中南工业大学学报(自然科学版)第34卷增刊2J.CENT.SOUTHUNIV.TECHNOL.2003年7月基于Profibus总线的综合自动化实验室远程控制刘长义，申群太.文静(中南大学信息科学与工程学院，湖南长沙410083)摘要:针对实脸室教学改革，并结合现场总线、以太网以及Internet技术，提出了基于Profibus总线的综合自动化实脸室远程控制的方案.着重介绍了Profibus总线的具体组态过租以及现场总线与上层以太网之间的集成和通讯.关健词aWinCCsProfibus-DP;以太网;主站;从站中图分类号:TP273近几十年来世界范围内的科学技术，使得动化等不同的应用领域.这些系统不仅硬件电路复各个科学领域发生了巨大的变化，自动化技术从理杂，而且可以实现不同的控制算法，系统的配置实现论到实践都不断地取得了新的突破.特别是近十余具有很大的灵活性.现场总线技术更是体现了现今年来知识经济的兴起，自动化技术更是向着集成化、自动化技术网络化的发展趋势，网络技术的实现使智能化、网络化的方向发展.计算机技术、网络与通单台控制设备不再是孤立的，而是联系的、可扩展讯技术、控制技术的迅速发展、相互渗透和结合，使的，代表了自动化技术的最前沿.通过构建基于工业底层控制网(现场总线)集成到工业上层信息网Profibus总线的综合自动化实验室远程控制教学平以及Internet成为现实.由此，基于Web的远程控台之后，学生还可以在网络层研究网络优化和网络制研究受到了各界的高度重视.在此，作者以综合自安全等问题.校园网中任何有访问权限的PC机都动化实验室为研究对象，构建了一个综合自动化教可以监控实验室设备，从而实现了基于Internet的学平台.为了达到教学改革的目的，此教学平台体现远程控制.了自动化技术的最新发展方向，具有综合性、层次性、多功能性，使学生在这里能够真正开阔眼界，学1系统网络结构会思考，提高研究和实践能力，培养独创精神.此教学平台涵盖高精度快速直流拖动系统、楼宇自整个系统分为3层:Profibus-DP总线、工业以动化、多段、多台电阻炉温度群控系统、电力系统自太网、校园局域网.网络拓扑结构如图1所示.Webserver数据库服务器亘国国一二~.3e.P-zNM--掣管理层监控层Profibus-DP控站现场设备层PLC224PLC226PLC224PLC226图1网络拓扑结构收稿日期:2003-03-12174.中南工业大学学报(自然科学版)第34卷增刊2Profibus-DP总线段由4个子系统组成:高精度快速直流拖动子系统、多段、多台电阻炉温度群控子系统、楼宇自动化子系统、电力系统自动化子系统.各子系统由西门子CPU-200和CPU-300系列PLC控制，并通过CPU-200系列的PLC通过EM277PROFIBUS-DP从站模块连接到Profibus-DP网上，Profibus-DP网络主要实现现场设备之间的相互通讯、数据采集、故障诊断、参数设置等功能.以太网络基于TCP/IP协议，其传送速度可以达到10Mbps.此层模拟现代工业网络的生产管理层，通过此层的服务可以实时了解现场各设备的运行状态、企业各部门信息，从而达到综合信息管理的目的.处于校园局域网的用户可以通过浏览器浏览实验室监控界面、查看数据库中的数据，也可以设置现场控制参数，达到远程监控的目的，2系统网络配置和网络集成系统网络配置包括硬件配置和软件组态。网络集成中的关键是现场总线和以太网的集成，其中动态数据库处于核心位置.它一方面根据现场设备运行参数动态地修改自身数据变量，并通过动态浏览器的方式为操作站提供服务;另一方面接受操作站的控制信息，并对其进行处理后并送往现场控制设备.2.1系统硬件配置PROFIBUS总线符合一种国际开放的现场总线标准，即50170欧洲标准.其具有3个兼容版本:Profibus-DP，Profibus-FMS和Profibus-PA.Profi-bus-DP总线适用于高速数据传输的分布式控制系统，其传输速度为9.6X10-'-12Mbit/s.总线存取协议采用Profibus-DP协议，即主站之间的令牌传输方式和主站与从站之间的主从方式.现场总线层的传输介质选用西门子专用的屏蔽双绞线(TP).本系统选用带Profibus-DP接口的SIEMENSCPU315-2DP作为第1类主站(DPMl).现场总线和以太网的连接采用CPU315-2DP扩展以太网通讯模块CP343-1来实现.主站定期采集从站中数据，并进行数据处理然后传送给CP343-1以太网通讯模块.CP343-1对CPU315-2DP传送来的数据进行数据解包和打包并通过TCP/IP协议与以太网中的WebServer服务器数据进行通讯.主站功能包括数据转发、故障诊断、通讯管理等.EM277PROFIBUS-DP从站模块+SIEMENSCPU200系列的PLC作为从站，负责接收主站控制命令以及控制现场设备.带CP5611卡(Profibus-DP接口)的PC机作第2类主站(DPM2)，通过上位机HMI软件来监控现场设备.以太网络中，WebServer服务器安装2个网卡:3COM(以太网卡)和SIMATICCP1613通讯处理器.CP1613采用TCP/IP协议并内含微处理器，可以减轻服务器数据处理负担.现场总线与以太网通过CP1613与CP343-1建立通讯关系.服务器读取CPU315-2DP主站中的变量并保存在实时数据库中供客户机浏览.瘦客户端可以通过浏览器浏览服务器数据库中的数据或通过OPCCOLEforProcessControl)服务与服务器进行数据通讯.以太网与校园网通过网关连接.2.2系统软件组态选用STEP7和SIMATICNET软件对Profi-bus-DP网络进行组态，并下载到主站，由主站对整个网络进行管理.若要对组态软件库中没有的设备进行配置则需要把该设备的数据库文件(GSD文件)加人到组态软件中才能对其进行网络组态.EM277作为从站，其从站地址由EM277模块地址开关进行设置，并确保各从站地址的唯一性.主站CPU315-2DP的地址从STEP?中进行设置.用SIMATICNET中的COMLS7设置CP343-1的MAC地址，并设置CP1613的MAC地址和IP地址以便建立以太网和现场总线间的通讯.服务器选用WindowsNTServer4.0+SP3操作系统，安装WinCCV5.0-I-SP2软件和WinCCWeb选件.SIMATICWinCC集成了SybaseSQLAnywhere标准数据库，所有面向列表的组态数据和过程数据均存储于此数据库中，可使用标准查询语言(SQL)或ODBC驱动访问WinCC数据库.WinCC还具有强大的标准接口OLE,OPC(OLEforProcessControl)，DDE,Ac-tiveX和COM/DCOM.通过OPC接口应用程序可以与WinCC进行数据交换，其组态很简单，只需在服务器和客户端的OPC服务中添加OPC通道.系统中监控站人机界面选用Protool/Pro软件设计，其设计的界面具有界面友好、操作简单等优点.系统共组态了23个界面，分别完成以下几个功能:口令管理、参数在线修改、报警显示、打印报表、历史数据显示、动态工艺曲线显示等.3网络通讯系统由3层网络组成，Profibus-DP总线中，采用主站之间的令牌传递式、主从站之间的主从协议.在主从站之间通讯中，由于本系统需要连续读取2003年7月刘长义，等:基于Profibus总线的综合自动化实验室远程控制175.的从站信息多于4byte，所以采用主站CPU315-2DP式返回给前端浏览器.它们之间优势互补，各有所的OB1循环调用系统功能块SF14(DPRD_DAT)和长，因此，该系统采用这2种网页发布方式.SF15(DPWR_DAT)来实现主从站之间的数据交换.4结语以太网网络中，操作站(OS)之间通讯采用以太网TCP/IP协议.服务器既是现场总线中的一个站构建了基于Profibus总线的综合自动化实验室点，又是以太网中的一个节点.服务器的WinCC软远程控制教学平台，学生在这里不仅可以自己动手件通过CP1613和CP343一1卡读取现场PLC寄存调试系统硬件和相应的软件，在实践中按照自己的器的控制参数，并转存到WinCC的实时数据库中.思考，提出系统实现方案，还可以通过网络来监控现控制参数由以太网传送到DP主站PLC的寄存器场设备，实现实验室的远程控制.现场总线集成到工中，再通过主/从协议送到现场总线各从站中.在以业上层信息网以及Internet是当前工业网络控制的太网络上，采用2种数据发布方式:一种是基于发展方向，必将具有广泛的应用前景.WinCCWeb的图形显示系统，通过西门子WinCCWeb选件来建立客户与服务器之间的连接，客户端参考文献:可借助有ActiveX控件的浏览器来监视现场设备的运行状况;另一种是基于ADO,ASP和ActiveX技一I1』1J1习阳宪惠.现场总线技术及其应用〔M].北京:清华大学出版社，术的信息系统.Web服务器响应客户端的HTTP请2002.厂求并通过ADO与数据库建立连接和访问数据库.对Ln乙」顾洪军.工业企业网与现场总线技术及应用〔M].北京:人民于客户的请求Web服务器将操作结果以HTML形邮电出版社，2002.TheremotecontrolresearchofcomprehensiveautomationlaboratorybasedonProfibusbusLIUChang-yi,SHENQun-tai，WENJing(CollegeofInformationScienceandEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410083,China)Abstract:Aremotecontrolschemeforcomprehensiveautomationlaboratorywaspresented,whichwasbasedonProfibus，ethernetandinternettechnologyforthereformineducationofthelaboratory.Thecon-figurationcourseofProfibusandtheintegrateandcommunicationbetweentheFieldbusandupperEther-netweremailyintroduced.Keywords:WinCC;Profibus-DP;ethernet;masterstation;slavestation
