CN107807604B - 基于西门子控制器和欧姆龙控制器的现场总线控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于西门子控制器和欧姆龙控制器的现场总线控制系统，属于自动控制领域，解决目前无法构建基于西门子控制器和欧姆龙控制器的现场总线控制系统的问题。包括上位监控PC、上位主控制系统、现场下位子控制系统、协议变换器、现场监控PC和若干个现场设备；上位主控制系统为西门子PCS7系统，西门子PCS7系统采用PROFIBUS‑DP现场总线通信协议；现场下位子控制系统为欧姆龙PLC系统，欧姆龙PLC系统采用DeviceNet现场总线通信协议；协议变换器为网关PD‑100S；上位监控PC与西门子PCS7系统间通过以太网连，西门子PCS7系统与网关PD‑100S间通过PROFIBUS‑DP总线连，欧姆龙PLC系统与网关PD‑100S间通过DeviceNet总线连，欧姆龙PLC系统与现场监控PC间通过以太网连，若干个现场设备分别与欧姆龙PLC系统的输入端子连。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种基于西门子控制器和欧姆龙控制器的现场总线控制系统。
背景技术
现场总线是从控制室连接到现场设备的双向全数字通信总线。现场总线控制系统是一个开放互联模型，它可以与以太网结合，通过Internet实现远程监视、控制、调试、诊断等。与DCS、PLC远程I/O相比，现场总线控制系统FCS(Fieldbus Control System)凭借将大量现场检测与控制信息直接数字化，实现了检测与控制信息的就地采集、就地处理和就地使用，使许多控制功能从控制室移至现场设备，在系统精度提高的同时，现场设备的信息增加几十倍，可用于自诊断、系统调试和管理，提高系统的有效性。现场总线控制系统通常会在同一电缆上挂接多台现场设备，可节省电缆70％～90％及施工量。现场总线控制系统彻底分散的突出特点，给用户带来的实质优点是由高度智能的现场设备来分散完成DCS控制器的功能，弱化甚至省去了集中控制器的层次，可降低设备费用，使控制风险彻底分散，提高了系统控制的自治性和可靠性。
在现场总线控制系统中，西门子控制器经常被用作上位主控制系统，欧姆龙控制器经常被用作现场下位子控制系统。然而，由于西门子控制器和欧姆龙控制器之间的通信协议不同，因此，二者并不能直接进行通信，无法构建基于西门子控制器和欧姆龙控制器的现场总线控制系统。
发明内容
本发明的目的是解决目前西门子控制器和欧姆龙控制器不能进行通信，进而不能基于西门子控制器和欧姆龙控制器构建现场总线控制系统的技术问题，提供一种基于西门子控制器和欧姆龙控制器的现场总线控制系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种基于西门子控制器和欧姆龙控制器的现场总线控制系统，所述现场总线控制系统包括上位监控PC、上位主控制系统、现场下位子控制系统、协议变换器、现场监控PC和若干个现场设备；
所述现场总线控制系统硬件方面的改进包括：所述上位主控制系统为西门子PCS7系统，所述西门子PCS7系统采用PROFIBUS-DP现场总线通信协议；所述现场下位子控制系统为欧姆龙PLC系统，所述欧姆龙PLC系统采用DeviceNet现场总线通信协议；所述协议变换器为网关PD-100S，所述网关PD-100S支持PROFIBUS-DP现场总线通信协议与DeviceNet现场总线通信协议之间的互联及转换；所述上位监控PC与西门子PCS7系统之间通过以太网连接，西门子PCS7系统与网关PD-100S之间通过PROFIBUS-DP总线连接，欧姆龙PLC系统与网关PD-100S之间通过DeviceNet总线连接，欧姆龙PLC系统与现场监控PC之间通过以太网连接，若干个现场设备作为欧姆龙PLC系统的输入输出设备，分别与欧姆龙PLC系统的输入输出端子连接。
所述现场总线控制系统软件方面的改进包括：
(1)通过上位监控PC对西门子PCS7系统进行配置，该配置过程包括：1、在西门子PCS7系统下安装网关PD-100S的GSD文件；2、对西门子PCS7系统进行硬件组态，该硬件组态包括：在西门子PCS7系统的系统软件STEP7下创建目标项目；将西门子PCS7系统的实际硬件设备的名称和序列号添加在所述目标项目下；在西门子PCS7系统中添加PROFIBUS-DP网络，并指定PROFIBUS-DP主站地址，添加作为PROFIBUS-DP从站的网关PD-100S的地址；根据网关PD-100S的地址旋码器的读数输入网关PD-100S的地址，并指定网关PD-100S的I/O地址；在西门子PCS7系统中通过以太网下载其硬件组态，若下载失败，根据提示重复上述硬件组态步骤，直至下载成功；
(2)通过现场监控PC对欧姆龙PLC系统进行配置，该配置过程包括：1、在欧姆龙PLC系统下安装网关PD-100S的EDS文件；2、在欧姆龙PLC系统下进行硬件组态，该硬件组态过程包括：在欧姆龙PLC系统的系统软件CX-ONE下创建目标工程；在目标工程下配置扫描表，以生成一个与实际的欧姆龙PLC系统的硬件系统完全相同的系统；生成DeviceNet网络、DeviceNet网络中各个站的模块和地址；设置各模块的参数并给参数赋值，以确定欧姆龙PLC系统I/O变量的地址；确定欧姆龙PLC与现场监控PC通过欧姆龙PLC系统自带的以太网通信模块通信的IP地址；指定欧姆龙PLC系统与网关PD-100S通信用的I/O地址。
可选地，所述现场总线控制系统软件方面的改进还包括：在上位监控PC的西门子PCS7系统下创建变量，在西门子PCS7系统的WinCC软件中创建相应的人机接口画面，并建立变量与人机接口画面之间的连接；在现场监控PC的欧姆龙PLC系统中创建变量，并在欧姆龙PLC系统下创建人机界面，建立变量与人机界面之间的连接。
本发明的有益效果是：
通过设置上位监控PC与西门子PCS7系统之间通过以太网连接，西门子PCS7系统与网关PD-100S之间通过PROFIBUS-DP总线连接，欧姆龙PLC系统和现场设备与网关PD-100S之间均通过DeviceNet总线连接，欧姆龙PLC系统与现场监控PC通过以太网连接，并分别在西门子PCS7系统和欧姆龙PLC系统下进行配置，提供一种基于西门子控制器和欧姆龙控制器的现场总线控制系统，通过该现场总线控制系统不仅能实现西门子控制器和欧姆龙控制器之间的数据通信，而且可以凭借上位主控制系统实现对现场设备的参数和状态的监控，便于通过上位主控制系统对现场进行远程控制。
附图说明
图1是本发明的系统组成示意图。
图2是西门子PCS7系统的组成结构示意图。
图3是欧姆龙PLC系统扫描到的DeviceNet网络的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，本实施例中的基于西门子控制器和欧姆龙控制器的现场总线控制系统包括上位监控PC、上位主控制系统、现场下位子控制系统、协议变换器、现场监控PC和若干个现场设备；
所述现场总线控制系统硬件方面的改进包括：所述上位主控制系统为西门子PCS7系统，所述西门子PCS7系统采用PROFIBUS-DP现场总线通信协议；所述现场下位子控制系统为欧姆龙PLC系统，所述欧姆龙PLC系统采用DeviceNet现场总线通信协议；所述协议变换器为网关PD-100S，所述网关PD-100S支持PROFIBUS-DP现场总线通信协议与DeviceNet现场总线通信协议之间的互联及转换；所述上位监控PC与西门子PCS7系统之间通过以太网连接，西门子PCS7系统与网关PD-100S之间通过PROFIBUS-DP总线连接，欧姆龙PLC系统与网关PD-100S之间通过DeviceNet总线连接，欧姆龙PLC系统与现场监控PC之间通过以太网连接，若干个现场设备作为欧姆龙PLC系统的输入输出设备，分别与欧姆龙PLC系统的输入输出端子连接。
所述现场总线控制系统软件方面的改进包括：
(1)通过上位监控PC对西门子PCS7系统进行配置，该配置过程包括：1、在西门子PCS7系统下安装网关PD-100S的GSD文件；2、对西门子PCS7系统进行硬件组态，该硬件组态包括：在西门子PCS7系统的系统软件STEP7下创建目标项目；将西门子PCS7系统的实际硬件设备的名称和序列号添加在所述目标项目下；在西门子PCS7系统中添加PROFIBUS-DP网络，并指定PROFIBUS-DP主站地址，添加作为PROFIBUS-DP从站的网关PD-100S的地址；根据网关PD-100S的地址旋码器的读数输入网关PD-100S的地址，并指定网关PD-100S的I/O地址；在西门子PCS7系统中通过以太网下载其硬件组态，若下载失败，根据提示重复上述硬件组态步骤，直至下载成功。其中，网关PD-100S的地址旋码器的读数就是其在西门子PCS7系统中作为PROFIBUS-DP从站的地址。
(2)通过现场监控PC对欧姆龙PLC系统进行配置，该配置过程包括：1、在欧姆龙PLC系统下安装网关PD-100S的EDS文件；2、在欧姆龙PLC系统下进行硬件组态，该硬件组态过程包括：在欧姆龙PLC系统的系统软件CX-ONE下创建目标工程；在目标工程下配置扫描表，以生成一个与实际的欧姆龙PLC系统的硬件系统完全相同的系统；生成DeviceNet网络、DeviceNet网络中各个站的模块和地址；设置各模块的参数并给参数赋值，以确定欧姆龙PLC系统I/O变量的地址；确定欧姆龙PLC系统中以太网通信模块的IP地址；指定欧姆龙PLC系统与网关PD-100S通信用的I/O地址。其中，所述DeviceNet网络中各个站的模块和地址，是指欧姆龙PLC系统通过扫描表扫描到的挂在DeviceNet网络上的硬件及其在DeviceNet网络中的地址。所述指定欧姆龙PLC系统与网关PD-100S通信用的I/O地址是在配置扫描表以后，分配欧姆龙PLC系统的I/O地址，即现场设备的数据送入欧姆龙PLC系统的I/O地址，用于欧姆龙PLC系统与网关PD-100S之间的通信，通过网关PD-100S将现场数据上传到西门子PCS7系统。网关PD-100S的通信用波特率设置通过其拨码开关设置。
如图2所示，西门子PCS7系统主要由机架UR2、电源模块PS、CPU和通信模块CP组成。电源模块PS、CPU和通信模块CP都安装在机架UR2上，并通过机架UR2上的信号总线将不同模块连接在一起。电源模块PS将AC 220V的电压转换为DC 24V电源，供CPU和其它模块使用。CPU通过通信模块CP与上位监控PC建立以太网连接，并在上位监控PC上进行硬件组态、通信、编程和调试。CPU通过自带的PROFIBUS-DP接口与网关PD-100S通过PROFIBUS-DP总线连接，从网关PD-100S读取欧姆龙PLC系统的现场数据，并将西门子PCS7系统的控制信息通过网关PD-100S下传到欧姆龙PLC系统，从而实现了对现场设备的远程监督与控制。其中，西门子PCS7系统作为PROFIBUS-DP的主站，其地址在创建PROFIBUS-DP主站时设定。网关PD-100S作为PROFIBUS-DP的从站，其地址通过网关PD-100S的地址旋码器设定，本例中地址为24，如图2所示。表一为西门子PCS7系统硬件组态的结果示意表；表二为西门子PCS7系统分配给网关PD-100S的I/O地址。
表一
(0)UR2
| Slot | Module | Order number | Firmware | MPI/DP | Iaddress | Qaddress | Comment |
| 1 | PS 407 10A | 6ES7 407-0KA02-0AA0 | |||||
| 3 | CPU 414-3 DP | 6ES7 414-3XJ04-0AB0 | V4.0 | 2 | |||
| X2 | DP | 8191 | |||||
| X1 | MPI/DP | 2 | 8190 | ||||
| IF1 | |||||||
| 5 | CP 443-1 | 6GK7 443-1EX11-0XE0 | V2.6 | 8189 |
表二
(24)PD 100S
| Slot | DP ID | Order number/Designation | Iaddress | Qaddress | Comment |
| 1 | 16AI | 16Words Input | 560…591 | ||
| 2 | 16AO | 16Words Output | 560…591 | ||
| 3 | 64 | 32Words Input | 592…655 | ||
| 4 | 128 | 32Words Output | 592…655 |
所述欧姆龙PLC系统主要由导轨、CPU、I/O端子、DeviceNet主站通信模块、以太网通信模块组成。CPU、I/O端子、DeviceNet主站通信模块和以太网通信模块均安装在导轨上，并通过信号总线将不同模块连接在一起。CPU通过以太网通信模块与现场监控PC通信来完成硬件组态、编程、通信、调试。CPU通过DeviceNet主站通信模块与网关PD-100S连接，将欧姆龙PLC系统的数据通过网关PD-100S的协议转换，上传到西门子PCS7系统，或者接收西门子PCS7系统的指令，从而实现远程数据传输和控制。
图3为欧姆龙PLC系统扫描并生成的DeviceNet网络结构示意图。结合图3，表三为欧姆龙PLC系统与网关PD-100S通信用的I/O地址的输入地址范围；表四为欧姆龙PLC系统与网关PD-100S通信用的I/O地址的输入地址表；表五为欧姆龙PLC系统与网关PD-100S通信用的I/O地址的输出地址范围；表六为欧姆龙PLC系统与网关PD-100S通信用的I/O地址的输出地址表
表三
I/O分配(输入)
| # | Product Name | Size | Ch |
| 03 | PROFIBUS-DP/DeviceNet | 48Byte | 3300:Bit00 |
表四
| Ch | Product Name | Ch | Product Name |
| 3300:Bit00 | 03 PROFIBUS-DP/DeviceNet | 3302:Bit00 | 03 PROFIBUS-DP/DeviceNet |
| 3300:Bit08 | 03 PROFIBUS-DP/DeviceNet | 3302:Bit08 | 03 PROFIBUS-DP/DeviceNet |
| 3301:Bit00 | 03 PROFIBUS-DP/DeviceNet | 3303:Bit00 | 03 PROFIBUS-DP/DeviceNet |
| 3301:Bit08 | 03 PROFIBUS-DP/DeviceNet | 3303:Bit08 | 03 PROFIBUS-DP/DeviceNet |
| …… | …… | …… | …… |
表五
I/O分配(输出)
| # | Product Name | Size | Ch |
| 03 | PROFIBUS-DP/DeviceNet | 48Byte | 3200:Bit00 |
表六
| Ch | Product Name | Ch | Product Name |
| 3200:Bit00 | 03 PROFIBUS-DP/DeviceNet | 3202:Bit00 | 03 PROFIBUS-DP/DeviceNet |
| 3200:Bit08 | 03 PROFIBUS-DP/DeviceNet | 3202:Bit08 | 03 PROFIBUS-DP/DeviceNet |
| 3201:Bit00 | 03 PROFIBUS-DP/DeviceNet | 3203:Bit00 | 03 PROFIBUS-DP/DeviceNet |
| 3201:Bit08 | 03 PROFIBUS-DP/DeviceNet | 3203:Bit08 | 03 PROFIBUS-DP/DeviceNet |
| …… | …… | …… | …… |
所述网关PD-100S是DeviceNet/PROFIBUS-DP转换器，网关PD-100S通过自身的DP接口连接西门子PCS7系统CPU的PROFIBUS-DP接口，同时，网关PD-100S也与欧姆龙PLC系统的DeviceNet主站通信模块连接，实现了DeviceNet现场总线协议和PROFIBUS-DP总线协议的转换，进而实现了具有不同协议的两个网络之间的传输数据，即通过网关PD-100S可连接具有DeviceNet接口的现场设备到PROFIBUS-DP网络，实现了带有PROFIBUS-DP接口的西门子PCS7系统与带有DeviceNet接口的欧姆龙PLC之间的数据交换。
通过上述硬件方面和软件方面的改进，即实现了西门子PCS7系统和欧姆龙PLC系统之间的通信。在此基础上，西门子PCS7系统和欧姆龙PLC系统即可进行数据的交换。
进一步地，所述现场总线控制系统软件方面的改进还包括：在上位监控PC的西门子PCS7系统下，创建变量，在西门子PCS7系统的WinCC软件中创建相应的人机接口画面，并建立变量与人机接口画面之间的连接。在现场监控PC的欧姆龙PLC系统中，创建变量，并在欧姆龙PLC系统下创建人机界面，建立变量与人机界面之间的连接。其中，在西门子PCS7系统中通过CFC语言编写控制程序来建立变量与人机接口画面之间的连接；在欧姆龙PLC系统中建立变量与人机界面之间的连接也是通过编写控制程序实现的。
通过在西门子PCS7系统和在欧姆龙PLC系统中创建变量和创建人机接口画面，并建立变量与人机接口画面之间的连接，使得现场下位控制子系统可以根据设定的控制程序独立控制现场的工艺设备和控制机构，现场的运行人员也可以通过现场监控PC的人机接口画面监视现场的运行参数、手动控制过程设备，通过下位控制子系统与上位主控制系统的通信，实现远程监视和控制。通过构建该基于西门子控制器和欧姆龙控制器的现场总线控制系统，可以凭借上位主控制系统实现对现场过程参数和设备状态的监视，运行人员也因上位主控制系统获得了更高的控制权限，在需要或必要时远程控制现场的工艺设备和控制机构，甚至是现场系统的启停。构建了该基于西门子控制器和欧姆龙控制器的现场总线控制系统，可以在充分利用DCS的控制功能的情况下，获得更宽范围和更高品质的控制效果。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种基于西门子控制器和欧姆龙控制器的现场总线控制系统，其特征在于，所述现场总线控制系统包括上位监控PC、上位主控制系统、现场下位子控制系统、协议变换器、现场监控PC和若干个现场设备；
所述现场总线控制系统硬件方面的改进包括：所述上位主控制系统为西门子PCS7系统，所述西门子PCS7系统采用PROFIBUS-DP现场总线通信协议；所述现场下位子控制系统为欧姆龙PLC系统，所述欧姆龙PLC系统采用DeviceNet现场总线通信协议；所述协议变换器为网关PD-100S，所述网关PD-100S支持PROFIBUS-DP现场总线通信协议与DeviceNet现场总线通信协议之间的互联及转换；所述上位监控PC与西门子PCS7系统之间通过以太网连接，西门子PCS7系统与网关PD-100S之间通过PROFIBUS-DP总线连接，欧姆龙PLC系统与网关PD-100S之间通过DeviceNet总线连接，欧姆龙PLC系统与现场监控PC之间通过以太网连接，若干个现场设备作为欧姆龙PLC系统的输入输出设备，分别与欧姆龙PLC系统的输入输出端子连接；
所述现场总线控制系统软件方面的改进包括：
(1)通过上位监控PC对西门子PCS7系统进行配置，该配置过程包括：1、在西门子PCS7系统下安装网关PD-100S的GSD文件；2、对西门子PCS7系统进行硬件组态，该硬件组态包括：在西门子PCS7系统的系统软件STEP7下创建目标项目；将西门子PCS7系统的实际硬件设备的名称和序列号添加在所述目标项目下；在西门子PCS7系统中添加PROFIBUS-DP网络，并指定PROFIBUS-DP主站地址，添加作为PROFIBUS-DP从站的网关PD-100S的地址；根据网关PD-100S的地址旋码器的读数输入网关PD-100S的地址，并指定网关PD-100S的I/O地址；在西门子PCS7系统中通过以太网下载其硬件组态，若下载失败，根据提示重复上述硬件组态步骤，直至下载成功，其中，网关PD-100S的地址旋码器的读数就是其在西门子PCS7系统中作为PROFIBUS-DP从站的地址；
(2)通过现场监控PC对欧姆龙PLC系统进行配置，该配置过程包括：1、在欧姆龙PLC系统下安装网关PD-100S的EDS文件；2、在欧姆龙PLC系统下进行硬件组态，该硬件组态过程包括：在欧姆龙PLC系统的系统软件CX-ONE下创建目标工程；在目标工程下配置扫描表，以生成一个与实际的欧姆龙PLC系统的硬件系统完全相同的系统；生成DeviceNet网络、DeviceNet网络中各个站的模块和地址；设置各模块的参数并给参数赋值，以确定欧姆龙PLC系统I/O变量的地址；确定欧姆龙PLC系统中以太网通信模块的IP地址；指定欧姆龙PLC系统与网关PD-100S通信用的I/O地址，其中，所述DeviceNet网络中各个站的模块和地址，是指欧姆龙PLC系统通过扫描表扫描到的挂在DeviceNet网络上的硬件及其在DeviceNet网络中的地址，所述指定欧姆龙PLC系统与网关PD-100S通信用的I/O地址是在配置扫描表以后，分配欧姆龙PLC系统的I/O地址，即现场设备的数据送入欧姆龙PLC系统的I/O地址，用于欧姆龙PLC系统与网关PD-100S之间的通信，通过网关PD-100S将现场数据上传到西门子PCS7系统，网关PD-100S的通信用波特率设置通过其拨码开关设置；
所述西门子PCS7系统主要由机架UR2、电源模块PS、CPU和通信模块CP组成，电源模块PS、CPU和通信模块CP都安装在机架UR2上，并通过机架UR2上的信号总线将不同模块连接在一起，电源模块PS将AC 220V的电压转换为DC 24V电源，供CPU和其它模块使用，CPU通过通信模块CP与上位监控PC建立以太网连接，并在上位监控PC上进行硬件组态、通信、编程和调试，CPU通过自带的PROFIBUS-DP接口与网关PD-100S通过PROFIBUS-DP总线连接，从网关PD-100S读取欧姆龙PLC系统的现场数据，并将西门子PCS7系统的控制信息通过网关PD-100S下传到欧姆龙PLC系统，从而实现了对现场设备的远程监督与控制，其中，西门子PCS7系统作为PROFIBUS-DP的主站，其地址在创建PROFIBUS-DP主站时设定，网关PD-100S作为PROFIBUS-DP的从站，其地址通过网关PD-100S的地址旋码器设定；
所述欧姆龙PLC系统主要由导轨、CPU、I/O端子、DeviceNet主站通信模块、以太网通信模块组成，CPU、I/O端子、DeviceNet主站通信模块和以太网通信模块均安装在导轨上，并通过信号总线将不同模块连接在一起，CPU通过以太网通信模块与现场监控PC通信来完成硬件组态、编程、通信、调试，CPU通过DeviceNet主站通信模块与网关PD-100S连接，将欧姆龙PLC系统的数据通过网关PD-100S的协议转换，上传到西门子PCS7系统，或者接收西门子PCS7系统的指令，从而实现远程数据传输和控制；
所述网关PD-100S是DeviceNet/PROFIBUS-DP转换器，网关PD-100S通过自身的DP接口连接西门子PCS7系统CPU的PROFIBUS-DP接口，同时，网关PD-100S也与欧姆龙PLC系统的DeviceNet主站通信模块连接，实现了DeviceNet现场总线协议和PROFIBUS-DP总线协议的转换，进而实现了具有不同协议的两个网络之间的传输数据，即通过网关PD-100S可连接具有DeviceNet接口的现场设备到PROFIBUS-DP网络，实现了带有PROFIBUS-DP接口的西门子PCS7系统与带有DeviceNet接口的欧姆龙PLC之间的数据交换。
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