基于PROFIBUS-DP的现场总线技术故障诊断系统

周 刚



基于PROFIBUS-DP的现场总线技术故障诊断系统

周 刚

成都理工大学，四川 成都 610059

阐述了PROFIBUS-DP技术的特点、结构和工作原理以及诊断机制等，同时结合在工业自动化领域中的应用实例，研讨了该技术在实现工业自动化过程中所起到的作用，大大地降低了在许多工业生产线中由于故障引起的停机带来的重大经济损失。

PROFIBUS-DP技术；自动化

1 PROFIBUS-DP技术特点、结构及工作原理

PROFIBUS-DP（简称DP）主要是用于车间级监控和现场层的通信系统，最高通信速率可达12Mbps。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息，而诊断信息在总线上传输并由主站采集，在PLC主站与智能从站、分布式I/O从站的总线型高速数据通信。由主站将生产任务分成多个子任务，分配给多个从站去自动完成。再由从站返回运行数据给主站，主站对从站的工作进行协调和监控。当出现故障时，能对主站、从站和DP通讯系统的故障进行自诊断，CPU自动将故障发送到上位机诊断系统显示，以帮助维修人员及时地排除故障[1]。

PROFIBUS-DP系统主站选用S7-400，从站由一个分布式I/O从站ET 200M和两台智能从站S7-300等组成，上位机再通过工业以太网连接DP主站上。

2 PROFIBUS-DP技术的诊断机制

在系统功能设计上。如果主站检测到扩展机架故障、DP主站系统与DP从站的故障，产生机架故障中断，无论是故障的产生与消失都将调用组织块OB86。而对于具有诊断功能的模块，已经在硬件组态过程中打开了诊断中断，当输出模块出现断线故障时，或当模拟量输入与输出模块发生内外部故障时，以及输入信号值超过模拟量模块的测量范围时等等，当故障发生或消失时，都调用主站OB82启动中断处理程序，有故障的模块自动地在OB82的启动信息和诊断缓冲区存入诊断数据。再能过编程将故障信息分析处理，自动将处理过后故障信息发送到PC机，实现故障报警显示[2]。

3 PROFIBUS-DP技术在电气自动化中的应用分析

3.1 DP系统软硬件选择与设计

为了实现PROFIBUS-DP系统的故障诊断，最重要的就是诊断数据的基本结构的分析和故障信息自动发送到WinCC上。我们从实验室现有的硬件设备上考虑，我们选用S7-400作为系统主站。DP从站分别由一个分布式I/O从站ET 200M和两台智能从站S7-300组成。

ET200M具有S7-300自动化系统的组态技术，由一个IM153-2和全系列S7-300的I/O模块组成。ET200M是多通道模块化的分布式I/O，使用的是S7-300全系列模块，适用于高性能的区域，用接口模块IM153来实现与主站的通信。智能从站S7-300是模块化的中小型PLC。主站可将自动化任务分为多台PLC控制的多个子任务，这些子任务分别用几台CPU独立地和有效地进行处理。S7-300具有智能化的诊断系统，也可以监控系统功能是否正常，记录错误，过程报警等功能。

软件上，我们选择STEP7 V5.5 SP4，它支持我们选择的CPU­­-400H的型号，同时它对硬件的支持性，兼容性好。同时PROFINET相比于MPI连接上位机，它传输距离远，传输速率快，抗干扰能力更强，网络节点最多可达1024个，为将来连接多台上位机作充分准备。

3.2 DP系统硬件组态

3.2.1 生成PROFIBUS-DP子网络

第一步：新建一个项目名为“S7-400_and ET200M”的项目，打开硬件组态工具HW-Config，插入S7-400机架名称为UR2ALU，订货号为6ES7 400-1JA11-0AA0的机架。第二步：在机架中1号槽插入标准电源模块，名称为PS 407 10A，订货号为407-0KA02-0AA0的电源，在机架中3号槽插入CPU模块，名称为CPU 412-5H PN/DP，订货号为412-5HK06-0AB0的CPU，根据实验室硬件情况，此处采用单机操作，即在一个标准SIAMTIC-400站中使用一个容错CPU。在单机模式下操作容错CPU时，不能连接同步模块，机架号必须设置为“0”。如果不经过改动，为标准S7-400CPU编写的用户程序通常不会在处于单机模式的容错CPU上运行。新建一个PROFIBUS-DP网络，将主站地址设置为1，其中的网络设置设为默认，系统默认传输速率为1.5Mbit/s，网络配置为DP。注意，必须选择子网为“PROFIBUS（1）”，否则不能进行PROFIBUS网络的连接。

3.2.2 组态DP从站

ET-200M是标准的分布式I/O从站，在硬件组态窗口中，按照IM 153-2的订货号，找到后将其拖放到PROFIBUS网络线上，设置它的DP从站地址为2，这样就生成了ET 200M从站。

在实物硬件中，在IM153-2模块中的DIP开关设置站地址为2，与刚才硬件组态时设置的地址一样。

单击ET 200M从站，从4号槽开始依次插入各系列模块，顺序依次是模拟量输入模块AI 8×12bit，模拟量输出模块AO4×12bit，数字量输入模块DI 16×DC24V，数字量输出模块DO 8×DC24V/2A。其AI和AO模块起始地址分配为100。双击PN-IO行，新建一个Ethernet网络，其中的网络设置设为默认，系统默认IP地址为192.168.0.1，子网掩码为255.255.255.0[3]。

组态完成后，点击工具栏中的“编译并保存”按钮，可对组态信息进行编译。如果编译出现错误，将会显示错误或警告信息。只有没有错误后，才能成功地编译，编译功能后，组态后，组态信息被保存在系统数据中。

S7-300与主站通信方式称为MS方式，必须对数据交换的地址区进行组态。插入“SIMATIC 300”站点。在“硬件”组态中，插入机架RACK-300下的Rail。找到后将其拖放到机架上，1号槽为电源PS，2号槽为CPU。双击CPU下的MPI/DP，设置PROFIBUS属性，设置它的DP从站地址为3，连接到PROFIBUS（1）上，工作模式设置为“DP从站”，保存组态信息。

在硬件目录窗口中找到“PROFIBUS DP”文件夹下的“Configured Stations”文件夹，将其中的“CPU 31X”放在PROFIBUS（1）网络线上。单击“DP从站属性”对话框下“连接”，从站被连接到DP网络上。可以看到S7-300已经挂DP网络线上。

组态DP智能从站与主站通信区，双击DP网络线S7-300从站，为主从站双方通信的输入与输出地址。实际上就是数据接收缓冲区和发送缓冲区，但是用于通信的数据区不能与实际硬件占用的输入/输出区重叠。模式选择为MS。设置主站地址和从站地址的起始地址。第一行表示主站用QB10发送数据给从站的IB10。第二行表示主站用IB10接收来自从站的QB10的数据。双击机架中CPU 314C-2 PN/DP栏下面的PN-IO行，新建一个Ethernet（2）网络，其中的网络设置设为默认，系统默认IP地址为192.168.0.2，子网掩码为255.255.255.0。

主站与S7-300（2）通信的组态和3.4节的方法一样。只是新建一个Ethernet网络，系统默认IP地址为192.168.0.3，子网掩码为255.255.255.0。生成的Ethernet（3）网络。

参数完成后，点击“编译”。即可编译并保存 SIMATIC 400站点和各从站的组态信息。

4 结束语

PLC在国际国际市场占有很大的份额，已经广泛地应用各种生产过程的自动控制系统中，且PROFIBUS-DP故障诊断系统适用于大范围的复杂通讯场合，因而具有广阔的市场前景。

[1]钟志万.Profibus现场总线得故障诊断[J].自动化与传动，2012（3）：50-51.

[2]杨海燕.Profibus-DP通信技术在DCS中的应用[J].石油化工自动化，2015（2）：12.

[3]王万良.基于Profibus-DP的远程数控系统通讯研究[J].机电工程，2009（2）：159-160.

PROFIBUS-DP Fieldbus Technology Based Fault Diagnosis System

Zhou Gang

Chengdu University of Technology, Sichuan Chengdu 610059

This paper describes the features of PROFIBUS-DP technology, structure and working principle and the diagnosis mechanism, combined with application examples in the industrial automation field, discuss the technology in industrial automation process in the role.Greatly reduced in many industries due to the production line downtime due to the enormous economic losses.

PROFIBUS-DP technology; automation

TP273

A

1009-6434(2016)07-0089-02