自動化控制中的過程現(xiàn)場總線與RS-232/485接口通訊

李強

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司自動化公司， 山西　太原　030003）

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自動化控制中的過程現(xiàn)場總線與RS-232/485接口通訊

李強

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司自動化公司， 山西太原030003）

從連接方式、通訊原理、通訊過程、通訊設置等方面對自動化控制系統(tǒng)中的過程現(xiàn)場總線與R S-232/485接口的通訊技術進行詳細介紹。該系統(tǒng)的開發(fā)為現(xiàn)場總線與多樣性的自動化控制設備網(wǎng)絡連接提供新途徑。

自動化過程現(xiàn)場總線網(wǎng)絡協(xié)議R S-232/485接口通信報文

山西太鋼自動化公司使用的高爐爐喉十字自動化控制測溫系統(tǒng)采用的是外部廠家提供的成套專用設備，檢測的溫度信號僅能在獨立的計算機系統(tǒng)上顯示。隨著高爐生產(chǎn)工藝的發(fā)展，數(shù)據(jù)資源共享已成為新的需求。通過現(xiàn)場調(diào)研和分析發(fā)現(xiàn)，原廠家設備不具備數(shù)據(jù)連網(wǎng)功能，因此決定采用現(xiàn)場總線與可編程控制DP口連接的方式，將原控制系統(tǒng)的CP以太網(wǎng)絡接口與高爐控制系統(tǒng)100 M工業(yè)以太網(wǎng)連接，完成網(wǎng)絡數(shù)據(jù)資源共享的目的。采用該技術可大大減少施工量（包括控制電纜、溫度補償、導線敷設），降低現(xiàn)場環(huán)境因素對通訊系統(tǒng)的干擾。該系統(tǒng)的成功開發(fā)，使得具有RS232/485接口的現(xiàn)場設備，都可以實現(xiàn)與過程現(xiàn)場總線網(wǎng)絡協(xié)議的互連。

1　系統(tǒng)介紹

硬件部分主要包括PROFIBUS主站（CPU315-2DP）、RS-232/485總線橋、工控機、研華ADAM溫度采集模塊、RS-232 9針D型插座。軟件部分主要包括WINCC組態(tài)軟件、STEP7編程軟件以及DS232 GSD文件。網(wǎng)絡部分主要包括RS-485總線、屏蔽雙絞電纜。圖1為系統(tǒng)配置圖。

在總線網(wǎng)絡控制中，將可編程控制器作為該自動控制系統(tǒng)的主要控制站，RS-232/485總線轉(zhuǎn)換橋作為輔助控制站，通過RS-232/485接口與可編程控制DP口進行控制系統(tǒng)的連接。而RS-232/485總線橋作為RS-232/485設備的主要控制站，主動向自動控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集設備發(fā)送相關的數(shù)據(jù)通信信息，并等待相關控制設備做出應答。工業(yè)控制計算機作為上位監(jiān)控機，配置西門子通訊網(wǎng)卡CP5611。

圖1　系統(tǒng)配置圖

該通信格式的通信數(shù)據(jù)采用的是ASIIC碼。在主要控制站上進行系統(tǒng)的程序編制，將通信數(shù)據(jù)按照相關通信協(xié)議規(guī)定的報文格式要求填入到PB-BRS232/485總線橋的過程現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)輸出區(qū)域，并在可編程控制器的內(nèi)部隨機存儲器中建立現(xiàn)場總線通信數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)域，然后通過啟動PB-BRS232/485總線橋?qū)⑼ㄐ艛?shù)據(jù)RS-232/485接口發(fā)送到相關設備；同樣在可編程控制器的內(nèi)部隨機存儲器中建立RS-232/485通信數(shù)據(jù)所需的緩沖區(qū)域。該系統(tǒng)主站的中央處理器通過以上兩個通信數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進行實時交換，實現(xiàn)過程現(xiàn)場總線到RS-232/485的數(shù)據(jù)信息通信，PB-B-RS232/485總線橋會自動轉(zhuǎn)入到信息數(shù)據(jù)的接收狀態(tài)。當RS-232/485設備的回答報文數(shù)據(jù)被PB-B-RS232/485總線橋完全接收，并將回答報文數(shù)據(jù)自動填入到過程現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)域后，現(xiàn)場總線主要控制站就可以在過程現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)的相關輸入?yún)^(qū)得到RS-232/485設備的回答報文數(shù)據(jù)，見下頁表1。

表1　RS-232/485設備的回答報文數(shù)據(jù)

RS-232/485接口作為過程現(xiàn)場總線的輔助控制站，最大有232字節(jié)的輸入或輸出，而該控制系統(tǒng)中使用了64字節(jié)的輸入和輸出。因此RS-232/485接口滿足生產(chǎn)工藝的要求。

現(xiàn)場總線的輸入/輸出都是以控制系統(tǒng)的主要控制站作為基點的。RS-232/485發(fā)送字節(jié)數(shù)n≤PROFIBUS，輸出字節(jié)數(shù)-2；本例中，n≤66-2=64。RS-232/485接收字節(jié)數(shù)m≤總線輸入字節(jié)數(shù)-2；本例中，m≤66-2=64。圖2說明了現(xiàn)場總線主站、PB-B-RS232/485接口及相關控制設備之間的通信數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的關系。

圖2　通訊數(shù)據(jù)流

1）PB-B-RS232/485/V3是RS-232/485的主設備，上電后處于“接受完畢/發(fā)送允許”reok_tren=1的狀態(tài)。

2）PB-B-RS232/485向現(xiàn)場設備發(fā)送報文數(shù)據(jù)長度為10；數(shù)據(jù)為11、22、33、44、55、66、77、88、99、AA。

3）現(xiàn)場設備回答數(shù)據(jù)長度、狀態(tài)字、數(shù)據(jù)對應PROFIBUS輸入地址IB0-IB11。

1）將PC1中的STEP7程序t232_3和硬件配置下載到PLC。當PB-B-RS232/485/V3中的PROFIBUS通信燈（紅）滅時，表示PROFIBUS已連通。

2）運行PLC程序。由于PB-B-RS232/485/V3設置成RS-232/485從站，因此上電后處于“等待接受/發(fā)送完畢”狀態(tài)，即I1.0=reok_tren=0。

2　技術指標

1）PROFIBUS-DP/V0協(xié)議符合JB/T 10308.3-2001PROFIBUS規(guī)范測量和控制數(shù)字。

2）標準PROFIBUS-DP驅(qū)動接口，波特率自適應，最大波特率為6M。

3）過程現(xiàn)場總線I/O數(shù)量可自由設定。MaxI/O：Input Bytes+Output Bytes＜232 Bytes；Max Input Bytes＜122Bytes；MaxOutputBytes＜122Bytes。

4）標準RS-232/485接口為半雙工。字符格式：可選7位/8位、可選校驗位（偶、奇、無）?？蛇x波特率：2 400、4 800、9 600、19.2 K、38.4 K、57.6 K?？蛇xRS-232/485主/從設備。

5）RS-232/485最大通信報文長度：發(fā)送230字節(jié)、接收230字節(jié)。

3　應用經(jīng)驗

將過程現(xiàn)場總線通信地址定位在WORD區(qū)以節(jié)省主站資源，PLC的BYTE區(qū)地址有限；大容量BYTE區(qū)通常要高檔次CPU模塊。

一般PLC的WORD區(qū)比較大，因此可以將PB-B-RS232/485的I/O地址定位在WORD數(shù)據(jù)區(qū)。對S7-300而言，WORD數(shù)據(jù)區(qū)在256地址以后；對S7-400而言，WORD數(shù)據(jù)區(qū)在512地址以后；I/O定義在WORD數(shù)據(jù)區(qū)后，通常需要使用功能塊SFC15、SFC14將數(shù)據(jù)寫入/讀出IW/QW區(qū)，而不使用MOV指令。SFC14功能是按槽讀取大于IW256 （IW512）地址的數(shù)據(jù)。SFC15功能是按槽寫入大于QW256（QW512）地址的數(shù)據(jù)。

4　結(jié)語

該系統(tǒng)的成功開發(fā)，使得在自動化控制系統(tǒng)中凡具有RS-232/485接口的現(xiàn)場設備，都可以實現(xiàn)與過程現(xiàn)場總線網(wǎng)絡協(xié)議的互連。例如：電量測量裝置、各種變送器、智能儀表等，尤其對自動化控制系統(tǒng)中的信息化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了新的途徑，具有一定的推廣價值。

（編輯：賀焱）

Communication of Process Fieldbus and RS-232/485 Interface in Automatic Control System

LI Qiang
（Automation Company of Shanxi Taigang Stainless Steel Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030003）

The communication technology of process fieldbus and RS-232/485 interface in the automatic control system is introduced in detail from the connection mode，communication principle，communication process, communication settings and other aspects.The development of the system provides a new way for the network connections between fieldbus and the diversed network control equipment.

automation process,fieldbus network protocol,RS-232/485 interface,communication message

TP273

A

1672-1152（2016）02-0094-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.02.36

2016-01-08

李強（1974—），男，從事自動化控制系統(tǒng)的研發(fā)工作，工程師。