总线桥在污水厂的改进应用

福建省长乐市某污水厂日处理规模5万吨，硬件系统基本架构为上位机通过光纤与下位机PLC通讯，现场2台西门子S7-300PLC使用Profibus总线与各远程站联接。该厂经过几年的运行，新增了部分设备，且近期上级监管部门对数据采集提出了新的要求。为满足数据采集的要求，确保系统正常运行，经过方案比选，最终使用鼎实科技DS300B分布式IO与PB- M总线桥对原系统进行改造。

2 系统改造要求

本次系统改造所涉及项目较多，且对采集的信号的要求也不相同。要求在不影响生产的前提下，实施升级改造。改造的主要目标如下：

（1） 鼓风机房新增一台国产鼓风机，采用国产变频器控制，变频器提供Modbus通讯，需建立上位机、PLC与该机的数据通讯；

（2） 应上级监管部门的要求，出水仪表小屋中COD、氨氮、总磷、流量计信号已接入监管部门专用数据采集仪，该数据采集仪将有关参数数据备份、上传后另提供一个ModbusRTU 端口与自控系统对接。（原架构中COD、氨氮、总磷仪表使用4-20mA模拟量，流量采集使用普通脉冲计量，改造后均使用Modbus直接与数据采集仪表通讯）；

（3） 处理工段中两路模拟量输入通道AI损坏，其通讯底板也疑似部分损坏。该模块为某专用模块，更换费用较高。为解决该问题，同时结合工艺要求，未来预留一定数量AI通道，选用价格低廉且具有与Profibus总线通讯功能的AI模块进行替代。

根据以上要求，我们认真比较了几种方案后，决定采用采用鼎实科技PB-B-MModbus模块解决与设备Modbus通讯，采用鼎实DS300B分布式IO解决采集现场大量输入模拟量信号的问题。项目改造后自控系统如图2-1所示。

3 系统的硬件组态

（1）PB-B-MM总线桥硬件组态

① 在组态中添加PB从站

将PB-B-MM的GSD文件DS_MMV33.GSD拷贝至Step7S7datagsd目录下，产品图标DS232.bmp文件拷贝至Step7S7data sbmp目录下，并更新目录。

然后选中PROFIBUS（1）DPｍａｓｔｅｒsystem总线，变成黑色，再将硬件目录中的PB-B-MM/V33添加至PROFIBUS-DP 主站系统。对于PLC-1，将PROFIBUS从站地址设为7 ，PLC-2从站地址设为3。DP从站的地址必须与现场模块设置的地址相一致。以PLC-1为例，见下图3-1所示：

② 配置PB-B-MM/V33 的接口

打开属性窗口，依次设置波特率、校验、从站监测、数据更新模式、等待回答时间、十六进制参数赋值如下图3-2所示。

③ 配置PB-B-MODBUS/V32 的MODBUS 报文队列，PLC-1所属PB-B-MM总线桥负责读取数采仪输出的COD、氨氮、总磷、瞬时流量、累计流量5个通道的信号，每个通道占用2个字。使用PB-B-MM“write 2Words (4xxxx)”共5个通道。以第一通道为例，设置Modbus从站地址、起始地址为1，Modbus报文01,03,00,01,00,02。（报文功能码详见产品手册18－21页）

④ 保存并编译组态，将组态下载到PLC-1中，PLC-2所属PB-B-MM总线桥负责读取电力仪表Modbus参数，组态方法与PLC-1相似，本文不再赘述。

（2）DS300B分布式IO的硬件组态

① 在组态中添加PB从站

将IO-PB-1.2的GSD文件DS_IO12.GSD拷贝至Step7S7datagsd目录下，产品图标CCPB10.bmp文件拷贝至Step7S7data sbmp目录下，并更新目录。[page]

然后选中PROFIBUS（1）DPｍａｓｔｅｒsystem总线，变成黑色，再将硬件目录中的CC-PB-1.2 添加至PROFIBUS-DP 主站系统。在对话框中，将PROFIBUS从站地址设为7 (此处的DP从站的地址7必须与CC-PB-1.0设置的地址相一致)。见下图3-4所示：

② 添加扩展I/O 模块

打开CC-PB-1.0下面的扩展I/O模块列表，并在3号插槽中插入8路AI输入模块IO-AI8-1.0。

为扩展I/O模块设置通信地址0，AI0－AI8输入类型选择4－20mA，数据类型选择无符号整型（0－65535），采样频率50HZ。见下图3-5。

根据技术文件，8路模拟量输入信号只能设置为同一种输入类型和数据类型，并且使模块上的输入类型开关与之保持相同。在IO-AI8的模块右侧有一个10位拔码开关，由于本模块选择了电流输入类型，所以必须将拔码开关的前8位1-8拔在“ON”位置。硬件扩展I/O模块的通信地址设为0。

③ 将组态加载到DP 主站中，保存并编译组态，将组态下载到PLC2中。

4 PLC软件的编程

（1）PB-B-MM模块PLC编程

以第一个通道（出水COD）为例，如上图3-3地址为I 272，故十六进制地址为110。使用SFC14访问，将数据保存在以P#M22.0开始的4字节地址中。第二通道（出水氨氮）地址为I 276十六进制地址为114H，数据块起始地址P#M26.0，第三、四、五通道则以此类推。PB-B-MM模块数据访问见下图4-1。

（2）CC-PB-1.0数据的访问

CC-PB-1.0模块采集模拟量。本工程现场仪表使用4-20mA，对应的无符号的值为0-65535，那么将测量到的一个无符号的值换算成4-20 之间即可。假设测量值为M，换算公式为：（M/65535）*16+4。以下为的计算程序，IW3（本程序中为IW560）为输入值。

经过以上运算之后MD26 即为IW3 这一路输入的实际值。

5 结语

通过应用北京鼎实公司DS300B系列分布式IO与PB-M总线桥方案，在确保污水厂运行、保证工程质量的前提下大大降低了硬件成本。此方案自控系统在该污水处理厂投入使用以来，运行至今系统稳定、可靠。自控系统改造后，满足了监管部门对数据采集的要求，新增与改造后设备的模拟量与数字信号均可通过PLC上传至中控系统，上位机利用OPC软件进一步将实时数据储存为基本运行数据，为后期实施管理信息化提供了有力的保证