基于现场总线与以太网互联的工业网络应用(组态部分)

基于现场总线与以太网互联的工业网络应用(组态部分)

自动化与能源工程学院，电气工程及其自动化，冯国勤

指导教师：张惊雷，讲师，自动化与能源工程学院

摘要：本文以电梯远程监控系统为例，介绍了一种基于PROFICBUS现场总线的控制系统。系统的组态及用户程序的编写由STEP7软件完成，上位机监控利用WinCC软件实现。本文叙述了如何利用WinCC建立监控画面，并使监控画面根据现场实际情况动态显示的过程，详细介绍了通过WinCC 组态监控系统，创建动态人机界面，实现过程监控的具体步骤。由于采用统一的开发组态软件，系统更容易组态、管理和维护。本系统还可以接入标准以太网，实现电梯运行过程的远程监控。

关键词：现场总线，PROFIBUS-DP，STEP-7，WinCC组态软件

The Application of Industrial Network Based on Fieldbus and Ethernet Interconnection (The configuration Section)

Abstract: In this paper，a remote elevator monitoring system based on PROFIBUS is introduced. The configuration and programming are accomplished with STEP7 software. The monitoring and controlling of processes is implemented with WinCC configuration software. The thesis analyzed how to establish monitoring forms and to display dynamic field data on these forms. The processes of using WinCC software to establish a dynamic HMI (Human Machine Interface) and monitoring project are stated in detail. Since the uniform software platform is adopted， the configuration， management and maintenance of an elevator monitoring system can be achieved. Interconnecting the system with Ethernet can realized remote system monitoring and controlling.

Key Words: FIELDBUS， PROFIBUS-DP， STEP-7， WinCC Configuration Software

0 绪论

现场总线技术是适用于工厂底层设备与仪表通信的计算机网络，它的出现导致了传统控制系统结构的变革，分布在现场的智能设备通过现场总线连接为一体，这就是所谓的现场总线控制系统。近年来随着以太网技术的进一步发展和完善，以太网融入现场总线将是工厂底层网络的未来的发展方向，当今研究热点是各类现场总线协议与以太网的互联[1 2]。

目前，电梯已成为人们日常生活不可缺少的代步工具，其智能化要求也越来越高。电梯远程监控系统可以节省大量的人力，实现电梯设备无人值守，并可发现一些潜在故障；当电梯出现故障时，系统也可及时、主动地通知相关人员[4]。

本文是以电梯远程监控系统为研究对象，实现基于现场总线和以太网互联的工业网络应用的组态

设计。

1 概述

1.1 现代工业控制思想的概述

现代工业控制思想的核心是“分散控制，集中监控”。工业自动化的发展方向主要是面向对象的控制方式，高速实时的现场总线和分布式的、符合工业恶劣环境标准的分布式I/O系统。面向对象的控制方式主要指应用软件实现模块化。传统工业控制系统中软件面向过程的结构已经不能应付应用软件越来越复杂的要求，分时多任务操作系统、面向对象的软件结构设计、编程检测等一系列方法必然会应用到工业控制中来。高速实时的现场总线，特别是基于以太网结构的，将大大提高机械运动控制的精度和动态性能，机器中机械传动部分将进一部减少，让步于灵活性更好的，精度和速度更高的全电子数字运动控制系统。符合工业环境标准的分布式I/O系统也是面向对象的控制理念的逻辑结果，I/O直接可以安装在设备的任意地方（比如直接安装在控制对象上），不用放在中央控制柜中，大大减少接线，维护等成本。目前工业自动化无疑正从集成化走向协同化，即所谓的新自动化。它具有如下若干特征：第一， 商用IT技术正更多地融入工业自动化领域。

第二， PLC处理功能正向过程、批处理、运动控制及传动控制领域扩展。

第三， 系统更趋向于分布式，以分布式I/O系统和分布式SCADA系统为标志。

第四， 通信网络在控制层有趋同态势，这就是工业以太网。最具兼容性的协议将会出现，所有PLC 系统互联不再只是梦想，而多种现场总线并存风景依旧。

第五， SCADA软件与PLC组态软件，与ERP、MES的协同将会更为重要。

1.2 现场总线Profibus概述及国内外发展现状

现场总线是应用在生产现场，在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。它在制造业、流程控制、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有广泛的应用。

现场总线是20世纪80年代中期在国际上发展起来的.随着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的急剧降低，计算机与计算机网络系统得到迅速发展，而处于生产过程底层的测控自动化系统，要实现整个企业的信息集成，要实施综合自动化(如CIMC/CIPS)，就必须设计出一种能在工业现场环境运行的，性能可靠，造价低廉的通信系统，形成工业底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。现场总线就是在这种实际需求的驱动下应运而生的。作为过程自动化，制造自动化，楼宇，交通等领域现场智能设备之间的互联通信网络，沟通了生产过程现场控制设备之间及其与更高控制管理层网络之间的联系，为彻底打破自动化系统的信息故道创造了条件。

PROFIBUS是作为德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准。目前的PROFIBUS 有三种系列：PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。PROFIBUS-DP 应用于现场级；PROFIBUS-PA 用于车间级；PROFIBUS-FMS 专为过程自动化设计，可用于有爆炸危险的环境中。

PROFIBUS-DP采用了OSI模型的物理层、数据链路层，用于外设间的高速数据传输，隐去了第3-7层。PROFIBUS-DP使用了第一层、第二层和用户接口层。直接数据链路映像(DDLM)提供的用户接口，