基于Profibus-DP的流量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

蔣俊輝

（廣東粵港供水有限公司，廣東 深圳 518000）

1 概述

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS（fieldbus control system），是繼基地式氣動儀表控制系統(tǒng)、電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)DCS后的基于現(xiàn)場總線的新一代控制系統(tǒng)。目前，比較具有影響力的現(xiàn)場總線有：基金會現(xiàn)場總線（FF，F(xiàn)oundation Fieldbus）、LonWorks、PROFIBUS、CAN和HART等等。其中，PROFIBUS是當(dāng)前最為流行的現(xiàn)場總線技術(shù)之一。在電動機(jī)、閥門、開關(guān)等電氣設(shè)備的保護(hù)和控制上選用帶有PROFIBUS-DP接口的智能裝置能夠更好的滿足工廠自動化及監(jiān)控系統(tǒng)的信息集成要求，又能降低系統(tǒng)接線的復(fù)雜程度，從而縮短工程的設(shè)計(jì)、建設(shè)和調(diào)試的周期。

Profibus包括三個兼容系列：Profibus-FMS，Profibus-DP，Profibus-PA。FMS提供大量的通信服務(wù)用于完成以中等傳輸速度進(jìn)行的循環(huán)和非循環(huán)的通信服務(wù)；DP是一種經(jīng)過優(yōu)化的高速廉價(jià)的通信連接，適用于實(shí)時(shí)性要求較高的場合，主要用于自動控制與分散式外設(shè)之間的通信；PA是專為過程自動化而設(shè)計(jì)，具有本質(zhì)安全性，用于安全性要求較高的場合及總線供電的站點(diǎn)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本文章通過結(jié)合現(xiàn)行開發(fā)的基于PROFIBUS-DP的超聲波流量計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要介紹了現(xiàn)場總線技術(shù)，以及如何實(shí)現(xiàn)PROFIBUS總線與PLC通訊的相關(guān)技術(shù)。

系統(tǒng)由現(xiàn)場上位機(jī)、PLC、流量計(jì)組成，上位機(jī)使用VIEWSTAR軟件進(jìn)行組態(tài)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集更新、歷史曲線和實(shí)時(shí)曲線顯示、報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲、查詢等功能。下位機(jī)使用GE90-70 PLC，通過Profibus-DP與現(xiàn)場流量計(jì)建立通訊采集數(shù)據(jù)。

2.1 站后流量信號的生成

本項(xiàng)目通過超聲波流量計(jì)測定供水渠道的流量。超聲波流量計(jì)型號采用：青島清方華瑞電氣自動化有限公司的RISONIC 2000。

RISONIC 2000主機(jī)通過PB-B-RS232/485接口總線橋模塊輸出標(biāo)準(zhǔn)RS232信號（Profibus-DP通訊協(xié)議）。

2.2 信號傳輸和接入

RISONIC 2000主機(jī)安裝在監(jiān)測站，通訊采用RS232接口，標(biāo)準(zhǔn)Profibus-DP通訊協(xié)議。PLC安裝在泵站中控室，由于監(jiān)測站到泵站中控室距離3公里，因此采用4芯光纖連接監(jiān)測站到泵站中控室。

主機(jī)信號輸出端口增加RS232轉(zhuǎn)光纖模塊（SIEMENS NET PROFIBUS OLM/G11），通過光纖接入泵站中控室，再通過光纖轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)Profibus-DP的通訊協(xié)議模塊，轉(zhuǎn)換為Profibus-DP的通訊方式，接入GE90-70 PLC的 Profibus通訊模塊。

PLC程序中增加數(shù)據(jù)接收及處理程序塊，并對VIEWSTAR上位機(jī)進(jìn)行配置顯示流量相關(guān)信息。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 PLC的系統(tǒng)配置

本系統(tǒng)采用的PLC是GE90-70系列PLC，模塊配置如下圖：

HBA的基本思想是：種群中的N個蝙蝠個體在三維空間內(nèi)通過回聲定位和搜索空間的隨機(jī)移動來更新蝙蝠個體的位置Xi和速度vi。首先，隨機(jī)選擇一個蝙蝠的起始節(jié)點(diǎn)，然后通過式(7)的目標(biāo)函數(shù)f計(jì)算蝙蝠個體的位置Xi(xi,yi,zi);之后蝙蝠根據(jù)變異因子的突變操作選擇飛行網(wǎng)狀圖中的下一個節(jié)點(diǎn)，而不是隨機(jī)飛行，從而確保在迭代足夠多的代數(shù)后能夠得到一個最短的UAV飛行路徑。其核心偽代碼如下：

增加Profibus通訊模塊5136-PFBVME，用于接收基于Profibus協(xié)議的信號。

3.2 通訊物理連接

現(xiàn)場連線圖如下：

流量計(jì)RISONIC 2000主機(jī)信號輸出端口連接RS232轉(zhuǎn)光纖模塊（SIEMENS NET PROFIBUS OLM/G11），通過光纖接入泵站中控室，再通過光纖轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)Profibus-DP的通訊協(xié)議模塊（SIEMENS NET PROFIBUS OLM/G11），轉(zhuǎn)換為Profibus-DP通訊方式，接入GE90-70 Profibus模塊5136-PFB-VME。

4 系統(tǒng)信號分析及軟件設(shè)計(jì)

4.1 超聲波流量計(jì)的輸出信號分析

超聲波流量計(jì)主機(jī)RISONIC 2000可輸出如下信號：

Q（瞬時(shí)流量）、Vf（正向累計(jì)流量）、Vr（逆向累計(jì)流量）、V1（流速 1）、V2（流速 21）、V3（流速 3）、V4（流速 4）、V5（流速 5）、V6（流速6）、V7（流速 7）、V8（流速 8）、H（水位）、T(水溫)。

主機(jī)提供RS232信號接口，連接PB-BRS232 485總線模塊后輸出符合標(biāo)準(zhǔn)Profibus-DP通訊協(xié)議的信號。

3.2 數(shù)據(jù)格式及其協(xié)議細(xì)節(jié)

Q（瞬時(shí)流量）:

以瞬時(shí)流量為例，協(xié)議如上。其中黑體數(shù)字為四個字節(jié)的瞬時(shí)流量值(浮點(diǎn)數(shù))。

按照協(xié)議，通訊主站每發(fā)送一條命令數(shù)據(jù)到流量計(jì)后，流量計(jì)就返回相應(yīng)的輸出值。因此在接收端即公用PLC中需發(fā)送不同的命令數(shù)據(jù)來得到相應(yīng)的信號數(shù)據(jù)。

3.3 程序軟件設(shè)計(jì)

VME模塊配置：通過SST Profibus Configuration軟件配置GE90-70 Profibus模塊5136-PFB-VME，設(shè)置主從站、數(shù)據(jù)長度和類型等參數(shù)，導(dǎo)出二進(jìn)制數(shù)，通過超級終端將配置輸入到VME模塊。

在PLC中增加數(shù)據(jù)接受和處理程序段：在 90-70 CPU中，GE Fanuc提供標(biāo)準(zhǔn)的子程序塊來初始化 5136-PFB模塊，并讀取5136-PFB模塊中的數(shù)據(jù)。

程序如下圖所示，INIT子程序用于初始化5136-PFB，Get和Put用于讀寫5136-PFB的數(shù)據(jù)。

核對流量計(jì)與PLC通訊數(shù)據(jù)區(qū)域，在PLC中增加關(guān)于流量計(jì)上傳數(shù)據(jù)計(jì)算處理。

VIEWSTAR2000配置：在SCADA增加相應(yīng)的流量計(jì)信號點(diǎn)。

增加流量顯示畫面：新增流量信號畫面，將修改完畢的畫面復(fù)制到本站工作站及服務(wù)器、調(diào)度中心工作站及服務(wù)器。

結(jié)語

PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)既是一個開放的通信系統(tǒng)，又是一個全分布控制系統(tǒng)，這是一項(xiàng)以智能傳感器、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，工程實(shí)踐證明,本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸安全可靠。

[1]陳作炳，童來茍，李立峰.基于Profibus-DP的文丘里流量計(jì)設(shè)計(jì)[J].中國儀器儀表,2007(01).