MPI和Profibus雙協議在熱媒爐控制系統中的應用

徐 峰 邵文婷

(北京航天動力研究所,北京 100166)

Profibus是一種國際化、開放式且不依賴于設備生產商的現場總線標準，也是中國第一個工業通信領域現場總線技術的國家標準。Profibus標準的網絡配置簡單，且具有較高的通信速率和更遠的通信距離，因此，被越來越廣泛地應用到工廠自動化和過程自動化控制系統中。

北京航天動力研究所在以往的熱媒爐控制系統研究中，OP操作屏與PLC控制器是一一對應的，且多臺熱媒爐之間相互獨立、互不影響。為了方便多臺熱媒爐的操作，筆者首次提出將MPI和Profibus兩種通信協議同時應用在熱媒爐控制系統中，實現了PLC與OP之間的同步通信和多臺熱媒爐的就地分散操作與遠程集中控制。筆者以實際項目中的兩臺熱媒爐為例進行詳細介紹。

1 控制系統的組成①

北京航天動力研究所承擔了撫順某廠低溫爐和高溫熱媒爐的改造項目，其中包括控制系統的更新改造。在低溫爐的改造過程中，將原高溫熱媒爐和現低溫爐的模擬、數字信號引至該廠的主控室內，在高溫熱媒爐站控室和DCS主控室內均實現了運行狀態監視、負荷調節、報警指示及變量記錄等功能。

改造后的熱媒爐控制系統網絡拓撲結構如圖1所示。

圖1 改造后的熱媒爐控制系統網絡拓撲結構

整個控制系統包括兩個MPI網絡和一個Profibus網絡。其中位于現場熱媒爐控制室的OP操作屏通過MPI協議與相應的熱媒爐CPU控制器組成單個MPI控制網絡；主控室的兩臺上位機通過Profibus協議來訪問兩臺CPU。OP和上位機均可對PLC進行操作，且兩者互不影響。如果OP與上位機同時對PLC進行操作，則以最新的賦值為準。

兩種協議的一些主要參數比較見表1。可以看出，Profibus比MPI協議有更高的通信速率和更遠的通信距離，可有效實現遠距離通信。

表1 MPI與Profibus的比較

2 硬件設備

系統更新改造項目選用的Profibus協議為串行連接，該方式結構精簡，能夠保證數據的高速傳送，適合PLC控制器與現場分散的I/O設備和上位機之間的通信。

Profibus的傳輸介質選用紫色屏蔽雙絞線。Profibus網絡站點之間由總線連接器連接，總線連接器提供集成的終端電阻，處于總線兩端位置的兩個連接器需要設置該電阻為ON狀態，其余連接器置為OFF狀態。

原高溫熱媒爐PLC采用的是CPU314控制器，該CPU僅提供一個MPI協議接口用于和OP之間的通信。在此次改造時，將該CPU換成了CPU315-2DP控制器，與CPU314相比，CPU315-2DP擁有128KByte的工作存儲器(CPU314為48KByte的工作存儲器)，同時支持MPI和Profibus-DP兩種協議連接。在設置時該CPU作為Profibus總線的一個終端。

低溫爐PLC同樣采用CPU315-2DP控制器，其總線連接器的OUT口由屏蔽雙絞線連接至主控制室中上位機1連接器的IN口。

上位機中插有西門子專用DP通信卡CP5611，CP5611是可用于PC機上的PCI網卡，支持連接Profibus協議和SIMATICS S7的MPI協議。該項目利用CP5611將上位機連接到Profibus網絡，CP5611在裝入Profibus驅動程序后就可以作為Profibus網卡，使上位機支持Profibus協議通信；在正確組態后就可由Step7或WinCC直接訪問該Profibus網絡上其他站點的地址數據。上位機1的總線連接器OUT口連接至上位機2的總線連接器IN口；上位機2的總線連接器作為Profibus總線的另一個終端，其終端電阻置為ON狀態。

高溫熱媒爐PLC和低溫爐PLC各有一個獨立的端口與其各自的OP通信，通信采用MPI協議。兩個MPI網絡采用同樣的布線和設計，且相互獨立。此網絡MPI的通信接口為RS485，采用的是紫色屏蔽雙絞電纜，一端由連接器接CPU的MPI口，另一端由連接器接至OP后的IF1接口。至此，整個通信系統的硬件連接設置完成。

3 組態

3.1 CPU組態

硬件組態時，在插入CPU315-2DP后會彈出Profibus組態界面。新建一條Profibus 1總線，組態其Profibus站地址，設定傳輸速率1.5Mbit/s，保存編譯后，直接下載至相應的CPU[1]。

3.2 上位機組態

上位機使用西門子的基于Windows的人機界面組態軟件WinCC。該項目中，每臺上位機中的WinCC項目都被組態為單客戶項目，均有Profibus網絡上的獨立結點，并可對網絡上的其他結點進行訪問。

在組態環境中，打開Profibus連接參數對話框(圖2)，設置WinCC要訪問的Profibus總線上的站地址等。設置好對應的CPU站地址，進入運行環境后即可看到高溫熱媒爐的運行數據。

圖2 Profibus連接參數對話框

控制面板里的“設置PG/PC接口”提供了CP5611的Profibus地址設置，該設置決定了上位機在網絡中的站地址，上位機本地Profibus地址的設定界面如圖3所示。

圖3 上位機本地Profibus地址的設定界面

3.3 OP組態

OP與PLC通過MPI協議實現通信，其設置在專用組態軟件Protool中實現。

低溫爐OP組態的參數設定界面如圖4所示。在PLC組態時，將CPU的接口屬性改為MPI(確定高、低溫爐的MPI)，地址選為2；OP的MPI默認地址為1，組態時修改所要連接CPU的MPI地址、槽號和其他參數。至此，整個系統的組態完成。

4 系統改造前后的比較

與原系統相比，新系統改善了操作性能和安全性能。改造前，操作人員只能在現場附近的熱媒爐控制室進行操作，面板操作方式單一(需將光標移至要修改的參數處再按數字鍵進行操作)，畫面切換繁瑣，且查看歷史趨勢記錄短(存儲區大小受限，參數記錄小于一周)。

系統改造后將兩臺爐子的信號集中送到主控室，可以對兩臺熱媒爐進行交替操作和連續監控，方便了與其他相關系統的聯系，符合現代化集中式控制管理的理念；同時改善了操作人員的工作環境，更可靠地保證了操作人員的人身安全。

新系統利用總線協議Profibus把現場的I/O信號集中傳送到主控室，完成了PLC與上位機之間的遠距離高質量通信，實現了設備的集中管理與信息共享；同時該系統具有開放的通信端口，為今后其他系統的加入和連接提供了硬件基礎。

5 結束語

實際項目的成功應用證明了筆者提出的方法是一種對于遠距離中型系統通信傳輸很好的解決方案，完全能夠滿足當前北京航天動力研究所雙臺以至多臺熱媒爐控制系統的遠程集中控制要求，為今后系統的集中控制提供了一個很好的發展方向；同時促進了北京航天動力研究所自動化產品和通信技術的不斷更新換代，保證了系統的先進性。

[1] 崔堅.西門子工業網絡通信指南[M].北京:機械工業出版社,2005:65～68.