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智能电动机保护器系统的网络拓扑结构及硬件配置
2014-11-10 14:25:28      [阅读: 次]

智能电动机保护器系统的网络拓扑结构及硬件配置
    系统整体的网络结构分三层:企业管理层、过程监控层和现场设备执行层,如图1所示。


1.1现场设备执行层
    在设计现场设备执行层时,鉴于该项目控制对象的分散性较大,为了节约大量的价格昂贵的并行信号线,提高系统的可靠性和扩展性,对于不带通信接口的现场设备,例如,电磁阀、接近开关、行程开关等,通过区域划分,在设备就近处设立若干个ET200M及相应扩展模块作为远程I/O从站,通过接口模块IM153与Profibus-DP总线连接,直接面向现场采集和输出信号。对于带通信接口且支持Profibus的设备,例如,西门子MAS-TERDRIVES系列变频器通过CBP通信板直接接入Profibus-DP网络,成为该Profibus-DP网络的一个从站。
    PB-M总线桥在Profibus网络侧是一个Profi-bus-DP网络从站,而在Modbus网络侧是Modbus主站。对于支持Modbus协议的电动机保护器与PB-M总线桥先构建一个主从结构的Modbus网络,PB-M总线桥设置为Modbus网络的主站,各电动机保护器设置为该Modbus网络的从站;PB-M总线桥通过自身集成的标准Profibus接口接入Profibus-DP网络,成为Profibus-DP网络中的一个从站。
1.2过程监控层
    过程监控层采用西门子公司的全集成自动化S7-300PLC系列产品。其中,1类DP主站OPMl)型号为CPU315-2DP。该机型本身集成两个通信接口。第一个通信接口是MPI接口(Vlulti-point Interface,编程口),主要通过该接口对PLC进行编程、组态及形成MPI网络进行数据通信,第二个通信接口是支持Profibus-DP协议的DP接口。本设计中以CPU315-2DP本身集成的DP接口作为Profibus-DP网络主站,作为过程监控层的中央控制器,在预定的周期内与分布式的DP从站循环地交换信息,并对DP总线进行控制和管理。
    设计要求在过程监控层要对系统运行状态和现场设备数据等进行画面实时监控,为此,在该层设立了装有Wincc监控组态软件PC监控站。用于将PC机连接到控制网络的通信卡的种类较多,通过性能与价格的综合考虑选择CP5611网卡。该网卡具有网络诊断功能,通信速率最高可达12 Mb/s,且价格适中。通过在PC机的“控制面板”中打开“Set PG/PC Interface”窗口或在PLC编程软件STEP7菜单“Option”下的“Set PG/PC
Interface”中对CP5 611网卡的参数进行相应设置,PC机通过CP5611网卡与控制网络可以采用Profibus通信方式也可以采用MPI方式。
    采用Profibus通信方式时,过程监控层的PC监控站通过CP5 611网卡直接连接到上述Profi-bus-DP网络中,可以设置为该DP网络的2类DP主站OPM2),用于DP网络中的编程、监控、诊断和管理。其在与1类DP主站DPMl (CPU315-2DP)进行数据通信的同时,也可以读取各DP从站的输入/输出数据和当前的组态数据等,再通过PC机内Wincc监控组态软件对集成数据的连接,可以实现画面监控功能。
    MPI网络的组态或编程较为简单,是一种低成本、用法简单的经济有效的网络解决方案。MPI方式完全可以满足数据通信需求。基于以上原因,设计中该部分采用MPI方式。过程监控层PC监控站通过已进行MPI通信参数设置CP5611网卡与主站CPU315 -2DP的MPI口直接连接,通信采用MPI方式交互数据。在监控站PC机内通过WinCC7.0监控组态软件,完成对现场监控终端设备及数据(已集成到主站CPU315-2DP中)的在线检测、控制、存储、打印报表、报警和查询等功能。
1.3企业管理层
    作为工厂骨干网的企业管理层,是整个控制网络的最高层,包含数量庞大的子网和设备,所以企业管理层采用传输距离较远、数量较大、传输速率较快的工业以太网。以上由现场设备执行层和过程监控层构成的某低压控制与配电监控系统仅仅是整个企业管理网络下层的一个子网,相比基于工业以太网的企业管理层,其对数据的实时性要求较高,而对通信速率和通信数据量要求相对较低。
    在西门子S7 -300PLC的0号主机架上,除电源模块和CPU模块外,还可以无槽位限制地扩展最多8个模块(SM信号模块、FM功能模块、CP通信处理器模块)。在过程监控层的主站CPU315-2DP的机架上通过扩展的以太网通信处理器CP343-1,将选择性的监控数据(已集成到主站CPU315乏DP中)再集成到企业管理层的工业以太网中。在企业管理层监控中心的PC机上通过WinCC监控软件组态,对该低压控制与配电监控系统进行实时数据监测、归档和趋势分析等,以便于高层的调度和决策;通过设置严格的访问权限,也可以对现场设备直接进行控制。

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