PROFIBUS-DP网络系统在六米焦炉上的应用

1 前言
　　随着计算机控制的迅速推广和普及，许多企业已大量使用各种可编程设备，如工业控制计算机、PLC及变频器等。有的企业已经实现了全车间乃至全厂的综合自动化，即将不同产品的可编程设备连接在单层或多层网络上，使它们相互之间进行数据通信，实现分散控制和集中管理。因此，通讯与网络已成为控制系统中不可缺少的重要组成部分，也是控制系统中设计与维护的重难点之一。
2 软硬件构成
　　PROFIBUS是不依赖于生产厂家，且开放的现场总线，各种自动化设备均可通过同样的接1：3交换信息。PROFIBUS-DP是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I／O的通信。使用PROFIBUS—DP可取代24VDC或4-20mA信号传输。特别适合于PLC与现场级分布式I／O设备之间的通讯。
2．1 硬件
（1）总线连接器
　　PROFIBUS—DP标准推荐总线站与总线的相互连接使用9针D形连接器。D形连接器的插座与总线站相连接，而D形连接器的插头与总线电缆相连接。连接器的接线见表1。

（2）总线终端器
　　在数据线A和B的两端均应加接总线终端器（见图1）。总线终端器的下拉电阻与数据基准电位DGND相连；上拉电阻与供电正电压 相连。当总线上无站发送数据时，这两个电阻能保证总线上有一个确定的空闲电位，采用开关来选择是否使用它。

2．2 软件
　　（1）通讯模型PROFIBUS-DP可以使用灵活的拓扑结构，支持线性、树形、环形结构以及冗余的通讯模型。[page]
　　（2）电子设备数据文件（GSD）
　　为了将不同厂家 生 产 的PROFIBUS产品集成在一起，生产厂家必须以GSD文件，即电子设备数据库文件方式提供这些产品的功能参数（如I／O点数、诊断信息、波特率及时间监视等）。标准的GSD数据将通信扩大到操作员控制级。使用根据GSD文件所作的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在同～总线系统中。GSD文件可分为三个部分：
　　① 总规范包括生产厂商和设备名称、硬件和软件版本、波特率、监视时间间隔及总线插头指定信号。
　　② 与DP主站有关的规范，包括各项参数，如允许从站个数、上装／下装能力。
　　③ 与DP从站有关的规范，包括从站输入／输出通道数、类型及诊断数据等。
3 应用
　　下面以出口土耳其六米焦炉为例，对PROFIBUS—DP网络通讯如何实现控制进行具体阐述，见图2。

3．1 冗余系统
　　 土耳其六米焦炉的CPU采用的是西门子s7—417H冗余系统。打开STEP7，在STEP7中新建一个项目，在Inset菜单下的Station选项中选择SIMA—TICH Station，添加一个新的S7—400H站。具体组态步骤如下：
　　（1）在S7．400H站目录下双击ttardware打开硬件配置。
　　（2）添加一个UR2 H机架。
　　（3）配置电源和CPU，并设定CPU上PROFIB—US DP主站的地址为2。
　　（4）添加同步子模板到IF1和IF2槽位上。
　　（5）添加以太网网卡并配置MAC网络地址。只有以太网可以与HMI系统WINCC通信。
　  （6）将机架0的硬件配置拷贝、粘贴、复制机架1并调整网络参数，如以太网的MAC地址等，在硬件组态中出现两个机架，见图3。

      （7）系统参数设置
　　 容错站中的模板参数赋值与s7—400标准站中的模板参数赋值没有什么区别。对于中央处理器单元只需对CPU0（机架0上的CPU）设定CPU参数，所设定的数值将自动分配给CPU1（机架1上的CPU）。[page]
　　若CPU0和CPU1没有形成环网，那么两者参数完全一样，否则，以下参数CPU1的设置将与CPUO不同。
　　· CPU的MPI地址
　　· 集成PROFIBUS DP接口站地址和诊断地址
　　· I／O地址区中的模板在I／O地址区编址的模板必须完全在过程映象内或完全在过程映象外，否则不能保证数据的一致性。
　　 CPU系统参数设置具体如下：
　　（1）点击Cycle／Clock menlory（循环／时钟存储器）选项栏，设置CPU循环处理参数。
　　建议设置：
　　扫描循环监视时间尽可能长（如6000 Ills）
　　过程输入映象尽可能小（稍大于实际使用的输入点数）
　　过程输出映象尽可能小（稍大于实际使用的输出点数）
　　出现I／O访问错误时调用“OB 85”，只用于输入错误和输出错误的情况。
　　（2）设置诊断缓冲区中的报文数量
　　在“Diagnostics／Clock（诊断／时钟）”选项栏中可以设置诊断缓‘冲区的报文数量建议设定较大数值，如l000。
　　（3）模块的监控时间
　　在“Staltup（启动）”选项栏中，可以指定模块监视时间，它取决于容错站的配置。如果监视时间太短，CPU将在诊断缓冲区中输入W"I6"6547事件。
　　参数的传输时间取决于以下因素：
　　· 总线系统的传输速率（传输速率高=>传输时间短）
　　· 参数和系统数据块的大小（参数长=>传输时间长）
　　· 总线系统上的负载（从站多=>传输时间长）
　　建议设置：600（对应于6O秒）
      （4）CPU自检周期
　　在“H Parameter（冗余系统参数）”选项栏中，配置CPU后台自检的周期。可选范围为10——60000min。建议设置：使用缺省值90min。
3．2 配置ET200M从站
　　 I／O模块采用PROFIBUS—DP远程通讯的方式，用ET200M来实现。具体步骤如下：
　　（1）点击DP总线“master：DP master system（1）”，在硬件目录PROFIBUS DP下，选择一个IM153—2的站点，双击添加一个ET200M站。
　　（2）设定ET200M站的地址。
　　（3）在ET200M站上添加I／O模块。从站配置后见图4。
3.3 Y—Link
　　由于该设计采用冗余系统，故在现场的控制级设备的DP通讯就必须用Y—Link来实现。配置Y—Link耦合器步骤如下：
　　（1）点击DP总线“master：DP master system（1）”，在硬件目录的DP／PA Link下选择IM157，并双击添加一个站。
　　（2）设定Y—Link站地址
　　（3）选择将Y—Link设置为一个DP／DP耦合器。
　　（4）在Y—Link后的PROFIBUS总线上添加单一总线接口的从站站点，如：Masterdrive等。组态变频器、编码器等现场设备需要安装相应的GSD文件，组态完成的界面见图4。

4 结束语
　　PROFIBUS—DP技术的应用，提高了设备的自动化控制水平，不但减少了设备间大量的硬线连接与设备的故障点，使运行更加安全可靠，而且用户平时维护的工作量也大大减少，同时节约了投资设备的后继成本，是工业现场控制级设备电气自动化发展的方向，是网络发展的趋势，也是信息技术发展的必然结果。
参考文献
1．SIEMENS．工业通讯及现场设备手册，2001，10
2．SIEMENS．MMV440．系统使用大全手册，2002，08
3．SIEMENS．SIMOVERT．MASTERDRIVES．矢量控制使用大全手册，2000，06
4．SIEMENS．SIMATIC S7——400可编程序控制器．产品目录