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西门子S7-400HPLC在PROFIBUS网络系统中的应用

文中用西门子S7-400HPLC完成联锁功能，构成PROFIBUS-DP/MPI分布式网络系统，这样整个联锁系统安全可靠。通过介绍DP/MPI网的概念和实现，结合唐山钢铁公司焦化站联锁实例，着重阐明用PLC实现DP/MPI网络，以解决该联锁系统中分布式输入输出等。经现场调试、安装，整个网络运行良好，安全可靠地实现和完成车站信号联锁系统的联锁功能，应用前景很好。

引言

车站联锁系统是铁路信号系统中的一个重要组成部分，它的主要任务是控制车站中的信号机和道岔，并且对信号灯状态进行处理和对进路进行选择等。随着铁路信号系统的信息化发展，微机联锁系统必然取代旧式的电气联锁系统。

就国内外现状来看，大多采用上、下位机的办法来实现对车站信号的控制；有些微机联锁系统中，下位机主要实现数据的采集、命令发送、数据输出等，而把主要的联锁功能置于上位机，这样一来，上位机负担太重，一旦上位机产生故障，不能保证系统的安全性、可靠性。如果能够将联锁功能块置于下位机，下位机安全性、可靠性比较高，那么整个系统

的安全性、可靠性就能够得到有效保证。

在以前的微机联锁系统中，用工业控制机作为下位机，实现联锁功能，但不能保证系统冗余，这样就不能保证整个系统的安全性、可靠性。就要不断更新和研究，寻求更完善的、更可靠的硬件、软件环境，以提高系统性能和安全系数。用西门子PLC完成联锁功能，构成PROFIBUS-DP/MPI分布式网络系统，这样整个联锁系统安全可靠。

PROFIBUS现场总线技术是随全数字信号系统的发展而产生的，是由德国组织开发的工业现场总线协议标准——PROFIBUS现场总线标准(DIN19254)。

PROFIBUS是近年来上为流行的现场总线，也是目前数据传输率快的一种现场总线(传输率可达12M波特)，在很多领域内广泛应用。它是不依赖于生产厂家的、开放式的现场总线，各种各样的自动化设备均可通过同样的接换信息。

PROFIBUS-DP(DistributedI/OS-分布系统)是一种经过优化的模块，有比较高的数据传输率，适用于系统和外部设备之间的通信，远程I/O系统尤为适合。它允许高速度周期性的小批量数据通信，适用于对时间要求比较高的自动化场合。

笔者将以S7-400HPLC为例，结合其在铁路信号中的应用，探讨实现PROFIBUS-DP/MPI网络系统原理和方法。

PROFIBUS-DP/MPI网的性质和特点

PROFIBUS-DP适用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理等。

DP网的协议结构

PROFIBUS定义了各种数据设备连接的串行现场总线的技术和功能特性，这些数据设备可以从底层(如传感器、执行器层)到中间层(如车间层)广泛分布。

PROFIBUS连接的系统由主站和从站组成。主站一般要复杂些；从站为简单的外围设备，典型的从站为传感器、执行器及变送器，它们没有总线控制权，仅对接收到的信息给予回答，或者主站发出请求时回送给主站相应信息。从站只需要协议的一小部分，实现起来非常方便。

PROFIBUS协议结构是根据ISO7498标准，以开放式系统互联网络(OpenSystemInterconnection，OSI)作为参考模型，该模型共有7层，PROFIBUS-DP定义了其中的、二层和用户接口。第3到7层未加描述。

图1为ISO/OSI参考模型与PROFIBUS体系结构比较。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。物理层采用EIARS-485双绞线或光纤，连接器采用RS-485标准的9针D型插座。数据链路层提供了介质存取控制功能、数据的完整性检查以及传输执行的协议，在PROFIBUS中称第2层为现场总线数据链路(FDL)(包括介质访问存取控制(MAC)子层、现场总线链路控制(FLC)子层、现场总线管理(FMA1/2)子层)，采用混合介质存取协议，对应于DIN(E)19245，支持单主或多主系统，主或从设备，大站数为126。它包括主站之间的数据传输的令牌环方式和从站之间的主-从方式。PROFIBUS第7层包括底层接口(LLI)、现场总线信息规范(FMS)和现场总线管理(FMA7)。

图1　ISO/OSI参考模型与PROFIBUS体系结构比较

图2为PROFIBUS-DP数据传输示意图，即主站发送请求，访问DP从站，其中包括帧格式；从站收到请求信息后，立即响应主站，并回送响应帧。

图2　PROFIBUS-DP用户数据传输

  在 S7-1500 自动化系统中，必须区分以下两种不同电源：

    = 系统电源 (PS)

   系统电源连接到背板总线（U 型连接器）并专门为背板总线提供内部所需的系统电压。这种系统电压将为模块电子元件和LED 指示灯供电。 CPU 或接口模块未连接到24 VDC 负载电流电源时，系统电源还可以为其供电。

    = 负载电流电源 (PM)

    负载电流电源为模块的输入/输出电路以及传感器和执行器进行供电。 在某些情况下还需要使用负载电流电源为CPU 和系统电源提供 24 VDC 电压。 在通过系统电源为背板总线提供电压时，可选择为 CPU 提供 24 VDC 电压。

    = 各个模块用电功率的自动诊断

  有了这个功能，能够让我们方便的了解到系统的电源配置的科学性和合理性，这个功能集成在博途软件中，需要和S7-1500配合使用。

Figure9模块用电功率的自动诊断

    = 机架支持的模块数量

   S7-1500机架可以支持32个模块，为了保证所有的模块都能够可靠的接受供电，S7-1500机架支持3组的电源分段。以前S7-300系统机架只支持8个信号模块的时代已经一去不复返了

西门子6ES7214-1HG40-0XB0参数详细

使用PZD传送装置内部数据

1．1 6SE70中的实现方法与常用连接器
根据《6SE70使用大全V3.4使用大全》功能图125，参数P734.01~P734.16为变频器发送给DP主站的16个PZD字的参数化接口。P734.01默认值为K0032，代表通过*个PZD将状态字1发送的DP主站。同理若要求用第3个PZD将变频器输出电流值传给DP主站，则P734.03 = K0022（OutputAmps）；这样在DP主站侧所接收的第3个PZD的数值就是变频器输出电流。如图1.1所示，可以通过参数r735.01到.16来从变频器侧读数所发送的数值。

图1.1 6SE70过程数据PZD参数化接口

常用连接器号：
KK0020     实际速度
K0023        输出电压
K0025        直流母线电压
K0030        控制字1
K0031        控制字2
K0032        状态字1
K0033        状态字2
（更多内容请参考《6SE70使用大全V3.4使用大全》连接器表）

1．2 6RA70中的实现方法与常用连接器
根据《 6RA70系列V3.1全数字直流调速装置中文说明书》功能图Z110，参数U734.01~U734.16为调速器发送给DP主站的16个PZD字的参数化接口。如图1.2：默认的U734.01=K0032（状态字1），U734.02=K0167（实际转速），U734.04=K0033（状态字2），若想要用第5个PZD将调速器器输出实际电枢电压值传给DP主站，则U734.05 = K0291；这样在DP主站侧所接收的第5个PZD的值就是实际电枢电压值。

图1.2 6RA70 过程数据PZD参数化接口

常用连接器号：
K0107     6 个电流波头的平均值
K0118     电枢电流给定值
K0265     励磁电流调节器输入的实际值
K0030     控制字1
K0031     控制字2
K0032     状态字1
K0033     状态字2
（更多内容请参考《 6RA70 系列V3.1全数字直流调速装置中文说明书》连接器表）

 本文主要介绍了在不使用分屏器的情况下，通过 WinCC 项目中的设置，实现简单的分屏操作。两台显示器分别显示不同的WinCC 画面，独自操作，互不影响。

试验环境 ：

      本文试验时所用硬件及软件环境：

        1         WIN7 操作系统
        2         WinCC V7.2 +  update3
        3          PC 机,支持连接两台显示器的显卡，除了本机显示器外，外加一台带有 DVI 接口的显示器。

设置步骤 ：

        1 通过 DVI电缆连接第二台显示器。
 
        2  PC 机中扩展桌面设置：

       显示器 1 分辨率1920 X 1048
        显示器 2 分辨率1280 X 1024

        图 01. 扩展桌面设置

       3  打开 WinCCV7.2 软件，创建一个 WinCC 项目，创建 NewPdl1 作为初始画面，创建画面2（NewPdl2），创建画面 3（NewPdl3）。初始画面中放置两个画面窗口控件，画面窗口1（PictureWindow1），画面窗口 2 （PictureWindow2）。
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         图 02. 放置画面窗口  

    设置主画面 NewPdl1 的属性，可以隐藏主画面：

           图 03. 主画面 NewPdl1 的属性设置     设置画面窗口 1（PictureWindow1）属性，调整大小，画面名称选择画面 2（NewPdl2）， 独立窗口，显示器 1：

         图 04. 画面窗口 1（PictureWindow1）属性设置

        图 05. 画面窗口 1（PictureWindow1）属性设置    设置画面窗口 2（PictureWindow2）属性， 调整大小，画面名称选择画面 3（NewPdl3），独立窗口，显示器 2：

       图 06. 画面窗口 2（PictureWindow2）属性设置       4     画面 2（NewPdl2），画面 3（NewPdl3）大小设置：
 
  画面 2（NewPdl2）根据显示器1 的大小设置：

         图 07. 画面2（NewPdl2）大小设置

   画面 3（NewPdl3）根据显示器2的大小设置：

  图 08. 画面3（NewPdl3）大小设置    创建 WinCC 项目其他画面，变量，报警等，正常运行激活，就可以实现在两台显示器中各自显示独立的画面窗口画面，实现分屏功能。显示器及画面大小根据自己需求而定。

      运行结果 ：
    
           图 09. 左侧为显示器 1中的画面，右侧为显示器 2中的画面
         
 注意：
     
    本方法属于比较简单的实现分屏方法，对硬件要求不高， 简单实现两个屏幕分屏