PM-125在过程控制实验装置中的应用

李强

（山东理工职业学院，山东济宁 272067）

0.前言

随着我国工业技术水平的发展，过程控制系统在我国流程行业得到了广泛应用，企业迫切需要大量掌握过程控制专业知识和技能的人才。但过程控制是一门理论和工程实践性很强的学科，很多知识的学习需要通过亲自动手实践，才能真正理解和消化。国内外相继出现了许多比较成熟的过程控制仿真实验装置用于人才培养，其中包括了基于西门子的高级多功能过程与控制实训装置（英文简称SMPT-1000）。

1.过程控制实验装置SMPT-1000

SMPT-1000是一款新型半实物过程控制实验装置，模拟了由锅炉和蒸发器组成的水汽热能全流程[1]。系统中涉及到大量的数字量和模拟量数据。SMPT-1000能够通过Profibus DP现场总线方式实现与控制系统的数据交互[2]。基于现场总线，SMPT-1000可以与西门子PCS7组成现场站、控制站、操作站三级完整的工业控制仿真环境。例如可以使用西门子S7-400PLC作为Profibus现场总线上的控制站主控制器。SMPT-1000作为现场站，可以用于仿真被控对象，是Profibus现场总线从站，直接与主控制器通信。

2.PM-125在SMPT-1000中的使用与配置

2.1 Profibus现场总线

过程控制系统必须控制器与现场设备（如传感器、驱动器与执行器）需要交互，一般采用硬接线形式的一对一的接线方式进行连接交互。这种通信技术虽然简单，但对于复杂的过程控制系统不仅需要大量的导线、接线繁琐，而且传输距离及信息量有限，无法满足设备间及系统与外界之间的大量信息交互。

以分散的、数字化、智能化的检测仪表和控制设备作为网络节点，用现场总线进行连接，完成设备间的信息交换，从而实现自动控制功能。与传统的控制系统相比，在信息交互方面有着明显的优势[3]。

2.2 PM-125简介

SMPT-1000实验装置提供的软件系统，需要运行在嵌入式工控机上。工控机机充当了过程控制系统的现场设备，而工控机主要支持串口通信。因此SMPT-1000与现场总线主站通信就需要串口转Profibus DP网关。PM-125是串口/Profibus DP适配器，可以实现串口与Profibus DP之间的数据通信。它可以连接一个具有RS232或者RS485或者RS422接口的设备到Profibus DP网络，即将串口设备转换为Profibus DP网络设备。PM-125在Profibus侧是一个Profibus DP从站，在串口侧是MODBUS主站或通用模式。

PM-125适配器面板上的数码管用于显示当前Profibus DP地址及配置状态。要使用PM-125首先要完成Profibus DP地址的配置。配置步骤：双击PM-125上的按钮，Profibus DP地址的高位开始闪烁，低位常亮。单击按钮数字加一；长按按钮超过2.5s切换到设置低位状态。在设置低位状态时，高位常亮，低位闪烁。单击按钮数字加一；长按按钮超过2.5s保存新设置的地址，并进入正常通信状态。此时数码管高位与低位常亮。按照上面的方法，可以根据网络结构给PM-125分配相应地址，例如可以设置为07。

2.3 西门子PCS系统中组态PM-125

在控制器端需要对Profibus DP从站模块PM-125进行组态，才能够与工控机建立通信。在西门子PCS系统主站常规硬件组态后需要进行以下操作：

（1）安装PM-125对应的GSD文件（由产品商提供）。在硬件组态页面点击Options菜单，选择Install GSD FIle，Browers找到PM-125的GSD文件，名为PM125V20.gsd，点击Install按钮安装即可。

（2）添加PM-125模块到硬件组态画面中。在硬件组态窗口Catalog中可以通过检索找到PM125，拖动该组件到从PLC CPU模块中引出的DP总线上。在配置窗口中设置Address为7。

（3）添加AIAO DIDO数据模块。在硬件组态画面中选中PM-125，在详细信息配置窗口表格相应行任意位置单击，在Catalog的PM125中选择Universal module并双击，该模块将自动添加到PM-125中。右键选择打开Properities，在I/O Type中选择相应类型（输入和输出），设置开始地址、长度和单位。组态完成后，如图1，各模块单元必须按照DI、AI、DO、AO顺序依次添加。为后期使用方便，可以为地址分配符号名。

图1 PM-125模块单元配置

（4）定义发送字节数和发送命令字需要遵循PM-125通信协议要求。由图1可知DO输出地址首地址设置为0，则PM-125模块利用输出地址首字节QB0取值的变化触发数据发送机制；定义发送字节数存储在DO输出地址的第二个字节QB1中。

在SMPT-1000系统中QB0的数据每变化一次，就会发送一批数据到PM-125模块。因此，可以通过变化Q0.0位实现触发数据发送机制。而由于输入地址的首字节IB0用于存放接收计数，其最低位会按接收数据频率自动变化。因此可以利用输入的变化触发输出的变化，在SCL中编写语句，令Q0.0:=I 0.0实现触发数据发送。发送字节数的长度在SMPT-1000中需要发送的字节数一共为30。可以使用SCL编写语句，令QB1:=30实现在QB1中定义发送字节数。故用于PLC与仿真系统之间通讯的SCL程序块主要包括“Q0.0:=I 0.0；QB1:=30；”两行程序。后面只要在PCS7系统设计时在CFC中找到相应的SCL程序块，用鼠标将其拖到CFC中编译下载，通信设置生效。

3.SMPT-1000与S7-400PLC通信测试

在SMPTLab中打开任意实验工程，点击工具栏的阀门配置对话框，更改阀门的控制方式为ProfibusDP。打开SIMATIC Manager，在硬件组态窗口中选中PM-125。在下方详细视图中选中某一模块（例如AO模块），然后右键选择Monitor/Modify选项，打开消息对话框Monitor/Modify。

当S7-400PLC处于运行模式时，在Run conditionally组中，选择激活Monitor选项，可以看到已定义符号的地址当前值。选择激活Modify选项，可以修改相应变量值。如果能够看到数据变化就证明SMPT-1000能与S7-400PLC能够进行数据交互。

4.结语

实践证明适配器PM-125作为过程控制仿真系统SMPT-1000与西门子S7-400PLC之间的桥梁，能够使基于串口Modbus协议的设备与支持Profibus现场总线的控制器实现数据通讯。通过PLC、PM-125与仿真软件能够组成完整的DCS系统，从而使以过程控制仿真系统为核心的实验装置能够达到更加真实的工程项目应用，对过程控制专业人才培养具有重要意义。