一、引言

進入本世紀以來，世界能源供應逐步緊張，石油價格高漲。中國和世界范圍內能源制造業的大發展， 促進了石油機械行業的大發展。當前，各種現場總線技術已廣泛應用到這一行業中，為這一行業的發展提 供了有利條件。本文就某大型石油機械項目中，西門子 S7-300PLC 通過對 PLVC(閥用可編程控制器)的 監控實現對現場比例閥的動作控制。在整個控制系統中，泗博自動化的 CANopen 轉 PROFIBUS DP 網關 PCO-150S 表現出了其穩定、可靠的優點。

二、系統組成

1、系統結構

本系統構成如圖 1，其中略去了西門子 S7-300PLC 之外的其它現場級控制設備。西門子 S7-300PLC 的 主要任務之一是實現對 PLVC(閥用可編程控制器)的監控來控制現場比例閥的動作。西門子 S7-300PLC (CPU 型號：CPU313C-2DP)采用 PROFIBUS DP 主站協議;PLVC(閥用可編程控制器)采用的是汽車行業 普遍使用的 CAN 總線技術，它作為 CANopen 主站，控制現場比例閥的動作。在該項目中，為了實現西門子 S7-300PLC 和 HAWE 的 PLVC 的數據雙向傳輸，采用了泗博自動化的高性能的 CANopen 從站轉 PROFIBUS DP 從站網關 PCO-150S：

2、通信網絡組成

2.1 PROFIBUS 協議簡介

PROFIBUS 是目前國際上通用的現場總線標準之一，以其獨特的技術特點、嚴格的認證 規范、開放的 標準、眾多廠商的支持和不斷發展的應用行規，已成為很重要的和應用很廣泛的 現場總線標準。PROFIBUS 現場總線通訊協議包括三個主要部分： ? PROFIBUS DP：主站和從站之間采用輪循的通訊方式，主要應用于自動化系統中單元級和現場級通 信。 ? PROFIBUS PA：電源和通信數據通過總線并行傳輸，主要用于面向過程自動化系統中單元級和現場 級通訊。 ? 支持 CANopen 協議的最多 8 個字節的 TPDO、最多 8 個字節的 RPDO、最多 4 個字節快速 Download SDO 和最多 4 個字節快速 Upload SDO。 ? PROFIBUS FMS：定義了主站和主站之間的通訊模型，主要用于自動化系統中系統級和車間級的過程 數據交換。 其中，PROFIBUS DP 是高速網絡，通訊速率達到 12M。PROFIBUS DP 可以連接遠程 I/O、執 行機構、 智能馬達控制器、人機界面 HMI、閥門定位器、變頻器等智能設備， 一條 PROFIBUS DP 總線可以最多連 接 123 個從站設備。PROFIBUS DP 的拓撲結構可以是總線型、星型和樹型，通訊介質可以是屏蔽雙絞線、光纖，也支持紅外傳輸，采用雙絞線時，不加中繼器最遠通訊距離可達 1.2 公里，最多可以采用 9 個中 繼器，最遠通訊距離可達 9 公里。采用光纖時，最遠通訊距離可達 100 公里以上，其中采用多膜光纖， 兩點間最遠距離可達 3 公里，采用單膜光纖時，兩點間最遠距離可達 3 公里。 PROFIBUS DP 支持的總線型拓撲如下：

2.2 CANopen 協議簡介

CANopen 協議是 CAN-in-Automation(CiA)定義的標準之一，并且在發布后不久就獲得了廣泛的承認。 尤其是在歐洲，CANopen 協議被認為是在基于 CAN 的工業系統中占領導地位的標準。大多數重要的設備類 型，例如數字和模擬的輸入輸出模塊、驅動設備、操作設備、控制器、可編程控制器或編碼器，都在稱為 "設備描述"的協議中進行描述;"設備描述"定義了不同類型的標準設備及其相應的功能。依靠 CANopen 協 議的支持，可以對不同廠商的設備通過總線進行配置。

在 CANopen 網絡中的通信信息以對象來進行描述的。CANopen 通信模型定義了 4 種報文(通信對象)： 網絡管理報文(NMT)、服務數據對象(SDO)、過程數據對象(PDO)和特殊功能對象。 SDO 通過使用索引和子索引(在 CAN 報文的前幾個字節)，SDO 采用客戶機服務器模式。SDO 客戶機能 夠訪問設備(服務器)對象字典中的條目或項(對象)。 SDO 通過 CAL 中多元域的 CMS(CAN-based Message Specification)對象來實現，允許傳送任何長度的數據(當數據超過 4 個字節時分拆成幾個報文)。SDO 協議是確認服務類型。服務器為每個消息生成一個應答(一個 SDO 需要兩個 ID)。SDO 請求和應答報文總 是包含 8 個字節(沒有意義的數據長度在第一個字節中表示，第一個字節攜帶協議信息)。 PDO 對象用來傳輸實時數據，PDO 對象采用生產者消費者模式。數據從一個生產者傳到一個或多個消 費者。數據傳送限制在 1 到 8 個字節(例如，一個 PDO 可以傳輸最多 64 個數字 I/O 值，或者 4 個 16 位的 AD 值)。PDO 通訊沒有額外的協議規定。PDO 由兩種類型的使用：數據發送和數據接收。它們以 TPDO 和 RPDO 區分。 PDO 可以有多種傳輸方式，其中，同步傳輸是指為了使設備同步，又一個同步應用程序周期性地發送 一個同步對象(SYNC 對象)。異步傳輸是由遠程幀觸發傳送或由設備子協議中規定的對象特定事件觸發傳 送。

三、結束語

在該 PLC 控制系統中，PCO-150S 作為西門子 S7-300PLC 和 HAWE 閥控可編程控制器 PLVC 之間的橋梁， 能夠使這兩種完全不同的現場總線設備實現正常數據通信，使西門子 PLC 控制現場比例閥的動作及讀取其 電氣狀態成為可能。在整個系統中，泗博自動化的 PCO-150S 表現了其穩定、可靠的性能，大大方便了石油機械行業各種現場總線的應用。

審核編輯：湯梓紅