基于Profibus总线的MELSEC数据监控系统--控制网



基于Profibus总线的MELSEC数据监控系统
企业：控制网 日期：2009-05-19
领域：电源 点击数：1403









冯元崴 （1975-）

男，1996年毕业，高级工程师，硕士 学位。现就职于宝钢分公司硅钢部，从事电气自动化工作。

摘要：本文就宝钢分公司硅钢部无取向重卷机组新增数据监控系统的硬件组成、硬件及网络组态、相关软件编程进行说明，并成功实现了基于Profibus总线的MELSEC系统数据监控和跟踪。

关键词：总线 ；组态；Profibus；MELSEC

Abstract: This article introduces the hardware and network configuration as well as the
 related programming of MELSEC data acquiring and monitor system in BaoSteel No-Oriental Steel Recoiling & Trimming Line. Based on profibus, Data Acquiring and Monitor 
function of MELSEC system is successfully realized.

Key words: Bus; Configuration; Profibus; MELSEC

1 引言

    宝钢分公司硅钢部无取向硅钢重卷机组2008年上半年投产，主要用于无取向硅钢产品分卷及剪边。该机组采用三菱MELSEC Q系列（MELSEC-Q25H）PLC作为机组主线PLC，用于机组控制。在试生产初期，由于该机组无数据监控系统，部分困扰机组正常运行的问题由于缺乏分析手段而得不到解决。为解决该问题，于2008年下半年在该机组增加了数据监控系统，通过数据监控系统，解决原有机组对于故障分析无有效手段的问题，使大量困扰机组的问题得以解决。本文就MELSEC系统中增加数据监控系统原理、实现方法进行介绍和说明。

2 系统概述

2.1 数据监控系统选择

    在重卷机组数据监控系统选型时，原有系统HMI中自带的趋势（TREND）功能由于采集数据量小及采样时间无法满足现场要求。在目前主流数据监控系统中，较为成熟的是德国iBA公司的PDA。该公司成立于1985年，其PDA产品具有良好的开放性，广泛应用于与西门子、ABB公司等基础自动化设备配套，用于对产线故障进行跟踪以及对数据进行收集分析。

    鉴于iBA公司PDA产品良好的使用业绩，虽然国、内外业界鲜有使用于MELSEC系统的实例，但考虑PDA支持Profibus总线，最终选择iBA公司PDA作为新增数据监控系统。

2.2 Profibus现场总线

    Profibus是一种国际化、开放式、不依赖于生产商的现场总线。广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化、楼宇等邻域自动化。

    MELSEC系列PLC采用Profibus方式通讯基本原理如图1所表示：

                       图1   采用Profibus总线MELSEC通讯原理图

    Profibus-DP使用了物理层（PHY）、数据链路层（FDL）和用户层。物理层规定了线路介质、物理连接的类型和电气特性。数据链路层（FDL）规定介质访问控制、帧格式、服务内容以及物理层、数据链路层的总线管理服务（FMAl／2）。FMAl／2的功能主要有强制复位FDL和PHY、设定参数值、读状态、读事件及进行配置等。用户层包括直接数据链路映像DDLM和用户接口／用户。用户接口详细说明了各种不同Profibus-DP设备的设备行为，DDLM将所有在用户接口中传送的功能都映射到现场总线/Profibus-DP主站/数据链路层FDL和FMAl／2服务。最终，利用缓冲存储器并使用专用指令与MELSEC-Q系列PLC实现通讯。

2.3 系统硬件及软件构成

    系统硬件组态简图如图2表示：

                          图2   MELSEC系统数据监控组态简图

    其硬件组成如下：

    （1）PLC侧采用QJ71PB92D作为Profibus-DP主站单元；

    （2）PDA服务器（采用PCI插槽，配置L2B n/8 PCI卡，使用Profibus接口与主站进行通讯)；当采用一条Profibus总线作为通讯回线时，一个L2B n/8 PCI卡相当于4个DP从站；

    （3）使用Profibus专用电缆连接MELSEC PLC侧QJ71PB92D（主站）与PDA服务器侧的L2B n/8 PCI卡；

    （4）PDA硬件授权（使用USB接口，连接于PDA服务器USB接口上）

    在MELSEC系统下配置数据监控系统并实现其功能需要如下软件：

    （1）GX-Developer：用于对Profibus主站QJ71PB92D在MELSEC系统中进行组态；

    （2）GX-Configurator DP：用于对MELSEC系统下Profibus网络进行组态、配置和参数设定；

    （3）Iba Analyzer：用于对采集数据进行监控和分析。

3 硬件及网络组态

3.1 Profibus主站（QJ71PB92D）硬件组态

    由于Profibus主站模块安装在MELSEC硬件系统中，因此需要使用MELSEC专用软件GX-Developer对主站的硬件信息进行组态。在本项目中，QJ71PB92D卡件插在第22个槽位，其类型选择为智能类型；QJ71PB92D与PLC双向通讯采用其点数为32点(具体地址定义见表1),硬件起始地址为320（即地址偏移量为320）。出错设置为出错时输出模块清空，硬件出错时CPU操作模式为停止。其详细配置为图3。

                           表1   QJ71PB92D输入/输出信号表

                             图3   MELSEC系统数据监控组态简图

3.2 Profibus从站（L2B n/8 PCI）硬件组态

    为实现对MELSEC系统必要数据采集，在PDA服务器中需安装L2B n/8 PCI卡作为Profibus从站；每条Profibus回线可以仿效为四个Profibus DP 从站。在本项目中，使用一条Profibus回线实现MELSEC系统QJ71PB92D与PDA服务器所安装的L2B n/8 PCI通讯。

3.3 网络组态

    在完成硬件组态后，需对网络进行组态，并对主站和从站信息进行相应配置。对于Profibus网络，使用GX-Configurator DP进行组态。MELSEC GX-Configurator DP是三菱开发的针对Profibus网络所开发的对网络及主/从站设定的专用软件。对于Profibus网络组态步骤如下：

    （1）选择Profibus-DP模块类型为QJ71PB92D，选择其模式为扩展工作模式（MODE E）；

    （2）安装GSD文件。对于不同的数据采集模块，有不同类型的GSD文件。在本项目中，每个从站采集的数据类型为32个模拟量和32个数字量，因此选择与之对应的GSD文件iba_0F01.gsd；

    （3）把QJ71PB92D作为Profibus主站，设置主站信息及总线参数。在该项设置中，除主站信息中的主站FDL地址需要进行修改外（本项目设置为0），其余参数均可采用原有默认参数；

    （4）使用菜单中新增DP子站（Insert DP Slave）功能，新增L2B 8/8 PCI的4个子站，子站名称分别定义为PDA01～PDA04，其FDL地址分别定义为1～4。

    通过以上步骤，完成Profibus网络组态，使用MELSEC GX-Configurator DP对配置进行下装，即完成了对DP网络组态。组态后的Profibus网络见图4。

                                  图4   Profibus网络组态

4 编程

    在完成硬件及网络组态后，需对通讯及采集的数据进行编程。

4.1 通讯编程

    对于MELSEC与数据采集系统通讯，需要通过编程实现。在编程中，使用QJ71PB92D模块的Y00状态位触发数据通讯开始。其判断逻辑如下：

                                 图5   通讯触发逻辑

    采用如上逻辑判断MELSEC PLC与Profibus模块QJ71PB92D是否可以开始进行通讯；当Profibus网络及通讯模块QJ71PB92D硬件正常，且不在进行数据交换时，通讯开始。

4.2 数据采集编程

    在实现数据采集前，需要对QJ71PB92D数据存储方式进行了解。

    QJ71PB92D使用缓冲存储进行数据交换，缓冲存储地址定义从0～3775，其中0～959主要用于从站输入数据存储，960～1919用于从站输出数据存储；对于数据采集系统而言，使用960～1919作为采集信号地址定义区域。在本项目中，使用L2B n/8 PCI卡作为PDA服务器数据采集卡，对于一条Profibus回线系统而言，每个L2B n/8 PCI卡相当于4个从站；根据每个从站可采集32个模拟量和32个数字量而言，本项目数据采集监控系统地址分配如下：

                             表2   L2B n/8　PCI从站地址分配

                                图6   QJ71PB92D数据读写简图

    对于本项目而言，作为数据采集系统，从MELSEC CPU读取需采集数据，通过缓冲存储中的输出映像区传送至QJ71PB92D的输出映像中；对于使用一个Profibus回线的L2B n/8 PCI模块而言，其相当于4个DP子站，通过指定输出映像中地址与子站对应关系，使在不同输出映像地址中的数字量和模拟量分别在不同的DP子站中显示，从而实现了数据采集功能。

    在对数字量和模拟量数据进行数据采集时，使用MELSEC智能模块软元件方式进行编程。所谓智能软元件就是将智能模块的缓冲存储器以CPU软元件的形式表现出来，这样可以直接读取保存于智能模块缓冲存储器中的数据，而且可以直接向智能模块的缓冲存储器中写入数据。

    以采集数字量数据为例，其编程方式如下：

    其具体含义为把内部变量1　M230（布尔量）送至智能模块QJ71PB92D的1#从站的数字量1#通道中，其软元件地址为U32/G962.0。

    以采集模拟量数据为例，通过Profibus方式进行数据通讯时，其高低字节是相反的，因此需要采用SWAP指令 对字节次序进行调整。其编程方式如下：

    其具体含义为把数据寄存器1　W100（整型）送至中间寄存器1，通过SWAP指令对高低字节进行对换后，把其结果送至智能模块QJ71PB92D的1#从站的模拟量1#通道中，其软元件地址为U32/G964。

    通过以上方式，实现了对数字量和模拟量数据采集。

5 结语

    根据以上内容，在原有MELSEC系统上建立了以Profibus为总线的数据监控系统。通过该数据监控系统，对关键数据进行跟踪记录，为故障和分析提供了依据和基础，解决了大量的现场问题。


参考文献

[1] 三菱电机，Profibus-DP接口模块用户手册，2001.4.

[2] 三菱电机，GX-Configurator　DP操作手册，2003.11.

[3] IBA  AG，Profibus　Interface PCI Board，2007.1.
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