1、 前言

隨著計算機控制在工業生產中的迅速提升和推廣，DCS控制系統在某些行業應用上已不能滿足現代工業生產的需求，取而代之的FCS現場總線控制系統則發揮出它強有力的實力，即將不同產品的可編程設備連接在單層或多層網絡上，使它們相互之間進行數據通信，實現分散控制和集中管理。因此，Profibus—DP已成為控制系統中不可缺少的重要組成部分，也是控制系統中設計與維護的重點之一。而功能強大的冗余配置作為Profibus—DP的一種特殊應用在某些行業中就更加能夠發揮出它舉足輕重的作用。

2、 Profibus-DP的特點

Profibus—DP是將智能化的現場設備和自動化系統通過一種標準的通訊協議連接在一起，實現互操作。它的出現，促進了現場設備的數字化和網絡化，并且極大地加強了現場控制功能，使過程控制系統具有開放性，并成為測量、控制和過程診斷等綜合能力的控制系統。Profibus—DP是基于底層控制網絡、開放式、數字化及多點通信的控制系統。與傳統的DCS系統相比，現場總線系統主要有以下特點。

（1）信號傳輸數字化，標準統一開放；

（2）互換性和互操作性好，不同制造廠生產的儀表可以互連；

（3）控制分散，現場控制儀表不僅有檢測功能，還有運算和控制功能，使控制回路徹底分散；

（4）一條通訊線連接多臺控制設備或儀表，減少了安裝費用，縮短了工程工期，易于維護，對現場環境的適應性強，系統可靠性高，抗干擾能力強，精度高。

3、 軟硬件構成

Profibus是不依賴于生產廠家，且開放的現場總線，各種自動化設備均可通過同樣的接口交換信息。Profibus—DP是一種高速低成本通信，用于設備級控制系統與分散式I／O的通信。使用Profibus-DP可取代大量的開關量及模擬量信號傳輸，特別適合于PLC與現場級分布式I／0設備之間的通訊。

3.1 硬件

（1）總線連接器

Profibus—DP標準推薦總線站與總線的相互連接使用9針D形連接器。D形連接器的插座與總線站相連接，而D形連接器的插頭與總線電纜相連接。連接器的接線見表1。

（2）總線終端器在數據線A和B的兩端均應加接總線終端器

總線終端器的下拉電阻與數據基準電位DGND相連；上拉電阻與供電正電壓vP相連（見圖1）。當總線上無站發送數據時，這兩個電阻能保證總線上有一個確定的空閑電位，通過開關來選擇是否使用。

3．2 軟件

（1）通訊協議Profibus～DP可以使用靈活的拓撲結構，支持星形、樹形、環形結構以及冗余的通訊鏈路。、

（2）電子設備數據文件（GSD）

為了將不同廠家生產的Profibus產品集成在一起，生產廠家必須以GSD文件，即電子設備數據庫文件方式提供這些產品的功能參數（如I／O點數、診斷信息、波特率及時間監視等）。標準的GSD數據將通信擴大到操作員控制級。使用根據GSD文件所作的組態工具可將不同廠商生產的設備集成在同一總線系統中。GSD文件可分為三個部分：

．總規范包括生產廠商和設備名稱、硬件和軟件版本、波特率、監視時間間隔及總線插頭指定信號；

．與DP主站有關的規范，包括各項參數，如允許從站個數、上裝／下裝能力；

．與DP從壹占有關的規范，包括從站輸入／輸出通道數、類型及診斷數據等。

4、 應用

下面以焦爐為例，對Profibus-DP冗余配置如何實現控制加以詳述，見圖2。

4．1 冗余安全型配置系統

7m焦爐采用冗余CPU配置+ET200M+ETI200L+Y—Link組成PLC分布式I／0系統。其他編碼器和變頻器等標準從站通過Y-Link集成到冗余PLC系統中。

4．1.1 主站配置

7m焦爐的CPU采用的是西門子S7—417H冗余系統。在STEP7中新建一個項目，在Insert菜單下的Station選項中選擇sIMATIc—H Station，添加一個新的$7-400H站。具體組態步驟如下：

（1）在$7-400H站目錄下雙擊Hardware打開硬件配置。

（2）添加一個UR2H機架。

（3）配置畦鹽坊邪CPU，并沒定CPU上Profibus-DP主站的地址為2。

（4）添加同步子模板到IF1和IF2槽位上。

（5）添加以太網網卡并配置MAC網絡地址。通過以太網與HMI系統WINCC軟件界面通信。

（6）將機架0的硬件配置拷貝、粘貼、復制機架1并調整網絡參數，如以太網的MAC地址等，在硬件組態中出現兩個機架，見圖3。

（7）系統參數設置容錯站中的模板參數賦值與S7-400標準站中的模板參數賦值無太大區別。對于中央處理器單元只需對cPuo（機架0上的CPU）設定CPU s7—400H的硬件配置圖參數，所設定的數值將自動分配給CpUl（機架1上的cPu）。若CPU0和CPUl沒有形成環網，那么兩者參數完全一樣，否則，以下參數CPU1的設置將與CPU0不同。

．CPU的MPI地址

．集成Profibus-DP接口站地址和診斷地址

．I／O地址區中的模板

在I／O地址區編址的模板必須完全在過程映象內或完全在過程映象外，否則不能保證數據的一致性。

CPU系統參數設置具體如下：

①點擊Cycle／Clockmemory（循環／時鐘存儲器）選項欄，設置CPU循環處理參數。建議設置：掃描循環監視時間盡可能按照程序量來設置（缺省值為150ms），過程輸入映象盡可能小（稍大于實際使用的輸入點數），出現I／O訪問錯誤時調用OB85，只用于輸入錯誤和輸出錯誤的情況。

②設置診斷緩沖區中的報文數量在Diagnostics／Clock（診斷／時鐘）選項欄中可以設置診斷緩沖區的報文數量建議設定較大數值，如1000。

③模塊的監控時間在“Startup（啟動）”選項欄中，可以指定模塊監視時間，它取決于容錯站的配置。如果監視時間太短，CPU將在診斷緩沖區中輸入w#16#6547事件。參數的傳輸時間取決于以下因素：

· 總線系統的傳輸速率（傳輸速率高=》傳輸時間短）；

． 參數和系統數據塊的大小（參數長=》傳輸時間長）；

． 總線系統上的負載（從站多=》傳輸時間長）建議設置：600（對應于60秒）。

④CPU 自檢周期在“HParameter（冗佘系統參數）”選項欄中，配置CPU后自檢的周期。可選范圍為10～60000min。建議設置：使用缺省值90min。

4．1．2 配置ET200M從站

I／O模塊采用Profibus-DP遠程通訊的方式，用ET200M 來實現。具體步驟如下：

（1）點擊DP總線“master：DPmastersystem（1）”，在硬件目錄Profibus-DP下，選擇一個IM1 53-2的站點，雙擊添加一個ET200M 站。

（2）設定ET200M站的地址。

（3）在ET200M 站上添加I／O模塊。從站配置后見圖4。

4．1．3 Y-Link

由于該設計采用冗余系統，故在現場的控制級設備的DP通訊就必須用Y-Link來實現。配置Y—Link耦合器步驟如下：

（1）點擊DP總線master：DPmastersystem 在硬件目錄的DP／PALink下選擇IM157，并雙擊添加一個站。

（2）設定Y-Link站地址。

（3）選擇將Y—LiI 設置為—個DP／DP耦合器。

（4）在Y-Link后的Profibus總線上添加單一總線接口的從站站點，如：Masterdrive等。組態變頻器、編碼器等現場設備需要安裝相應的GSD文件，組態完成的界面見圖4。

4．2 應用

西門子$7-417H冗余系統強大的擴展及通訊能力，容易實現的分布式結構使其成為中、高檔性能控制領域中首選的理想解決方案，已經廣泛用于自動化生產線、機械制造、倉儲業、建筑系統自動化和鋼鐵工業等領域。

5 、結束語

通過在7m 焦爐的具體應用，充分體現了Profibus-DP技術的優越性。Profibus-DP技術不但減少了設備問大量的硬線連接與設備的故障點，使運行更加安全可靠，而且用戶平時維護的工作量也大大減少，同時節約了投資設備的后繼成本，是工業現場控制級設備電氣自動化發展的方向，是網絡發展的趨勢，也是信息技術發展的必然結果。

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