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智能電動機保護器系統的網絡拓撲結構及硬件配置
2014-11-10 14:25:28      [閱讀: 次]

智能電動機保護器系統的網絡拓撲結構及硬件配置
    系統整體的網絡結構分三層:企業管理層、過程監控層和現場設備執行層,如圖1所示。


1.1現場設備執行層
    在設計現場設備執行層時,鑒于該項目控制對象的分散性較大,為了節約大量的價格昂貴的并行信號線,提高系統的可靠性和擴展性,對于不帶通信接口的現場設備,例如,電磁閥、接近開關、行程開關等,通過區域劃分,在設備就近處設立若干個ET200M及相應擴展模塊作為遠程I/O從站,通過接口模塊IM153與Profibus-DP總線連接,直接面向現場采集和輸出信號。對于帶通信接口且支持Profibus的設備,例如,西門子MAS-TERDRIVES系列變頻器通過CBP通信板直接接入Profibus-DP網絡,成為該Profibus-DP網絡的一個從站。
    PB-M總線橋在Profibus網絡側是一個Profi-bus-DP網絡從站,而在Modbus網絡側是Modbus主站。對于支持Modbus協議的電動機保護器與PB-M總線橋先構建一個主從結構的Modbus網絡,PB-M總線橋設置為Modbus網絡的主站,各電動機保護器設置為該Modbus網絡的從站;PB-M總線橋通過自身集成的標準Profibus接口接入Profibus-DP網絡,成為Profibus-DP網絡中的一個從站。
1.2過程監控層
    過程監控層采用西門子公司的全集成自動化S7-300PLC系列產品。其中,1類DP主站OPMl)型號為CPU315-2DP。該機型本身集成兩個通信接口。第一個通信接口是MPI接口(Vlulti-point Interface,編程口),主要通過該接口對PLC進行編程、組態及形成MPI網絡進行數據通信,第二個通信接口是支持Profibus-DP協議的DP接口。本設計中以CPU315-2DP本身集成的DP接口作為Profibus-DP網絡主站,作為過程監控層的中央控制器,在預定的周期內與分布式的DP從站循環地交換信息,并對DP總線進行控制和管理。
    設計要求在過程監控層要對系統運行狀態和現場設備數據等進行畫面實時監控,為此,在該層設立了裝有Wincc監控組態軟件PC監控站。用于將PC機連接到控制網絡的通信卡的種類較多,通過性能與價格的綜合考慮選擇CP5611網卡。該網卡具有網絡診斷功能,通信速率最高可達12 Mb/s,且價格適中。通過在PC機的“控制面板”中打開“Set PG/PC Interface”窗口或在PLC編程軟件STEP7菜單“Option”下的“Set PG/PC
Interface”中對CP5 611網卡的參數進行相應設置,PC機通過CP5611網卡與控制網絡可以采用Profibus通信方式也可以采用MPI方式。
    采用Profibus通信方式時,過程監控層的PC監控站通過CP5 611網卡直接連接到上述Profi-bus-DP網絡中,可以設置為該DP網絡的2類DP主站OPM2),用于DP網絡中的編程、監控、診斷和管理。其在與1類DP主站DPMl (CPU315-2DP)進行數據通信的同時,也可以讀取各DP從站的輸入/輸出數據和當前的組態數據等,再通過PC機內Wincc監控組態軟件對集成數據的連接,可以實現畫面監控功能。
    MPI網絡的組態或編程較為簡單,是一種低成本、用法簡單的經濟有效的網絡解決方案。MPI方式完全可以滿足數據通信需求。基于以上原因,設計中該部分采用MPI方式。過程監控層PC監控站通過已進行MPI通信參數設置CP5611網卡與主站CPU315 -2DP的MPI口直接連接,通信采用MPI方式交互數據。在監控站PC機內通過WinCC7.0監控組態軟件,完成對現場監控終端設備及數據(已集成到主站CPU315-2DP中)的在線檢測、控制、存儲、打印報表、報警和查詢等功能。
1.3企業管理層
    作為工廠骨干網的企業管理層,是整個控制網絡的最高層,包含數量龐大的子網和設備,所以企業管理層采用傳輸距離較遠、數量較大、傳輸速率較快的工業以太網。以上由現場設備執行層和過程監控層構成的某低壓控制與配電監控系統僅僅是整個企業管理網絡下層的一個子網,相比基于工業以太網的企業管理層,其對數據的實時性要求較高,而對通信速率和通信數據量要求相對較低。
    在西門子S7 -300PLC的0號主機架上,除電源模塊和CPU模塊外,還可以無槽位限制地擴展最多8個模塊(SM信號模塊、FM功能模塊、CP通信處理器模塊)。在過程監控層的主站CPU315-2DP的機架上通過擴展的以太網通信處理器CP343-1,將選擇性的監控數據(已集成到主站CPU315乏DP中)再集成到企業管理層的工業以太網中。在企業管理層監控中心的PC機上通過WinCC監控軟件組態,對該低壓控制與配電監控系統進行實時數據監測、歸檔和趨勢分析等,以便于高層的調度和決策;通過設置嚴格的訪問權限,也可以對現場設備直接進行控制。

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