1  引言

　　現(xiàn)場總線是用于現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散椰墩、全數(shù)字化帅忌、智能箱藏、雙向陡敞、互聯(lián)、多變量鲜堆、多點掖沸、多站的通信網(wǎng)絡(luò)。目前昌执，現(xiàn)場總線種類繁多烛亦，還沒有統(tǒng)一的標準，每種總線都有其獨特的產(chǎn)生背景和應(yīng)用領(lǐng)域懂拾，影響比較大的有CAN總線煤禽、lonworks總線铐达、hart總線、FF總線檬果、rpofibus總線等瓮孙。Profibus-dp主要應(yīng)用于現(xiàn)場設(shè)備級，它的響應(yīng)時間從幾百微秒到幾百毫秒选脊，數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6 kbps～12mbps杭抠。在濟南國際機場航站樓的電力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計時，考慮到現(xiàn)場參數(shù)變量較多恳啥，位置分散偏灿，且對信號的實時性和抗干擾能力都要求較高，一般的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)很難滿足系統(tǒng)要求钝的，因此在系統(tǒng)的監(jiān)控層選用profibus-dp通信網(wǎng)絡(luò)完成系統(tǒng)的主控設(shè)備s7-300 PLC與分布的現(xiàn)場設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信工作翁垂。在s7-300 plc與帶通訊卡的上位機之間采用了mpi通信方式。

　　2  系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

　　根據(jù)在工業(yè)控制實際需要及其經(jīng)費情況港揉，系統(tǒng)的硬件組成通常有以下幾種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)方案减磷。

　　(1)以plc或控制器作為一類主站，不設(shè)監(jiān)控站蚕察，但調(diào)試階段配置一臺編程設(shè)備针如。該方案的plc或控制器完成通信管理、從站數(shù)據(jù)讀寫犯党、從站遠程參數(shù)化工作艇泡。

　　(2)以plc或控制器作為一類主站，監(jiān)控站通過串口與plc一對一連接示董。該結(jié)構(gòu)方案的監(jiān)控站不在profibus總線網(wǎng)絡(luò)上广狂，不是二類主站，不能直接讀取從站數(shù)據(jù)合完成遠程參數(shù)化工作艾烫。監(jiān)控站所需的數(shù)據(jù)只能在plc控制器中讀取镀翁。

　　(3)以plc或控制器作為一類主站，監(jiān)控站即二類主站連接到profibus總線網(wǎng)絡(luò)上拄讨。該方案的監(jiān)控站可以完成遠程編程卸悼、參數(shù)化及在線監(jiān)控功能。

　　 (4)使用pc機加profibus網(wǎng)卡作為一類主站椭员，監(jiān)控站與一類主站一體化车海。該方案成本較低，但要求pc機具有高可靠性隘击、能長時間連續(xù)運行侍芝，如果pc機出現(xiàn)故障，將影響整個系統(tǒng)的正常工作埋同。另外州叠，通信廠商通常只提供一個模板的驅(qū)動程序棵红，總線控制、監(jiān)控程序可能需要用戶自己開發(fā)咧栗。

　　 (5)緊湊式pc機(compact computer)加profibus網(wǎng)卡加soft plc的結(jié)構(gòu)形式逆甜。該方案中用緊湊式pc機取代了一般的pc機，使系統(tǒng)的可靠性大大增強致板。soft plc是將通用型pc機改造成一臺由軟件(軟邏輯)實現(xiàn)的plc忆绰，這種軟件將plc的編程及其應(yīng)用程序運行功能，操作員監(jiān)控站的圖形監(jiān)控開發(fā)可岂、在線監(jiān)控功能集成到一臺緊湊式pc機上，形成一個plc與監(jiān)控站一體的控制器工作站村钧。

　　(6)充分考慮未來擴展需要僵息，如增加幾條生產(chǎn)線和擴展出幾條dp網(wǎng)絡(luò)，車間要增加幾個監(jiān)控站等臊骂，最好采用兩級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)咕咸。

　　3  硬件組成

　　在開發(fā)設(shè)計濟南國際機場航站樓電力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的過程中，根據(jù)系統(tǒng)本身性能的要求及其各種方案的優(yōu)劣及其性價比云拔，我們在網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)方案2的基礎(chǔ)上倡剥，加以改進，不再采用監(jiān)控站通過串口與plc一對一連接足曹，而是在監(jiān)控站與plc之間采用通訊速率更高檀萝，更穩(wěn)定的mpi通信方式，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示江刚。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為兩層朋凰，上層為管理層，下沉為數(shù)據(jù)監(jiān)控層驴荡。兩層之間采用mpi-多點接口訪問方式情组。上層管理層主要功能是從plc控制器中讀取從站參數(shù)數(shù)據(jù)，利用力控上位機組態(tài)軟件箩祥，設(shè)計友好的人機界面院崇，連接讀取的數(shù)據(jù)變量來完成對從站的監(jiān)控工作。另外在管理層中袍祖，可以生成各種需要的數(shù)據(jù)報表底瓣、進行數(shù)據(jù)分析等工作。下層監(jiān)控層在本實例系統(tǒng)中由兩個相對獨立的s7-300plc控制系統(tǒng)盲泛，每個控制系統(tǒng)由一個cpu314模塊濒持，cpu314上連接了四個通信模塊cp342-5，以及在每個cp342-5模塊上連接的36個智能從站儀表構(gòu)成寺滚，數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用profibus網(wǎng)絡(luò)通信方式柑营，在圖1中給出了簡單的分布結(jié)構(gòu)屈雄，監(jiān)控層主要完成與分布在工業(yè)現(xiàn)場的各個從站之間的數(shù)據(jù)通信，讀取各個從站儀表的數(shù)據(jù)參數(shù)官套，存放在plc控制器的數(shù)據(jù)區(qū)中酒奶，供上位機讀取訪問。

　　　圖1  系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

　　4  軟件設(shè)計

　　 profibus網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點連接采用lan(local area networks)插頭奶赔。lan插頭分為兩種：一種不可以直接連接編程設(shè)備纪孔；另一種可以隨時連接編程設(shè)備，對整個系統(tǒng)進行調(diào)試衷屋。在總線終端的lan插頭處將終端電阻開關(guān)撥到on的位置现岗，以減小網(wǎng)絡(luò)信號傳輸干擾。

　　在網(wǎng)絡(luò)連接好之后尔粮，我們使用step7對整個網(wǎng)絡(luò)進行組態(tài)辱涨。組態(tài)包括從站的硬件配置和網(wǎng)絡(luò)設(shè)置兩部分。在從站配置中激靡，采用濟南萊恩達網(wǎng)絡(luò)儀表科技有限公司提供的具有profibus總線接口的pmm2000/pmm2100系列數(shù)字式微型多功能電力監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)儀表作為智能從站开撤，來監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的電流、電壓娩纱、功率等各種電力參數(shù)瞒唇，組態(tài)時需要設(shè)置它的網(wǎng)絡(luò)地址，通訊速率以及輸入輸出參數(shù)長度等磨豁；網(wǎng)絡(luò)設(shè)置時服畜，需要設(shè)置相應(yīng)通信模塊cp342-5作為通信主站，同時設(shè)定它的profibus地址誊涯，通訊速率及mpi地址等參數(shù)挡毅。組態(tài)完畢后，編譯無誤暴构，下載到plc控制器中去跪呈，即完成整個系統(tǒng)監(jiān)控層的硬件組態(tài)開發(fā)設(shè)計。硬件組態(tài)配置如圖2所示取逾。

　　圖2  系統(tǒng)硬件組態(tài)配置圖

　　4.1 系統(tǒng)程序設(shè)計

　　開始設(shè)計系統(tǒng)軟件程序時耗绿，首先新建一個的項目(例adc)，step7會自動建立s7程序的目錄結(jié)構(gòu)砾隅，并建立一個空的ob1误阻，用來編寫系統(tǒng)循環(huán)調(diào)用的主程序，如圖3所示晴埂。

　　　　圖3  新建項目示意圖

　　 編寫ob1時究反，雙擊打開ob1系統(tǒng)塊，首先選擇合適的編程語言儒洛，比如梯形圖語言精耐，根據(jù)工作任務(wù)要求調(diào)用系統(tǒng)提供的標準功能塊狼速，來完成從站的軟件編程設(shè)計，如通過系統(tǒng)功能塊可以完成分布從站儀表數(shù)據(jù)的接收及從站儀表是否在線工作診斷等竿饭。在主程序中儿戏，接收或發(fā)送數(shù)據(jù)使用db塊。db塊是用來存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊不凳，在db塊使用之前勤驾，需要定義它的存儲類型，大小等參數(shù)腿弛。在系統(tǒng)運行時身州，如果想在線監(jiān)控db存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)，則可以建立一個數(shù)據(jù)變量表vat(如圖3中的vat_1)躬摆，并在vat中添加需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)變量地址淆捆，程序在線運行時，即可觀察到存儲區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容柱阱，這樣整個監(jiān)控層的就設(shè)計完畢，編譯無誤康局，即可與系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)分別下載到plc控制器中正常工作概尝。

　　4.2 人機界面(hmi)的開發(fā)設(shè)計

　　人機界面(hmi, human machine interface)的開發(fā)采用力控組態(tài)軟件來完成。在設(shè)計過程中蟆盐，首先需要開發(fā)專門的儀表驅(qū)動程序承边，并將其添加到力控組態(tài)軟件的i/o驅(qū)動列表中。進行組態(tài)時石挂，建立一個新的i/o設(shè)備連接博助，并設(shè)定好plc的屬性，然后在力控實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中進行數(shù)據(jù)連接組態(tài)痹愚。在profibus網(wǎng)絡(luò)通信中富岳，各從站的參數(shù)信息已傳輸?shù)街髡局校手恍杞⑵鹆亟M態(tài)環(huán)境中的各個點參數(shù)與plc數(shù)據(jù)塊中參數(shù)變量的對應(yīng)連接拯腮，力控軟件便可間接讀取各個從站的參數(shù)信息窖式，從而使組態(tài)畫面完成對各個現(xiàn)場從站設(shè)備的監(jiān)控。力控軟件還提供了遠程訪問功能动壤，使用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)遠程查看系統(tǒng)中各個現(xiàn)場設(shè)備的參數(shù)數(shù)據(jù)萝喘。

　　5  結(jié)束語

　　 濟南國際機場航站樓電力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)投入運行，實踐證明琼懊，該系統(tǒng)采用profibus網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實現(xiàn)分布式監(jiān)控阁簸，網(wǎng)絡(luò)速度快、可靠性高掩纺、具有良好的可擴展性伏嬉、抗干擾能力強碟姓、同時節(jié)約了安裝、調(diào)試和設(shè)備維護的費用嗤锯，提高了系統(tǒng)功能和管理水平贼扩。

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