基于PROFIBUS总线技术的自控系统和智能仪表在水处理行业中的应用(4)

(1)主一从分布式控制系统的实现方法

对于总线远程I/O方式，设置IM153_2模块的总线地址，在总线两端加终端电阻并组态硬件，即可实现监控功能。对于S7-200PLC，设置EM277模块的总线地址，模块上的“DXMODE”灯亮，代表S7-200与总线物理连接正常。将S7-200中需要传输的各变量进行地址映射到V-Memory内存交换区中，从而使S7-200和s7-400的CPU通过这个地址的一一对应实现数据交换，如图10所示。

图10将各变量进行地址映射

通过上述设置和编程方式，将S7-200PLC控制的设备和系统通过总线连接集成到整体自控系统中。

(2)智能仪表系统集成的实现方法

在仪表组态时需要注意，DP/PA耦合器连接的PA总线在拓扑结构上属于DP总线的扩展，所以不对耦合器进行组态。同一条DP总线上仪表地址不能重复，无论其分布在哪个PA总线上。使用“PI直接读”命令可以从仪表地址中读值，不同的读取地址对应不同的仪表信息，内容要根据仪表本身组态和设置情况而定。在水处理中使用在线分析仪表，一个变送器可能连接多个传感器，要根据探头地址进行相关数值的读取。

3．自控系统典型程序功能描述

本项目总线电动阀的流程控制可以体现总线控制的特点，现描述如下。总线上共有24个电动阀，因为每组阀门的控制工艺一致，只是实际变量地址不同，故采用自定义函数实现相关功能。自 定义函数中采用形式参数作为中间变量，每次调用相同函数，对函数接口赋予不同的实际参数，实现联动控制。控制流程如图11所示。

图11控制流程

4．实际工程中遇到的问题及解决方法

西安市第四污水处理厂项目是西北地区首家大规模采用Profibus现场总线技术的自控仪表系统集成工程，经过项目实践，总结出总线技术在使用时需要注意的问题如下：

1)总线连接的可靠性问题。在实际调试过程中，双绞线屏蔽层有可能破损而导致接地，使得线路接地电势不相等，导致总线通信故障。宜采用单端接地法，可有效去除接地不等电势影响；在组态时添加“OB80-OB87”和“OB120-122”系统组织块可使某个从站掉线不影响总线通信。

2)对S7-200进行读写操作时指令地址映射问题。通过总线与S7-200通信时，“V-Memory”地址映射区的设置是通信成功的关键。根据西门子总线通信规定，V区的写操作在前端地址，读操作在后端地址。如果没有按照这个规则读取，则从站和主站无法通信。

3)智能仪表参数和数值读取问题。总线仪表的数值是经过变送器处理过的数字信号。所以在仪表读值时，首先要考虑信号的数据类型和数据长度。例如，HACHSC1000变送器传输的流量信 号是浮点型32位数据，如果在PLC中用“PIW”命令读取就会出现数据溢出现象；同理，若程序中用MD寄存器存储数值，而仪表上设置的数据类型是“INT”整数型，则也无法正确读值。所以，一定要注意通信中的数据类型匹配问题。

4)强电磁环境对总线通信的影响，在此项目2#PLC主控站中，总线上连接有26块仪表，PLC主控柜旁有大型潜污泵用变频器。调试时发现2#PLC主控站总线仪表有不时掉线情况，分析发现是变频器运行时总线受到强电磁干扰所致。解决方法为，总线电缆在桥架上单独单层敷设，保持总线电缆和动力电缆的直线距离在20cm之上，总线电缆和动力电缆采用非平行敷设可减小相间电磁干扰。

四、项目运行和应用体会

西安市第四污水处理厂现已顺利交付业主使用，整个系统运行正常，达到设计要求。PROFI-BUS作为成熟的总线技术，与传统硬接线相比，具有传输速率高、全数字通信、抗干扰能力强、节省布线成本、减少施工量等显著优点；而基于总线技术的分布式自控系统具有控制范围广、系统稳定性高、易于后期维护和系统扩展等优势；基于总线技术的智能仪表集成可以极大提高数据传输实时性和稳定性。以此为基础的控制系统可以有效提高生产效率，缩短开发周期，必将在工业过程控制的各个领域发挥重要的作用。

参考文献

[1]崔坚．西门子S7可编程序控制器-STEly7编程指南[M]．北京：机械工业出版社，2007。

[2]崔坚，李佳．西门子工业网络通信指南[M]．北京：机械工业出版社，2004。

[3]唐济扬．现场总线(PROFIBUS)技术应用指南[M]．中国现场总线专业委员会，1998。

[4]西门子公司．STEP7v5.4编程手册。

[5]西门子公司．PROFIBUS-DP应用手册。

[6]西门子公司．PROFIBUS-PA应用手册。