1  引言
               
　　隨著制造業(yè)自動化和過程自動化中分散化結構的迅速增長，現(xiàn)場總線技術應用日益廣泛，它實現(xiàn)了數(shù)字和模擬輸入輸出模塊、過程調節(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通道分散到實際需要的現(xiàn)場設備附近，從而使整個系統(tǒng)的工程費用、裝配費用、硬件成本、設備調試和維修成本大為降低?，F(xiàn)場總線profibus(中國國家標準gb/t 20540-2006 profibus規(guī)范)具有單元級領域的所有網(wǎng)絡通訊功能，并能滿足生產(chǎn)過程現(xiàn)場級數(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)自動化設計，本系統(tǒng)的特點是設備分布區(qū)域廣，要求各設備既能單獨控制完成自動循環(huán)，主控室主站也要能夠給各設備發(fā)送控制數(shù)據(jù)，并采集各設備的運行數(shù)據(jù)便于分析和儲存。根據(jù)系統(tǒng)特點要求采用profibus-dp高速現(xiàn)場總線通訊網(wǎng)絡來構建整個系統(tǒng)，從而保證了系統(tǒng)的可靠運行。
            
2  系統(tǒng)組成
               
　　profibus-dp主要應用于現(xiàn)場級，是一種高速(可達12mbit/s) 和便宜的通信連接，它被設計為設備級自動控制系統(tǒng)與分散的外圍設備之間的通信，可以承擔現(xiàn)場控制與監(jiān)控的通信任務，具有較高的性價比，是當今實現(xiàn)自動控制系統(tǒng)理想的總線技術。profibus-dp的網(wǎng)絡協(xié)議采用了osi參考模型的第一層物理層，第二層數(shù)據(jù)鏈路層和用戶自己定義的用戶層，這種精簡的結構保證了數(shù)據(jù)的高速傳送，特別適合plc與現(xiàn)場分散的i/o設備之間的通訊。profibus-dp是一個主站/從站(master/ slave)總線系統(tǒng)，主站決定總線的數(shù)據(jù)通信，當主站得到總線控制權時，沒有外界請求也可以主動發(fā)送信息，主站可以是plc、pc 等；從站為外圍設備(典型的從站包括輸入/輸出裝置、閥門、驅動器和測量發(fā)送器等)，從站沒有總線控制權，僅當接受到信息給予確認或當主站發(fā)出請求時向它發(fā)送信息。profibus-dp有多種網(wǎng)絡拓撲結構：總線形，星形，環(huán)形等。該系統(tǒng)采用總線形拓撲結構。
           
　　2.1 尾礦脫水處理自動化系統(tǒng)
               
　　該尾礦脫水處理系統(tǒng)由5臺過濾設備和泵類風機等多臺設備組成。自動化系統(tǒng)設計方案采用上位機+profibus-dp主站+從站的網(wǎng)絡控制方式。上位機采用研祥工業(yè)控制計算機監(jiān)控，組態(tài)軟件采用simatic wincc6.2。上位機中插有通訊卡cp5611,通訊卡加入profibus驅動程序就可以作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profibus通訊模塊em277和分站s7-200交換信息，協(xié)調各單臺壓濾設備連鎖和工藝步序排隊。

　　系統(tǒng)中的五臺過濾設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)場人機界面siemens mp277 +10.4”觸摸屏等組成分站，負責控制立式壓濾機的運行、模擬量信號處理、報警等本體設備控制，并通過profibus-dp現(xiàn)場總線網(wǎng)絡實現(xiàn)對整個設備網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的通信，用于實現(xiàn)實際生產(chǎn)中的典型流水線工藝?；趐rofibus-dp現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡監(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)絡圖
           

　　2.2 profibus dp 配置
           
　　(1) s7-300與s7-200通過em277進行profibus dp通訊，需要在step7中進行s7-300站組態(tài)，再在硬件組態(tài)窗口中的菜單 optionàinstall new gsd，導入siem089d.gsd文件，安裝em277從站配置文件。
           
　　(2)在s7-200中不需要對通訊進行組態(tài)和編程，只需要將要進行通訊的數(shù)據(jù)整理存放在v存儲區(qū)與s7-300的組態(tài)em277從站時的硬件i/o地址相對應就可以了。對于本工程控制系統(tǒng)的profibus dp 配置為在s7-300站組態(tài)五個em277子站，每個em277子站分別對應一套壓濾設備。根據(jù)控制程序需要將每個子站的通訊字節(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，當中下載完成后，將em277模塊上的撥位開關撥到與硬件組態(tài)的設定值相一致。在s7-200中編寫程序將進行交換的數(shù)據(jù)存放在與s7-300 plc的外設輸入/輸出存儲區(qū)pi和pq相對應的v存儲區(qū)中，打開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)說明wincc使用cp5611卡通過profibus-dp連接s7-300的過程。  
           
　　(1) 首先對step7硬件進行組態(tài)：
           
　　使用step7軟件組態(tài)plc的硬件信息，將相應的板卡在hardware進行硬件組態(tài)，選擇要連接wincc的對應端口指定為profibus，設置profibus端口的地址為2，在參數(shù)窗口下新建一個profibus網(wǎng)絡并設置相應的參數(shù)。
           
　　(2) profibus程序和設置參數(shù)：打開wincc工程在變量管理中點擊simatic s7 protocol suite，右鍵點擊profibus選擇“系統(tǒng)參數(shù)”在對話框中選擇“單元”查看邏輯設備名稱，本項目名為“s7online”。
           
　　(3)設置pg/pc接口：在windows控制面板中或在step7中選擇“設置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)添加通道連接設置：打開wincc項目工程在變量管理中打開simatic s7 protocol suite，右鍵點擊profibus在點擊”新驅動程序的連接”,在出現(xiàn)的對話框中輸入名字”金正系統(tǒng)”(本項目名字)。在屬性設置中把s7-300的站地址設備“2“，如圖3所示。

            圖3  通道連接設置圖
        

       
　　通過連接測試和通訊診斷程序即可測試通訊的建立(本處不再敘述)，至此wincc使用cp5611通訊卡通過profibus連接s7-300plc完畢，也就是說整個系統(tǒng)的profibus-dp網(wǎng)絡完全建立起來了
            
3  軟件設計
           
　　3.1 step7 v5.4中文版編程設計
               
　　本項目系統(tǒng)的設備控制程序利用step7 v5.4中文版編程設計。用戶程序設計是構建一個電控系統(tǒng)最為復雜繁瑣而且十分重要的工作，step7v5.4中文版是模塊化的設計軟件，使用模塊化設計，可以大大減少編程工作量，使程序結構簡潔增強程序的可讀性。在本系統(tǒng)程序中合理運用ob組織塊、功能塊fc、功能塊fb41“cont-c”(pid連續(xù)控制調節(jié))，特別是應注意pid參數(shù)中重要的幾個變量，給定值，反饋值和輸出值都是用0.0~1.0之間的實數(shù)表示，也就是進行規(guī)格化處理便于理解——對于輸入和反饋，執(zhí)行：變量*100/27648，然后將結果傳送到pv-in和sp-int，對于輸出變量，執(zhí)行：lmn*27648/100，然后將結果取整傳送給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中編寫程序將進行交換的數(shù)據(jù)存放在與s7-300plc的外設輸入/輸出存儲區(qū)pi和pq相對應的v存儲區(qū)中，本例中根據(jù)控制要求在s7-200編程將某一閥動作狀態(tài)傳給vb552，然后在s7-300中根據(jù)對應的pib取某位進行再編程控制其他回路。列舉簡短程序如圖5所示。

            圖5  數(shù)據(jù)交換程序
    

　　3.3 采用wincc對系統(tǒng)變量進行組態(tài)  
               
　　通過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)需要在畫面中對各個元件進行變量連接。列舉變量連接如圖6所示。

            圖6  組態(tài)變量連接
           

　　3.4 監(jiān)控畫面設計
               
　　在上位監(jiān)控計算機中，我們通過wincc完成了外部設備定義、數(shù)據(jù)庫的構造等工作后，再利用wincc畫面編輯器，來制作開發(fā)本系統(tǒng)工程工藝流程所需要的各種畫面。進一步在wincc的畫面開發(fā)系統(tǒng)中建立變量連接，將畫面中的圖素與數(shù)據(jù)庫中的變量相對應。上位機包含了主系統(tǒng)畫面、開機權限畫面、系統(tǒng)網(wǎng)絡圖、手動實驗、報警等五個主畫面窗口。其中主系統(tǒng)畫面如圖7所示。

             
            圖7  尾礦脫水系統(tǒng)主畫面
          

  
4  結束語
               
　　本系統(tǒng)組建的profibus-dp現(xiàn)場總線網(wǎng)絡現(xiàn)場使用一年多來非常穩(wěn)定可靠，大大降低了系統(tǒng)成本和故障率。wincc組態(tài)軟件功能強大，step7軟件編程簡潔，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)控制中比較先進合理簡明的控制方案，完全可以應用到其他系統(tǒng)控制方案中。