西門子DP總線故障檢測(cè)技術(shù)

展恩穎，吳學(xué)志

（山東鋼鐵集團(tuán)萊鋼自動(dòng)化部，山東 萊蕪 271104）

0 引言

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)大多采用西門子PLC控制系統(tǒng)，生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)為PROFIBUS－DP網(wǎng)絡(luò)，由于各遠(yuǎn)程站均分布在現(xiàn)場(chǎng)，距離較遠(yuǎn)，因此故障的發(fā)現(xiàn)與處理不及時(shí)，影響生產(chǎn)。通過(guò)開(kāi)發(fā)DP網(wǎng)絡(luò)的自診斷與報(bào)警，能及時(shí)掌握控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，消除故障隱患。PROFIBUS是當(dāng)前最為流行的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)之一，它根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)可分為 PROFIBUS－DP，PROFIBUSFMS，PROFIBUS－PA 三個(gè)兼容版本。PROFIBUSDP是經(jīng)過(guò)優(yōu)化的高速、廉價(jià)的通訊連接，專為自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)分散I／O之間通訊設(shè)計(jì)，使用PROFIBUS－DP模塊可取代大量的24 V或0～20 m A并行信號(hào)線，用于分布式控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸。在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中，由于控制的復(fù)雜性、現(xiàn)場(chǎng)多種設(shè)備相互之間存在干擾以及系統(tǒng)可靠性要求高等特點(diǎn)，因此采用高可靠性的中央控制器，如PLC和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，即PROFIBUS總線。

1 西門子DP總線故障檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

新型西門子DP總線故障檢測(cè)技術(shù)是一種全新的智能型通訊總線故障檢測(cè)系統(tǒng)，屬于自動(dòng)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。西門子DP總線故障檢測(cè)系統(tǒng)包括人機(jī)界面、可編程序控制器、各類型總線網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)（ET200從站、智能儀表、傳動(dòng)系統(tǒng)等）。所有檢測(cè)信號(hào)通過(guò)DP總線傳輸?shù)絇LC中，再經(jīng)過(guò)PLC對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行鑒別處理，當(dāng)站點(diǎn)有故障時(shí)，將故障報(bào)警信號(hào)發(fā)送給人機(jī)界面，同時(shí)顯示故障信息。

圖1為西門子DP總線故障檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。上位監(jiān)控機(jī)（也叫人機(jī)界面，又稱用戶界面或使用者界面）是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行信息交換的媒介，在本系統(tǒng)中用來(lái)顯示通訊電纜上各站點(diǎn)的工作狀態(tài)并進(jìn)行報(bào)警處理，編輯PLC控制主站中的控制程序；DP總線通訊電纜將控制系統(tǒng)各站點(diǎn)連接在一起，并且能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；PLC控制主站采用可編程存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入／輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程，本系統(tǒng)中是將ET200類型從站、傳動(dòng)系統(tǒng)類型從站、智能儀表類型從站的工作狀態(tài)進(jìn)行采集并處理判斷，且將結(jié)果送到上位監(jiān)控機(jī)顯示，同時(shí)將上位監(jiān)控機(jī)的控制命令進(jìn)行邏輯處理后送到ET200類型從站、傳動(dòng)系統(tǒng)類型從站、智能儀表類型從站中執(zhí)行，是本系統(tǒng)的核心，所有的邏輯運(yùn)算和狀態(tài)處理均在此完成；ET200類型從站、傳動(dòng)系統(tǒng)類型從站和智能儀表類型從站遵從西門子DP網(wǎng)絡(luò)總線通訊協(xié)議，通過(guò)通訊電纜接收PLC控制主站中的控制命令，并將工作狀態(tài)發(fā)送給PLC控制主站。

2 西門子DP總線故障檢測(cè)系統(tǒng)工作原理

在PLC控制主站中進(jìn)行硬件組態(tài)，確定CPU下掛了幾路DP網(wǎng)絡(luò)，并確定ET200類型從站、傳動(dòng)系統(tǒng)類型從站、智能儀表類型從站的數(shù)量，對(duì)每一個(gè)站進(jìn)行編址，并確保站與地址一一對(duì)應(yīng)。在PLC控制主站中編制控制程序，在OB1中調(diào)用FC125功能塊開(kāi)發(fā)智能故障自診斷系統(tǒng)，具體的工作原理如下：

首先設(shè)置FC125的數(shù)據(jù)區(qū)，設(shè)置管腳DATA＿FIELD，確定僅供FC125內(nèi)部使用的POINTER數(shù)據(jù)類型的50個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)區(qū)；在OB1中調(diào)用FC125，并在管腳RETVAL上設(shè)置調(diào)用FC125時(shí)的狀態(tài)返回值，數(shù)據(jù)類型為INT；設(shè)置管腳BUSY為1時(shí)表示當(dāng)前的診斷系統(tǒng)正在運(yùn)行。

當(dāng)程序開(kāi)始運(yùn)行后，首先設(shè)置DP主站的接口和ID號(hào)，通過(guò)設(shè)置EXTERNAL＿DP＿INTERFACE管腳來(lái)選擇DP主站的接口，0表示集成在CPU上的DP主站，1表示外部DP主站接口，如CP443－5等；通過(guò)設(shè)置DP＿M(jìn)ASTERSYSTEM管腳來(lái)確定PROFIBUS的ID號(hào)，在硬件組態(tài)中可以查看到PROFIBUS的ID號(hào)，如果有兩條PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，需要調(diào)用FC125兩次，分別賦值兩個(gè)PROFIBUS的ID號(hào)，數(shù)據(jù)類型為INT。在程序塊FC125中設(shè)置管腳CHECK＿ACTIVE，當(dāng)它為1時(shí)表示程序開(kāi)始檢測(cè)從站，為0時(shí)表示程序沒(méi)有檢測(cè)從站；在PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中確定從站的總數(shù)，設(shè)置SUM＿SLAVES＿DIAG，此管腳對(duì)應(yīng)的是從站診斷的總數(shù)，數(shù)據(jù)類型為INT；如果現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備由于某種原因沒(méi)有安裝，但是軟件系統(tǒng)中已經(jīng)組態(tài)，此時(shí)要設(shè)置LIST＿SLAVES＿NOT＿PRESENT管腳，此管腳是16個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)區(qū)，每一個(gè)數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)一個(gè)從站，置1表示一個(gè)從站丟失，如果丟失的從站返回或維修好，相對(duì)應(yīng)的位復(fù)位，數(shù)據(jù)類型為POINTER；如果現(xiàn)場(chǎng)的從站出現(xiàn)故障（部分模塊有故障，其他模塊可以連續(xù)運(yùn)行），此處的程序設(shè)計(jì)與從站丟失雷同，設(shè)置LIST＿SLAVES＿ERROR管腳，此管腳是16個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)區(qū)，每一個(gè)數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)一個(gè)從站，置1表示一個(gè)從站故障，如果故障的從站返回或維修好，相對(duì)應(yīng)的位復(fù)位，數(shù)據(jù)類型為POINTER。

通過(guò)上述程序的設(shè)計(jì)，在每個(gè)PLC的掃描周期內(nèi)都會(huì)對(duì)丟失的從站和故障的從站進(jìn)行智能診斷，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地確定從站發(fā)生的故障及原因。

在上位監(jiān)控機(jī)中利用WINCC軟件制作監(jiān)控畫面，將PLC控制主站中每一個(gè)數(shù)據(jù)位所對(duì)應(yīng)的從站都連接到畫面中，制作報(bào)警信息庫(kù)，當(dāng)總線上站點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)觸發(fā)報(bào)警信息。

圖1 西門子DP總線故障檢測(cè)技術(shù)示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

新型西門子DP總線故障檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用大大減少了點(diǎn)巡檢的時(shí)間和次數(shù)，通過(guò)開(kāi)發(fā)DP網(wǎng)絡(luò)的自診斷與報(bào)警，能及時(shí)掌握控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，消除故障隱患。

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