上海泗博 HART轉(zhuǎn)PROFIBUS-DP網(wǎng)關(guān)HPM-610應(yīng)用于水泥行業(yè)
——將36個(gè)點(diǎn)的溫度值送入控制室內(nèi)的控制系統(tǒng)中
 

關(guān)鍵詞：HART總線，PROFIBUS總線，HART/PROFIBUS轉(zhuǎn)換模塊

巢湖××公司隸屬于“中國(guó)企業(yè)500強(qiáng)”第57位的中國(guó)鐵路物資股份有限公司，2009年公司投資六億元新建一條日產(chǎn)4500噸的水泥熟料生產(chǎn)線，為了的管理和生產(chǎn)，這條線采用了新型干法旋窯生產(chǎn)工藝，計(jì)算機(jī)*控制系統(tǒng)和生料配料自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)等新型設(shè)備。

整個(gè)生產(chǎn)線的自動(dòng)控制系統(tǒng)由3部分組成：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、PLC室內(nèi)的各類控制器、控制室內(nèi)的*控制系統(tǒng)。*控制系統(tǒng)與PLC室內(nèi)的各類控制器通過PROFIBUS-DP總線進(jìn)行通訊?？刂破髫?fù)責(zé)采集或控制100米以外的各類現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

在回轉(zhuǎn)窯現(xiàn)場(chǎng)，共有36個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)和56個(gè)壓力測(cè)量點(diǎn)?？刂葡到y(tǒng)需要對(duì)這些測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。為節(jié)省電纜的成本，這些測(cè)量點(diǎn)上的儀表都是兩線制 （兩根電源線），其中36個(gè)溫度變送器采用HART通訊協(xié)議。上海泗博自動(dòng)化的HART轉(zhuǎn)PROFIBUS協(xié)議網(wǎng)關(guān)HPM-610在這里將現(xiàn)場(chǎng)溫度變送器 的HART協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為PROFIBUS數(shù)據(jù)上傳到控制系統(tǒng)。

上圖為現(xiàn)場(chǎng)的布線示意圖，其中從回轉(zhuǎn)窯到PLC控制室引3對(duì)長(zhǎng)達(dá)200米的24V電源線。每對(duì)電源線在現(xiàn)場(chǎng)部分并聯(lián)了12臺(tái)溫度變送器，在PLC控制室部分連接三臺(tái)HPM-610和24V電源。

HART協(xié)議在儀表上應(yīng)用廣泛，它以電源線為通訊介質(zhì)，并允許一對(duì)電源線至多可接15臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表。用HART協(xié)議可讀取儀表的測(cè)量值，輸出值等，還可以對(duì)儀表進(jìn)行校準(zhǔn)，設(shè)置等維護(hù)工作。

HPM-610作為HART協(xié)議轉(zhuǎn)PROFIBUS協(xié)議的網(wǎng)關(guān)，它zui多可帶15臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)HART協(xié)議設(shè)備。在此應(yīng)用中，它將讀到的12臺(tái)溫度變送器的 溫度值映射到PROFIBUS總線，這樣控制室內(nèi)的控制系統(tǒng)通過尋址HPM-610網(wǎng)關(guān)就可以讀到每個(gè)溫度變送器所測(cè)量的值，并進(jìn)行相應(yīng)的處理工作。

HART 協(xié)議zui初是由美國(guó)Rosemount公司開發(fā)，并在中國(guó)已應(yīng)用了多年，多見于儀表行業(yè)。HART信號(hào)使用FSK技術(shù)，在儀表的4~20mA信號(hào)線上傳輸。 HART協(xié)議允許總線上存在2個(gè)主機(jī)（例如一個(gè)用于系統(tǒng)控制，一個(gè)用于HART通訊的手抄器），可尋址的從站地址范圍0~15。HART協(xié)議有單點(diǎn)和多點(diǎn) 兩種工作模式，處于單點(diǎn)時(shí)，主機(jī)只可連接一個(gè)0號(hào)從站，此時(shí)0號(hào)從站的4~20mA信號(hào)和HART信號(hào)都有效。當(dāng)處于多點(diǎn)時(shí)，主機(jī)zui多可連接15個(gè)從站， 從站地址為1~15且必須各不相同，此時(shí)從站的4~20mA模擬信號(hào)不再有效（固定輸出4mA），系統(tǒng)以HART通訊的方式來獲得測(cè)量值。以這種方式構(gòu)成 的控制系統(tǒng)可以顯著的降低現(xiàn)場(chǎng)布線的費(fèi)用和設(shè)備輸入設(shè)備，這對(duì)控制系統(tǒng)的成本又重要價(jià)值。

HART的命令分為3大類：通用命令，普通命令，特殊命令。其中通用命令是所有HART設(shè)備所必須具備的；普通命令包含對(duì)多種設(shè)備的操作，不同設(shè)備可以選擇支持不同的普通命令；特殊命令用于給設(shè)備提供的功能。

zui常用的命令包括0，1，6。
0號(hào)命令將讀取設(shè)備的信息，如廠家ID、設(shè)備類型等。
1號(hào)命令將讀取設(shè)備的主變量值，如溫度值，壓力值等。主變量的數(shù)值都用4個(gè)字節(jié)的浮點(diǎn)數(shù)表示。
6號(hào)命令用來修改設(shè)備的地址，通常HART設(shè)備的出廠默認(rèn)地址為0， 所以為了更改設(shè)備的地址，首先通過0號(hào)命令來尋址到設(shè)備，然后通過6號(hào)命令來修改設(shè)備的地址。

PROFIBUS， 是一種化．開放式．不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS傳送速度可在 9.6kbaud~12Mbaud范圍內(nèi)選擇且當(dāng)總線系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，所有連接到總線上的裝置應(yīng)該被設(shè)成相同的速度。廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化 和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。PROFIBUS是一種用于工廠自動(dòng)化車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車間 級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。
與其它現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)相比，PROFIBUS的zui大優(yōu)點(diǎn)在于具有穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)EN50170作保證，并經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證具有普遍性。目前已應(yīng)用的領(lǐng)域包括加 工制造．過程控制和自動(dòng)化等。PROFIBUS開放性和不依賴于廠商的通信的設(shè)想，已在10多萬成功應(yīng)用中得以實(shí)現(xiàn)。市場(chǎng)調(diào)查確認(rèn)，在德國(guó)和歐洲市場(chǎng)中 PROFIBUS占開放性工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的市場(chǎng)超過40％。PROFIBUS有自動(dòng)化技術(shù)裝備的生產(chǎn)廠商支持，它們都具有各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)并能提 供廣泛的新產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)。

在此案例中，需要對(duì)HPM-610及現(xiàn)場(chǎng)HART設(shè)備做如下操作：

1. 設(shè)置每臺(tái)HART從站協(xié)議設(shè)備的短地址
2. 在HT-123中配置HPM-610讀寫HART從站協(xié)議設(shè)備參數(shù)的命令
3. 設(shè)置PROFIBUS地址
4. PROFIBUS-DP主站控制系統(tǒng)中導(dǎo)入HPM-610的GSD文件并進(jìn)行相關(guān)組態(tài)

為了進(jìn)行HART的多點(diǎn)連接，首先要為每臺(tái)設(shè)備設(shè)置不同的地址。通常用HART手抄器就可以方便地對(duì)設(shè)備進(jìn)行地址的修改，在沒有HART手抄器的情況下，用HPM-610和配套配置軟件HT-123也可以修改HART從站設(shè)備的地址。方法如下：

1.1 將一臺(tái)HART設(shè)備連到

網(wǎng)關(guān)；

1.2 在HT-123中，配置HPM-610的HART通道參數(shù)為單點(diǎn)，添加一個(gè)0號(hào)節(jié)點(diǎn)，并為其配置1號(hào)命令和6號(hào)命令。其中1號(hào)命令配置為：接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 7，輪詢輸出；6號(hào)命令配置為：發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 1，接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度4， 逢變輸出。

1.3 通過撥動(dòng)網(wǎng)關(guān)下方的1號(hào)撥碼開關(guān)令網(wǎng)關(guān)進(jìn)入調(diào)試模式。將網(wǎng)關(guān)的RS232接口與電腦連接，zui后給網(wǎng)關(guān)通電源。

1.4 用網(wǎng)關(guān)配置軟件HT-123里的“診斷”功能和0號(hào)節(jié)點(diǎn)中的6號(hào)命令就可以

依次為每臺(tái)儀表設(shè)置完地址后，就可以進(jìn)行HART的多點(diǎn)通訊組網(wǎng)，首先根據(jù)下圖將設(shè)備連到HART總線上。

圖2

在網(wǎng)關(guān)配置軟件HT-123中配置網(wǎng)關(guān)的HART通道網(wǎng)絡(luò)模式為多點(diǎn)，添加12個(gè)節(jié)點(diǎn)，為每個(gè)節(jié)點(diǎn)配置1號(hào)命令，1號(hào)命令的輸入數(shù)據(jù)長(zhǎng)度設(shè)為7。

HPM- 610在HART側(cè)作為主站，在PROFIBUS側(cè)作為從站。HPM-610提供兩種方法設(shè)置PROFIBUS地址：一個(gè)是通過配置軟件HT-123設(shè) 置，然后再下載到網(wǎng)關(guān)里；另一個(gè)比較方便的是通過網(wǎng)關(guān)面板上的“SET”按鈕來設(shè)置。具體的設(shè)置方法請(qǐng)見說明書。設(shè)置完成之后重啟網(wǎng)關(guān)，PROFIBUS 的地址將會(huì)顯示在網(wǎng)關(guān)的數(shù)碼管上。

現(xiàn)場(chǎng)有36臺(tái)溫度變送器儀表，其中每12臺(tái)溫度變送器儀表需要連接1臺(tái)HPM-610，如上圖所示，需要使用3臺(tái)HPM-610才能將現(xiàn)場(chǎng)36臺(tái)溫度變送器儀表的數(shù)據(jù)讀取上來。

在控制系統(tǒng)中導(dǎo)入HPM-610的GSD文件，本例中需要讀取的每臺(tái)HART從站設(shè)備的數(shù)據(jù)有7個(gè)字節(jié)，則一臺(tái)HPM-610連接12臺(tái)HART從站，共 需要7×12=84個(gè)字節(jié)，因此在每個(gè)HPM-610的對(duì)應(yīng)槽位中拖入（2+8+32）個(gè)WORD即可。

每臺(tái)溫度變送器對(duì)網(wǎng)關(guān)HPM-610發(fā)出的1號(hào)命令做出的響應(yīng)字節(jié)中的后4個(gè)字節(jié)組成一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)表示變量值。因此在PROFIBUS-DP主站中根據(jù)公 式：“7*（設(shè)備地址-1）+3”來確定每個(gè)設(shè)備變量在數(shù)據(jù)塊中的存放起始地址。然后查看方式選為real型，即可讀出現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的變量值（溫度值）。

四、總結(jié)

在該系統(tǒng)中，應(yīng)用上海泗博自動(dòng)化的HART轉(zhuǎn)PROFIBUS網(wǎng)關(guān)HPM-610的優(yōu)勢(shì)在于：

• 降低了布線的成本，若每米電纜的價(jià)格是7元，那么12個(gè)設(shè)備的電纜價(jià)格就要超過1萬6；
• 提高了控制能力，通過HPM-610網(wǎng)關(guān)，直接將儀表的測(cè)量值通過PROFIBUS總線傳到了控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)可以直接讀出現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值，方便了以后的處理工作。