引言

　　現(xiàn)場(chǎng)總線是用于現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互聯(lián)、多變量、多點(diǎn)、多站的通信網(wǎng)絡(luò)。目前，現(xiàn)場(chǎng)總線種類繁多，還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，每種總線都有其獨(dú)特的產(chǎn)生背景和應(yīng)用領(lǐng)域，影響比較大的有CAN總線、lonworks總線、hart總線、FF總線、rpofibus總線等。Profibus-dp主要應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)，它的響應(yīng)時(shí)間從幾百微秒到幾百毫秒，數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6 kbps～12mbps。在濟(jì)南國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓的電力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)變量較多，位置分散，且對(duì)信號(hào)的實(shí)時(shí)性和抗干擾能力都要求較高，一般的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)很難滿足系統(tǒng)要求，因此在系統(tǒng)的監(jiān)控層選用profibus-dp通信網(wǎng)絡(luò)完成系統(tǒng)的主控設(shè)備s7-300 PLC與分布的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信工作。在s7-300 plc與帶通訊卡的上位機(jī)之間采用了mpi通信方式。

　　2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　根據(jù)在工業(yè)控制實(shí)際需要及其經(jīng)費(fèi)情況，系統(tǒng)的硬件組成通常有以下幾種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案。

　　(1)以plc或控制器作為一類主站，不設(shè)監(jiān)控站，但調(diào)試階段配置一臺(tái)編程設(shè)備。該方案的plc或控制器完成通信管理、從站數(shù)據(jù)讀寫(xiě)、從站遠(yuǎn)程參數(shù)化工作。

　　(2)以plc或控制器作為一類主站，監(jiān)控站通過(guò)串口與plc一對(duì)一連接。該結(jié)構(gòu)方案的監(jiān)控站不在profibus總線網(wǎng)絡(luò)上，不是二類主站，不能直接讀取從站數(shù)據(jù)合完成遠(yuǎn)程參數(shù)化工作。監(jiān)控站所需的數(shù)據(jù)只能在plc控制器中讀取。

　　(3)以plc或控制器作為一類主站，監(jiān)控站即二類主站連接到profibus總線網(wǎng)絡(luò)上。該方案的監(jiān)控站可以完成遠(yuǎn)程編程、參數(shù)化及在線監(jiān)控功能。

　　(4)使用pc機(jī)加profibus網(wǎng)卡作為一類主站，監(jiān)控站與一類主站一體化。該方案成本較低，但要求pc機(jī)具有高可靠性、能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，如果pc機(jī)出現(xiàn)故障，將影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。另外，通信廠商通常只提供一個(gè)模板的驅(qū)動(dòng)程序，總線控制、監(jiān)控程序可能需要用戶自己開(kāi)發(fā)。

　　(5)緊湊式pc機(jī)(compact computer)加profibus網(wǎng)卡加soft plc的結(jié)構(gòu)形式。該方案中用緊湊式pc機(jī)取代了一般的pc機(jī)，使系統(tǒng)的可靠性大大增強(qiáng)。soft plc是將通用型pc機(jī)改造成一臺(tái)由軟件(軟邏輯)實(shí)現(xiàn)的plc，這種軟件將plc的編程及其應(yīng)用程序運(yùn)行功能，操作員監(jiān)控站的圖形監(jiān)控開(kāi)發(fā)、在線監(jiān)控功能集成到一臺(tái)緊湊式pc機(jī)上，形成一個(gè)plc與監(jiān)控站一體的控制器工作站。

　　(6)充分考慮未來(lái)擴(kuò)展需要，如增加幾條生產(chǎn)線和擴(kuò)展出幾條dp網(wǎng)絡(luò)，車間要增加幾個(gè)監(jiān)控站等，最好采用兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

　　3 硬件組成

　　在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)濟(jì)南國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓電力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的過(guò)程中，根據(jù)系統(tǒng)本身性能的要求及其各種方案的優(yōu)劣及其性價(jià)比，我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案2的基礎(chǔ)上，加以改進(jìn)，不再采用監(jiān)控站通過(guò)串口與plc一對(duì)一連接，而是在監(jiān)控站與plc之間采用通訊速率更高，更穩(wěn)定的mpi通信方式，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為兩層，上層為管理層，下沉為數(shù)據(jù)監(jiān)控層。兩層之間采用mpi-多點(diǎn)接口訪問(wèn)方式。上層管理層主要功能是從plc控制器中讀取從站參數(shù)數(shù)據(jù)，利用力控上位機(jī)組態(tài)軟件，設(shè)計(jì)友好的人機(jī)界面，連接讀取的數(shù)據(jù)變量來(lái)完成對(duì)從站的監(jiān)控工作。另外在管理層中，可以生成各種需要的數(shù)據(jù)報(bào)表、進(jìn)行數(shù)據(jù)分析等工作。下層監(jiān)控層在本實(shí)例系統(tǒng)中由兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的s7-300plc控制系統(tǒng)，每個(gè)控制系統(tǒng)由一個(gè)cpu314模塊，cpu314上連接了四個(gè)通信模塊cp342-5，以及在每個(gè)cp342-5模塊上連接的36個(gè)智能從站儀表構(gòu)成，數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用profibus網(wǎng)絡(luò)通信方式，在圖1中給出了簡(jiǎn)單的分布結(jié)構(gòu)，監(jiān)控層主要完成與分布在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)從站之間的數(shù)據(jù)通信，讀取各個(gè)從站儀表的數(shù)據(jù)參數(shù)，存放在plc控制器的數(shù)據(jù)區(qū)中，供上位機(jī)讀取訪問(wèn)。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

　　4 軟件設(shè)計(jì)

　　profibus網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)連接采用lan(local area networks)插頭。lan插頭分為兩種：一種不可以直接連接編程設(shè)備；另一種可以隨時(shí)連接編程設(shè)備，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。在總線終端的lan插頭處將終端電阻開(kāi)關(guān)撥到on的位置，以減小網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸干擾。

　　在網(wǎng)絡(luò)連接好之后，我們使用step7對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組態(tài)。組態(tài)包括從站的硬件配置和網(wǎng)絡(luò)設(shè)置兩部分。在從站配置中，采用濟(jì)南萊恩達(dá)網(wǎng)絡(luò)儀表科技有限公司提供的具有profibus總線接口的pmm2000/pmm2100系列數(shù)字式微型多功能電力監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)儀表作為智能從站，來(lái)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的電流、電壓、功率等各種電力參數(shù)，組態(tài)時(shí)需要設(shè)置它的網(wǎng)絡(luò)地址，通訊速率以及輸入輸出參數(shù)長(zhǎng)度等；網(wǎng)絡(luò)設(shè)置時(shí)，需要設(shè)置相應(yīng)通信模塊cp342-5作為通信主站，同時(shí)設(shè)定它的profibus地址，通訊速率及mpi地址等參數(shù)。組態(tài)完畢后，編譯無(wú)誤，下載到plc控制器中去，即完成整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控層的硬件組態(tài)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。硬件組態(tài)配置如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件組態(tài)配置圖

4.1 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)　　開(kāi)始設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件程序時(shí)，首先新建一個(gè)的項(xiàng)目(例adc)，step7會(huì)自動(dòng)建立s7程序的目錄結(jié)構(gòu)，并建立一個(gè)空的ob1，用來(lái)編寫(xiě)系統(tǒng)循環(huán)調(diào)用的主程序，如圖3所示。

圖3 新建項(xiàng)目示意圖 　　編寫(xiě)ob1時(shí)，雙擊打開(kāi)ob1系統(tǒng)塊，首先選擇合適的編程語(yǔ)言，比如梯形圖語(yǔ)言，根據(jù)工作任務(wù)要求調(diào)用系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)功能塊，來(lái)完成從站的軟件編程設(shè)計(jì)，如通過(guò)系統(tǒng)功能塊可以完成分布從站儀表數(shù)據(jù)的接收及從站儀表是否在線工作診斷等。在主程序中，接收或發(fā)送數(shù)據(jù)使用db塊。db塊是用來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊，在db塊使用之前，需要定義它的存儲(chǔ)類型，大小等參數(shù)。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，如果想在線監(jiān)控db存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)，則可以建立一個(gè)數(shù)據(jù)變量表vat(如圖3中的vat_1)，并在vat中添加需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)變量地址，程序在線運(yùn)行時(shí)，即可觀察到存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，這樣整個(gè)監(jiān)控層的就設(shè)計(jì)完畢，編譯無(wú)誤，即可與系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)分別下載到plc控制器中正常工作。4.2 人機(jī)界面(hmi)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)　　人機(jī)界面(hmi, human machine interface)的開(kāi)發(fā)采用力控組態(tài)軟件來(lái)完成。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先需要開(kāi)發(fā)專門的儀表驅(qū)動(dòng)程序，并將其添加到力控組態(tài)軟件的i/o驅(qū)動(dòng)列表中。進(jìn)行組態(tài)時(shí)，建立一個(gè)新的i/o設(shè)備連接，并設(shè)定好plc的屬性，然后在力控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)連接組態(tài)。在profibus網(wǎng)絡(luò)通信中，各從站的參數(shù)信息已傳輸?shù)街髡局校手恍杞⑵鹆亟M態(tài)環(huán)境中的各個(gè)點(diǎn)參數(shù)與plc數(shù)據(jù)塊中參數(shù)變量的對(duì)應(yīng)連接，力控軟件便可間接讀取各個(gè)從站的參數(shù)信息，從而使組態(tài)畫(huà)面完成對(duì)各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)從站設(shè)備的監(jiān)控。力控軟件還提供了遠(yuǎn)程訪問(wèn)功能，使用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程查看系統(tǒng)中各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的參數(shù)數(shù)據(jù)。5 結(jié)束語(yǔ)　　濟(jì)南國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓電力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)投入運(yùn)行，實(shí)踐證明，該系統(tǒng)采用profibus網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)速度快、可靠性高、具有良好的可擴(kuò)展性、抗干擾能力強(qiáng)、同時(shí)節(jié)約了安裝、調(diào)試和設(shè)備維護(hù)的費(fèi)用，提高了系統(tǒng)功能和管理水平。