寧金龍，楊海燕

(武漢凱迪工程技術(shù)研究總院，武漢 430223)

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Profibus-DP通信技術(shù)在DCS中的應(yīng)用

寧金龍，楊海燕

(武漢凱迪工程技術(shù)研究總院，武漢 430223)

摘要：為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中對直流電源控制器的遠(yuǎn)程自動控制，采用了Profibus-DP總線技術(shù)。FW239-DP作為DCS與直流電源控制器的通信接口，解決了ECS100系統(tǒng)與直流電源控制器Profibus-DP通信互聯(lián)問題。通過SCnetⅡ站間通信，實現(xiàn)直流電源控制器與系統(tǒng)內(nèi)控制站、操作站等過程參數(shù)雙向通信，使過程參數(shù)成為DCS的一部分。通過硬件連接和軟件組態(tài)調(diào)試，完成了控制器與DCS的通信，實現(xiàn)了直流電源控制器的遠(yuǎn)程控制。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線集散控制系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)文件軟件組態(tài)

1Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)簡介

Profibus作為德國國家標(biāo)準(zhǔn)(DIN 19245)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)(PREN 50170)的現(xiàn)場總線技術(shù)，由Profibus-Dp，Profibus-FMS，Profibus-PA組成。其支持主—從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具有對總線的控制權(quán)，可主動發(fā)送信息。主站在得到控制權(quán)時，可以按主—從方式，向從站發(fā)送或索取信息，實現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信。主站可采取對所有站點(diǎn)廣播 (不要求應(yīng)答),或有選擇地向一組站點(diǎn)廣播。

為了將不同廠家生產(chǎn)的Profibus產(chǎn)品集成在一起，生產(chǎn)廠家必須以電子設(shè)備數(shù)據(jù)庫(GSD)文件方式存儲各功能模塊的功能參數(shù),如I/O點(diǎn)數(shù)、診斷信息、波特率、時間監(jiān)視等,標(biāo)準(zhǔn)的GSD數(shù)據(jù)將通信擴(kuò)大到操作員控制級。使用根據(jù)GSD所作的組態(tài)工具可將不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備集成在同一總線系統(tǒng)中。GSD文件可分為總規(guī)范(生產(chǎn)廠商和設(shè)備名稱、硬件和軟件版本、波特率、監(jiān)視時間間隔、總線插頭指定信號),與DP有關(guān)的規(guī)范(允許從站個數(shù)、上裝/下裝能力等主站參數(shù)),與DP從站有關(guān)的規(guī)范(I/O通道數(shù)、類型、診斷數(shù)據(jù)等從站參數(shù))三個部分。GSD文件是ASCII文件，可以用任何一種ASCII編輯器編輯。

2DCS及通信概況

主站接口卡FW239-DP是DCS與Profibus-DP通信的接口，在通信中以主站形式存在。它解決了系統(tǒng)與第三方控制器的互聯(lián)問題，用于將標(biāo)準(zhǔn)Profibus-DP從站設(shè)備連入ECS-100 系統(tǒng)。通過SCnetⅡ站間通信協(xié)議，第三方控制器的過程參數(shù)可成功地與系統(tǒng)內(nèi)控制站、操作站等進(jìn)行信息雙向通信，使第三方設(shè)備成為DCS 的一部分(子系統(tǒng))。FW239-DP在物理上是SCnet II 的1個節(jié)點(diǎn)，向上通過以太網(wǎng)和控制站、操作站交換數(shù)據(jù)，向下作為Profibus-DP主站調(diào)度從屬的DP從站。

FW239-DP可以帶31個DP從站，可以傳送4 096 個實時數(shù)據(jù)位號，共計3.5 K的輸入數(shù)據(jù)和3.5 K的輸出數(shù)據(jù)，通信速率支持9.6 K bit/s～1.5 M bit/s。該卡還可以通過用于實現(xiàn)物理層信號類型轉(zhuǎn)換和總線供電的DP/PA 耦合器以及作為1個DP 從站并調(diào)度PA 設(shè)備的鏈接器將Profibus-PA 設(shè)備連入DCS。

3硬件設(shè)計與連接

Profibus-DP主站設(shè)備包括FW239-DP和TB239-DP端子板、總線連接器以及總線電纜。Profibus-DP總線接口卡，網(wǎng)絡(luò)連接如圖1所示。

圖1　主站接口卡連接示意

FW239-DP 安裝在ECS-100 機(jī)籠內(nèi)編號為偶數(shù)的任意I/O槽位上，占用2個I/O 槽位的寬度。通過面板上2個相互冗余的以太網(wǎng)端口連接SCnet II網(wǎng)絡(luò)。

TB239-DP有2個DB25 接口和2個DB9 接口。TB239-DP 通過DB25接口直接插在機(jī)籠母板背面和FW239-DP 對應(yīng)I/O槽位的DB25接口上。2個DB9接口中，一個是公頭用于診斷，符合RS-232電氣標(biāo)準(zhǔn)，另一個是母頭，是Profibus-DP總線接口。TB239-DP上還有1個用于總線接地的螺絲孔。

總線連接器用于連接總線電纜和Profibus-DP總線接口，每個DP 節(jié)點(diǎn)需配置1個。選用帶總線終端電阻的連接器，可用于總線上任意節(jié)點(diǎn)，當(dāng)用于終端時只需撥動終端電阻開關(guān)即可。

電源控制器是控制高壓直流電源功率的控制器，支持Profibus-DP通信協(xié)議，以從站形式存在，不主動通信，必須通過其他主站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以DB9接口連接。該DP通信卡以3個LED燈分別表示網(wǎng)絡(luò)、模塊及通信狀態(tài)。

4軟件及編程

下位機(jī)有電源控制器配置工具軟件，上位機(jī)軟件有ECS100組態(tài)軟件Advantrol Pro(V2.65)、基本SyCon 軟件。電源控制器需進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)配置，用計算機(jī)連接電源控制器并用配置工具軟件設(shè)置控制器地址、波特率(支持自適應(yīng))、通信中斷報警、通信數(shù)據(jù)地址等相關(guān)參數(shù)。

上位機(jī)組態(tài)分為通信設(shè)置組態(tài)、數(shù)據(jù)通信及處理兩部分。組態(tài)步驟如圖2所示。

圖2　Profibus-DP組態(tài)步驟示意

1) 選擇菜單命令Copy GSD導(dǎo)入GSD 文件(SPE_0AD6.gsd)。

2) 選擇菜單命令I(lǐng)nsert/Master添加 Profibus-DP主站(COM-C-DPM選項)，為主站DCS_ ECS100設(shè)置地址(10)。

3) 選擇菜單命令I(lǐng)nsert/Slave添加 Profibus-DP從站(Power Controller選項)，為從站PSA_A設(shè)置與電源控制器對應(yīng)的地址。

4) 設(shè)置波特率。點(diǎn)擊主站圖標(biāo)，選擇菜單Bus Parameter，設(shè)置主從站均支持的波特率 (187.5 K bit/s)。

5) 設(shè)置完上述參數(shù)后，選擇菜單命令Slave Download下載組態(tài)。SyCon設(shè)備組態(tài)完成，此時主從站之間即可正常通信。

在ECS100組態(tài)軟件Advantrol Pro(V2.65)增加Profibus-DP主站接口卡FW239-DP并導(dǎo)入SyCon組態(tài)文件，進(jìn)行數(shù)據(jù)類型及數(shù)據(jù)位號組態(tài)。 FW239-DP不能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，需給它配置受控主控卡，數(shù)據(jù)通過DCS站間通信在DP主站接口卡和受控主控卡傳送，如不配置受控主控卡則數(shù)據(jù)以廣播形式在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布。對于需要讀取或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)位號，在位號組態(tài)時應(yīng)選擇參與控制選項。轉(zhuǎn)換大小端可將32位DWORD型數(shù)據(jù)高低16位進(jìn)行對調(diào)。

5數(shù)據(jù)處理

Profibus-DP數(shù)據(jù)處理都是在受控主控卡中進(jìn)行。在受控主控卡的圖形編程中建FBD段落采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信及數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行組態(tài)，通信數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。

圖3　通信數(shù)據(jù)處理流程示意

用“GETMSG”模塊從DP主站取傳送過來的消息，存入消息接收緩沖區(qū)。因消息是DWORD型變量，需用“GETINT”模塊從32位的DWORD型消息中取出16位的INT型變量(SERIAL=0取低16位；SERIAL=1取高16位)。將INT型

變量轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)型變量除10即得到所需數(shù)據(jù)(一般將浮點(diǎn)數(shù)放大10倍取整數(shù)部分進(jìn)行通信)。

發(fā)送數(shù)據(jù)是接收數(shù)據(jù)的逆過程，將浮點(diǎn)數(shù)據(jù)放大10倍轉(zhuǎn)換成INT型，用“SETINT”模塊發(fā)送消息(SERIAL=0將INT數(shù)據(jù)放在DWORD型變量低16位；SERIAL=1將放在高16位)。

模塊“SENGMSG”用來設(shè)置發(fā)送消息的個數(shù)，每個消息4 Byte，SIZE表示消息的個數(shù)，消息內(nèi)容放在“g_msg”發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)。

賦予通信數(shù)據(jù)位號(如VT01，VT02)就可在操作畫面查看及改變數(shù)據(jù)，從而監(jiān)視和控制遠(yuǎn)程直流電源的運(yùn)行。

6調(diào)試

調(diào)試過程中必須注意總線連接器的接線和控制器的復(fù)位操作，連接錯誤或者從站地址修改后不復(fù)位都會造成通信連接故障。數(shù)據(jù)處理中要注意數(shù)據(jù)類型的變化，特別是從32位DWORD型數(shù)據(jù)中讀取16位INT數(shù)據(jù)時要注意高低字節(jié)的轉(zhuǎn)換，否則無法讀取正確的數(shù)據(jù)。

7結(jié)束語

Profibus-DP作為現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)絡(luò)，成功應(yīng)用于ECS100系統(tǒng)和直流電源控制器之間的通信，實現(xiàn)現(xiàn)場遠(yuǎn)端設(shè)備的啟停及電源功率調(diào)節(jié)。

參考文獻(xiàn)：

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中圖分類號：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1007-7324(2015)02-0059-02

作者簡介：寧金龍(1979—)，男，2002年畢業(yè)于三峽大學(xué)電氣工程及自動化專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于武漢凱迪研究總院，主要從事石油化工自動化儀表設(shè)計和調(diào)試工作，任工程師。

稿件收到日期： 2014-05-12，修改稿收到日期： 2015-01-22。