過程控制系統(tǒng)有很多應用，對于過程控制系統(tǒng)，非專業(yè)認識并非十分了解。為增進大家對過程控制系統(tǒng)的認識，本文將介紹基于ProfiBus總線的過程控制系統(tǒng)的組態(tài)分析以及闡述該過程控制系統(tǒng)的應用。
引言
伴隨著工業(yè)生產過程的大型化、復雜化、連續(xù)化和自動化發(fā)展，對工業(yè)控制系統(tǒng)的控制水平和品質也有了更高的要求?，F場總線技術也應運而生，用于實現自動化系統(tǒng)最底層的現場控制器和智能儀表設備的互聯和實時通信。它是一種開放的、具互操作性的、徹底分散的分布式控制系統(tǒng).本文將以ProfiBus現場總線為基礎，介紹以Siemens PLC 300 和Wincc 組態(tài)軟件為主體的過程控制系統(tǒng)的軟硬件組態(tài)過程。
一、ProfiBus 現場總線
ProfiBus現場總線是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術,可實現現場級到車間級監(jiān)控的分散式數字控制和現場通信網絡，從而為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供了可行的解決方案.ProfiBus系列由ProfiBus-DP/FMS/PA三個兼容部分組成。其中ProfiBus-DP和PA的特點如下：
ProfiBus-PA 專為過程自動化設計;可將變送器和執(zhí)行器連接到一根公共總線，可用于本質安全領域;數據傳輸采用擴展的ProfiBus-DP協(xié)議，還具有PA行規(guī)。
本文將采用ProfiBus-DP和ProfiBus-PA通信協(xié)議來構建過程控制系統(tǒng)。
二、系統(tǒng)架構
本過程控制系統(tǒng)用于模擬對工業(yè)現場液位、溫度等信息的采集、處理，PID 控制和控制工藝流程的實時監(jiān)控。系統(tǒng)通過ProfiBus現場總線進行數據傳輸和交換，采用MPI通信方式與上位機進行通信和遠程控制，從而使整個控制系統(tǒng)實現網絡化和數字化?？刂葡到y(tǒng)結構圖如圖1所示。
系統(tǒng)主要包含上位監(jiān)控機、CPU、以太網通信模塊、DP鏈路、分布式I/O和變頻器DP從站、溫度和壓力變送器、閥門定位器、電磁流量計等。CPU 采用Siemens 的S7300 315-2 DP,既具有多點通信功能的MPI 接口，又具有ProfiBus-DP通信功能。
三、系統(tǒng)組態(tài)
3.1 硬件組態(tài)
針對西門子S7-300 PLC 來說，其硬件組態(tài)是通過Step7 軟件來實現的。組態(tài)過程主要包括以下幾個步驟。
(1)新建項目
新建項目時需選擇好存儲路徑和項目名稱。
(2)添加工作站
右鍵點擊新建的站點名字，選擇插入SIMATIC300 Station.
(3)硬件配置
雙擊Hardware 進入硬件配置界面，從右側硬件列表中拖入機架，并按實際機架上模塊的順序依次添加電源、CPU(315-2DP)、AI/AO模塊。DP/PA link等。根據每個測試系統(tǒng)的不同，有選擇的在PA層掛入變頻器、流量計、變送器和電磁閥等對象。圖2是組態(tài)完的結果。
注意事項：
① 硬件配置必須和實際PLC 上掛的模塊一致，具體的設置參數要看模塊左下方的訂貨號。
② CPU 地址設為2,其余模塊地址從4 開始，且不能重復.
③ 設置ProfiBus網絡參數為1.5 Mb/s(DP)。
④ 模塊地址需記住，因為編程的時候要用到。尤其是AI/AO模塊地址要記住，以保證數據的正確通信。
⑤ AI/AO模擬量模塊的輸入和輸出通道信號類型此處設為兩線制4~20 mA.
⑥ 硬件配置好后可選擇保存編譯。
(4)程序編寫PLC 程序是用于實現現場數據的采集、處理，及Wincc監(jiān)控頁面和PLC之間的互聯通信。
PLC 程序主要包含主程序塊，故障診斷組織塊，功能函數塊FB41(連續(xù)控制PID)，DB數據塊。FB41函數塊的參數設置是程序編寫的重點，主要針對MAN_ON、PVPER_ON、PV_FAC、PV_OFF、LMN_FAC、LMN_OFF、SP_INT、LMN_PER 等參數進行設置。具體的定義和設置要求可通過查閱幫助文件來獲取。
3.2 通信組態(tài)
在Step7 軟件的option 選項里選擇Set PG/PC Inter-face,把通信協(xié)議改為CP5611(MPI)，點擊“Diagnostics”
按鈕進入測試頁面。點擊“Test”按鈕顯示正常，然后點擊“Read”按鈕讀到PLC地址為2表示通信成功。
軟硬件均編譯通過后，即可下載進PLC.
3.3 監(jiān)控頁面組態(tài)
本例中用Wincc 軟件來驅動Step7 的變量，實現對程序的監(jiān)控。
(1)新建項目和添加驅動程序
新建項目時需設置項目類型、名稱和路徑。
選擇變量管理--新建驅動程序--插入SIMAT-IC S7 PROTOCOL SUITE.此通信驅動程序支持多種網絡協(xié)議和類型，此處選擇MPI(和PLC 的通信協(xié)議一致)，并設置站地址為2.
(2)組態(tài)變量
Wincc 變量類型主要有過程變量和內部變量。其中過程變量是真實值，位于PLC的存儲器中。內部變量表示在Wincc中用來計算或模擬的內部值，不與PLC之間進行通信。每個變量在組態(tài)時需定義變量名稱和類型。過程變量還需選擇PLC中地址和數據格式變換。
(3)創(chuàng)建過程畫面
過程畫面是由圖形編輯器來完成的。在該界面中可添加全部欲在運行狀態(tài)下顯示的內容。Wincc 的圖庫中提供了豐富的圖形，只需選擇拖入畫面即可?！皩ο筮x項板”的“標準板”中列出了線、靜態(tài)文本、輸入輸出域等對象;“控件板”中列出了時鐘、報警控件、在線表格控件、在線趨勢控件等。圖3 是組態(tài)完成后的一個監(jiān)控畫面。
注意事項：
① 畫面中需動態(tài)顯示的文本框、圖形、按鈕、輸入/輸出域、滾動條等一定要設置好連接的變量名，同時亦可在屬性選項中更改顯示方式等參數。
② 運行系統(tǒng)中如需采集、處理和歸檔工業(yè)現場的過程數據，并創(chuàng)建過程數據變化趨勢曲線時，需先對數據進行歸檔處理，將其存儲在歸檔數據庫中，并用表格或趨勢曲線的形式輸出當前過程值或已歸檔過程值。
歸檔中要設置歸檔變量名、歸檔周期。圖3 使用了Wincc Online Trend Control這個ActiveX 控件來顯示過程數據變化趨勢。
(4)創(chuàng)建腳本
Wincc 可以通過使用函數和動作使項目中的過程動態(tài)化，可自行建立項目函數，也可建立全局動作腳本來實現動態(tài)顯示要求。
(5)設置系統(tǒng)運行屬性和激活項目
在Wincc 資源管理器的左邊子窗口中點擊“計算機”進行設置。設置內容包括計算機的名稱、運行畫面的外觀、起始畫面、標題、畫面大小等。
全部組態(tài)結束后，即可點擊激活按鈕，觀看項目的動態(tài)可視化監(jiān)控畫面了。
注意事項：
① 若運行項目是從其他計算機上拷過來的，必須更改計算機名為當前計算機名。
② 選擇在運行時需啟動的組件，可選擇圖形運行系統(tǒng)、報警記錄運行系統(tǒng)、變量記錄運行系統(tǒng)等。
③ 熱鍵在組態(tài)階段不需屏蔽，當組態(tài)結束進入使用階段，則須將所有熱鍵屏蔽。
通過這一過程控制系統(tǒng)的軟硬件組態(tài)，可掌握PLC技術、組態(tài)技術和PID控制技術，具有一定的實用價值。本文是基于ProfiBus現場總線、Siemens PLC和Wincc組態(tài)軟件，構建了一個典型的工業(yè)過程運行和監(jiān)控系統(tǒng)。在具體構建過程中，因項目的差異，可靈活選擇不同的組網和通信方式。本文提供的僅是一個范例，只要掌握了基本方法，還可以將其進一步推廣到其他控制領域。