西门子6ES7321-1BH50-0AA0接线图形

1  引言
         现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。目前，现场总线种类繁多，还没有统一的标准，每种总线都有其独特的产生背景和应用领域，影响比较大的有CAN总线、lonworks总线、hart总线、FF总线、rpofibus总线等。Profibus-dp主要应用于现场设备级，它的响应时间从几百微秒到几百毫秒，数据传输速率为9.6 kbps～12mbps。在济南国际机场航站楼的电力参数监控系统设计时，考虑到现场参数变量较多，位置分散，且对信号的实时性和抗干扰能力都要求较高，一般的监控网络很难满足系统要求，因此在系统的监控层选用profibus-dp通信网络完成系统的主控设备s7-300 PLC与分布的现场设备之间的数据通信工作。在s7-300 plc与带通讯卡的上位机之间采用了mpi通信方式。

2  系统网络拓扑结构
      根据在工业控制实际需要及其经费情况，系统的硬件组成通常有以下几种网络拓扑结构方案。
      (1)以plc或控制器作为一类主站，不设监控站，但调试阶段配置一台编程设备。该方案的plc或控制器完成通信管理、从站数据读写、从站远程参数化工作。
       (2)以plc或控制器作为一类主站，监控站通过串口与plc一对一连接。该结构方案的监控站不在profibus总线网络上，不是二类主站，不能直接读取从站数据合完成远程参数化工作。监控站所需的数据只能在plc控制器中读取。
     (3)以plc或控制器作为一类主站，监控站即二类主站连接到profibus总线网络上。该方案的监控站可以完成远程编程、参数化及在线监控功能。
     (4)使用pc机加profibus网卡作为一类主站，监控站与一类主站一体化。该方案成本较低，但要求pc机具有高可靠性、能长时间连续运行，如果pc 机出现故障，将影响整个系统的正常工作。另外，通信厂商通常只提供一个模板的驱动程序，总线控制、监控程序可能需要用户自己开发。
    (5)紧凑式pc机(compact computer)加profibus网卡加soft plc的结构形式。该方案中用紧凑式pc机取代了一般的pc机，使系统的可靠性大大增强。soft plc是将通用型pc机改造成一台由软件(软逻辑)实现的plc，这种软件将plc的编程及其应用程序运行功能，操作员监控站的图形监控开发、在线监控功能集成到一台紧凑式pc机上，形成一个plc与监控站一体的控制器工作站。
    (6)充分考虑未来扩展需要，如增加几条生产线和扩展出几条dp网络，车间要增加几个监控站等，好采用两级网络结构。

3  硬件组成
        在开发设计济南国际机场航站楼电力参数监控系统的过程中，根据系统本身性能的要求及其各种方案的优劣及其性价比，我们在网络拓扑结构方案2的基础上，加以改进，不再采用监控站通过串口与plc一对一连接，而是在监控站与plc之间采用通讯速率更高，更稳定的mpi通信方式，系统网络结构如图1所示。网络结构分为两层，上层为管理层，下沉为数据监控层。两层之间采用mpi-多点接口访问方式。上层管理层主要功能是从plc控制器中读取从站参数数据，利用力控上位机组态软件，设计友好的人机界面，连接读取的数据变量来完成对从站的监控工作。另外在管理层中，可以生成各种需要的数据报表、进行数据分析等工作。下层监控层在本实例系统中由两个相对独立的s7-300plc控制系统，每个控制系统由一个cpu314模块，cpu314上连接了四个通信模块cp342 -5，以及在每个cp342-5模块上连接的36个智能从站仪表构成，数据监控网络采用profibus网络通信方式，简单的分布结构，监控层主要完成与分布在工业现场的各个从站之间的数据通信，读取各个从站仪表的数据参数，存放在plc控制器的数据区中，供上位机读取访问。

4  软件设计
         profibus网络的节点连接采用lan(local area networks)插头。lan插头分为两种：一种不可以直接连接编程设备；另一种可以随时连接编程设备，对整个系统进行调试。在总线终端的lan插头处将终端电阻开关拨到on的位置，以减小网络信号传输干扰。
        在网络连接好之后，我们使用step7对整个网络进行组态。组态包括从站的硬件配置和网络设置两部分。在从站配置中，采用济南莱恩达网络仪表科技有限公司提供的具有profibus总线接口的pmm2000/pmm2100系列数字式微型多功能电力监测网络仪表作为智能从站，来监控现场设备的电流、电压、功率等各种电力参数，组态时需要设置它的网络地址，通讯速率以及输入输出参数长度等；网络设置时，需要设置相应通信模块cp342-5作为通信主站，同时设定它的profibus地址，通讯速率及mpi地址等参数。组态完毕后，编译无误，下载到plc控制器中去，即完成整个系统监控层的硬件组态开发设计。

4.1 系统程序设计
        开始设计系统软件程序时，首先新建一个的项目(例adc)，step7会自动建立s7程序的目录结构，并建立一个空的ob1，用来编写系统循环调用的主程序

        编写ob1时，双击打开ob1系统块，首先选择合适的编程语言，比如梯形图语言，根据工作任务要求调用系统提供的标准功能块，来完成从站的软件编程设计，如通过系统功能块可以完成分布从站仪表数据的接收及从站仪表是否在线工作诊断等。在主程序中，接收或发送数据使用db块。db块是用来存储系统数据的数据块，在db块使用之前，需要定义它的存储类型，大小等参数。在系统运行时，如果想在线监控db存储区中的数据，则可以建立一个数据变量表vat(如图3中的vat_1)，并在vat中添加需要监控的数据变量地址，程序在线运行时，即可观察到存储区的数据内容，这样整个监控层的就设计完毕，编译无误，即可与系统的网络组态分别下载到plc控制器中正常工作。
4.2 人机界面(hmi)的开发设计
        人机界面(hmi, human machine interface)的开发采用力控组态软件来完成。在设计过程中，首先需要开发专门的仪表驱动程序，并将其添加到力控组态软件的i/o驱动列表中。进行组态时，建立一个新的i/o设备连接，并设定好plc的属性，然后在力控实时数据库系统中进行数据连接组态。在profibus网络通信中，各从站的参数信息已传输到主站中，故只需建立起力控组态环境中的各个点参数与plc数据块中参数变量的对应连接，力控软件便可间接读取各个从站的参数信息，从而使组态画面完成对各个现场从站设备的监控。力控软件还提供了远程访问功能，使用户可以通过网络远程查看系统中各个现场设备的参数数据。

5  结束语
        济南国际机场航站楼电力参数监控系统已经投入运行，实践证明，该系统采用profibus网络技术来实现分布式监控，网络速度快、可靠性高、具有良好的可扩展性、抗干扰能力强、同时节约了安装、调试和设备维护的费用，提高了系统功能和管理水平。

  怎么去选择PLC，主要是确定PLC的生产厂家与型号。对于分布式系统、远程I/O系统，还需要考虑网络化通信的要求。
  确定PLC生产厂家，主要应考虑设备使用者的要求、设计使用者的习惯、熟悉程度、配套产品的一致性以及编程器等附加设备的通用性、技术服务等方面的因素。从PLC本身的可靠性考虑，原则上只要是国外大公司生产的产品，都不应存在此问题。
  作为作者的个人看法，一般来说，对于初次使用PLC的用户或者是用于控独立设备（单机控制）的场合，配套日本产的PLC产品，相对来说性能价格比有一定的优势，入门也较容易。对于系统规模较大、网络通信功能要求高、开放性好的分布式PLC控制系统，远程I/O控制系统，欧美生产的PLC可以为网络通信功能的发挥提供一定的便利。当然，产品的技术支持与服务、价格等因素也是选择PLC时所必须考虑的问题。
  在PLC生产厂家确定后，PLC的型号主要决定于控制系统的技术要求，在满足设备控制要求的前提下，必须考虑生产成本。
  从技术的角度考虑，以下指标是选择PLC型号时应引起注意的问题。
  1．CPU性能
  PLC的CPU性能主要涉及处理器的“位数”、运算速度、用户存储器的容量、编程能力（指令的功能、内部继电器、定时器、计数器的数量等）、软件开发能力、通信能力等方面。在使用特殊功能模块、特殊外部设备或是需要网络连接的场合，应考虑到CPU的功能与以上要求相适应。
  此外，在满足控制要求的前提下，CPU的价格也是需要设计人员考虑的问题之一，选择的PLC既要满足系统的功能要求，同时也应该充分利用其功能，避免不必要的浪费。
  2.1/0点数
  PLC的输入／输出点数是PLC的基本参数之一。I/O点数的确定，应以上述的I/O点汇总表为依据。在正常情况下，PLC的I/O点可以适当留有余量，但同时也必须考虑生产制造成本。对于以下情况，应适当考虑增加一定的I/O余量。（信息来源：www.d）
  ①控制对象的部分要求不明确，存在要求改变可能；
  ②I/O点统计不完整，设计阶段或者现场调试时可能增加I/O点：
  ③PLC扩展较困难，但控制系统存在变动可能性；
  ④使用环境条件相对较差，PLC工作负荷较重：
  ⑤维修服务不方便，配件供应周期较长。
  I/O点（包括程序存储器容量）的余量选择无规定的要求，更没有固定的计算公式，一切都必须根据实际情况进行，避免教条主义，这样才能做到科学与合理。
  3．功能模块的配套
  选择PLC时应考虑到功能模块配套的可能性。选用功能模块涉及硬件与软件两个方面。在硬件上，首先应保证功能模块可以方便地与PLC进行连接，PLC应有连接、安装位置与相关接口、连接电缆等附件。在软件上，PLC应具有对应的控制功能，可以方便地对功能模块进行编程。
  4．通信能力
  对于分布式PLC控制系统、远程I/O控制系统，PLC的通信功能是必须考虑的问题。而对于集中控制系统或单机控制系统，既要考虑到用户现有外部调试设备等的正常使用，还应考虑到用户管理水平的提高与技术发展的可能性。增强通信功能，既是信息技术发展的基本要求，也是当前PLC的技术发展方向之一。因此，在选择PLC通信能力方面，应有一定的超前蒽识，保留系统的发展空间。