基于ProfiBus的過程控制系統的軟硬件組態

摘 要： ProfiBus現場總線具備傳輸快、結構簡單、抗干擾等優良性能，已廣泛應用于自動控制系統與分散I/O之間的高速通信。首先介紹了ProfiBus現場總線的特點，然后基于ProfiBus?DP和PA、Siemens PLC 300和Wincc組態軟件，詳細闡述了過程控制系統的結構，硬件、通信協議、監控頁面的組態方法和步驟。

關鍵詞： ProfiBus； PLC； WinCC； 組態

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）01?0160?03

引 言

伴隨著工業生產過程的大型化、復雜化、連續化和自動化發展，對工業控制系統的控制水平和品質也有了更高的要求。現場總線技術也應運而生，用于實現自動化系統最底層的現場控制器和智能儀表設備的互聯和實時通信。它是一種開放的、具互操作性的、徹底分散的分布式控制系統[1]。本文將以ProfiBus現場總線為基礎，介紹以Siemens PLC 300和Wincc組態軟件為主體的過程控制系統的軟硬件組態過程。

1 ProfiBus現場總線

ProfiBus現場總線是一種用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術[2?3]，可實現現場級到車間級監控的分散式數字控制和現場通信網絡，從而為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供了可行的解決方案[4]。ProfiBus系列由ProfiBus?DP/FMS/PA三個兼容部分組成。其中ProfiBus?DP和PA的特點如下[1，5]：

ProfiBus?DP適用于自動控制系統與分散I/O之間的高速通信；可取代24 V或4～20 mA的串聯式信號傳輸；使用RS 485傳輸技術或光纖媒體。

ProfiBus?PA專為過程自動化設計；可將變送器和執行器連接到一根公共總線，可用于本質安全領域；數據傳輸采用擴展的ProfiBus?DP協議，還具有PA行規。

本文將采用ProfiBus?DP和ProfiBus?PA通信協議來構建過程控制系統。

2 系統架構

本過程控制系統用于模擬對工業現場液位、溫度等信息的采集、處理，PID控制和控制工藝流程的實時監控。系統通過ProfiBus現場總線進行數據傳輸和交換，采用MPI通信方式與上位機進行通信和遠程控制，從而使整個控制系統實現網絡化和數字化。控制系統結構圖如圖1所示。

系統主要包含上位監控機、CPU、以太網通信模塊、DP鏈路、分布式I/O和變頻器DP從站、溫度和壓力變送器、閥門定位器、電磁流量計等。CPU采用Siemens的S7300 315?2 DP，既具有多點通信功能的MPI接口，又具有ProfiBus?DP通信功能 [6]。