Profibus-DP通信技术在DCS中的应用

宁金龙，杨海燕

(武汉凯迪工程技术研究总院，武汉 430223)



Profibus-DP通信技术在DCS中的应用

宁金龙，杨海燕

(武汉凯迪工程技术研究总院，武汉 430223)

摘要：为实现工业生产中对直流电源控制器的远程自动控制，采用了Profibus-DP总线技术。FW239-DP作为DCS与直流电源控制器的通信接口，解决了ECS100系统与直流电源控制器Profibus-DP通信互联问题。通过SCnetⅡ站间通信，实现直流电源控制器与系统内控制站、操作站等过程参数双向通信，使过程参数成为DCS的一部分。通过硬件连接和软件组态调试，完成了控制器与DCS的通信，实现了直流电源控制器的远程控制。

关键词：现场总线集散控制系统通信数据文件软件组态

1Profibus现场总线技术简介

Profibus作为德国国家标准(DIN 19245)和欧洲标准(PREN 50170)的现场总线技术，由Profibus-Dp，Profibus-FMS，Profibus-PA组成。其支持主—从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。主站具有对总线的控制权，可主动发送信息。主站在得到控制权时，可以按主—从方式，向从站发送或索取信息，实现点对点通信。主站可采取对所有站点广播 (不要求应答),或有选择地向一组站点广播。

为了将不同厂家生产的Profibus产品集成在一起，生产厂家必须以电子设备数据库(GSD)文件方式存储各功能模块的功能参数,如I/O点数、诊断信息、波特率、时间监视等,标准的GSD数据将通信扩大到操作员控制级。使用根据GSD所作的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在同一总线系统中。GSD文件可分为总规范(生产厂商和设备名称、硬件和软件版本、波特率、监视时间间隔、总线插头指定信号),与DP有关的规范(允许从站个数、上装/下装能力等主站参数),与DP从站有关的规范(I/O通道数、类型、诊断数据等从站参数)三个部分。GSD文件是ASCII文件，可以用任何一种ASCII编辑器编辑。

2DCS及通信概况

主站接口卡FW239-DP是DCS与Profibus-DP通信的接口，在通信中以主站形式存在。它解决了系统与第三方控制器的互联问题，用于将标准Profibus-DP从站设备连入ECS-100 系统。通过SCnetⅡ站间通信协议，第三方控制器的过程参数可成功地与系统内控制站、操作站等进行信息双向通信，使第三方设备成为DCS 的一部分(子系统)。FW239-DP在物理上是SCnet II 的1个节点，向上通过以太网和控制站、操作站交换数据，向下作为Profibus-DP主站调度从属的DP从站。

FW239-DP可以带31个DP从站，可以传送4 096 个实时数据位号，共计3.5 K的输入数据和3.5 K的输出数据，通信速率支持9.6 K bit/s～1.5 M bit/s。该卡还可以通过用于实现物理层信号类型转换和总线供电的DP/PA 耦合器以及作为1个DP 从站并调度PA 设备的链接器将Profibus-PA 设备连入DCS。

3硬件设计与连接

Profibus-DP主站设备包括FW239-DP和TB239-DP端子板、总线连接器以及总线电缆。Profibus-DP总线接口卡，网络连接如图1所示。

图1　主站接口卡连接示意

FW239-DP 安装在ECS-100 机笼内编号为偶数的任意I/O槽位上，占用2个I/O 槽位的宽度。通过面板上2个相互冗余的以太网端口连接SCnet II网络。

TB239-DP有2个DB25 接口和2个DB9 接口。TB239-DP 通过DB25接口直接插在机笼母板背面和FW239-DP 对应I/O槽位的DB25接口上。2个DB9接口中，一个是公头用于诊断，符合RS-232电气标准，另一个是母头，是Profibus-DP总线接口。TB239-DP上还有1个用于总线接地的螺丝孔。

总线连接器用于连接总线电缆和Profibus-DP总线接口，每个DP 节点需配置1个。选用带总线终端电阻的连接器，可用于总线上任意节点，当用于终端时只需拨动终端电阻开关即可。

电源控制器是控制高压直流电源功率的控制器，支持Profibus-DP通信协议，以从站形式存在，不主动通信，必须通过其他主站进行数据交换，以DB9接口连接。该DP通信卡以3个LED灯分别表示网络、模块及通信状态。

4软件及编程

下位机有电源控制器配置工具软件，上位机软件有ECS100组态软件Advantrol Pro(V2.65)、基本SyCon 软件。电源控制器需进行网络和数据配置，用计算机连接电源控制器并用配置工具软件设置控制器地址、波特率(支持自适应)、通信中断报警、通信数据地址等相关参数。

上位机组态分为通信设置组态、数据通信及处理两部分。组态步骤如图2所示。

图2　Profibus-DP组态步骤示意

1) 选择菜单命令Copy GSD导入GSD 文件(SPE_0AD6.gsd)。

2) 选择菜单命令Insert/Master添加 Profibus-DP主站(COM-C-DPM选项)，为主站DCS_ ECS100设置地址(10)。

3) 选择菜单命令Insert/Slave添加 Profibus-DP从站(Power Controller选项)，为从站PSA_A设置与电源控制器对应的地址。

4) 设置波特率。点击主站图标，选择菜单Bus Parameter，设置主从站均支持的波特率 (187.5 K bit/s)。

5) 设置完上述参数后，选择菜单命令Slave Download下载组态。SyCon设备组态完成，此时主从站之间即可正常通信。

在ECS100组态软件Advantrol Pro(V2.65)增加Profibus-DP主站接口卡FW239-DP并导入SyCon组态文件，进行数据类型及数据位号组态。 FW239-DP不能进行数据处理，需给它配置受控主控卡，数据通过DCS站间通信在DP主站接口卡和受控主控卡传送，如不配置受控主控卡则数据以广播形式在网络上发布。对于需要读取或写入的数据位号，在位号组态时应选择参与控制选项。转换大小端可将32位DWORD型数据高低16位进行对调。

5数据处理

Profibus-DP数据处理都是在受控主控卡中进行。在受控主控卡的图形编程中建FBD段落采用标准数据通信及数据处理模块进行组态，通信数据处理流程如图3所示。

图3　通信数据处理流程示意

用“GETMSG”模块从DP主站取传送过来的消息，存入消息接收缓冲区。因消息是DWORD型变量，需用“GETINT”模块从32位的DWORD型消息中取出16位的INT型变量(SERIAL=0取低16位；SERIAL=1取高16位)。将INT型

变量转换成浮点型变量除10即得到所需数据(一般将浮点数放大10倍取整数部分进行通信)。

发送数据是接收数据的逆过程，将浮点数据放大10倍转换成INT型，用“SETINT”模块发送消息(SERIAL=0将INT数据放在DWORD型变量低16位；SERIAL=1将放在高16位)。

模块“SENGMSG”用来设置发送消息的个数，每个消息4 Byte，SIZE表示消息的个数，消息内容放在“g_msg”发送数据区。

赋予通信数据位号(如VT01，VT02)就可在操作画面查看及改变数据，从而监视和控制远程直流电源的运行。

6调试

调试过程中必须注意总线连接器的接线和控制器的复位操作，连接错误或者从站地址修改后不复位都会造成通信连接故障。数据处理中要注意数据类型的变化，特别是从32位DWORD型数据中读取16位INT数据时要注意高低字节的转换，否则无法读取正确的数据。

7结束语

Profibus-DP作为现场层的高速数据传送网络，成功应用于ECS100系统和直流电源控制器之间的通信，实现现场远端设备的启停及电源功率调节。

参考文献：

[1]罗红福.Profibus-DP现场总线工程应用实例解析.北京： 中国电力出版社,2008.

[2]阳宪惠.工业数据通信与控制网络.北京： 清华大学出版社,2003.

[3]阳宪惠.现场总线技术及应用.北京： 清华大学出版社，1999.

[4]冯地斌，吴波.Profibus现场总线技术.自动化与仪器仪表，2002(02)： 5-8，28.

[5]袁宇峰.现场总线技术在工业控制中的应用.船电技术，2004(03)： 46-48.

中图分类号：TP273

文献标志码：B

文章编号：1007-7324(2015)02-0059-02

作者简介：宁金龙(1979—)，男，2002年毕业于三峡大学电气工程及自动化专业，获学士学位，现就职于武汉凯迪研究总院，主要从事石油化工自动化仪表设计和调试工作，任工程师。

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