1  引言
               
　　隨著制造業自動化和過程自動化中分散化結構的迅速增長，現場總線技術應用日益廣泛，它實現了數字和模擬輸入輸出模塊、過程調節裝置于可編程序控制器plc和pc之間的數據傳輸，把i/o通道分散到實際需要的現場設備附近，從而使整個系統的工程費用、裝配費用、硬件成本、設備調試和維修成本大為降低。現場總線profibus(中國國家標準gb/t 20540-2006 profibus規范)具有單元級領域的所有網絡通訊功能，并能滿足生產過程現場級數據可存取性的重要要求。筆者參與某鐵精礦尾礦脫水處理系統生產自動化設計，本系統的特點是設備分布區域廣，要求各設備既能單獨控制完成自動循環，主控室主站也要能夠給各設備發送控制數據，并采集各設備的運行數據便于分析和儲存。根據系統特點要求采用profibus-dp高速現場總線通訊網絡來構建整個系統，從而保證了系統的可靠運行。
            
2  系統組成
               
　　profibus-dp主要應用于現場級，是一種高速(可達12mbit/s) 和便宜的通信連接，它被設計為設備級自動控制系統與分散的外圍設備之間的通信，可以承擔現場控制與監控的通信任務，具有較高的性價比，是當今實現自動控制系統理想的總線技術。profibus-dp的網絡協議采用了osi參考模型的第一層物理層，第二層數據鏈路層和用戶自己定義的用戶層，這種精簡的結構保證了數據的高速傳送，特別適合plc與現場分散的i/o設備之間的通訊。profibus-dp是一個主站/從站(master/ slave)總線系統，主站決定總線的數據通信，當主站得到總線控制權時，沒有外界請求也可以主動發送信息，主站可以是plc、pc 等；從站為外圍設備(典型的從站包括輸入/輸出裝置、閥門、驅動器和測量發送器等)，從站沒有總線控制權，僅當接受到信息給予確認或當主站發出請求時向它發送信息。profibus-dp有多種網絡拓撲結構：總線形，星形，環形等。該系統采用總線形拓撲結構。
           
　　2.1 尾礦脫水處理自動化系統
               
　　該尾礦脫水處理系統由5臺過濾設備和泵類風機等多臺設備組成。自動化系統設計方案采用上位機+profibus-dp主站+從站的網絡控制方式。上位機采用研祥工業控制計算機監控，組態軟件采用simatic wincc6.2。上位機中插有通訊卡cp5611,通訊卡加入profibus驅動程序就可以作profibus網卡并支持profibus協議。采用s7-300系列plc的cpu315-2dp為主站，通過profibus通訊模塊em277和分站s7-200交換信息，協調各單臺壓濾設備連鎖和工藝步序排隊。

　　系統中的五臺過濾設備各為一套完整的控制系統，采用s7-200 plc (cpu 224xp) +i/o模塊 +em277+現場人機界面siemens mp277 +10.4”觸摸屏等組成分站，負責控制立式壓濾機的運行、模擬量信號處理、報警等本體設備控制，并通過profibus-dp現場總線網絡實現對整個設備網監控系統的通信，用于實現實際生產中的典型流水線工藝。基于profibus-dp現場總線的網絡監控系統的組成如圖1所示。

            圖1  尾礦脫水控制監控系統網絡圖
           

　　2.2 profibus dp 配置
           
　　(1) s7-300與s7-200通過em277進行profibus dp通訊，需要在step7中進行s7-300站組態，再在硬件組態窗口中的菜單 optionàinstall new gsd，導入siem089d.gsd文件，安裝em277從站配置文件。
           
　　(2)在s7-200中不需要對通訊進行組態和編程，只需要將要進行通訊的數據整理存放在v存儲區與s7-300的組態em277從站時的硬件i/o地址相對應就可以了。對于本工程控制系統的profibus dp 配置為在s7-300站組態五個em277子站，每個em277子站分別對應一套壓濾設備。根據控制程序需要將每個子站的通訊字節數為8字節輸入和8字節輸出。五個em277子站的profibus dp 地址分別是：3，4，5，6，7。我們配置后的profibus-dp系統如圖2所示。

            圖2  profibus-dp系統配置圖
           

　　(3)組態完系統的硬件配置后，將硬件信息下載到s7-300的plc，當中下載完成后，將em277模塊上的撥位開關撥到與硬件組態的設定值相一致。在s7-200中編寫程序將進行交換的數據存放在與s7-300 plc的外設輸入/輸出存儲區pi和pq相對應的v存儲區中，打開step7中的變量表和step7 micro/win32的狀態表可監控s7-300與s7-200通過em277的數據通訊。

　　2.3 wincc環境下cp5611通訊卡配置
               
　　本節說明wincc使用cp5611卡通過profibus-dp連接s7-300的過程。  
           
　　(1) 首先對step7硬件進行組態：
           
　　使用step7軟件組態plc的硬件信息，將相應的板卡在hardware進行硬件組態，選擇要連接wincc的對應端口指定為profibus，設置profibus端口的地址為2，在參數窗口下新建一個profibus網絡并設置相應的參數。
           
　　(2) profibus程序和設置參數：打開wincc工程在變量管理中點擊simatic s7 protocol suite，右鍵點擊profibus選擇“系統參數”在對話框中選擇“單元”查看邏輯設備名稱，本項目名為“s7online”。
           
　　(3)設置pg/pc接口：在windows控制面板中或在step7中選擇“設置pg/pc接口”，如圖所示，在“為使用的接口分配參數”里選擇“cp5611(profibus)”,設置cp5611的通訊參數，在這里肯定要使用“dp”作為具體通訊協議。
           
　　(4)添加通道連接設置：打開wincc項目工程在變量管理中打開simatic s7 protocol suite，右鍵點擊profibus在點擊”新驅動程序的連接”,在出現的對話框中輸入名字”金正系統”(本項目名字)。在屬性設置中把s7-300的站地址設備“2“，如圖3所示。

            圖3  通道連接設置圖
        

       
　　通過連接測試和通訊診斷程序即可測試通訊的建立(本處不再敘述)，至此wincc使用cp5611通訊卡通過profibus連接s7-300plc完畢，也就是說整個系統的profibus-dp網絡完全建立起來了
            
3  軟件設計
           
　　3.1 step7 v5.4中文版編程設計
               
　　本項目系統的設備控制程序利用step7 v5.4中文版編程設計。用戶程序設計是構建一個電控系統最為復雜繁瑣而且十分重要的工作，step7v5.4中文版是模塊化的設計軟件，使用模塊化設計，可以大大減少編程工作量，使程序結構簡潔增強程序的可讀性。在本系統程序中合理運用ob組織塊、功能塊fc、功能塊fb41“cont-c”(pid連續控制調節)，特別是應注意pid參數中重要的幾個變量，給定值，反饋值和輸出值都是用0.0~1.0之間的實數表示，也就是進行規格化處理便于理解——對于輸入和反饋，執行：變量*100/27648，然后將結果傳送到pv-in和sp-int，對于輸出變量，執行：lmn*27648/100，然后將結果取整傳送給pqw即可；在這里要注意輸入參數pvper_on”缺省為“false”，不要置位以免影響”pv_in”值的規格化處理。規格化程序如圖4所示。

            圖4  模擬量處理程序
   

        
　　3.2 plc多機數據交換
               
　　s7-300和s7-200間的數據交換程序，是根據在上面敘述的在s7-200中編寫程序將進行交換的數據存放在與s7-300plc的外設輸入/輸出存儲區pi和pq相對應的v存儲區中，本例中根據控制要求在s7-200編程將某一閥動作狀態傳給vb552，然后在s7-300中根據對應的pib取某位進行再編程控制其他回路。列舉簡短程序如圖5所示。

            圖5  數據交換程序
    

　　3.3 采用wincc對系統變量進行組態  
               
　　通過cp5611卡接入profibus網，在變量管理中的profibus通訊程序下建立工程所需的變量，根據需要在畫面中對各個元件進行變量連接。列舉變量連接如圖6所示。

            圖6  組態變量連接
           

　　3.4 監控畫面設計
               
　　在上位監控計算機中，我們通過wincc完成了外部設備定義、數據庫的構造等工作后，再利用wincc畫面編輯器，來制作開發本系統工程工藝流程所需要的各種畫面。進一步在wincc的畫面開發系統中建立變量連接，將畫面中的圖素與數據庫中的變量相對應。上位機包含了主系統畫面、開機權限畫面、系統網絡圖、手動實驗、報警等五個主畫面窗口。其中主系統畫面如圖7所示。

             
            圖7  尾礦脫水系統主畫面
          

  
4  結束語
               
　　本系統組建的profibus-dp現場總線網絡現場使用一年多來非常穩定可靠，大大降低了系統成本和故障率。wincc組態軟件功能強大，step7軟件編程簡潔，數據交換方便明了。基于profibus-dp總線的尾礦脫水處理系統，是工業控制中比較先進合理簡明的控制方案，完全可以應用到其他系統控制方案中。