基于S7-1200 PLC的DP总线通信技术在马里古伊那水电站泄洪冲沙孔门机上的应用

(中国水利水电第十六工程局有限公司，福建 福州 350003)

1 概 述

古伊娜水电站位于马里共和国的塞内加尔河上，属于一带一路中的重点建设工程，该工程中的泄洪冲沙孔2×160kN门式启闭机(以下简称门机)用于操作泄洪冲沙孔检修闸门。电控柜布置在门机的上平台机房内(见图1)，司机室位于门机中横梁上。司机室和电控柜之间有操作、保护、指示等大量的信号需要传输，考虑到司机室和机房位置相对较远，不便于大量电缆的敷设，为简化门机的控制线路，控制系统的PLC设计了主、从站通信。主、从站分别采用一套S7-1200 PLC,其中主站设在机房的PLC柜内，从站设在司机室内。

图1 门机侧视图

2 DP通信模块介绍

S7-1200系列PLC之间的DP通信通过主从站的PROFIBUS-DP通信模块实现，主站的PLC配置CM1243-5 DP主站模块，从站的PLC配置CM1242-5 DP从站模块(见图2)。S7-1200的PROFIBUS-DP通信传输速率从9.6K到12M可任选。

图2 控制系统硬件配置

DP通信模块数据区的大小：CM1243-5 DP主站模块最大1024字节，其中输入区和输出区均为最大512字节。CM1242-5 DP从站模块输入区和输出区均为240字节。

DP通信模块的供电：CM1243-5 DP主站模块通过背板总线为其提供电源，不再需要另外的电源接入，CM1242-5 DP从站模块必须通过自身附带的电源连接器为其供电(DC24V)。

DP通信模块之间的电气连接：CM1243-5 DP主站模块和CM1242-5 DP从站模块通过RS485网络总线连接器(俗称DP头)连接到 PROFIBUS-DP网络，9 针D型头的引脚分配，见图3，一般只需使用第3脚和第8脚。

图3 DP通信端口的引脚分配

3 网络组态

为便于组态，需注意西门子的软件版本要求，S7-1200的CPU固件版本从V2.0开始才支持PROFIBUS-DP通信，本项目主从站的PLC版本均为V4.2。使用STEP7 Basic V11或使用STEP7 Professional V11 可对S7-1200做PROFIBUS-DP通信组态，本项目是通过博途V14来组态的。

先根据图2的硬件配置图对主站进行组态，主站包括一个主站模块(CM1243-5 DP)、一个CPU(CPU1212C)、两个数字量输入输出模块(SM1223)，见图4。

图4 主站组态

用同样的方法对从站进行组态，从站包括一个从站模块(CM1242-5 DP)、一个CPU(CPU1212C)、一个数字量输入输出模块(SM1223)。

最后通过DP通信模块对主从站之间进行DP组态，见图5，紫色的是PROFIBUS-DP网络，绿色的是PROFINET网络。根据本项目的设计要求，需在主站的CPU上通过PROFIBUS-DP连接一个倍加福绝对值编码器(PVM58系列),用于检测门机吊钩的实际高度。在从站的CPU上通过PROFINET连接一个西门子触摸屏(TP1200),用于人机界面(Human Machine Interaction，HMI)。

图5 控制系统网络视图

4 传输区设置

打开从站设备视图，双击CM1242-5 DP从站模块，进入操作模式，选择智能从站通信，在出现的传输区域中，新增“传输区_1”和“传输区_2”，双击左边的智能从站通信，进入传输区_1的详细设置。可见数据交换双方的伙伴是CM 1243-5(即主站的DP模块)，本地是CM 1242-5(即从站的DP模块)。伙伴的地址类型为Q，起始地址为5(因为主站已经用了Q1～Q4)。本地的地址类型为I，起始地址为200，长度10，单位是字节，这就完成了主站QW5到QW14传输至从站IW200到IW209的数据传输 。数据交换的原理是把主站的I点(IW0到IW9)通过主站PLC中的MOVE指令转换至QW5到QW14，然后通过以上设置传输至从站的I点(IW200到IW209)。

同理进入传输区_2的详细设置，伙伴的地址类型为I，起始地址为124(因为主站已经用了IW0至IW9)。本地的地址类型为Q，起始地址为120，长度20，单位是字节，这就完成了从站QW120到QW139传输至主站IW124到IW143的数据传输 。数据交换的原理是把从站的I点(IW0到IW19)通过从站PLC中的MOVE指令转换至QW120到QW139，然后通过以上设置传输至主站的I点(IW124到IW143)。

通过以上步骤就把主站的I点传输到了从站的I点，把从站的I点传输到了主站的I点，见图6。

图6 数据传输详图

5 编程实例

在主站对PLC编程时，需要用到直接接入从站的I点(比如来自联动台的故障复位按钮I2.4)，可直接在主站程序里输入I126.4。同理在从站对PLC编程时，需要用到直接接入主站的I点(比如来自电源柜总接触器的I0.0)，可直接在从站程序里输入I200.0。

6 结 语

S7-1200系列PLC以其强大的通信功能闻名于世，通过专用的PROFIBUS-DP模块，可以轻松地将CPU连接到各类DP网络中，本文所述的仅是S7-1200之间的DP通信方法，而且S7-1200系列CPU自带的PROFINET接口支持以太网和基于TCP/IP和UDP的通信标准，物理接口就是支持10/100M的RJ45口，支持电缆交叉自适应，因此一个标准的或是交叉的以太网线都可以用于这个接口，与编程设备、HMI、以及CPU之间的通信非常方便。