基于Profibus-DP的流量數據采集系統

蔣俊輝

（廣東粵港供水有限公司，廣東 深圳 518000）

1 概述

現場總線控制系統FCS（fieldbus control system），是繼基地式氣動儀表控制系統、電動單元組合式模擬儀表控制系統、集中式數字控制系統、集散控制系統DCS后的基于現場總線的新一代控制系統。目前，比較具有影響力的現場總線有：基金會現場總線（FF，Foundation Fieldbus）、LonWorks、PROFIBUS、CAN和HART等等。其中，PROFIBUS是當前最為流行的現場總線技術之一。在電動機、閥門、開關等電氣設備的保護和控制上選用帶有PROFIBUS-DP接口的智能裝置能夠更好的滿足工廠自動化及監控系統的信息集成要求，又能降低系統接線的復雜程度，從而縮短工程的設計、建設和調試的周期。

Profibus包括三個兼容系列：Profibus-FMS，Profibus-DP，Profibus-PA。FMS提供大量的通信服務用于完成以中等傳輸速度進行的循環和非循環的通信服務；DP是一種經過優化的高速廉價的通信連接，適用于實時性要求較高的場合，主要用于自動控制與分散式外設之間的通信；PA是專為過程自動化而設計，具有本質安全性，用于安全性要求較高的場合及總線供電的站點。

2 系統設計方案

本文章通過結合現行開發的基于PROFIBUS-DP的超聲波流量計數據采集系統，主要介紹了現場總線技術，以及如何實現PROFIBUS總線與PLC通訊的相關技術。

系統由現場上位機、PLC、流量計組成，上位機使用VIEWSTAR軟件進行組態，實現數據實時采集更新、歷史曲線和實時曲線顯示、報警、數據存儲、查詢等功能。下位機使用GE90-70 PLC，通過Profibus-DP與現場流量計建立通訊采集數據。

2.1 站后流量信號的生成

本項目通過超聲波流量計測定供水渠道的流量。超聲波流量計型號采用：青島清方華瑞電氣自動化有限公司的RISONIC 2000。

RISONIC 2000主機通過PB-B-RS232/485接口總線橋模塊輸出標準RS232信號（Profibus-DP通訊協議）。

2.2 信號傳輸和接入

RISONIC 2000主機安裝在監測站，通訊采用RS232接口，標準Profibus-DP通訊協議。PLC安裝在泵站中控室，由于監測站到泵站中控室距離3公里，因此采用4芯光纖連接監測站到泵站中控室。

主機信號輸出端口增加RS232轉光纖模塊（SIEMENS NET PROFIBUS OLM/G11），通過光纖接入泵站中控室，再通過光纖轉標準Profibus-DP的通訊協議模塊，轉換為Profibus-DP的通訊方式，接入GE90-70 PLC的 Profibus通訊模塊。

PLC程序中增加數據接收及處理程序塊，并對VIEWSTAR上位機進行配置顯示流量相關信息。

3 系統硬件設計

3.1 PLC的系統配置

本系統采用的PLC是GE90-70系列PLC，模塊配置如下圖：

HBA的基本思想是：種群中的N個蝙蝠個體在三維空間內通過回聲定位和搜索空間的隨機移動來更新蝙蝠個體的位置Xi和速度vi。首先，隨機選擇一個蝙蝠的起始節點，然后通過式(7)的目標函數f計算蝙蝠個體的位置Xi(xi,yi,zi);之后蝙蝠根據變異因子的突變操作選擇飛行網狀圖中的下一個節點，而不是隨機飛行，從而確保在迭代足夠多的代數后能夠得到一個最短的UAV飛行路徑。其核心偽代碼如下：

增加Profibus通訊模塊5136-PFBVME，用于接收基于Profibus協議的信號。

3.2 通訊物理連接

現場連線圖如下：

流量計RISONIC 2000主機信號輸出端口連接RS232轉光纖模塊（SIEMENS NET PROFIBUS OLM/G11），通過光纖接入泵站中控室，再通過光纖轉標準Profibus-DP的通訊協議模塊（SIEMENS NET PROFIBUS OLM/G11），轉換為Profibus-DP通訊方式，接入GE90-70 Profibus模塊5136-PFB-VME。

4 系統信號分析及軟件設計

4.1 超聲波流量計的輸出信號分析

超聲波流量計主機RISONIC 2000可輸出如下信號：

Q（瞬時流量）、Vf（正向累計流量）、Vr（逆向累計流量）、V1（流速 1）、V2（流速 21）、V3（流速 3）、V4（流速 4）、V5（流速 5）、V6（流速6）、V7（流速 7）、V8（流速 8）、H（水位）、T(水溫)。

主機提供RS232信號接口，連接PB-BRS232 485總線模塊后輸出符合標準Profibus-DP通訊協議的信號。

3.2 數據格式及其協議細節

Q（瞬時流量）:

以瞬時流量為例，協議如上。其中黑體數字為四個字節的瞬時流量值(浮點數)。

按照協議，通訊主站每發送一條命令數據到流量計后，流量計就返回相應的輸出值。因此在接收端即公用PLC中需發送不同的命令數據來得到相應的信號數據。

3.3 程序軟件設計

VME模塊配置：通過SST Profibus Configuration軟件配置GE90-70 Profibus模塊5136-PFB-VME，設置主從站、數據長度和類型等參數，導出二進制數，通過超級終端將配置輸入到VME模塊。

在PLC中增加數據接受和處理程序段：在 90-70 CPU中，GE Fanuc提供標準的子程序塊來初始化 5136-PFB模塊，并讀取5136-PFB模塊中的數據。

程序如下圖所示，INIT子程序用于初始化5136-PFB，Get和Put用于讀寫5136-PFB的數據。

核對流量計與PLC通訊數據區域，在PLC中增加關于流量計上傳數據計算處理。

VIEWSTAR2000配置：在SCADA增加相應的流量計信號點。

增加流量顯示畫面：新增流量信號畫面，將修改完畢的畫面復制到本站工作站及服務器、調度中心工作站及服務器。

結語

PROFIBUS-DP現場總線控制系統既是一個開放的通信系統，又是一個全分布控制系統，這是一項以智能傳感器、控制、計算機、數字通信、網絡為主要內容的綜合技術，工程實踐證明,本系統運行穩定，數據傳輸安全可靠。

[1]陳作炳，童來茍，李立峰.基于Profibus-DP的文丘里流量計設計[J].中國儀器儀表,2007(01).