MPI和Profibus雙協(xié)議在熱媒爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

徐 峰 邵文婷

(北京航天動力研究所,北京 100166)

Profibus是一種國際化、開放式且不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，也是中國第一個工業(yè)通信領(lǐng)域現(xiàn)場總線技術(shù)的國家標(biāo)準(zhǔn)。Profibus標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)配置簡單，且具有較高的通信速率和更遠(yuǎn)的通信距離，因此，被越來越廣泛地應(yīng)用到工廠自動化和過程自動化控制系統(tǒng)中。

北京航天動力研究所在以往的熱媒爐控制系統(tǒng)研究中，OP操作屏與PLC控制器是一一對應(yīng)的，且多臺熱媒爐之間相互獨立、互不影響。為了方便多臺熱媒爐的操作，筆者首次提出將MPI和Profibus兩種通信協(xié)議同時應(yīng)用在熱媒爐控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)了PLC與OP之間的同步通信和多臺熱媒爐的就地分散操作與遠(yuǎn)程集中控制。筆者以實際項目中的兩臺熱媒爐為例進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 控制系統(tǒng)的組成①

北京航天動力研究所承擔(dān)了撫順某廠低溫爐和高溫?zé)崦綘t的改造項目，其中包括控制系統(tǒng)的更新改造。在低溫爐的改造過程中，將原高溫?zé)崦綘t和現(xiàn)低溫爐的模擬、數(shù)字信號引至該廠的主控室內(nèi)，在高溫?zé)崦綘t站控室和DCS主控室內(nèi)均實現(xiàn)了運行狀態(tài)監(jiān)視、負(fù)荷調(diào)節(jié)、報警指示及變量記錄等功能。

改造后的熱媒爐控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 改造后的熱媒爐控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

整個控制系統(tǒng)包括兩個MPI網(wǎng)絡(luò)和一個Profibus網(wǎng)絡(luò)。其中位于現(xiàn)場熱媒爐控制室的OP操作屏通過MPI協(xié)議與相應(yīng)的熱媒爐CPU控制器組成單個MPI控制網(wǎng)絡(luò)；主控室的兩臺上位機通過Profibus協(xié)議來訪問兩臺CPU。OP和上位機均可對PLC進(jìn)行操作，且兩者互不影響。如果OP與上位機同時對PLC進(jìn)行操作，則以最新的賦值為準(zhǔn)。

兩種協(xié)議的一些主要參數(shù)比較見表1?？梢钥闯?，Profibus比MPI協(xié)議有更高的通信速率和更遠(yuǎn)的通信距離，可有效實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。

表1 MPI與Profibus的比較

2 硬件設(shè)備

系統(tǒng)更新改造項目選用的Profibus協(xié)議為串行連接，該方式結(jié)構(gòu)精簡，能夠保證數(shù)據(jù)的高速傳送，適合PLC控制器與現(xiàn)場分散的I/O設(shè)備和上位機之間的通信。

Profibus的傳輸介質(zhì)選用紫色屏蔽雙絞線。Profibus網(wǎng)絡(luò)站點之間由總線連接器連接，總線連接器提供集成的終端電阻，處于總線兩端位置的兩個連接器需要設(shè)置該電阻為ON狀態(tài)，其余連接器置為OFF狀態(tài)。

原高溫?zé)崦綘tPLC采用的是CPU314控制器，該CPU僅提供一個MPI協(xié)議接口用于和OP之間的通信。在此次改造時，將該CPU換成了CPU315-2DP控制器，與CPU314相比，CPU315-2DP擁有128KByte的工作存儲器(CPU314為48KByte的工作存儲器)，同時支持MPI和Profibus-DP兩種協(xié)議連接。在設(shè)置時該CPU作為Profibus總線的一個終端。

低溫爐PLC同樣采用CPU315-2DP控制器，其總線連接器的OUT口由屏蔽雙絞線連接至主控制室中上位機1連接器的IN口。

上位機中插有西門子專用DP通信卡CP5611，CP5611是可用于PC機上的PCI網(wǎng)卡，支持連接Profibus協(xié)議和SIMATICS S7的MPI協(xié)議。該項目利用CP5611將上位機連接到Profibus網(wǎng)絡(luò)，CP5611在裝入Profibus驅(qū)動程序后就可以作為Profibus網(wǎng)卡，使上位機支持Profibus協(xié)議通信；在正確組態(tài)后就可由Step7或WinCC直接訪問該Profibus網(wǎng)絡(luò)上其他站點的地址數(shù)據(jù)。上位機1的總線連接器OUT口連接至上位機2的總線連接器IN口；上位機2的總線連接器作為Profibus總線的另一個終端，其終端電阻置為ON狀態(tài)。

高溫?zé)崦綘tPLC和低溫爐PLC各有一個獨立的端口與其各自的OP通信，通信采用MPI協(xié)議。兩個MPI網(wǎng)絡(luò)采用同樣的布線和設(shè)計，且相互獨立。此網(wǎng)絡(luò)MPI的通信接口為RS485，采用的是紫色屏蔽雙絞電纜，一端由連接器接CPU的MPI口，另一端由連接器接至OP后的IF1接口。至此，整個通信系統(tǒng)的硬件連接設(shè)置完成。

3 組態(tài)

3.1 CPU組態(tài)

硬件組態(tài)時，在插入CPU315-2DP后會彈出Profibus組態(tài)界面。新建一條Profibus 1總線，組態(tài)其Profibus站地址，設(shè)定傳輸速率1.5Mbit/s，保存編譯后，直接下載至相應(yīng)的CPU[1]。

3.2 上位機組態(tài)

上位機使用西門子的基于Windows的人機界面組態(tài)軟件WinCC。該項目中，每臺上位機中的WinCC項目都被組態(tài)為單客戶項目，均有Profibus網(wǎng)絡(luò)上的獨立結(jié)點，并可對網(wǎng)絡(luò)上的其他結(jié)點進(jìn)行訪問。

在組態(tài)環(huán)境中，打開Profibus連接參數(shù)對話框(圖2)，設(shè)置WinCC要訪問的Profibus總線上的站地址等。設(shè)置好對應(yīng)的CPU站地址，進(jìn)入運行環(huán)境后即可看到高溫?zé)崦綘t的運行數(shù)據(jù)。

圖2 Profibus連接參數(shù)對話框

控制面板里的“設(shè)置PG/PC接口”提供了CP5611的Profibus地址設(shè)置，該設(shè)置決定了上位機在網(wǎng)絡(luò)中的站地址，上位機本地Profibus地址的設(shè)定界面如圖3所示。

圖3 上位機本地Profibus地址的設(shè)定界面

3.3 OP組態(tài)

OP與PLC通過MPI協(xié)議實現(xiàn)通信，其設(shè)置在專用組態(tài)軟件Protool中實現(xiàn)。

低溫爐OP組態(tài)的參數(shù)設(shè)定界面如圖4所示。在PLC組態(tài)時，將CPU的接口屬性改為MPI(確定高、低溫爐的MPI)，地址選為2；OP的MPI默認(rèn)地址為1，組態(tài)時修改所要連接CPU的MPI地址、槽號和其他參數(shù)。至此，整個系統(tǒng)的組態(tài)完成。

4 系統(tǒng)改造前后的比較

與原系統(tǒng)相比，新系統(tǒng)改善了操作性能和安全性能。改造前，操作人員只能在現(xiàn)場附近的熱媒爐控制室進(jìn)行操作，面板操作方式單一(需將光標(biāo)移至要修改的參數(shù)處再按數(shù)字鍵進(jìn)行操作)，畫面切換繁瑣，且查看歷史趨勢記錄短(存儲區(qū)大小受限，參數(shù)記錄小于一周)。

系統(tǒng)改造后將兩臺爐子的信號集中送到主控室，可以對兩臺熱媒爐進(jìn)行交替操作和連續(xù)監(jiān)控，方便了與其他相關(guān)系統(tǒng)的聯(lián)系，符合現(xiàn)代化集中式控制管理的理念；同時改善了操作人員的工作環(huán)境，更可靠地保證了操作人員的人身安全。

新系統(tǒng)利用總線協(xié)議Profibus把現(xiàn)場的I/O信號集中傳送到主控室，完成了PLC與上位機之間的遠(yuǎn)距離高質(zhì)量通信，實現(xiàn)了設(shè)備的集中管理與信息共享；同時該系統(tǒng)具有開放的通信端口，為今后其他系統(tǒng)的加入和連接提供了硬件基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

實際項目的成功應(yīng)用證明了筆者提出的方法是一種對于遠(yuǎn)距離中型系統(tǒng)通信傳輸很好的解決方案，完全能夠滿足當(dāng)前北京航天動力研究所雙臺以至多臺熱媒爐控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程集中控制要求，為今后系統(tǒng)的集中控制提供了一個很好的發(fā)展方向；同時促進(jìn)了北京航天動力研究所自動化產(chǎn)品和通信技術(shù)的不斷更新?lián)Q代，保證了系統(tǒng)的先進(jìn)性。

[1] 崔堅.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005:65～68.