1、 前言

隨著計算機控制在工業(yè)生產(chǎn)中的迅速提升和推廣，DCS控制系統(tǒng)在某些行業(yè)應用上已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需求，取而代之的FCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)則發(fā)揮出它強有力的實力，即將不同產(chǎn)品的可編程設備連接在單層或多層網(wǎng)絡上，使它們相互之間進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)分散控制和集中管理。因此，Profibus—DP已成為控制系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，也是控制系統(tǒng)中設計與維護的重點之一。而功能強大的冗余配置作為Profibus—DP的一種特殊應用在某些行業(yè)中就更加能夠發(fā)揮出它舉足輕重的作用。

2、 Profibus-DP的特點

Profibus—DP是將智能化的現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)通過一種標準的通訊協(xié)議連接在一起，實現(xiàn)互操作。它的出現(xiàn)，促進了現(xiàn)場設備的數(shù)字化和網(wǎng)絡化，并且極大地加強了現(xiàn)場控制功能，使過程控制系統(tǒng)具有開放性，并成為測量、控制和過程診斷等綜合能力的控制系統(tǒng)。Profibus—DP是基于底層控制網(wǎng)絡、開放式、數(shù)字化及多點通信的控制系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)相比，現(xiàn)場總線系統(tǒng)主要有以下特點。

（1）信號傳輸數(shù)字化，標準統(tǒng)一開放；

（2）互換性和互操作性好，不同制造廠生產(chǎn)的儀表可以互連；

（3）控制分散，現(xiàn)場控制儀表不僅有檢測功能，還有運算和控制功能，使控制回路徹底分散；

（4）一條通訊線連接多臺控制設備或儀表，減少了安裝費用，縮短了工程工期，易于維護，對現(xiàn)場環(huán)境的適應性強，系統(tǒng)可靠性高，抗干擾能力強，精度高。

3、 軟硬件構(gòu)成

Profibus是不依賴于生產(chǎn)廠家，且開放的現(xiàn)場總線，各種自動化設備均可通過同樣的接口交換信息。Profibus—DP是一種高速低成本通信，用于設備級控制系統(tǒng)與分散式I／O的通信。使用Profibus-DP可取代大量的開關量及模擬量信號傳輸，特別適合于PLC與現(xiàn)場級分布式I／0設備之間的通訊。

3.1 硬件

（1）總線連接器

Profibus—DP標準推薦總線站與總線的相互連接使用9針D形連接器。D形連接器的插座與總線站相連接，而D形連接器的插頭與總線電纜相連接。連接器的接線見表1。

（2）總線終端器在數(shù)據(jù)線A和B的兩端均應加接總線終端器

總線終端器的下拉電阻與數(shù)據(jù)基準電位DGND相連；上拉電阻與供電正電壓vP相連（見圖1）。當總線上無站發(fā)送數(shù)據(jù)時，這兩個電阻能保證總線上有一個確定的空閑電位，通過開關來選擇是否使用。

3．2 軟件

（1）通訊協(xié)議Profibus～DP可以使用靈活的拓撲結(jié)構(gòu)，支持星形、樹形、環(huán)形結(jié)構(gòu)以及冗余的通訊鏈路。、

（2）電子設備數(shù)據(jù)文件（GSD）

為了將不同廠家生產(chǎn)的Profibus產(chǎn)品集成在一起，生產(chǎn)廠家必須以GSD文件，即電子設備數(shù)據(jù)庫文件方式提供這些產(chǎn)品的功能參數(shù)（如I／O點數(shù)、診斷信息、波特率及時間監(jiān)視等）。標準的GSD數(shù)據(jù)將通信擴大到操作員控制級。使用根據(jù)GSD文件所作的組態(tài)工具可將不同廠商生產(chǎn)的設備集成在同一總線系統(tǒng)中。GSD文件可分為三個部分：

．總規(guī)范包括生產(chǎn)廠商和設備名稱、硬件和軟件版本、波特率、監(jiān)視時間間隔及總線插頭指定信號；

．與DP主站有關的規(guī)范，包括各項參數(shù)，如允許從站個數(shù)、上裝／下裝能力；

．與DP從壹占有關的規(guī)范，包括從站輸入／輸出通道數(shù)、類型及診斷數(shù)據(jù)等。

4、 應用

下面以焦爐為例，對Profibus-DP冗余配置如何實現(xiàn)控制加以詳述，見圖2。

4．1 冗余安全型配置系統(tǒng)

7m焦爐采用冗余CPU配置+ET200M+ETI200L+Y—Link組成PLC分布式I／0系統(tǒng)。其他編碼器和變頻器等標準從站通過Y-Link集成到冗余PLC系統(tǒng)中。

4．1.1 主站配置

7m焦爐的CPU采用的是西門子S7—417H冗余系統(tǒng)。在STEP7中新建一個項目，在Insert菜單下的Station選項中選擇sIMATIc—H Station，添加一個新的$7-400H站。具體組態(tài)步驟如下：

（1）在$7-400H站目錄下雙擊Hardware打開硬件配置。

（2）添加一個UR2H機架。

（3）配置畦鹽坊邪CPU，并沒定CPU上Profibus-DP主站的地址為2。

（4）添加同步子模板到IF1和IF2槽位上。

（5）添加以太網(wǎng)網(wǎng)卡并配置MAC網(wǎng)絡地址。通過以太網(wǎng)與HMI系統(tǒng)WINCC軟件界面通信。

（6）將機架0的硬件配置拷貝、粘貼、復制機架1并調(diào)整網(wǎng)絡參數(shù)，如以太網(wǎng)的MAC地址等，在硬件組態(tài)中出現(xiàn)兩個機架，見圖3。

（7）系統(tǒng)參數(shù)設置容錯站中的模板參數(shù)賦值與S7-400標準站中的模板參數(shù)賦值無太大區(qū)別。對于中央處理器單元只需對cPuo（機架0上的CPU）設定CPU s7—400H的硬件配置圖參數(shù)，所設定的數(shù)值將自動分配給CpUl（機架1上的cPu）。若CPU0和CPUl沒有形成環(huán)網(wǎng)，那么兩者參數(shù)完全一樣，否則，以下參數(shù)CPU1的設置將與CPU0不同。

．CPU的MPI地址

．集成Profibus-DP接口站地址和診斷地址

．I／O地址區(qū)中的模板

在I／O地址區(qū)編址的模板必須完全在過程映象內(nèi)或完全在過程映象外，否則不能保證數(shù)據(jù)的一致性。

CPU系統(tǒng)參數(shù)設置具體如下：

①點擊Cycle／Clockmemory（循環(huán)／時鐘存儲器）選項欄，設置CPU循環(huán)處理參數(shù)。建議設置：掃描循環(huán)監(jiān)視時間盡可能按照程序量來設置（缺省值為150ms），過程輸入映象盡可能?。ㄉ源笥趯嶋H使用的輸入點數(shù)），出現(xiàn)I／O訪問錯誤時調(diào)用OB85，只用于輸入錯誤和輸出錯誤的情況。

②設置診斷緩沖區(qū)中的報文數(shù)量在Diagnostics／Clock（診斷／時鐘）選項欄中可以設置診斷緩沖區(qū)的報文數(shù)量建議設定較大數(shù)值，如1000。

③模塊的監(jiān)控時間在“Startup（啟動）”選項欄中，可以指定模塊監(jiān)視時間，它取決于容錯站的配置。如果監(jiān)視時間太短，CPU將在診斷緩沖區(qū)中輸入w#16#6547事件。參數(shù)的傳輸時間取決于以下因素：

· 總線系統(tǒng)的傳輸速率（傳輸速率高=》傳輸時間短）；

． 參數(shù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊的大小（參數(shù)長=》傳輸時間長）；

． 總線系統(tǒng)上的負載（從站多=》傳輸時間長）建議設置：600（對應于60秒）。

④CPU 自檢周期在“HParameter（冗佘系統(tǒng)參數(shù)）”選項欄中，配置CPU后自檢的周期。可選范圍為10～60000min。建議設置：使用缺省值90min。

4．1．2 配置ET200M從站

I／O模塊采用Profibus-DP遠程通訊的方式，用ET200M 來實現(xiàn)。具體步驟如下：

（1）點擊DP總線“master：DPmastersystem（1）”，在硬件目錄Profibus-DP下，選擇一個IM1 53-2的站點，雙擊添加一個ET200M 站。

（2）設定ET200M站的地址。

（3）在ET200M 站上添加I／O模塊。從站配置后見圖4。

4．1．3 Y-Link

由于該設計采用冗余系統(tǒng)，故在現(xiàn)場的控制級設備的DP通訊就必須用Y-Link來實現(xiàn)。配置Y—Link耦合器步驟如下：

（1）點擊DP總線master：DPmastersystem 在硬件目錄的DP／PALink下選擇IM157，并雙擊添加一個站。

（2）設定Y-Link站地址。

（3）選擇將Y—LiI 設置為—個DP／DP耦合器。

（4）在Y-Link后的Profibus總線上添加單一總線接口的從站站點，如：Masterdrive等。組態(tài)變頻器、編碼器等現(xiàn)場設備需要安裝相應的GSD文件，組態(tài)完成的界面見圖4。

4．2 應用

西門子$7-417H冗余系統(tǒng)強大的擴展及通訊能力，容易實現(xiàn)的分布式結(jié)構(gòu)使其成為中、高檔性能控制領域中首選的理想解決方案，已經(jīng)廣泛用于自動化生產(chǎn)線、機械制造、倉儲業(yè)、建筑系統(tǒng)自動化和鋼鐵工業(yè)等領域。

5 、結(jié)束語

通過在7m 焦爐的具體應用，充分體現(xiàn)了Profibus-DP技術的優(yōu)越性。Profibus-DP技術不但減少了設備問大量的硬線連接與設備的故障點，使運行更加安全可靠，而且用戶平時維護的工作量也大大減少，同時節(jié)約了投資設備的后繼成本，是工業(yè)現(xiàn)場控制級設備電氣自動化發(fā)展的方向，是網(wǎng)絡發(fā)展的趨勢，也是信息技術發(fā)展的必然結(jié)果。

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