现场总线案例

现场总线技术因其巨大的技术优势，在工业控制系统得

到广泛应用。它主要解决了传统控制系统信息量有限集成能

力不强、开放性、可靠性不易保证等问题。Profibus可实现最高12Mbps的数据传输，适用于分散的外部设备和自控设备之间

的高速数据传输，Profibus－DP采用了统一的国际标准，使不同厂家的硬件、软件、通信规程、连接方式等互相兼容。这对于用户的操作、维修、扩展十分有利。

1 Profibus－DP现场总线技术简介

管端定径机为自动化控制生产设备，生产现场使用大量

的智能仪表和测量设备等，传统的通信方式是现场仪表与控

制室之间一对一的接线，这样不仅增加电缆的成本、安装和

维护费用，还有信号的可靠性常常达不到要求，影响生产效

率。因此我们选用PROFIBUS－DP现场总线技术，使现场仪表、传感器等可就近接入现场操作台内，从而减少大量接线

与电缆长度，提高传送数字信号的可靠性和抗干扰能力，增

加控制精度，大大简化自动化系统结构，提高操作和生产的

可靠性。

Profibus－DP现场总线技术是开放式、数字化、多点通信的

底层控制网，以现场总线为纽带，可以把单个分散的测控设备

变成网络节点，形成底层现场智能设备与高层的系统信息共

享，满足工业控制体系分布化、扁平化和智能化的发展要求。Profibus－DP适用于高速数据传输，尤其适用本案例中设备级

控制系统与分散式I/O的通信。

2项目架构

现场被控设备有1台管端定径主机、2条运输辊道、拨料装

置等。管端定径主机的定径行程和压力由工控机设定和显示，

行程由安装在主机上的直线位移传感器反馈显示，PLC通过

控制主机的比例阀使主机的压力达到我们的设定值。辊道是

通过控制变频器的频率来改变辊道运输速度。拨料装置上安

装有传感器，通过传感器反馈电流变化来控制拨料装置的升

降。因为被控对象较多且分布较散，所以监控系统必须是彻底

的分散和分布。

3 PLC网络系统

整个系统由两层网络构成：分别是现场设备层、监控层。

现场设备层是以Profibus－DP总线为基础，现场设备互连，集成了PLC系统的现场层分布式控制网络Infranet；监控层是处于

工业以太网Ethernet中，从现场设备中获取数据，完成各种控制、运行参数的监测、报警和趋势分析等功能，另外还包括控

制组态的设计。它通过专门的现场总线转换器实现现场总线

网段与以太网段的连接，这种方式使系统配置更加灵活，实现

分布式网络环境下的自动化系统。

为何要使用Ethernet，因为现场总线是专为工业现场层设

备通信设计，它只解决了底层自动化系统的信息集成问题，并

不适用于传输较大量的数据。而以太网设计初衷就是用于数

据处理的办公网，工业以太网可以达到很高的通信速率。利用

以太网的优点，结合PLC控制器及现场总线，就可以构成全分散、全开放的集散控制系统。

3．1自控系统网络建立

3．1．1现场层

Profibus－DP总线构成整个底层控制网络分别对各被控对

象的生产过程进行实时控制，总线包含PLC总站和DP从站。该

例中以西门子SIMA TIC S7系列PLC作为Profibus总站，PLC通

过交换机挂在Ethernet上；智能传感器、执行器、变频器等现场

级设备等作为从站，采用Profibus－DP协议对现场级设备、Profibus－DP通信模块、扩展I/O模块等与PLC进行通讯。若需增加被控对象，可根据实际需要在以太网上扩展PLC站（或别的

主站）形成新的总线即可，不影响已组建好的PLC站和各路总线。

3．1．2监控层

由一台工控机组成，可根据实际需求增设，互不影响。通

过Ethernet与各PLC站相互通信。工控机装有Step7控制软件，

该软件是西门子SIMATIC S7系列PLC的配套软件，负责系统

的硬件配置组态、软件编程、参数设置等。完成上位机站与下

位机PLC站的通信，需要使用Step7软件给Ethernet通信的各CP 模块分配好IP地址。监控站装有与西门子系列PLC配套的WinCC监控软件，实现系统的软件组态，即数据采集、数据记录、数据管理、报警、趋势、打印报表等工作。各操作员可通过

操作终端详细了解各设备运行情况，实现对现场设备的实时

监控，实现自动控制。

3．2系统配置及设备选型

系统采用Profibus－DP现场总线的典型应用产品，

SIEMENS与ABB公司产品。

3．2．1系统配置。

主站选择。选择S7－300系列的CPU 315－2 DP作为主站，

它备有一个DP和MPI接口，速率为9．6kbit/s 12mbit/s，数据传输1200m，可连接I/O数目：DI/DO1024 AI/AO 128。CP 343－1通讯卡实现PLC与Ethernet的相连。

从站选择。ET200M IM 153－1作为DP远程从站，通过

Profibus－DP总线与PLC主站通信，ET200M从站上挂有7个I/O 模块。运输辊道由ABB公司ACS800系列变频装置控制，该变

频器是全数字变频调速装置，具有通过V/F特性曲线的频率控

制和矢量控制功能，可构成开环或闭环调速系统。ACS800系

列变频器分别与ET200M站的I/O模块通信，与PLC之间实现数据交换。

3．2．2控制方案的效果

为了调试与维护方便PLC站点设置有手动、半自动和自

动控制方式。工控机通过Ethernet与各PLC站相互通信。人机界面监控系统可完成功能有：