保定西门子PLC总代理商

保定西门子plc总代理商

　 自动化控制、计算机、通信、网络等技术的发展，导致了自动化领域的深刻变革。信息技术的飞速发展，使得自动化系统结构逐步形成全分布式网络集成自控系统。现场总线（fieldbus）正是顺应这一形势发展起来的新技术。现场总线是应用在生产现场、微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。现场总线控制系统fcs（fieldbuscontrolsystem），是继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统dcs后的基于现场总线的新一代控制系统。目前，比较具有影响力的现场总线有：基金会现场总线（ff，foundationfieldbus）、lonworks、profibus、can和hart等等。其中，profibus是当前为流行的现场总线技术之一。

　　profibus是德国90年代初制定的国家工业现场总线协议标准,代号din19245。profibus于1996年成为欧洲标准en50170，1999年底成为iec61158的组成部分，已被全世界接受。

　　profibus根据应用特点可分为profibus-dp，profibus-fms，profibus-pa三个兼容版本。

　　profibus-dp：经过优化的高速、廉价的通信连接，专为自动控制系统和设备级分散i/o之间通信设计，使用profibus-dp模块可取代价格昂贵的24v或0～20ma并行信号线，用于分布式控制系统数据传输。

　　profibus-fms：解决车间级通用性通信任务，提高大量的通信服务，完成中等传输速度的循环和非循环通信任务，用于纺织工业、楼宇自动化、电气传动、传感器和执行器、可编程程序控制器、低压开关设备等一般自动化控制。

　　profibus-pa：专为过程自动化设计，标准的本征安全的传输技术，实现了iec1158-2中规定的通信规程，用于对安全性要求较高的场合及由总线供电的站点。

1 profibus基本特性

1.1 协议结构

　　profibus协议的结构定向根据iso7498以开放系统互联网络osi为参考模型。profibus协议结构采用osi的层、第二层和第七层。物理层定义了物理特性，它上接数据链路层，下连媒介。发送时物理层编码并调制来自数据链路层的信息，用物理信号驱动媒介。接收时物理层用来对媒介的信号进行解调和解码。数据链路层定义总线存储协议，执行总线通信规则，处理出错检测、出错恢复、仲裁和调度。应用层定义了应用功能，完成信息指令的翻译，掌握数据的结构和意义。用户层是数据和应用软件。

1.2 传输技术

　　由于单一的传输技术不可能兼顾传输可靠性、传输距离和高速传输等要求，profibus提供三种类型：dp和fms的rs485传输;pa的iec1158-2传输;光纤（fo）传输。profibus-dp和profibus-pa之间可通过dp/pa耦合器（coupler）或链接器（bbbb）相连接。

1.3 存取协议

　　profibus的dp，fms，和pa均使用单一的总线存取协议，通过osi参考模型的第二层实现，包括数据的可靠性以及传输协议和报文的处理。profibus总线存取协议包括主站之间的令牌传递方式和从站之间的主从方式。任意时刻只能有一个主站拥有令牌，直到该主站的时间片用完或已无信息传递，才将令牌按一定的环路传给下一个主站。这样保证每个主站在一个有限时间内得到总线的控制权。同时主站与从站采用轮询（polling）存取方式，这样系统配置可能实现下列三种：纯主-从系统;纯主-主系统;混合系统。

2 simatics7-200系列plc的基本通信方式

　　simatics7-200系列plc适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。s7-200系列的强大功能使其无论是独立运行还是相连成网络皆能实现复杂控制功能。此系列plc的cpu型号有：cpu221，cpu 222，cpu 224，cpu 226和cpu 226xm。本控制系统采用cpu224，它具有四种通讯方式：

　　一：ppi方式

　　ppi通讯协议是通过普通的两芯屏蔽双绞电缆进行联网，物理上采用rs485电平，波特率为9.6kbit/s，19.2kbit/s和187.5kbit/s。ppi通讯网络是一个令牌传递网。

　　二：mpi方式

　　s7-200可以通过内置接口连接到mpi网络上，波特率为19.2kbit/s，187.5kbit/s。s7-200cpu在mpi网络中作为从站，它们彼此间不能通讯。

　　三：自由通讯方式

　　s7-200可以由用户自己定义通讯协议，与任何通讯协议公开的其它设备、控制器进行通讯。波特率高为38.4kbit/s（可调整）。

　　四：profibus-dp网络

　　在s7-200系列的cpu中，都可以通过增加em277扩展模块的方法支持profibusdp网络协议。高传输速率可达12mbit/s。

3现场信号与系统监控软件之间的连接桥梁——opc

　　现场总线作为开发的控制网络能实现现场设备之间、现场设备与控制室之间的信号通信。当现场信号传至监控计算机之后，如何实现计算机内部各应用程序之间的信息沟通与传递，即如何让现场信息出现在计算机的各应用平台上，opc完美地解决了此类信息传递问题。opc（olefor process control）是过程控制中的对象链接嵌入技术，建立在bbbbbbs的对象链接嵌入（ole，bbbbbbbbbbing and bbbbbding）、部件对象模块（com，component bbbbbbmodel）、分布部件对象模块（dcom，distributed component bbbbbbmodel）技术的基础上进行开发的。opc是一个开放的接口标准、技术规范。它的作用就是为服务器/客户的链接提供统一、标准的接口规范。按照这种统一规范，各客户/服务器之间可组成如图1所示的链接方式，各客户/服务器间形成即插即用的简单规范链接关系。

  plc

图1

　　有了opc作为通用接口，就可把现场信号与上位机监控、人机界面软件方便地链接起来，还可以把它们与pc机的某些通用开发平台链接起来，如vb,vc++,excel等。这样给我们开发上位机监控软件带来很大的方便。

4 系统实例简介

　　在石油工业中，由于控制的复杂性、现场多种设备相互之间存在干扰以及系统可靠性要求高等特点，所以在实际应用中常采用高可靠性的中央控制器如plc和现场总线技术如profibus。在智能发油控制系统中就是采用simatics7-200 cpu224控制发油泵，并通过profibus-dp现场总线由工控机（或pc机）进行监控。

4.1 智能发油控制系统组成

　　本系统是由profibus-dp构成的单主站系统，具有简单设备一级的高速数据传输特性。系统组成如图2所示。

plc

图2

　　（1）整个控制系统连接在两路profibus-dp总线上，每路总线包含一个总站和20个dp从站，两个总站和开票机构成局域网，主站和从站之间为主从关系。

　　（2） 两个工控机主站和发票机通过tcp/ip协议，组成局域网。

　　（3）系统以simatic工控机作为dp类型2主站，通过现场总线接口卡cp5611使工控机与profibus-dp总线相连，能完成组态、运行、操作等功能。主站上的应用程序与cp5611的信息传递采用opc通用接口服务软件实现。

　　（4） 每个从站完成对两路发油系统的监控和控制，采用simatic s7-200系列cpu224模块，通过em277扩展模块以dp从站形式接入profibus-dp网络，按主/从模式向上位机发送数据。

4.2 智能发油控制系统的软件设计

　　软件部分包括bbbbbbs 2000操作系统、simatic opc接口服务软件、主站监控软件和从站编程软件。

4.2.1 从站发油控制系统plc通信接口软件设计

　　从站发油控制系统的plc采用了simatics7-200的配套编程工具step7，完成硬件组态、参数设置、plc程序编制、测试、调试和文档处理等功能。通常用户程序由组织块（ob）、功能块（fb、fc）和数据块（db）构成，其中ob是系统操作程序与应用程序的接口界面，用于控制程序运行;fb、fc是用户子程序;db是用户定义的数据存储区，在本系统中它是上位机监控软件与step7程序的数据接口点，配置与其相对应的db块就可实现上位机监控软件opc与step7程序的数据接口。其通信接口程序如下。

　　call “dp-send”

　　cpladdr：=w#16#170

　　send ：=p#db1.dbx0.0 byte240

　　done ：=m0.0

　　error ：=m0.1

　　ststus ：=mw1

　　call dp-recv

　　cpladdr：=w#16#170

　　recv ：=p#db2.dbx0.0 byte240

　　ndr ：=m128.0

　　error ：=m128.1

　　status ：=mw46

　　dpstatus：=mb120

　　l db2.dbw 0

　　l 0 == i

　　jc m001

　　call fc 63

　　m001: nop 0

　　call fc 64

4.2.2 主站通信接口软件设计

　　工控机作为主站，是通过通讯卡cp5611与从站进行数据交换的。选择操作系统控制面板的set pg/pa interface选项，对其硬件进行设置，可自动完成总线各部分配置。但对于自行开发的、带有profibus-dp接口的从站，需要自己编写一个＊.gsd文件加入到配置库中。本系统将em277的gsd文件加入至opc服务接口配置库中，完成对总线配置后，即生成一个ldb文件供系统运行使用。

4.2.3 工控机人机界面设计

　　工控机的人机界面设计，即发油控制管理系统，以bbbbbbs2000操作系统作为平台，通过标准通讯接口opc，采用microsoftvc++程序设计语言编制程序，完成系统的控制要求，实现对油库的储运收发过程进行监控和管理。开票机开出发票后，通过局域网将信号传给发油机，发油机则使用profibus-dp网通知下位机plc，由plc控制油泵，并检测油量计和温度，自动完成发油过程。图3为发油机主程序流程图。图4为plcs7-200主程序流程图。

plc

图3

图4

5 结束语

　　工程实践证明,本控制系统采用profibus-dp网络技术实现分布式控制,网络速度快、可靠性高、开放性好、抗干扰能力强，给安装、调试和设备维护带来方便，提高了生产效率和管理水平。这种网络体系具有较高的性能价格比，并能根据用户要求扩展至较大的系统。

、现场总线控制系统的概念（fcs）

现场总线控制是工业设备自动化控制的一种计算机局域网络。它是依靠具有检测、控制、通信能力的微处理芯片，数字化仪表（设备）在现场实现彻底分散控制，并以这些现场分散的测量，控制设备单个点作为网络节点，将这些点以总线形式连接起来，形成一个现场总线控制系统。它是属于底层的网络系统，是网络集成式全分布控制系统，它将原来集散型的dcs系统现场控制机的功能，全部分散在各个网络节点处。为此，可以将原来封闭、专用的系统变成开放、标准的系统。使得不同制造商的产品可以互连，是dcs系统的更新换代，大大简化系统结构，降低成本，更好满足了实事性要求，提高了系统运行的可靠性。不同通信协议的现场总线控制系统一般通过工业pc机内总线插槽的pc接口板与现场总线网段连接。图中所示为具有pc1接口卡的现场总线系统，每个接口板可带4条总线网段，为了系统可靠安全，冗余设置了两台相同的pc机。图中plc为用于联锁系统开关量控制的程序控制器。

  plc

二、现场总线控制系统的组成

现场总线控制系统由测量系统、控制系统、管理系统三个部分组成，而通信部分的硬、软件是它有特色的部分。 plc

1、现场总线控制系统：

它的软件是系统的重要组成部分，控制系统的软件有组态软件、维护软件、仿真软件、设备软件和监控软件等。首先选择开发组态软件、控制操作人机接口软件mmi。通过组态软件，完成功能块之间的连接，选定功能块参数，进行网络组态。在网络运行过程中对系统实时采集数据、进行数据处理、计算。优化控制及逻辑控制报警、监视、显示、报表等。

2、现场总线的测量系统： plc资料网

其特点为多变量高性能的测量，使测量仪表具有计算能力等更多功能，由于采用数字信号，具有高分辨率，准确性高、抗干扰、抗畸变能力强，同时还具有仪表设备的状态信息，可以对处理过程进行调整。

3、设备管理系统：

可以提供设备自身及过程的诊断信息、管理信息、设备运行状态信息（包括智能仪表）、厂商提供的设备制造信息。例如fisher—rosemoune公司，推出ams管理系统，它安装在主机算机内，由它完成管理功能，可以构成一个现场设备的综合管理系统信息库，在此基础上实现设备的可靠性分析以及预测性维护。将被动的管理模式改变为可预测性的管理维护模式ams软件是以现场服务器为平台的t型结构，在现场服务器上支撑模块化，功能丰富的应用软件为用户提供一个图形化界面。

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4、总线系统计算机服务模式：

以客户机/服务器模式是目前较为流行的网络计算机服务模式。服务器表示数据源（提供者），应用客户机则表示数据使用者，它从数据源获取数据，并进一步进行处理。客房机运行在PC机或工作站上。服务器运行在小型机或大型机上，它使用双方的智能、资源、数据来完成任务。

5、数据库： plc资料网

它能有组织的、动态的存储大量有关数据与应用程序，实现数据的充分共享、交叉访问，具有高度独立性。工业设备在运行过程中参数连续变化，数据量大，操作与控制的实时性要求很高。因此就形成了一个可以互访操作的分布关系及实时性的数据库系统，市面上成熟的供选用的如关系数据库中的orad，sybas，inbbbbix，s；实时数据库中的infoplus，pi，onspec等。 plc

6、网络系统的硬件与软件：

网络系统硬件有：系统管理主机、服务器、网关、协议变换器、集线器，用户计算机等及底层智能化仪表。网络系统软件有网络操作软件如：netwarc，lanmangger，vines，服务器操作软件如lenix，os/2，bbbbbbnt。应用软件数据库、通信协议、网络管理协议等。 plc资料网

三、现场总线控制系统的特点 plc资料网

1、在功能上管理集中，控制分散，在结构上横向分散、纵向分级。

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2、要有快速实时响应能力，对于工业设备的局域网络，它主要的通信量是过程信息及操作管理信息，信息量不大，传输速率不高在1mps以下，信息传输任务相对比较简单但其实时响应时间要求较高为0.01—0.5s。所谓实时性是在网络通信过程中能在线实时采集过程的参数，实时对系统信息进行加工处理，并迅速反馈给系统完成过程控制，满足过程控制对时间限制的要求。除了控制管理计算机系统的外部设备外，还要控制管理控制系为统的设备，并具有处理随机事件能力。实际操作系统应保证在异常情况下及时处置，保证完成任务，或完成重要的任务，要求能及时发现纠正随机性错误，至少保证不使错误影响扩大，应具有抵制错误操作和错误输入信息的能力。实现现场总线控制系统实时性的主要措施为： plc

（1）osi协议中7层都是提供高度的功能性服务，为此降低了通信流量和增大传输时间，因而影响实时响应能力。因此将osi七层通信协议，采取不同程度的简化，减少由于层间转换的复杂性，而影响实时响应能力。现场总线控制系统的通信协议一般为物理层、链路层、应用层，再增加一个用户作为网络节点，互连成底层总线网。如prufibus总层的四层结构。

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（2)）把基本控制功能下放到现场具有智能的芯片或功能块中，使控制功能彻底分散，直接面对对象，接口直观简、结。把同时具有控制、测量与通信功能的功能块，与功能块应用进程，作为网络节点，互连成底层总线网。如prufibus总线系统，按照主站、从站分，把底层的通信及控制集中在从站来完成。各公司厂商提供较齐全的各类主站与从站列芯片，实现起来简单又便宜。有如lonworks虽然通信协议与osi相同为七层，但全部固化在一个神经芯元片中，不需要经网络传输，同样可加快实时响应能力，同时应用程序定义一个特殊对象��网络变量存在于神经元芯片rom中，它是在节点代码编译时确定，将不同节点。同类型的网络变量连接起来进行自控，大大简化了开发和安装分布系统过程。

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（3）介质访问协议：一般采用令牌传递总线访问方式（tokenbus）既可达到通信快速的目的，又可以有较高的性价比，对于多路访问冲突检测（csma/cd）方法，虽然通信管理上较为简单，但并不能完全避免碰撞现象，实现冲突检测比较复杂，此外在线路中常态干扰与差错往往和碰撞难以区别，因此对现场总线控制系统实时性要求较高的场合，并不十分适合。所以大部分总线控制系统均为令牌传递访问。只有lonworks采用改进型的，即带预测p的csma访问方式。当一个节点需要发送信息时，先带预测P测一下网络是否空闲，有空闲则发送，没有空闲则暂时不发，这样就避免了碰撞减少了网络碰撞率，提高了重载时的效率。并采用了紧急优先机制，以提高它的实时性与可靠性。 plc

（4）通信方式：一般分调度通信和非调度通信多数为调度通信，用于设备间周期性传输，控制的数据预先设定。非调度通信用于参数设置、设备诊断报警处理。从其功能上分，有主站与从站区分。从站仅对收到信息时确认或当主站发出请求时向它发信息，所以只需总线协议一小部分，既经济，实时性也强。

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3、产品要具有互操作性

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各制造商产品要通过所属各类总线制协议符合其规定的osi标准一次性测试，及互操作性测试，并以专门测试中心认证。为了提高其可靠性，还要经过在恶劣环境下鲁棒测试。接口技术采用了oem集成方法构成产品，可以实现数据开放式传输。

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因此，对于同一类型协议的不同制造商产品可以混合组态与调用为一个开放系统，使它具有互操作性。

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4、要求具有较高可靠性措施： plc资料网

（1）硬件经过严格挑选，采用专用芯片（asic）和表面安装技术（smt）。 plc资料网

（2）系统软件选用成熟适合实际需要的简单易用软件，及好的工具软件。应用软件采用功能模块化设计，定义清晰明确。 plc资料网

（3）可通过在线可快速排除故障，强化硬件可修复性，如i/o模板可带电插拔，且诊断故障显示，故障时部件自动隔离等

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（4）软件上分离化体系结构及各过程站有地域上各自独立的局部数据库。并经过通信网络在逻辑上形成全局数据库。

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（5）有多级安全措施，采用容错技术与冗余技术。 plc

四、现场总线控制系统（fcs）代表性通信协议标准

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从80年就开始制订统一标准。83年iec/sc65b/wg6国际电工委员会生产过程计算机系统分会的通信分会，制订了proway通信协议，主要是将iso的osi参考模型由原来七层改为五层。此时同时不同行业还陆续出现了许多总线标准，其中有影响的有以下几种：基金会现场总线lonworks profibus can hart .