上海泗博 HART轉PROFIBUS-DP網關HPM-610應用于水泥行業

上海泗博 HART轉PROFIBUS-DP網關HPM-610應用于水泥行業
——將36個點的溫度值送入控制室內的控制系統中
 

關鍵詞：HART總線，PROFIBUS總線，HART/PROFIBUS轉換模塊

巢湖××公司隸屬于“中國企業500強”第57位的中國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4500噸的水泥熟料生產線，為了的管理和生產，這條線采用了新型干法旋窯生產工藝，計算機*控制系統和生料配料自動跟蹤控制系統等新型設備。

整個生產線的自動控制系統由3部分組成：現場設備、PLC室內的各類控制器、控制室內的*控制系統。*控制系統與PLC室內的各類控制器通過PROFIBUS-DP總線進行通訊。控制器負責采集或控制100米以外的各類現場設備。

在回轉窯現場，共有36個溫度測量點和56個壓力測量點。控制系統需要對這些測量點進行實時監控。為節省電纜的成本，這些測量點上的儀表都是兩線制 （兩根電源線），其中36個溫度變送器采用HART通訊協議。上海泗博自動化的HART轉PROFIBUS協議網關HPM-610在這里將現場溫度變送器 的HART協議數據轉換為PROFIBUS數據上傳到控制系統。

上圖為現場的布線示意圖，其中從回轉窯到PLC控制室引3對長達200米的24V電源線。每對電源線在現場部分并聯了12臺溫度變送器，在PLC控制室部分連接三臺HPM-610和24V電源。

HART協議在儀表上應用廣泛，它以電源線為通訊介質，并允許一對電源線至多可接15臺現場儀表。用HART協議可讀取儀表的測量值，輸出值等，還可以對儀表進行校準，設置等維護工作。

HPM-610作為HART協議轉PROFIBUS協議的網關，它zui多可帶15臺現場HART協議設備。在此應用中，它將讀到的12臺溫度變送器的 溫度值映射到PROFIBUS總線，這樣控制室內的控制系統通過尋址HPM-610網關就可以讀到每個溫度變送器所測量的值，并進行相應的處理工作。

HART 協議zui初是由美國Rosemount公司開發，并在中國已應用了多年，多見于儀表行業。HART信號使用FSK技術，在儀表的4~20mA信號線上傳輸。 HART協議允許總線上存在2個主機（例如一個用于系統控制，一個用于HART通訊的手抄器），可尋址的從站地址范圍0~15。HART協議有單點和多點 兩種工作模式，處于單點時，主機只可連接一個0號從站，此時0號從站的4~20mA信號和HART信號都有效。當處于多點時，主機zui多可連接15個從站， 從站地址為1~15且必須各不相同，此時從站的4~20mA模擬信號不再有效（固定輸出4mA），系統以HART通訊的方式來獲得測量值。以這種方式構成 的控制系統可以顯著的降低現場布線的費用和設備輸入設備，這對控制系統的成本又重要價值。

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設備所必須具備的；普通命令包含對多種設備的操作，不同設備可以選擇支持不同的普通命令；特殊命令用于給設備提供的功能。

zui常用的命令包括0，1，6。
0號命令將讀取設備的信息，如廠家ID、設備類型等。
1號命令將讀取設備的主變量值，如溫度值，壓力值等。主變量的數值都用4個字節的浮點數表示。
6號命令用來修改設備的地址，通常HART設備的出廠默認地址為0， 所以為了更改設備的地址，首先通過0號命令來尋址到設備，然后通過6號命令來修改設備的地址。

PROFIBUS， 是一種化．開放式．不依賴于設備生產商的現場總線標準。PROFIBUS傳送速度可在 9.6kbaud~12Mbaud范圍內選擇且當總線系統啟動時，所有連接到總線上的裝置應該被設成相同的速度。廣泛適用于制造業自動化、流程工業自動化 和樓宇、交通電力等其他領域自動化。PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術。可實現現場設備層到車間 級監控的分散式數字控制和現場通信網絡，從而為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供了可行的解決方案。
與其它現場總線系統相比，PROFIBUS的zui大優點在于具有穩定的標準EN50170作保證，并經實際應用驗證具有普遍性。目前已應用的領域包括加 工制造．過程控制和自動化等。PROFIBUS開放性和不依賴于廠商的通信的設想，已在10多萬成功應用中得以實現。市場調查確認，在德國和歐洲市場中 PROFIBUS占開放性工業現場總線系統的市場超過40％。PROFIBUS有自動化技術裝備的生產廠商支持，它們都具有各自的技術優勢并能提 供廣泛的新產品和技術服務。

在此案例中，需要對HPM-610及現場HART設備做如下操作：

1. 設置每臺HART從站協議設備的短地址
2. 在HT-123中配置HPM-610讀寫HART從站協議設備參數的命令
3. 設置PROFIBUS地址
4. PROFIBUS-DP主站控制系統中導入HPM-610的GSD文件并進行相關組態

為了進行HART的多點連接，首先要為每臺設備設置不同的地址。通常用HART手抄器就可以方便地對設備進行地址的修改，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從站設備的地址。方法如下：

1.1 將一臺HART設備連到

網關；

1.2 在HT-123中，配置HPM-610的HART通道參數為單點，添加一個0號節點，并為其配置1號命令和6號命令。其中1號命令配置為：接收數據長度 7，輪詢輸出；6號命令配置為：發送數據長度 1，接收數據長度4， 逢變輸出。

1.3 通過撥動網關下方的1號撥碼開關令網關進入調試模式。將網關的RS232接口與電腦連接，zui后給網關通電源。

1.4 用網關配置軟件HT-123里的“診斷”功能和0號節點中的6號命令就可以

依次為每臺儀表設置完地址后，就可以進行HART的多點通訊組網，首先根據下圖將設備連到HART總線上。

圖2

在網關配置軟件HT-123中配置網關的HART通道網絡模式為多點，添加12個節點，為每個節點配置1號命令，1號命令的輸入數據長度設為7。

HPM- 610在HART側作為主站，在PROFIBUS側作為從站。HPM-610提供兩種方法設置PROFIBUS地址：一個是通過配置軟件HT-123設 置，然后再下載到網關里；另一個比較方便的是通過網關面板上的“SET”按鈕來設置。具體的設置方法請見說明書。設置完成之后重啟網關，PROFIBUS 的地址將會顯示在網關的數碼管上。

現場有36臺溫度變送器儀表，其中每12臺溫度變送器儀表需要連接1臺HPM-610，如上圖所示，需要使用3臺HPM-610才能將現場36臺溫度變送器儀表的數據讀取上來。

在控制系統中導入HPM-610的GSD文件，本例中需要讀取的每臺HART從站設備的數據有7個字節，則一臺HPM-610連接12臺HART從站，共 需要7×12=84個字節，因此在每個HPM-610的對應槽位中拖入（2+8+32）個WORD即可。

每臺溫度變送器對網關HPM-610發出的1號命令做出的響應字節中的后4個字節組成一個浮點數表示變量值。因此在PROFIBUS-DP主站中根據公 式：“7*（設備地址-1）+3”來確定每個設備變量在數據塊中的存放起始地址。然后查看方式選為real型，即可讀出現場設備的變量值（溫度值）。

四、總結

在該系統中，應用上海泗博自動化的HART轉PROFIBUS網關HPM-610的優勢在于：

• 降低了布線的成本，若每米電纜的價格是7元，那么12個設備的電纜價格就要超過1萬6；
• 提高了控制能力，通過HPM-610網關，直接將儀表的測量值通過PROFIBUS總線傳到了控制系統。控制系統可以直接讀出現場測量值，方便了以后的處理工作。