Profibus-DP通信技術在DCS中的應用

寧金龍，楊海燕

(武漢凱迪工程技術研究總院，武漢 430223)

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Profibus-DP通信技術在DCS中的應用

寧金龍，楊海燕

(武漢凱迪工程技術研究總院，武漢 430223)

摘要：為實現工業生產中對直流電源控制器的遠程自動控制，采用了Profibus-DP總線技術。FW239-DP作為DCS與直流電源控制器的通信接口，解決了ECS100系統與直流電源控制器Profibus-DP通信互聯問題。通過SCnetⅡ站間通信，實現直流電源控制器與系統內控制站、操作站等過程參數雙向通信，使過程參數成為DCS的一部分。通過硬件連接和軟件組態調試，完成了控制器與DCS的通信，實現了直流電源控制器的遠程控制。

關鍵詞：現場總線集散控制系統通信數據文件軟件組態

1Profibus現場總線技術簡介

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

為了將不同廠家生產的Profibus產品集成在一起，生產廠家必須以電子設備數據庫(GSD)文件方式存儲各功能模塊的功能參數,如I/O點數、診斷信息、波特率、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文件可分為總規范(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、總線插頭指定信號),與DP有關的規范(允許從站個數、上裝/下裝能力等主站參數),與DP從站有關的規范(I/O通道數、類型、診斷數據等從站參數)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。它解決了系統與第三方控制器的互聯問題，用于將標準Profibus-DP從站設備連入ECS-100 系統。通過SCnetⅡ站間通信協議，第三方控制器的過程參數可成功地與系統內控制站、操作站等進行信息雙向通信，使第三方設備成為DCS 的一部分(子系統)。FW239-DP在物理上是SCnet II 的1個節點，向上通過以太網和控制站、操作站交換數據，向下作為Profibus-DP主站調度從屬的DP從站。

FW239-DP可以帶31個DP從站，可以傳送4 096 個實時數據位號，共計3.5 K的輸入數據和3.5 K的輸出數據，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物理層信號類型轉換和總線供電的DP/PA 耦合器以及作為1個DP 從站并調度PA 設備的鏈接器將Profibus-PA 設備連入DCS。

3硬件設計與連接

Profibus-DP主站設備包括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，網絡連接如圖1所示。

圖1　主站接口卡連接示意

FW239-DP 安裝在ECS-100 機籠內編號為偶數的任意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端口連接SCnet II網絡。

TB239-DP有2個DB25 接口和2個DB9 接口。TB239-DP 通過DB25接口直接插在機籠母板背面和FW239-DP 對應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電氣標準，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 節點需配置1個。選用帶總線終端電阻的連接器，可用于總線上任意節點，當用于終端時只需撥動終端電阻開關即可。

電源控制器是控制高壓直流電源功率的控制器，支持Profibus-DP通信協議，以從站形式存在，不主動通信，必須通過其他主站進行數據交換，以DB9接口連接。該DP通信卡以3個LED燈分別表示網絡、模塊及通信狀態。

4軟件及編程

下位機有電源控制器配置工具軟件，上位機軟件有ECS100組態軟件Advantrol Pro(V2.65)、基本SyCon 軟件。電源控制器需進行網絡和數據配置，用計算機連接電源控制器并用配置工具軟件設置控制器地址、波特率(支持自適應)、通信中斷報警、通信數據地址等相關參數。

上位機組態分為通信設置組態、數據通信及處理兩部分。組態步驟如圖2所示。

圖2　Profibus-DP組態步驟示意

1) 選擇菜單命令Copy GSD導入GSD 文件(SPE_0AD6.gsd)。

2) 選擇菜單命令Insert/Master添加 Profibus-DP主站(COM-C-DPM選項)，為主站DCS_ ECS100設置地址(10)。

3) 選擇菜單命令Insert/Slave添加 Profibus-DP從站(Power Controller選項)，為從站PSA_A設置與電源控制器對應的地址。

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

5) 設置完上述參數后，選擇菜單命令Slave Download下載組態。SyCon設備組態完成，此時主從站之間即可正常通信。

在ECS100組態軟件Advantrol Pro(V2.65)增加Profibus-DP主站接口卡FW239-DP并導入SyCon組態文件，進行數據類型及數據位號組態。 FW239-DP不能進行數據處理，需給它配置受控主控卡，數據通過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據以廣播形式在網絡上發布。對于需要讀取或寫入的數據位號，在位號組態時應選擇參與控制選項。轉換大小端可將32位DWORD型數據高低16位進行對調。

5數據處理

Profibus-DP數據處理都是在受控主控卡中進行。在受控主控卡的圖形編程中建FBD段落采用標準數據通信及數據處理模塊進行組態，通信數據處理流程如圖3所示。

圖3　通信數據處理流程示意

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。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

變量轉換成浮點型變量除10即得到所需數據(一般將浮點數放大10倍取整數部分進行通信)。

發送數據是接收數據的逆過程，將浮點數據放大10倍轉換成INT型，用“SETINT”模塊發送消息(SERIAL=0將INT數據放在DWORD型變量低16位；SERIAL=1將放在高16位)。

模塊“SENGMSG”用來設置發送消息的個數，每個消息4 Byte，SIZE表示消息的個數，消息內容放在“g_msg”發送數據區。

賦予通信數據位號(如VT01，VT02)就可在操作畫面查看及改變數據，從而監視和控制遠程直流電源的運行。

6調試

調試過程中必須注意總線連接器的接線和控制器的復位操作，連接錯誤或者從站地址修改后不復位都會造成通信連接故障。數據處理中要注意數據類型的變化，特別是從32位DWORD型數據中讀取16位INT數據時要注意高低字節的轉換，否則無法讀取正確的數據。

7結束語

Profibus-DP作為現場層的高速數據傳送網絡，成功應用于ECS100系統和直流電源控制器之間的通信，實現現場遠端設備的啟停及電源功率調節。

參考文獻：

[1]羅紅福.Profibus-DP現場總線工程應用實例解析.北京： 中國電力出版社,2008.

[2]陽憲惠.工業數據通信與控制網絡.北京： 清華大學出版社,2003.

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[4]馮地斌，吳波.Profibus現場總線技術.自動化與儀器儀表，2002(02)： 5-8，28.

[5]袁宇峰.現場總線技術在工業控制中的應用.船電技術，2004(03)： 46-48.

中圖分類號：TP273

文獻標志碼：B

文章編號：1007-7324(2015)02-0059-02

作者簡介：寧金龍(1979—)，男，2002年畢業于三峽大學電氣工程及自動化專業，獲學士學位，現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計和調試工作，任工程師。

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