基于PROFIBUS-DP的現場總線技術故障診斷系統

周 剛

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基于PROFIBUS-DP的現場總線技術故障診斷系統

周 剛

成都理工大學，四川 成都 610059

闡述了PROFIBUS-DP技術的特點、結構和工作原理以及診斷機制等，同時結合在工業自動化領域中的應用實例，研討了該技術在實現工業自動化過程中所起到的作用，大大地降低了在許多工業生產線中由于故障引起的停機帶來的重大經濟損失。

PROFIBUS-DP技術；自動化

1 PROFIBUS-DP技術特點、結構及工作原理

PROFIBUS-DP（簡稱DP）主要是用于車間級監控和現場層的通信系統，最高通信速率可達12Mbps。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發送輸出信息，而診斷信息在總線上傳輸并由主站采集，在PLC主站與智能從站、分布式I/O從站的總線型高速數據通信。由主站將生產任務分成多個子任務，分配給多個從站去自動完成。再由從站返回運行數據給主站，主站對從站的工作進行協調和監控。當出現故障時，能對主站、從站和DP通訊系統的故障進行自診斷，CPU自動將故障發送到上位機診斷系統顯示，以幫助維修人員及時地排除故障[1]。

PROFIBUS-DP系統主站選用S7-400，從站由一個分布式I/O從站ET 200M和兩臺智能從站S7-300等組成，上位機再通過工業以太網連接DP主站上。

2 PROFIBUS-DP技術的診斷機制

在系統功能設計上。如果主站檢測到擴展機架故障、DP主站系統與DP從站的故障，產生機架故障中斷，無論是故障的產生與消失都將調用組織塊OB86。而對于具有診斷功能的模塊，已經在硬件組態過程中打開了診斷中斷，當輸出模塊出現斷線故障時，或當模擬量輸入與輸出模塊發生內外部故障時，以及輸入信號值超過模擬量模塊的測量范圍時等等，當故障發生或消失時，都調用主站OB82啟動中斷處理程序，有故障的模塊自動地在OB82的啟動信息和診斷緩沖區存入診斷數據。再能過編程將故障信息分析處理，自動將處理過后故障信息發送到PC機，實現故障報警顯示[2]。

3 PROFIBUS-DP技術在電氣自動化中的應用分析

3.1 DP系統軟硬件選擇與設計

為了實現PROFIBUS-DP系統的故障診斷，最重要的就是診斷數據的基本結構的分析和故障信息自動發送到WinCC上。我們從實驗室現有的硬件設備上考慮，我們選用S7-400作為系統主站。DP從站分別由一個分布式I/O從站ET 200M和兩臺智能從站S7-300組成。

ET200M具有S7-300自動化系統的組態技術，由一個IM153-2和全系列S7-300的I/O模塊組成。ET200M是多通道模塊化的分布式I/O，使用的是S7-300全系列模塊，適用于高性能的區域，用接口模塊IM153來實現與主站的通信。智能從站S7-300是模塊化的中小型PLC。主站可將自動化任務分為多臺PLC控制的多個子任務，這些子任務分別用幾臺CPU獨立地和有效地進行處理。S7-300具有智能化的診斷系統，也可以監控系統功能是否正常，記錄錯誤，過程報警等功能。

軟件上，我們選擇STEP7 V5.5 SP4，它支持我們選擇的CPU---400H的型號，同時它對硬件的支持性，兼容性好。同時PROFINET相比于MPI連接上位機，它傳輸距離遠，傳輸速率快，抗干擾能力更強，網絡節點最多可達1024個，為將來連接多臺上位機作充分準備。

3.2 DP系統硬件組態

3.2.1 生成PROFIBUS-DP子網絡

第一步：新建一個項目名為“S7-400_and ET200M”的項目，打開硬件組態工具HW-Config，插入S7-400機架名稱為UR2ALU，訂貨號為6ES7 400-1JA11-0AA0的機架。第二步：在機架中1號槽插入標準電源模塊，名稱為PS 407 10A，訂貨號為407-0KA02-0AA0的電源，在機架中3號槽插入CPU模塊，名稱為CPU 412-5H PN/DP，訂貨號為412-5HK06-0AB0的CPU，根據實驗室硬件情況，此處采用單機操作，即在一個標準SIAMTIC-400站中使用一個容錯CPU。在單機模式下操作容錯CPU時，不能連接同步模塊，機架號必須設置為“0”。如果不經過改動，為標準S7-400CPU編寫的用戶程序通常不會在處于單機模式的容錯CPU上運行。新建一個PROFIBUS-DP網絡，將主站地址設置為1，其中的網絡設置設為默認，系統默認傳輸速率為1.5Mbit/s，網絡配置為DP。注意，必須選擇子網為“PROFIBUS（1）”，否則不能進行PROFIBUS網絡的連接。

3.2.2 組態DP從站

ET-200M是標準的分布式I/O從站，在硬件組態窗口中，按照IM 153-2的訂貨號，找到后將其拖放到PROFIBUS網絡線上，設置它的DP從站地址為2，這樣就生成了ET 200M從站。

在實物硬件中，在IM153-2模塊中的DIP開關設置站地址為2，與剛才硬件組態時設置的地址一樣。

單擊ET 200M從站，從4號槽開始依次插入各系列模塊，順序依次是模擬量輸入模塊AI 8×12bit，模擬量輸出模塊AO4×12bit，數字量輸入模塊DI 16×DC24V，數字量輸出模塊DO 8×DC24V/2A。其AI和AO模塊起始地址分配為100。雙擊PN-IO行，新建一個Ethernet網絡，其中的網絡設置設為默認，系統默認IP地址為192.168.0.1，子網掩碼為255.255.255.0[3]。

組態完成后，點擊工具欄中的“編譯并保存”按鈕，可對組態信息進行編譯。如果編譯出現錯誤，將會顯示錯誤或警告信息。只有沒有錯誤后，才能成功地編譯，編譯功能后，組態后，組態信息被保存在系統數據中。

S7-300與主站通信方式稱為MS方式，必須對數據交換的地址區進行組態。插入“SIMATIC 300”站點。在“硬件”組態中，插入機架RACK-300下的Rail。找到后將其拖放到機架上，1號槽為電源PS，2號槽為CPU。雙擊CPU下的MPI/DP，設置PROFIBUS屬性，設置它的DP從站地址為3，連接到PROFIBUS（1）上，工作模式設置為“DP從站”，保存組態信息。

在硬件目錄窗口中找到“PROFIBUS DP”文件夾下的“Configured Stations”文件夾，將其中的“CPU 31X”放在PROFIBUS（1）網絡線上。單擊“DP從站屬性”對話框下“連接”，從站被連接到DP網絡上。可以看到S7-300已經掛DP網絡線上。

組態DP智能從站與主站通信區，雙擊DP網絡線S7-300從站，為主從站雙方通信的輸入與輸出地址。實際上就是數據接收緩沖區和發送緩沖區，但是用于通信的數據區不能與實際硬件占用的輸入/輸出區重疊。模式選擇為MS。設置主站地址和從站地址的起始地址。第一行表示主站用QB10發送數據給從站的IB10。第二行表示主站用IB10接收來自從站的QB10的數據。雙擊機架中CPU 314C-2 PN/DP欄下面的PN-IO行，新建一個Ethernet（2）網絡，其中的網絡設置設為默認，系統默認IP地址為192.168.0.2，子網掩碼為255.255.255.0。

主站與S7-300（2）通信的組態和3.4節的方法一樣。只是新建一個Ethernet網絡，系統默認IP地址為192.168.0.3，子網掩碼為255.255.255.0。生成的Ethernet（3）網絡。

參數完成后，點擊“編譯”。即可編譯并保存 SIMATIC 400站點和各從站的組態信息。

4 結束語

PLC在國際國際市場占有很大的份額，已經廣泛地應用各種生產過程的自動控制系統中，且PROFIBUS-DP故障診斷系統適用于大范圍的復雜通訊場合，因而具有廣闊的市場前景。

[1]鐘志萬.Profibus現場總線得故障診斷[J].自動化與傳動，2012（3）：50-51.

[2]楊海燕.Profibus-DP通信技術在DCS中的應用[J].石油化工自動化，2015（2）：12.

[3]王萬良.基于Profibus-DP的遠程數控系統通訊研究[J].機電工程，2009（2）：159-160.

PROFIBUS-DP Fieldbus Technology Based Fault Diagnosis System

Zhou Gang

Chengdu University of Technology, Sichuan Chengdu 610059

This paper describes the features of PROFIBUS-DP technology, structure and working principle and the diagnosis mechanism, combined with application examples in the industrial automation field, discuss the technology in industrial automation process in the role.Greatly reduced in many industries due to the production line downtime due to the enormous economic losses.

PROFIBUS-DP technology; automation

TP273

A

1009-6434(2016)07-0089-02