CANopen转PROFIBUSDP网关在石油机械行业的应用

一、引言

进入本世纪以来，世界能源供应逐步紧张，石油价格高涨。中国和世界范围内能源制造业的大发展， 促进了石油机械行业的大发展。当前，各种现场总线技术已广泛应用到这一行业中，为这一行业的发展提 供了有利条件。本文就某大型石油机械项目中，西门子 S7-300PLC 通过对 PLVC(阀用可编程控制器)的 监控实现对现场比例阀的动作控制。在整个控制系统中，泗博自动化的 CANopen 转 PROFIBUS DP 网关 PCO-150S 表现出了其稳定、可靠的优点。

二、系统组成

1、系统结构

本系统构成如图 1，其中略去了西门子 S7-300PLC 之外的其它现场级控制设备。西门子 S7-300PLC 的 主要任务之一是实现对 PLVC(阀用可编程控制器)的监控来控制现场比例阀的动作。西门子 S7-300PLC (CPU 型号：CPU313C-2DP)采用 PROFIBUS DP 主站协议;PLVC(阀用可编程控制器)采用的是汽车行业 普遍使用的 CAN 总线技术，它作为 CANopen 主站，控制现场比例阀的动作。在该项目中，为了实现西门子 S7-300PLC 和 HAWE 的 PLVC 的数据双向传输，采用了泗博自动化的高性能的 CANopen 从站转 PROFIBUS DP 从站网关 PCO-150S：

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 CANopen 协议简介

CANopen 协议是 CAN-in-Automation(CiA)定义的标准之一，并且在发布后不久就获得了广泛的承认。 尤其是在欧洲，CANopen 协议被认为是在基于 CAN 的工业系统中占领导地位的标准。大多数重要的设备类 型，例如数字和模拟的输入输出模块、驱动设备、操作设备、控制器、可编程控制器或编码器，都在称为 "设备描述"的协议中进行描述;"设备描述"定义了不同类型的标准设备及其相应的功能。依靠 CANopen 协 议的支持，可以对不同厂商的设备通过总线进行配置。

在 CANopen 网络中的通信信息以对象来进行描述的。CANopen 通信模型定义了 4 种报文(通信对象)： 网络管理报文(NMT)、服务数据对象(SDO)、过程数据对象(PDO)和特殊功能对象。 SDO 通过使用索引和子索引(在 CAN 报文的前几个字节)，SDO 采用客户机服务器模式。SDO 客户机能 够访问设备(服务器)对象字典中的条目或项(对象)。 SDO 通过 CAL 中多元域的 CMS(CAN-based Message Specification)对象来实现，允许传送任何长度的数据(当数据超过 4 个字节时分拆成几个报文)。SDO 协议是确认服务类型。服务器为每个消息生成一个应答(一个 SDO 需要两个 ID)。SDO 请求和应答报文总 是包含 8 个字节(没有意义的数据长度在第一个字节中表示，第一个字节携带协议信息)。 PDO 对象用来传输实时数据，PDO 对象采用生产者消费者模式。数据从一个生产者传到一个或多个消 费者。数据传送限制在 1 到 8 个字节(例如，一个 PDO 可以传输最多 64 个数字 I/O 值，或者 4 个 16 位的 AD 值)。PDO 通讯没有额外的协议规定。PDO 由两种类型的使用：数据发送和数据接收。它们以 TPDO 和 RPDO 区分。 PDO 可以有多种传输方式，其中，同步传输是指为了使设备同步，又一个同步应用程序周期性地发送 一个同步对象(SYNC 对象)。异步传输是由远程帧触发传送或由设备子协议中规定的对象特定事件触发传 送。

三、结束语

在该 PLC 控制系统中，PCO-150S 作为西门子 S7-300PLC 和 HAWE 阀控可编程控制器 PLVC 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 控制现场比例阀的动作及读取其 电气状态成为可能。在整个系统中，泗博自动化的 PCO-150S 表现了其稳定、可靠的性能，大大方便了石油机械行业各种现场总线的应用。

审核编辑：汤梓红