基于Profibus-DP的流量数据采集系统

蒋俊辉

（广东粤港供水有限公司，广东 深圳 518000）

1 概述

现场总线控制系统FCS（fieldbus control system），是继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统DCS后的基于现场总线的新一代控制系统。目前，比较具有影响力的现场总线有：基金会现场总线（FF，Foundation Fieldbus）、LonWorks、PROFIBUS、CAN和HART等等。其中，PROFIBUS是当前最为流行的现场总线技术之一。在电动机、阀门、开关等电气设备的保护和控制上选用带有PROFIBUS-DP接口的智能装置能够更好的满足工厂自动化及监控系统的信息集成要求，又能降低系统接线的复杂程度，从而缩短工程的设计、建设和调试的周期。

Profibus包括三个兼容系列：Profibus-FMS，Profibus-DP，Profibus-PA。FMS提供大量的通信服务用于完成以中等传输速度进行的循环和非循环的通信服务；DP是一种经过优化的高速廉价的通信连接，适用于实时性要求较高的场合，主要用于自动控制与分散式外设之间的通信；PA是专为过程自动化而设计，具有本质安全性，用于安全性要求较高的场合及总线供电的站点。

2 系统设计方案

本文章通过结合现行开发的基于PROFIBUS-DP的超声波流量计数据采集系统，主要介绍了现场总线技术，以及如何实现PROFIBUS总线与PLC通讯的相关技术。

系统由现场上位机、PLC、流量计组成，上位机使用VIEWSTAR软件进行组态，实现数据实时采集更新、历史曲线和实时曲线显示、报警、数据存储、查询等功能。下位机使用GE90-70 PLC，通过Profibus-DP与现场流量计建立通讯采集数据。

2.1 站后流量信号的生成

本项目通过超声波流量计测定供水渠道的流量。超声波流量计型号采用：青岛清方华瑞电气自动化有限公司的RISONIC 2000。

RISONIC 2000主机通过PB-B-RS232/485接口总线桥模块输出标准RS232信号（Profibus-DP通讯协议）。

2.2 信号传输和接入

RISONIC 2000主机安装在监测站，通讯采用RS232接口，标准Profibus-DP通讯协议。PLC安装在泵站中控室，由于监测站到泵站中控室距离3公里，因此采用4芯光纤连接监测站到泵站中控室。

主机信号输出端口增加RS232转光纤模块（SIEMENS NET PROFIBUS OLM/G11），通过光纤接入泵站中控室，再通过光纤转标准Profibus-DP的通讯协议模块，转换为Profibus-DP的通讯方式，接入GE90-70 PLC的 Profibus通讯模块。

PLC程序中增加数据接收及处理程序块，并对VIEWSTAR上位机进行配置显示流量相关信息。

3 系统硬件设计

3.1 PLC的系统配置

本系统采用的PLC是GE90-70系列PLC，模块配置如下图：

HBA的基本思想是：种群中的N个蝙蝠个体在三维空间内通过回声定位和搜索空间的随机移动来更新蝙蝠个体的位置Xi和速度vi。首先，随机选择一个蝙蝠的起始节点，然后通过式(7)的目标函数f计算蝙蝠个体的位置Xi(xi,yi,zi);之后蝙蝠根据变异因子的突变操作选择飞行网状图中的下一个节点，而不是随机飞行，从而确保在迭代足够多的代数后能够得到一个最短的UAV飞行路径。其核心伪代码如下：

增加Profibus通讯模块5136-PFBVME，用于接收基于Profibus协议的信号。

3.2 通讯物理连接

现场连线图如下：

流量计RISONIC 2000主机信号输出端口连接RS232转光纤模块（SIEMENS NET PROFIBUS OLM/G11），通过光纤接入泵站中控室，再通过光纤转标准Profibus-DP的通讯协议模块（SIEMENS NET PROFIBUS OLM/G11），转换为Profibus-DP通讯方式，接入GE90-70 Profibus模块5136-PFB-VME。

4 系统信号分析及软件设计

4.1 超声波流量计的输出信号分析

超声波流量计主机RISONIC 2000可输出如下信号：

Q（瞬时流量）、Vf（正向累计流量）、Vr（逆向累计流量）、V1（流速 1）、V2（流速 21）、V3（流速 3）、V4（流速 4）、V5（流速 5）、V6（流速6）、V7（流速 7）、V8（流速 8）、H（水位）、T(水温)。

主机提供RS232信号接口，连接PB-BRS232 485总线模块后输出符合标准Profibus-DP通讯协议的信号。

3.2 数据格式及其协议细节

Q（瞬时流量）:

以瞬时流量为例，协议如上。其中黑体数字为四个字节的瞬时流量值(浮点数)。

按照协议，通讯主站每发送一条命令数据到流量计后，流量计就返回相应的输出值。因此在接收端即公用PLC中需发送不同的命令数据来得到相应的信号数据。

3.3 程序软件设计

VME模块配置：通过SST Profibus Configuration软件配置GE90-70 Profibus模块5136-PFB-VME，设置主从站、数据长度和类型等参数，导出二进制数，通过超级终端将配置输入到VME模块。

在PLC中增加数据接受和处理程序段：在 90-70 CPU中，GE Fanuc提供标准的子程序块来初始化 5136-PFB模块，并读取5136-PFB模块中的数据。

程序如下图所示，INIT子程序用于初始化5136-PFB，Get和Put用于读写5136-PFB的数据。

核对流量计与PLC通讯数据区域，在PLC中增加关于流量计上传数据计算处理。

VIEWSTAR2000配置：在SCADA增加相应的流量计信号点。

增加流量显示画面：新增流量信号画面，将修改完毕的画面复制到本站工作站及服务器、调度中心工作站及服务器。

结语

PROFIBUS-DP现场总线控制系统既是一个开放的通信系统，又是一个全分布控制系统，这是一项以智能传感器、控制、计算机、数字通信、网络为主要内容的综合技术，工程实践证明,本系统运行稳定，数据传输安全可靠。

[1]陈作炳，童来苟，李立峰.基于Profibus-DP的文丘里流量计设计[J].中国仪器仪表,2007(01).