泗博自动化网关在港机控制系统的应用

泗博自动化 CAN 转 PROFIBUS DP 网关在港机控制系统的应用

—将桥吊控制器接入西门子 S7-400PLC 系统

引言

运输集装箱化是国际航运史上一个令人瞩目的变革它不仅改善了运输效率，而且带来了新的更为经济 的运输模式，这很大的促进了国际贸易的便利和全球化的实现。各种现场总线特别是 CAN 以及 PROFIBUS 技术的发展，为港机控制的发展提供了有利条件。本文就香港国际货柜码头某大型起重机电气控制系统中， 西门子 S7-400PLC 通过对桥吊控制器的控制实现对现场集装箱进行控制，介绍如何实现这两种不同的现场 总线之间的数据通信。在整个控制系统中，泗博自动化的 CAN 转 PROFIBUS DP 网关 PCA-100 表现出了其稳定、可靠的优点。

二、系统组成

1、系统结构

在整个控制系统中，各个调速装置与 PLC、主 PLC 和司机室远程 PLC 之间、以及 PLC 与可显示工作状 态和故障情况的大屏幕监控系统之间采用 PROFIBUS 通讯连接。在图 1 的系统构成中，略去了西门子 S7-400PLC 之外的其它现场级控制设备。西门子 S7-400PLC 的主要任务之一是实现对桥吊控制器的控制。 西门子 S7-400PLC 采用 PROFIBUS DP 主站协议；桥吊控制器采用的是汽车行业普遍使用的 CAN 总线技术， 控制现场集装箱的动作。在该项目中，为了实现西门子 S7-400PLC 对桥吊控制器的控制，采用了泗博自动 化的高性能的 CAN 转 PROFIBUS DP 网关 PCA-100。

PCA-100 做西门子 PLC 的 PROFIBUS DP 从站。用户通过在网关面板上的拨码开关设置网关输入输出字 节数、CAN 通讯方式及波特率，并且在西门子 PLC 的组态软件中进行组态，即可实现不同总线数据的双向传输。

2、通信网络组成

2.1 PROFIBUS 协议简介

PROFIBUS 是目前国际上通用的现场总线标准之一，以其独特的技术特点、严格的认证 规范、开放的 标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规，已成为很重要的和应用很广泛的 现场总线标准。PROFIBUS 现场总线通讯协议包括三个主要部分： • PROFIBUS DP：主站和从站之间采用轮循的通讯方式，主要应用于自动化系统中单元级和现场级通 信。 • PROFIBUS PA：电源和通信数据通过总线并行传输，主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场 级通讯。 • 支持 CANopen 协议的最多 8 个字节的 TPDO、最多 8 个字节的 RPDO、最多 4 个字节快速 Download SDO 和最多 4 个字节快速 Upload SDO。 • PROFIBUS FMS：定义了主站和主站之间的通讯模型，主要用于自动化系统中系统级和车间级的过程 数据交换。 其中，PROFIBUS DP 是高速网络，通讯速率达到 12M。PROFIBUS DP 可以连接远程 I/O、执 行机构、 智能马达控制器、人机界面 HMI、阀门定位器、变频器等智能设备， 一条 PROFIBUS DP 总线可以最多连 接 123 个从站设备。PROFIBUS DP 的拓扑结构可以是总线型、星型和树型，通讯介质可以是屏蔽双绞线、光纤，也支持红外传输，采用双绞线时，不加中继器最远通讯距离可达 1.2 公里，最多可以采用 9 个中 继器，最远通讯距离可达 9 公里。采用光纤时，最远通讯距离可达 100 公里以上，其中采用多膜光纤， 两点间最远距离可达 3 公里，采用单膜光纤时，两点间最远距离可达 3 公里。 PROFIBUS DP 支持的总线型拓扑如下：

2.2 CAN 协议简介

CAN 全称为 Controller Area Network，即控制器局域网，由德国 Bosch 公司先提出，是国际上应用 很广泛的现场总线之一。起初 CAN 被设计作为汽车环境中的通讯，在汽车电子控制装置之间交换信息形成 汽车电子控制网络。由于其良好的性能、较高的可靠性和低廉的价格现已广泛应用于工业现场控制、医疗 仪器等众多领域。 CAN 协议是建立在 OSI7 层开放互连参考模型基础之上的。但 CAN 协议只定义了模型的最下面两层:数 据链路层和物理层，仅保证了节点间无差错的数据传输。CAN 的应用层协议必须由 CAN 用户自行定义，或 采用一些国际组织制订的标准协议。应用较为广泛的是 DeviceNet 和 CANopen，分别广泛应用于过程控制 和机电控制领域。但此类协议一般结构比较复杂，更适合复杂大型系统的应用。 CAN 是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率、抗电磁干扰性，而且要能够 检测出总线的任何错误。当信号传输距离达 10km 时,CAN 仍可提供高达 50kbps 的数据传输速率。 CAN 协议支持两种帧格式，它们只是在确认区存在差异，一种被称为 CAN 标准帧，在 CAN2.0 协议的 Part A 进行定义，标准帧支持 11bit 的确认区长度；另一种称为 CAN 扩展帧，在 CAN2.0 协议的 Part B 进 行定义，支持 29bit 的确认区。

三、结束语

在该 PLC 控制系统中，PCA-100 作为西门子 S7-400PLC 和桥吊控制器之间的桥梁，能够使这两种完全不同的现场总线设备实现正常数据通信，使西门子 PLC 控制现场桥吊的动作及读取其电气状态成为可能。在整个系统中，泗博自动化的 PCA-100 表现了其稳定、可靠的性能，大大方便了港机控制特别是桥吊控制系统的应用。

　　审核编辑：汤梓红