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西門子S7-400HPLC在PROFIBUS網絡系統(tǒng)中的應用

文中用西門子S7-400HPLC完成聯(lián)鎖功能，構成PROFIBUS-DP/MPI分布式網絡系統(tǒng)，這樣整個聯(lián)鎖系統(tǒng)安全可靠。通過介紹DP/MPI網的概念和實現(xiàn)，結合唐山鋼鐵公司焦化站聯(lián)鎖實例，著重闡明用PLC實現(xiàn)DP/MPI網絡，以解決該聯(lián)鎖系統(tǒng)中分布式輸入輸出等。經現(xiàn)場調試、安裝，整個網絡運行良好，安全可靠地實現(xiàn)和完成車站信號聯(lián)鎖系統(tǒng)的聯(lián)鎖功能，應用前景很好。

引言

車站聯(lián)鎖系統(tǒng)是鐵路信號系統(tǒng)中的一個重要組成部分，它的主要任務是控制車站中的信號機和道岔，并且對信號燈狀態(tài)進行處理和對進路進行選擇等。隨著鐵路信號系統(tǒng)的信息化發(fā)展，微機聯(lián)鎖系統(tǒng)必然取代舊式的電氣聯(lián)鎖系統(tǒng)。

就國內外現(xiàn)狀來看，大多采用上、下位機的辦法來實現(xiàn)對車站信號的控制；有些微機聯(lián)鎖系統(tǒng)中，下位機主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、命令發(fā)送、數(shù)據(jù)輸出等，而把主要的聯(lián)鎖功能置于上位機，這樣一來，上位機負擔太重，一旦上位機產生故障，不能保證系統(tǒng)的安全性、可靠性。如果能夠將聯(lián)鎖功能塊置于下位機，而且下位機安全性、可靠性比較高，那么整個系統(tǒng)

的安全性、可靠性就能夠得到有效保證。

在以前的微機聯(lián)鎖系統(tǒng)中，用工業(yè)控制機作為下位機，實現(xiàn)聯(lián)鎖功能，但不能保證系統(tǒng)冗余，這樣就不能保證整個系統(tǒng)的安全性、可靠性。因此，就要不斷更新和研究，尋求更完善的、更可靠的硬件、軟件環(huán)境，以提高系統(tǒng)性能和安全系數(shù)。用西門子PLC完成聯(lián)鎖功能，構成PROFIBUS-DP/MPI分布式網絡系統(tǒng)，這樣整個聯(lián)鎖系統(tǒng)安全可靠。

PROFIBUS現(xiàn)場總線技術是隨全數(shù)字信號系統(tǒng)的發(fā)展而產生的，是由德國組織開發(fā)的工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標準——PROFIBUS現(xiàn)場總線標準(DIN19254)。

PROFIBUS是近年來上為流行的現(xiàn)場總線，也是目前數(shù)據(jù)傳輸率快的一種現(xiàn)場總線(傳輸率可達12M波特)，因此在很多領域內廣泛應用。它是不依賴于生產廠家的、開放式的現(xiàn)場總線，各種各樣的自動化設備均可通過同樣的接換信息。

PROFIBUS-DP(DistributedI/OS-分布系統(tǒng))是一種經過優(yōu)化的模塊，有比較高的數(shù)據(jù)傳輸率，適用于系統(tǒng)和外部設備之間的通信，遠程I/O系統(tǒng)尤為適合。它允許高速度周期性的小批量數(shù)據(jù)通信，適用于對時間要求比較高的自動化場合。

筆者將以S7-400HPLC為例，結合其在鐵路信號中的應用，探討實現(xiàn)PROFIBUS-DP/MPI網絡系統(tǒng)原理和方法。

PROFIBUS-DP/MPI網的性質和特點

PROFIBUS-DP適用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化現(xiàn)場設備所需的非周期性通信以進行組態(tài)、診斷和報警處理等。

DP網的協(xié)議結構

PROFIBUS定義了各種數(shù)據(jù)設備連接的串行現(xiàn)場總線的技術和功能特性，這些數(shù)據(jù)設備可以從底層(如傳感器、執(zhí)行器層)到中間層(如車間層)廣泛分布。

PROFIBUS連接的系統(tǒng)由主站和從站組成。主站一般要復雜些；從站為簡單的外圍設備，典型的從站為傳感器、執(zhí)行器及變送器，它們沒有總線控制權，僅對接收到的信息給予回答，或者主站發(fā)出請求時回送給主站相應信息。因此，從站只需要協(xié)議的一小部分，實現(xiàn)起來非常方便。

PROFIBUS協(xié)議結構是根據(jù)ISO7498標準，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網絡(Open System Interconnection，OSI)作為參考模型，該模型共有7層，PROFIBUS-DP定義了其中的、二層和用戶接口。第3到7層未加描述。

圖1為ISO/OSI參考模型與PROFIBUS體系結構比較。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設備可調用的應用功能，并詳細說明了各種不同PROFIBUS-DP設備的設備行為。物理層采用EIARS-485雙絞線或光纖，連接器采用RS-485標準的9針D型插座。數(shù)據(jù)鏈路層提供了介質存取控制功能、數(shù)據(jù)的完整性檢查以及傳輸執(zhí)行的協(xié)議，在PROFIBUS中稱第2層為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路(FDL)(包括介質訪問存取控制(MAC)子層、現(xiàn)場總線鏈路控制(FLC)子層、現(xiàn)場總線管理(FMA1/2)子層)，采用混合介質存取協(xié)議，對應于DIN(E)19245，支持單主或多主系統(tǒng)，主或從設備，大站數(shù)為126。它包括主站之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧钆骗h(huán)方式和從站之間的主-從方式。PROFIBUS第7層包括底層接口(LLI)、現(xiàn)場總線信息規(guī)范(FMS)和現(xiàn)場總線管理(FMA7)。

圖1　ISO/OSI參考模型與PROFIBUS體系結構比較

圖2為PROFIBUS-DP數(shù)據(jù)傳輸示意圖，即主站發(fā)送請求，訪問DP從站，其中包括幀格式；從站收到請求信息后，立即響應主站，并回送響應幀。

圖2　PROFIBUS-DP用戶數(shù)據(jù)傳輸

  在 S7-1500 自動化系統(tǒng)中，必須區(qū)分以下兩種不同電源：

    = 系統(tǒng)電源 (PS)

   系統(tǒng)電源連接到背板總線（U 型連接器）并專門為背板總線提供內部所需的系統(tǒng)電壓。這種系統(tǒng)電壓將為模塊電子元件和 LED 指示燈供電。 CPU 或接口模塊未連接到24 VDC 負載電流電源時，系統(tǒng)電源還可以為其供電。

    = 負載電流電源 (PM)

    負載電流電源為模塊的輸入/輸出電路以及傳感器和執(zhí)行器進行供電。 此外，在某些情況下還需要使用負載電流電源為 CPU 和系統(tǒng)電源提供 24 VDC 電壓。 在通過系統(tǒng)電源為背板總線提供電壓時，可選擇為 CPU 提供 24 VDC 電壓。

    = 各個模塊用電功率的自動診斷

   有了這個功能，能夠讓我們方便的了解到系統(tǒng)的電源配置的科學性和合理性，這個功能集成在博途軟件中，需要和S7-1500配合使用。

Figure9模塊用電功率的自動診斷

    = 機架支持的模塊數(shù)量

    S7-1500機架可以支持32個模塊，同時為了保證所有的模塊都能夠可靠的接受供電，S7-1500機架支持3組的電源分段。以前S7-300系統(tǒng)機架只支持8個信號模塊的時代已經一去不復返了。

圖 1 ET200SP系統(tǒng)組成

一個典型的BaseUnit如下圖所示：  電 話：（同號）

圖 2 BaseUnit及其接線端子

BaseUnit根據(jù)功能不同可分為多種類型，包括A0，A1，B0，C0，D0等幾大類。

A0：適用于數(shù)字量模塊，通訊模塊，以及部分模擬量模塊；

A1：帶有內置溫度測量，適用于模擬量模塊；

B0：適用于繼電器模塊；

C0：適用于AS-i主站模塊；

D0：適用于電能測量模塊；