基于S7-1200 PLC的DP總線通信技術(shù)在馬里古伊那水電站泄洪沖沙孔門機(jī)上的應(yīng)用

(中國水利水電第十六工程局有限公司，福建 福州 350003)

1 概 述

古伊娜水電站位于馬里共和國的塞內(nèi)加爾河上，屬于一帶一路中的重點(diǎn)建設(shè)工程，該工程中的泄洪沖沙孔2×160kN門式啟閉機(jī)(以下簡稱門機(jī))用于操作泄洪沖沙孔檢修閘門。電控柜布置在門機(jī)的上平臺機(jī)房內(nèi)(見圖1)，司機(jī)室位于門機(jī)中橫梁上。司機(jī)室和電控柜之間有操作、保護(hù)、指示等大量的信號需要傳輸，考慮到司機(jī)室和機(jī)房位置相對較遠(yuǎn)，不便于大量電纜的敷設(shè)，為簡化門機(jī)的控制線路，控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)了主、從站通信。主、從站分別采用一套S7-1200 PLC,其中主站設(shè)在機(jī)房的PLC柜內(nèi)，從站設(shè)在司機(jī)室內(nèi)。

圖1 門機(jī)側(cè)視圖

2 DP通信模塊介紹

S7-1200系列PLC之間的DP通信通過主從站的PROFIBUS-DP通信模塊實(shí)現(xiàn)，主站的PLC配置CM1243-5 DP主站模塊，從站的PLC配置CM1242-5 DP從站模塊(見圖2)。S7-1200的PROFIBUS-DP通信傳輸速率從9.6K到12M可任選。

圖2 控制系統(tǒng)硬件配置

DP通信模塊數(shù)據(jù)區(qū)的大?。篊M1243-5 DP主站模塊最大1024字節(jié)，其中輸入?yún)^(qū)和輸出區(qū)均為最大512字節(jié)。CM1242-5 DP從站模塊輸入?yún)^(qū)和輸出區(qū)均為240字節(jié)。

DP通信模塊的供電：CM1243-5 DP主站模塊通過背板總線為其提供電源，不再需要另外的電源接入，CM1242-5 DP從站模塊必須通過自身附帶的電源連接器為其供電(DC24V)。

DP通信模塊之間的電氣連接：CM1243-5 DP主站模塊和CM1242-5 DP從站模塊通過RS485網(wǎng)絡(luò)總線連接器(俗稱DP頭)連接到 PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，9 針D型頭的引腳分配，見圖3，一般只需使用第3腳和第8腳。

圖3 DP通信端口的引腳分配

3 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

為便于組態(tài)，需注意西門子的軟件版本要求，S7-1200的CPU固件版本從V2.0開始才支持PROFIBUS-DP通信，本項(xiàng)目主從站的PLC版本均為V4.2。使用STEP7 Basic V11或使用STEP7 Professional V11 可對S7-1200做PROFIBUS-DP通信組態(tài)，本項(xiàng)目是通過博途V14來組態(tài)的。

先根據(jù)圖2的硬件配置圖對主站進(jìn)行組態(tài)，主站包括一個(gè)主站模塊(CM1243-5 DP)、一個(gè)CPU(CPU1212C)、兩個(gè)數(shù)字量輸入輸出模塊(SM1223)，見圖4。

圖4 主站組態(tài)

用同樣的方法對從站進(jìn)行組態(tài)，從站包括一個(gè)從站模塊(CM1242-5 DP)、一個(gè)CPU(CPU1212C)、一個(gè)數(shù)字量輸入輸出模塊(SM1223)。

最后通過DP通信模塊對主從站之間進(jìn)行DP組態(tài)，見圖5，紫色的是PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，綠色的是PROFINET網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求，需在主站的CPU上通過PROFIBUS-DP連接一個(gè)倍加福絕對值編碼器(PVM58系列),用于檢測門機(jī)吊鉤的實(shí)際高度。在從站的CPU上通過PROFINET連接一個(gè)西門子觸摸屏(TP1200),用于人機(jī)界面(Human Machine Interaction，HMI)。

圖5 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)視圖

4 傳輸區(qū)設(shè)置

打開從站設(shè)備視圖，雙擊CM1242-5 DP從站模塊，進(jìn)入操作模式，選擇智能從站通信，在出現(xiàn)的傳輸區(qū)域中，新增“傳輸區(qū)_1”和“傳輸區(qū)_2”，雙擊左邊的智能從站通信，進(jìn)入傳輸區(qū)_1的詳細(xì)設(shè)置?？梢姅?shù)據(jù)交換雙方的伙伴是CM 1243-5(即主站的DP模塊)，本地是CM 1242-5(即從站的DP模塊)。伙伴的地址類型為Q，起始地址為5(因?yàn)橹髡疽呀?jīng)用了Q1～Q4)。本地的地址類型為I，起始地址為200，長度10，單位是字節(jié)，這就完成了主站QW5到QW14傳輸至從站IW200到IW209的數(shù)據(jù)傳輸 。數(shù)據(jù)交換的原理是把主站的I點(diǎn)(IW0到IW9)通過主站PLC中的MOVE指令轉(zhuǎn)換至QW5到QW14，然后通過以上設(shè)置傳輸至從站的I點(diǎn)(IW200到IW209)。

同理進(jìn)入傳輸區(qū)_2的詳細(xì)設(shè)置，伙伴的地址類型為I，起始地址為124(因?yàn)橹髡疽呀?jīng)用了IW0至IW9)。本地的地址類型為Q，起始地址為120，長度20，單位是字節(jié)，這就完成了從站QW120到QW139傳輸至主站IW124到IW143的數(shù)據(jù)傳輸 。數(shù)據(jù)交換的原理是把從站的I點(diǎn)(IW0到IW19)通過從站PLC中的MOVE指令轉(zhuǎn)換至QW120到QW139，然后通過以上設(shè)置傳輸至主站的I點(diǎn)(IW124到IW143)。

通過以上步驟就把主站的I點(diǎn)傳輸?shù)搅藦恼镜腎點(diǎn)，把從站的I點(diǎn)傳輸?shù)搅酥髡镜腎點(diǎn)，見圖6。

圖6 數(shù)據(jù)傳輸詳圖

5 編程實(shí)例

在主站對PLC編程時(shí)，需要用到直接接入從站的I點(diǎn)(比如來自聯(lián)動(dòng)臺的故障復(fù)位按鈕I2.4)，可直接在主站程序里輸入I126.4。同理在從站對PLC編程時(shí)，需要用到直接接入主站的I點(diǎn)(比如來自電源柜總接觸器的I0.0)，可直接在從站程序里輸入I200.0。

6 結(jié) 語

S7-1200系列PLC以其強(qiáng)大的通信功能聞名于世，通過專用的PROFIBUS-DP模塊，可以輕松地將CPU連接到各類DP網(wǎng)絡(luò)中，本文所述的僅是S7-1200之間的DP通信方法，而且S7-1200系列CPU自帶的PROFINET接口支持以太網(wǎng)和基于TCP/IP和UDP的通信標(biāo)準(zhǔn)，物理接口就是支持10/100M的RJ45口，支持電纜交叉自適應(yīng)，因此一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的或是交叉的以太網(wǎng)線都可以用于這個(gè)接口，與編程設(shè)備、HMI、以及CPU之間的通信非常方便。