皇 苎 ！竺！！ 苎！ 计算机技术及其应 Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 基于ＯＰＣ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ和Ｐｒｏｆｉｂｕｓ技术的网络系统设计 吴明永 王国伟 吴明亮 （１．兰州城市学院培黎石油工程学院，甘肃兰州２．兰州理工大学机电工程学院，甘肃兰州７３００７０； ７３００５０） 摘要：以锅炉监控系统为背景，设计了基于ＯＰＣ、Ｅｔｈｅｍｅｔ和Ｐｒｏｆｌｂｕｓ技术的锅炉监控网络系统。通过对ＰＬＣ硬件与ＯＰＣ Ｓｅｒｖｅｒ组 态，以实现监控中心软件与下位ＰＬＣ系统的以太网通信；ＰＬＣ通过Ｐｏｒｆｉｂｕｓ网络与远程Ｉ／Ｏ站、智能从站ｓ７—２００进行通讯，来 采集现场设备的运行数据和状态信号。整个网络采用分散控制、集中管理的布置方式，最大程度满足工艺生产和用户需求。 经过实际测试和运行，网络系统构成灵活、数据读取实时性好，可靠性强，便于系统升级和扩展。 关键词：ＯＰＣ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｆｉｂｕｓ ＰＬＣ网络 ［中图分类号］ＴＰ３９１；ＴＰ２７３［文献标志码］Ａ［文章编号］１０００—３８８６（２０１１）０６—００２０－０３ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＯＰＣ，Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ａｎｄ Ｐｒｏｆｉｂｕｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｗｕ Ｍｉｎｇｙｏｎｇ。 Ｗａｎｇ Ｇｕｏｗｅｉ Ｗｕ Ｍｉｎｇｌｉａｎｇ （１．Ｐｅｉｌｉ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌａｎ Ｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｆＣｉｏｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｇａｎｓｕ ７３００７０，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｅｅｒｎｉｎｇ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｌａｎｚｈｏｕ，Ｇａｎｓｕ ７３００５０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｅ ｔｈｅ ｂｏｉｌｅｒ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｓ ｔｈｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｂｏｉｌｅｒ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＯＰＣ，Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ａｎｄ Ｐｒｏｆｉｂｕｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＬＣ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ＯＰＣ Ｓｅｒｖｅｒ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｃｅｎｔｅｒ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ｌｅｖｅｌ ＰＬＣ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ＰＬＣ Ｐｏｒｆｉｂｕｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ ｒｅｍｏｔｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｉ／Ｏ ｓｔａｔｉｏｎ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ ｆｒｏｍ ｓｔａｎｄｉｎｇ ｓ７—２００ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅ ｔｏ ｃｏｌｌｅｃｔ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｄｅｖｉｃｅｓ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｄａｔａ ａｎｄ ｓｔａｔｅ ｓｉｇｎａｌｓ．Ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｄｏｐｔ ｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ ｌａｙｏｕｔｓ．ｓａｔｉｓｆｙ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｃｕｓｔｏｍｅｒｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｌｅｘｉｂｌｅ，ｄａｔａ ｒｅａｄ ｇｏｏｄ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｉ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｆａｃｉｌｉｔａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ ｕｐｇｒａｄｅｓ ａｎｄ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＯＰＣ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｆｉｂｕｓ ＰＬＣ Ｎｅｔｗｏｒｋ ０ 引 言 信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，以网 络为主干的自动化分布式控制系统成为行业趋势，并深入到工业 自动化的各个层次当中，从现场设备、ＰＬＣ、Ｉ／Ｏ设备等硬件到操 （ＯＳ）组成。Ｅｓ负责ＰＬＣ硬件和通讯组件的组态，并设计带有 操作功能和工艺图的操作界面，以及对归档和协议的设计等；ＯＳ 用来控制锅炉设备，并同时承担过程值和消息的管理、维护和归 档功能等。 作系统、驱动设备以及ＨＭＩ的应用，可谓无处不在，它已经成为 整个自动化控制系统的灵魂。 操作管理层采用西门子的ＰＲＯＦＩＮＥＴ工业以太网，具有实时 通道通讯服务和等时同步实时通讯服务功能，在网络通信量增大 和实时性要求较高的情况下保持系统的良好网络性能和鲁棒性。 过程控制层的ｓ７—３００ ＰＬＣ站一方面通过Ｐｏｒｆｉｂｕｓ—ＤＰ现 场总线网络与现场检测层的远程Ｉ／Ｏ站ＥＴ２ＯＯＭ和智能从站ｓ７ —目前，随着网络化的日趋完善，锅炉监控系统亦采用网络化 的设计方法成为必然。本文以甘肃省天水市某集中供暖工程为 背景进行了基于ＯＰＣ和Ｉｎｄｕｓｔｉｒａｌ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ和Ｐｒｏｆｉｂｕｓ技术的锅 炉监控系统的网络开发设计，以实现控制系统整体的计算机化、 最优化和网络化，获得最佳的节能效果。 ２００进行通讯，采集系统相关的现场传感器、变送器、执行机构 和其他设备的实时运行数据和状态信息，控制相关设备的运行， 如调节循环水泵、补水泵和炉排的运行速度等。另一方面将系统 的数据信息通过ＰＲＯＦＩＮＥＴ工业以太网上传到操作管理层的监 控中心进行处理，同时执行ＯＳ站发出的操作指令。该层将支持 Ｐｏｒｆｉｂｕｓ—ＤＰ和ＰＲＯＦＩＮＥＴ工业以太网接口的ｓ７—３００ ＰＬＣ数据 通过ＳＩＭＡＴＩＣ ＮＥＴ ＯＰＣ和Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰ通讯方法连接到ＯＰＣ服 １控制系统的网络结构 系统根据锅炉设备实际安装位置和监控任务，本着“分散控 制、集中管理”的原则，整个控制系统按３层结构和３种网络进行 结构规划和系统组态。三层结构即为操作管理层、过程控制层和 现场检测层；３种网络即为工业以太网、Ｐｏｒｉｆｂｕｓ—ＤＰ现场总线网 络和Ｍｏｄｂｕｓ网络…。其系统拓扑结构如图１所示。 操作管理层主要由１台工程师站（Ｅｓ）和２台操作员站 务器，通过ＯＰＣ服务器对现场检测层实时数据进行封装，ＯＰＣ客 户端可以通过ＯＰＣ服务器接口存取数据，实现信息流的纵向流 动；在设备层横向通信方面，ＯＰＣ服务器之间可以通过标准接口 规范进行数据交换，实现现场检测层设备之间的通讯 。 现场检测层由远程Ｉ／Ｏ站ＥＴ２００Ｍ和ｓ７—２００ ＰＬＣ组成。 收稿日期：２０１１—０５—１０ 基金项目：甘肃省高等学校研究生导师基金资助项目（０９ｌ１＿＿０２）；兰州 城市学院科研资助项目（２Ｏ１０—２３） ２０ ＥｌｅｃｔｒｉｃａＩ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ 它们作为过程控制站ｓ７—３００ ＰＬＣ的从站，采集现场电气设备的 ｊ十算机技术及其应甩 Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｔｅｏｈｎｏｌｏｑｖ＆Ａｏｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 《电气自动化》２Ｏｌ１年第３３卷第６期 ２．３ ＯＰＣ服务器的组态 在ＳＩＭＡＴＩＣ ＮＥＴ的组态软件“Ｓｔａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｅｄｉｔｏｒ”中 组态ＯＰＣ服务器。在１号槽位中插入“ＯＰＣ Ｓｅｒｖｅｒ”，在３号槽位 中插入“ＩＥ Ｇｅｎｅｒｌ”，ａ这与Ｓｔｅｐ７中组态的Ｐｃ站是相对应的，其 中“Ｓｔａｔｉｏｎ Ｎａｍｅ”一定要与在Ｓｔｅｐ７中组态的“ＰＣ Ｓｔ￣ｉｏｎ”的名字 相同，在本项目中使用的默认的名字“ＳＩＭＡＴＩＣ ＰＣ Ｓｔａｔｉｏｎ（１）”。 组态好的ＯＰＣ服务器如图３所示。 ２．４ ＯＰＣ客户端访问服务器 组态好ＯＰＣ服务器，就要对其进行通讯测试。由于ＳＩＭＡＴ． ＩＣ ＮＥＴ提供了测试ＯＰＣ服务器的客户端程序，在本机器上运行 图１系统的网络结构 ＯＰＣ Ｓｃｏｕｔ软件，测试本机ＯＰＣ Ｓｅｒｖｅｒ的建立是否成功，选择所需 开关信号和模拟信号，控制相关设备的启停、ＰＩＤ闭环调节等。 并通过Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ现场总线网络与过程控制层进行数据实时 交换。 智能从站ｓ７—２００ ＰＬＣ与现场变频器进行Ｍｏｄｂｕｓ网络通 变量后观察变量连接ＯＰＣ Ｓｅｖｅｒ的Ｑｕａｒｌｉｔｙ栏，如果显示为 “ｇｏｏｄ”则连接成功，表示此时ＯＰＣ Ｓｅｒｖｅｒ已在这台机器上正常运 行，可以在ＰＬＣ主站和ＯＰＣ Ｓｅｒｖｅｒ之间交换数据。 ３ 通过ＰＬＣ的ＤＰ口连接ＥＴ２０ＯＭ和Ｓ７—２００ ＰＬＣ 用Ｐｒｏｆｉｂｕｓ紫色电缆将ＣＰＵ３１５、ＩＭ１５３的ＤＰ口与ＥＭ２７７的 讯，完成引风机和鼓风机等变频器的频率设定，采集变频器的反 馈频率、电压、电流参数。 ２通过Ｅｔｈｅｒｎｅｔ实现ＯＰＣ与Ｓ７—３００通讯 通过以太网实现ｓ７—３００ ＰＬＣ与ＯＰＣ通讯的前提条件是 ＰＬＣ配备以太网模块（如ＣＰ３４３—１）或者使用带有ＰＮ接口的 ＰＬＣ（这里采用了ＣＰＵ３１５—２ＰＮ／ＤＰ型ＰＬＣ），并在组态计算机 （ＰＣ）上安装了ＳＴＥＰ７ Ｖ５．４和ＳＩＭＡＴＩＣ ＮＥＴ ２００６等软件。 ＯＰＣ（ＯＬＥ ｆｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏ１）指用于过程控制的对象链接与 ＤＰ相连，并将两个ＩＭ１５３端的网络连接器上的拨钮拨到“ｏｆｆ”， 嵌入技术。它以微软的ＣＯＭ（组件对象模型）和ＤＣＯＭ（分布式 组件对象模型）技术为基础，定义了一套标准接口，使不同的应用 程序、控制器能够相互交换数据 Ｊ。若上位监控软件（如 ＷｉｎＣＣ）和各种应用程序通过Ｓｉｅｍｅｎｓ提供的ＳＩＭＡＴＩＣ ＮＥＴ ＯＰＣ 技术进行读写ｓ７—３００ ＰＬＣ主站数据，可大大提高了系统的可扩 展性和系统集成的兼容性，同时，也提高了软件运行的稳定性和 可靠性，便于系统的升级和日常维护。 ２．１在Ｓｔｅｐ７软件中组态ＰＣ站 在组态之前，要先把ＰＧ／ＰＣ接口改为“ＰＣ ｉｎｔｅｒｎａｌ（１ｏｃａ１）”。 因为组态的ＰＣ站的组态结果最终要下载到ＰＣ本机上，ＰＣ站要 图２在Ｓｔｅｐ７中组态好的ＰＣ站 实现两个功能，一是ＯＰＣ服务器的组态，二是ＣＰＵ３１５以太网通 讯ＰＮ口的客户端组态。在该项目中插入一个ＰＣ站，在１号槽 位中插入ＯＰＣ Ｓｅｒｖｅｒ，在３号槽位中插入ＩＥ Ｇｅｎｅｒａｌ，然后双击ＩＥ Ｇｅｎｅｒａｌ模块并点击“Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ”按钮，在组态画面中输入ＩＰ地址 和子网掩码，这里的地址与ＰＣ机上的ＩＰ地址和子网掩码必须相 同 Ｊ，如图２所示。 ２．２以太网通讯测试 在Ｗｉｎｄｏｗｓ界面的开始菜单栏“运行”中键入ＣＭＤ，进入 ＤＯＳ界面，使用网络命令ＰＩＮＧ测试以太网通讯是否建立，ＨＮＧ 的命令如下：ｐｉｎｇ目标ＩＰ地址，参数。 这里ＰＮ口的ＩＰ地址为１９２．１６８．０．２，子网掩码：２５５．２５５． ２５５．０；ＰＣ组态机的ＩＰ地址为１９２．１６８．０．１，子网掩码：２５５．２５５． ２５５．０。在测试界面中，若显示数据连续读取，表示以太网通讯已 经建立。 图３ ＯＰＣ Ｓｅｒｖｅｒ和普通网卡组态图 ＥｌｅｃｔｒｉｃａＩ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ２１ 《电气自动化））２０１１年第３３卷第６期 ｊ十算机技术及其应凡 Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｑｙ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 并将首端ＣＰＵ３１５和末端ＥＭ２７７的网络连接器上的拨钮拨到 “大小是由ＤＰ主站组态设定的（设定为１６７ Ｗｏｒｄ？Ｏｕｔ／１６７ ＯＮ”。并分别对两个ＥＴ２００Ｍ和ＥＭ２７７的“ＢＵＳ ＡＤＤＲＥＳＳ”拨盘 Ｗｏｒｄ？Ｉｎ）。组态后，ＥＭ２７７可接收从主站ｓ７—３００来的输出数 据，并将输入数据返回给主站。？ 进行硬件网络组态时设定的ＥＭ２７７站地址必须与ＥＭ２７７本 机的左上方的拨码开关设定的地址一致。在变动旋转开关之后， 开关的ＰＲＯＦＩＢＵＳ地址设定为３、４、５（可任意设定）。 ３．１组态ＥＴ２００Ｍ站 组态远 程Ｉ／Ｏ站 跚 必须重新启动ｓ７—２００ ＣＰＵ电源才能使通讯地址生效。 ＝ ｜ 恤｜ ＥＴ２００Ｍ，是 、 。 为了减少电 可以在现场 戳船≈｜ ｜ ｝ｊＢＩ珏ｌ蓐ｎｊ奸ｍａ￣ｅｒ￣ｙｓｔｍ ０） ４通过Ｍｏｄｂｕｓ实现变频器与ｓ７—２００的通讯 目前国产的过程仪表和变频器大都采用基于串行接口的 Ｍｏｄｂｕｓ ＲＴＵ通讯模式，西门子ｓ７—２００的编程软件专门为Ｍｏｄｂ— ＵＳ ＲＴＵ通信开发了指令库，极大地简化了Ｍｏｄｂｕｓ ＲＴＵ通信的开 缆的敷设， 。 ； 粕簿｛ 毫 ≯ ｔ 瀚 ｜ ｉ Ｔ Ｔ Ｔ 措 商蚓管 ～ 戮鬣 －｜ 。 －｜ 嘲 ｜ 团 设备附近放 蔫 ｜ 瞄 ｌ ●∞哪 蘩｜ 璐鹂墩 ｜｜｜ 发，以便于快速实现相关应用。通过Ｍｏｄｂｕｓ ＲＴＵ主站指令库， 置不同类型 誊 聪 ｔ骜 使得ｓ７—２００可作为Ｍｏｄｂｕｓ ＲＴＵ中的主站设备集成到Ｍｏｄｂｕｓ 的Ｉ／Ｏ模 ％ 稻鼬魄 蠢毒ｌ 毽 ｌ 网络中，以实现与Ｍｏｄｂｕｓ从站设备（国产变频器）的通信。其编 块，其网络 ｌ 焖 ｉ｜ 写部分程序如图６所示。 组态如图４ ＿－ 嘲嘲曩删圜鞠■艇＿ ＩｔｌａｒｕｔＯ）：ｒ｜０， 盯一ＩＯ＂Ｓｙｓｔｍ（ｉｏ０） 所示。组态 过程如下 ］ 图４ ＥＴ２００Ｍ网络组态图 （１）先插入一个ｓ７—３００站，然后双击“Ｈａｒｄｗａｒｅ”选项，进人 “Ｈｗ ｃｏｎｆｉｇ”窗口。点击“ｃａｔａｌｏｇ”图标打开硬件目录，按硬件安装 次序和订货号依次插人机架、电源、ＣＰＵ等。 （２）点击ＤＰ总线“ｍａｓｔｅｒ：ＤＰ ｍａｓｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ（１）”，在ＰＲＯＦＩ— ＳＭｎ ＭＢＵＳ—ＭＳＧ ＢＵＳ—ＤＰ选项中，通过左边的“ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ—Ｅ Ｉ２０ｏＭ—ＩＭ１５３ ＥＮ —１”路径，选择接口模块ＩＭ１５３—１，添加到ＰＲＯＦＩＢＵＳ网络上。 ｇＭａ Ｆ 皇ｔ （３）定义ＥＴ２００Ｍ接口模块ＩＭＢ３—１的ＰＲＯＦＩＢＵＳ站地址， Ｓ ｅ Ｄ ＲＷ ＥＨｏｆ 组态的站地址必须与ＩＭＢ３—１上拨码开关设定的站地址相同。 ￣３０（１Ｉ・ Ａｄ Ｃ０ｕｎｔ （４）在ＥＴ２００Ｍ站上添加Ｉ／Ｏ模块。 ＆Ⅶ１∞－ 组态之后，分布式Ｉ／Ｏ将如同集成在ｓ７—３００ ＰＬＣ机架上的 图６ Ｍｏｄｂｕｓ主站通讯程序 Ｉ／Ｏ一样。 西门子Ｍｏｄｂｕｓ主站协议库包括两条指令：ＭＢＵＳ—ＣＴＲＬ指令 ３．２通过ＥＭ２７７组态从站ｓ７－２００ 和ＭＢＵＳ—ＭＳＧ指令。 ｓ７—３００与ｓ７—２００通过ＥＭ２７７进行ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ通讯 （１）ＭＢＵＳ—ＣＴＲＬ指令 时，需要在ＳＴＥＰ７中进行ｓ７—３００站组态，而在ｓ７—２００系统中 ＭＢＵＳＣＴＲＬ指令用于ｓ７—２００端口０的ＭＢＵＳ—ＣＴＲＬ指令 不需要通讯组态和编程，只需对进行通讯的数据整理存放在Ｖ 可初始化、监视或禁用Ｍｏｄｂｕｓ通讯。在使用ＭＢＵＳ—ＭＳＧ指令之 存储区与ｓ７—３００组态ＥＭ２７７从站时的硬件Ｉ／Ｏ地址相对应就 前，必须正确执行ＭＢＵＳ—ＣＴＲＬ指令。指令完成后立即设定“完 可以了。 成”位，才能继续执行下一条指令。ＭＢＵＳ—ＣＴＲＬ指令在每次扫 ３．２．１通讯映射区对应关系 描且ＥＮ输入打开时执行。该指令必须在每次扫描时（包括首次 ＥＭ２７７通过ＰＲＯＦＩＢＵＳ￥７－３００ Ｓ７－２ｏｏ 扫描）被调用，以允许监视随ＭＢＵＳ—ＭＳＧ指令启动后所出现的通 进行数据交换时，必须对硬 讯进程消息。除非每次调用ＭＢＵＳ—ＣＴＲＬ，否则Ｍｏｄｂｕｓ主设备协 件组态预先设定通讯区来实 发送缓冲区 １６ＷｏｒｄｓＩｎ 接收缓冲区 议将不能正确运行。 现。这个数据区通常称为通 ＰＱＷ３０Ｏ ＥＭ２７７一 ＶＷ１ｏｏ （２）ＭＢＵＳ—ＭＳＧ指令 讯映射区或缓冲区，因为该 接收缓冲区 Ｐｒｏｉｆｂｕｓ－Ｄ 发送缓冲区 ＭＢＵＳ—ＭＳＧ指令用于启动对Ｍｏｄｂｕｓ从站的请求并处理应 通讯区就通讯双方来说是互 ＰＩＷ３０ｏ ＶＷ１３２ 答。当ＥＮ输入和“首次”输入都为１时，ＭＢＵＳ—ＭＳＧ指令启动对 为映射的。主从站缓冲区的 Ｍｏｄｂｕｓ从站的请求。发送请求、等待应答、并处理应答，通常需 关系如图５所示。 图５通讯映射区地址对应关系 要多次扫描。ＥＮ输入必须打开以启用请求的发送，并应保持打 ３．２．２在ＳＴＥＰ７中组态ＥＭ２７７ 开直到“完成”位被置位。必须注意的是，一次只能激活一条 选中ＳＴＥＰ７的硬件组态窗口中的菜单Ｏｐｔｉｏｎ ＧＳＤ，导入ｓＩ— ＭＢＵＳ—ＭＳＧ指令。如果启用了多条ＭＢＵＳ—ＭＳＧ指令，则将处理 ＥＭ０８９Ｄ．ＧＳＤ文件，安装ＥＭ２７７从站组态文件 。 所执行的第一条ＭＢＵＳ—ＭＳＧ指令，之后的所有ＭＢＵＳ—ＭＳＧ指令 ＥＭ２７７的输出和输入数据缓冲区驻留在ｓ７—２００ ＣＰＵ变量 将中止并产生错误代码６。 存储器（Ｖ存储器）内，输入缓冲区紧跟随输出缓冲器。缓冲区的 （下转第２８页） ２２ ＥｌｅｃｔｒｉｃａＩ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ 《电气自动化）２０１１年第３３卷第６期 －新能源发电控制技术一 Ｔｈｅ Ｎｅｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｐｏｗｅｒ ＣｏｎｔｒｏＩ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ 小波变换系数ｄ（ｊ，ｋ）的平方具有能量的量纲，可以用于轴承故障 诊断的能量特征提取。提取步骤如下 进行实际的数据读／写。ＨＰＩ的数据、控制引脚都是专用的，它保 证了ＨＰＩ和ＤＳＰ操作的并行性，提高了系统的处理速度。 ①对信号进行 层小波分解。 ②计算各频带的信号能量，其公式为 ｎ ２结束语 本次研究设计的状态监测系统，是一个功能丰富、性能可靠 Ｅ（ ，ｋ）＝∑［ｄｉ（ ，ｋ）】 其中，Ｅ（ｊ，后）表示第 层第ｋ个子频带上的信号能量。 ③将各个频带的信号能量组成特征向量，即 Ｔ＝［ＥｌＥ２，…，ＥＪｌｆ】 ，（１） 的风电机组在线监测系统，能够实时监测风电机组重要部件的运 行状态，诊断风电机组的显现故障，显示信号的特征参数和分析 诊断结果；还可以通过无线通讯方式，为上位机进一步诊断和预 （２） 测风电机组的故障提供可靠数据。 参考文献 ［１］孙晓松，周勇，曹雪瑞．基于ＡＲＭ－－ＤＳＰ的旋转机械振动测量分析 系统［Ｊ］．自动化技术与应用，２００６，２５（１１）：ｌ８—２０． ［２］蒋东翔，黄乾，洪良友，丁勇山．风力发电机组振动监测与智能诊断 ④当能量较大时，Ｅ（ｊ，ｋ）通常是一个较大的数值，给数据分 析带来了一些方便，为此将能量特征向量进行归～化处理。 ｅ＝［Ｅ ，Ｅ２，…，Ｅ Ｉ／Ｅ（０，０） （３） 其中，Ｅ（０，０）为信号总能量。假定原信号按某一小波包分 解树分解后由 个子频带组成，则： Ｍ 系统开发［Ｊ］．振动与冲击，２００８，２７（Ｓ）：１１３—１１５． ［３］王瑞闯，林富洪．风力发电机在线监测与诊断系统研究［Ｊ］．华东电 力．２００９，３７（１）：１９０—１９３． Ｅ（０，０）＝ 置 （ ， ） （４） ［４］李玫．基于小波包分析的辐射源特征提取和识别算法［Ｊ］．电子元 器件应用．２０１０，１２（１Ｏ）：８７—８９． １．４．２ ＡＲＭ事务处理与故障诊断软件 本系统中，ＡＲＭ事务处理与故障诊断软件包括四个部分。 数据存储模块把采样数据及分析结果存储到大容量非易失闪存 上，以实现数据的回放和进一步处理。故障诊断主要是ＡＲＭ处 理器根据ＤＳＰ提取的振动信号特征，诊断风电机组的显现故障。 人机接口部分完成显示、键盘响应等工作。通讯模块主要将采集 的数据及提取的特征参数打包，完成无线通讯。 １．４．３ ＤＳＰ和ＡＲＭ之间的通讯 ［５］范立莉，梁平．小波包分析在汽轮机转子振动故障诊断中的应用 ［Ｊ］．广东电力．２００７，２０（１１）：１—５． 术应用．２００２（７）：７３—７５． 、 ［６］张弓，张景涛．ＨＰＩ主机接口在多处理器系统中的应用［Ｊ］．电子技 ［７］刘畅，陶然．主机口（ＨＰＩ）在基于ＤＳＰ与ＡＲＭ的系统中的应用 ［Ｊ］．军民两用技术与产品．２００６（６）：４１—４２． ［８］李录平，晋风华．汽轮发电机组碰摩振动的检测、诊断与控制［Ｍ］． 北京：中国电力出版社，２００６． ［９］飞思科技产品研发中心．小波分析理论与ＭＡＴＬＡＢ７实现［Ｍ］．北 京：电子工业出版社，２００５．３． 由于ＤＳＰ和ＡＲＭ各有不同的硬件特点，两种处理器的运算 速度各不相同，所以ＤＳＰ和ＡＲＭ之间的数据通讯问题就成了一 个难题。在ＤＳＰ与ＡＲＭ结合时，既要考虑数据交换时的高效 ［１Ｏ］唐新安，谢志明，王哲，吴金强．风力发电机组齿轮箱振动测试与分 析［Ｊ］．设备管理与维修．２００６（１１）：３１—３３． ［１１］陈冶，陈朝辉．ＧＥ１．５Ｓ系列风力发电机简介［Ｊ］．电站系统工程． ２００９，２５（６）：６８—６９． 率，又要做到系统功能稳定，功耗小，让两者的工作达到最好的状 态。本系统将通过ＤＳＰ的ＨＰＩ（Ｈｏｓｔ Ｐｏｒｔ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）接口完成两者 的通讯工作。ＨＰＩ是ＤＳＰ上配置的与主机进行通信的片内外设， 它是一个并行接口。ＨＰＩ接口的访问主要通过三个专用寄存器 来实现，它们分别是ＨＰＩ控制寄存器（ＨＰＩＣ）、ＨＰＩ地址寄存器 （ＨＰＩＡ）和ＨＰＩ数据寄存器（ＨＰＩＤ）。而ＤＳＰ则用片上的ＤＭＡ来 【作者简介】王惠中（１９６２一），男，教授，硕士研究生导师。主要研究自动 化仪器仪表、嵌入式开发与应用等。 沈燕妮（１９８３一），女，硕士研究生。 主要研究自动化仪器仪表、嵌入式开发与应用等。 （上接第２２页） ［Ｊ］．计算机应用，２００３，２３（３）：６８—７Ｏ． ［３］贾智平．基于ＯＰＣ技术的分布式监控系统研究［Ｊ］．计算机工程与应 用，２００４，１（２０）：２０８—２１０． ５结束语 以ＯＰＣ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ和Ｐｒｏｉｆｂｕｓ技术构建的锅炉监控系统网络， ［４］邢晨．基于以太网和０ＰＣ技术的异构网络系统设计与实现［Ｄ］．武 汉：武汉理工大学控制理论与控制工程，２００５：４０—４ ８ ＿［５］崔坚．西门子工业网络通信指南［Ｍ］．北京：机械工业出版 社，２００５． 使得开关和模拟信号不再用电线、电缆进行互连，这样就使信号 传递方式发生了根本性变化。采用现场总线技术构成的控制系 统，其控制功能将更加分散，系统的构成更加灵活、可靠性更高。 通过ＯＰＣ、Ｅｔｈｅｍｅｔ和Ｐｒｏｉｆｂｕｓ技术的相互融合，有效地解决了基 础自动化控制网络、过程和管理控制系统之间的无缝集成问题。 参邮电出版社，２００６． ［５］孙承志．西门子Ｓ一２００／３００、４００ ＰＬＣ基础与应用技术［Ｍ］．北京： 机械工业出版社，２００９． 考文献 【作者简介】吴明永（１９７２一），男，甘肃白银人，讲师，硕士，主要从事人工 智能、计算机和复杂工艺过程控制等方向的研究。 王国伟（１９６６一）， 男，甘肃永登人，教授，硕士，主要从事电子技术等方面的教育与研究。 ［１］李正军．现场总线与工业以太网及其应用系统设计［Ｍ］．北京：人民 ［２］向东，王润孝，秦现生．基于ＯＰＣ的多层控制系统架构设计与实现 ２８ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ