PM-125在過程控制實驗裝置中的應用

李強

（山東理工職業學院，山東濟寧 272067）

0.前言

隨著我國工業技術水平的發展，過程控制系統在我國流程行業得到了廣泛應用，企業迫切需要大量掌握過程控制專業知識和技能的人才。但過程控制是一門理論和工程實踐性很強的學科，很多知識的學習需要通過親自動手實踐，才能真正理解和消化。國內外相繼出現了許多比較成熟的過程控制仿真實驗裝置用于人才培養，其中包括了基于西門子的高級多功能過程與控制實訓裝置（英文簡稱SMPT-1000）。

1.過程控制實驗裝置SMPT-1000

SMPT-1000是一款新型半實物過程控制實驗裝置，模擬了由鍋爐和蒸發器組成的水汽熱能全流程[1]。系統中涉及到大量的數字量和模擬量數據。SMPT-1000能夠通過Profibus DP現場總線方式實現與控制系統的數據交互[2]。基于現場總線，SMPT-1000可以與西門子PCS7組成現場站、控制站、操作站三級完整的工業控制仿真環境。例如可以使用西門子S7-400PLC作為Profibus現場總線上的控制站主控制器。SMPT-1000作為現場站，可以用于仿真被控對象，是Profibus現場總線從站，直接與主控制器通信。

2.PM-125在SMPT-1000中的使用與配置

2.1 Profibus現場總線

過程控制系統必須控制器與現場設備（如傳感器、驅動器與執行器）需要交互，一般采用硬接線形式的一對一的接線方式進行連接交互。這種通信技術雖然簡單，但對于復雜的過程控制系統不僅需要大量的導線、接線繁瑣，而且傳輸距離及信息量有限，無法滿足設備間及系統與外界之間的大量信息交互。

以分散的、數字化、智能化的檢測儀表和控制設備作為網絡節點，用現場總線進行連接，完成設備間的信息交換，從而實現自動控制功能。與傳統的控制系統相比，在信息交互方面有著明顯的優勢[3]。

2.2 PM-125簡介

SMPT-1000實驗裝置提供的軟件系統，需要運行在嵌入式工控機上。工控機機充當了過程控制系統的現場設備，而工控機主要支持串口通信。因此SMPT-1000與現場總線主站通信就需要串口轉Profibus DP網關。PM-125是串口/Profibus DP適配器，可以實現串口與Profibus DP之間的數據通信。它可以連接一個具有RS232或者RS485或者RS422接口的設備到Profibus DP網絡，即將串口設備轉換為Profibus DP網絡設備。PM-125在Profibus側是一個Profibus DP從站，在串口側是MODBUS主站或通用模式。

PM-125適配器面板上的數碼管用于顯示當前Profibus DP地址及配置狀態。要使用PM-125首先要完成Profibus DP地址的配置。配置步驟：雙擊PM-125上的按鈕，Profibus DP地址的高位開始閃爍，低位常亮。單擊按鈕數字加一；長按按鈕超過2.5s切換到設置低位狀態。在設置低位狀態時，高位常亮，低位閃爍。單擊按鈕數字加一；長按按鈕超過2.5s保存新設置的地址，并進入正常通信狀態。此時數碼管高位與低位常亮。按照上面的方法，可以根據網絡結構給PM-125分配相應地址，例如可以設置為07。

2.3 西門子PCS系統中組態PM-125

在控制器端需要對Profibus DP從站模塊PM-125進行組態，才能夠與工控機建立通信。在西門子PCS系統主站常規硬件組態后需要進行以下操作：

（1）安裝PM-125對應的GSD文件（由產品商提供）。在硬件組態頁面點擊Options菜單，選擇Install GSD FIle，Browers找到PM-125的GSD文件，名為PM125V20.gsd，點擊Install按鈕安裝即可。

（2）添加PM-125模塊到硬件組態畫面中。在硬件組態窗口Catalog中可以通過檢索找到PM125，拖動該組件到從PLC CPU模塊中引出的DP總線上。在配置窗口中設置Address為7。

（3）添加AIAO DIDO數據模塊。在硬件組態畫面中選中PM-125，在詳細信息配置窗口表格相應行任意位置單擊，在Catalog的PM125中選擇Universal module并雙擊，該模塊將自動添加到PM-125中。右鍵選擇打開Properities，在I/O Type中選擇相應類型（輸入和輸出），設置開始地址、長度和單位。組態完成后，如圖1，各模塊單元必須按照DI、AI、DO、AO順序依次添加。為后期使用方便，可以為地址分配符號名。

圖1 PM-125模塊單元配置

（4）定義發送字節數和發送命令字需要遵循PM-125通信協議要求。由圖1可知DO輸出地址首地址設置為0，則PM-125模塊利用輸出地址首字節QB0取值的變化觸發數據發送機制；定義發送字節數存儲在DO輸出地址的第二個字節QB1中。

在SMPT-1000系統中QB0的數據每變化一次，就會發送一批數據到PM-125模塊。因此，可以通過變化Q0.0位實現觸發數據發送機制。而由于輸入地址的首字節IB0用于存放接收計數，其最低位會按接收數據頻率自動變化。因此可以利用輸入的變化觸發輸出的變化，在SCL中編寫語句，令Q0.0:=I 0.0實現觸發數據發送。發送字節數的長度在SMPT-1000中需要發送的字節數一共為30。可以使用SCL編寫語句，令QB1:=30實現在QB1中定義發送字節數。故用于PLC與仿真系統之間通訊的SCL程序塊主要包括“Q0.0:=I 0.0；QB1:=30；”兩行程序。后面只要在PCS7系統設計時在CFC中找到相應的SCL程序塊，用鼠標將其拖到CFC中編譯下載，通信設置生效。

3.SMPT-1000與S7-400PLC通信測試

在SMPTLab中打開任意實驗工程，點擊工具欄的閥門配置對話框，更改閥門的控制方式為ProfibusDP。打開SIMATIC Manager，在硬件組態窗口中選中PM-125。在下方詳細視圖中選中某一模塊（例如AO模塊），然后右鍵選擇Monitor/Modify選項，打開消息對話框Monitor/Modify。

當S7-400PLC處于運行模式時，在Run conditionally組中，選擇激活Monitor選項，可以看到已定義符號的地址當前值。選擇激活Modify選項，可以修改相應變量值。如果能夠看到數據變化就證明SMPT-1000能與S7-400PLC能夠進行數據交互。

4.結語

實踐證明適配器PM-125作為過程控制仿真系統SMPT-1000與西門子S7-400PLC之間的橋梁，能夠使基于串口Modbus協議的設備與支持Profibus現場總線的控制器實現數據通訊。通過PLC、PM-125與仿真軟件能夠組成完整的DCS系統，從而使以過程控制仿真系統為核心的實驗裝置能夠達到更加真實的工程項目應用，對過程控制專業人才培養具有重要意義。