測(cè)試和通訊診斷程序即可測(cè)試通訊的建立(本處不再敘述)，至此wincc使用cp5611通訊卡通過(guò)profibus連接s7-300plc完畢，也就是說(shuō)整個(gè)系統(tǒng)的profibus-dp網(wǎng)絡(luò)完全建立起來(lái)了
            
3  軟件設(shè)計(jì)
           
　　3.1 step7 v5.4中文版編程設(shè)計(jì)
               
　　本項(xiàng)目系統(tǒng)的設(shè)備控制程序利用step7 v5.4中文版編程設(shè)計(jì)。用戶(hù)程序設(shè)計(jì)是構(gòu)建一個(gè)電控系統(tǒng)最為復(fù)雜繁瑣而且十分重要的工作，step7v5.4中文版是模塊化的設(shè)計(jì)軟件，使用模塊化設(shè)計(jì)，可以大大減少編程工作量，使程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔增強(qiáng)程序的可讀性。在本系統(tǒng)程序中合理運(yùn)用ob組織塊、功能塊fc、功能塊fb41“cont-c”(pid連續(xù)控制調(diào)節(jié))，特別是應(yīng)注意pid參數(shù)中重要的幾個(gè)變量，給定值，反饋值和輸出值都是用0.0~1.0之間的實(shí)數(shù)表示，也就是進(jìn)行規(guī)格化處理便于理解——對(duì)于輸入和反饋，執(zhí)行：變量*100/27648，然后將結(jié)果傳送到pv-in和sp-int，對(duì)于輸出變量，執(zhí)行：lmn*27648/100，然后將結(jié)果取整傳送給pqw即可；在這里要注意輸入?yún)?shù)pvper_on”缺省為“false”，不要置位以免影響”pv_in”值的規(guī)格化處理。規(guī)格化程序如圖4所示。

            圖4  模擬量處理程序
   

        
　　3.2 plc多機(jī)數(shù)據(jù)交換
               
　　s7-300和s7-200間的數(shù)據(jù)交換程序，是根據(jù)在上面敘述的在s7-200中編寫(xiě)程序?qū)⑦M(jìn)行交換的數(shù)據(jù)存放在與s7-300plc的外設(shè)輸入/輸出存儲(chǔ)區(qū)pi和pq相對(duì)應(yīng)的v存儲(chǔ)區(qū)中，本例中根據(jù)控制要求在s7-200編程將某一閥動(dòng)作狀態(tài)傳給vb552，然后在s7-300中根據(jù)對(duì)應(yīng)的pib取某位進(jìn)行再編程控制其他回路。列舉簡(jiǎn)短程序如圖5所示。

            圖5  數(shù)據(jù)交換程序
    

　　3.3 采用wincc對(duì)系統(tǒng)變量進(jìn)行組態(tài)  
               
　　通過(guò)cp5611卡接入profibus網(wǎng)，在變量管理中的profibus通訊程序下建立工程所需的變量，根據(jù)需要在畫(huà)面中對(duì)各個(gè)元件進(jìn)行變量連接。列舉變量連接如圖6所示。

            圖6  組態(tài)變量連接
           

　　3.4 監(jiān)控畫(huà)面設(shè)計(jì)
               
　　在上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)中，我們通過(guò)wincc完成了外部設(shè)備定義、數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)造等工作后，再利用wincc畫(huà)面編輯器，來(lái)制作開(kāi)發(fā)本系統(tǒng)工程工藝流程所需要的各種畫(huà)面。進(jìn)一步在wincc的畫(huà)面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中建立變量連接，將畫(huà)面中的圖素與數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量相對(duì)應(yīng)。上位機(jī)包含了主系統(tǒng)畫(huà)面、開(kāi)機(jī)權(quán)限畫(huà)面、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖、手動(dòng)實(shí)驗(yàn)、報(bào)警等五個(gè)主畫(huà)面窗口。其中主系統(tǒng)畫(huà)面如圖7所示。

             
            圖7  尾礦脫水系統(tǒng)主畫(huà)面
          

  
4  結(jié)束語(yǔ)
               
　　本系統(tǒng)組建的profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)使用一年多來(lái)非常穩(wěn)定可靠，大大降低了系統(tǒng)成本和故障率。wincc組態(tài)軟件功能強(qiáng)大，step7軟件編程簡(jiǎn)潔，數(shù)據(jù)交換方便明了?；趐rofibus-dp總線的尾礦脫水處理系統(tǒng)，是工業(yè)控制中比較先進(jìn)合理簡(jiǎn)明的控制方案，完全可以應(yīng)用到其他系統(tǒng)控制方案中。