1 概述
福建省長樂市某污水廠日處理規模5萬噸，硬件系統基本架構為上位機通過光纖與下位機PLC通訊，現場2臺西門子S7-300PLC使用Profibus總線與各遠程站聯接。該廠經過幾年的運行，新增了部分設備，且近期上級監管部門對數據采集提出了新的要求。為滿足數據采集的要求，確保系統正常運行，經過方案比選，最終使用鼎實科技DS300B分布式IO與PB- M總線橋對原系統進行改造。
2 系統改造要求
本次系統改造所涉及項目較多，且對采集的信號的要求也不相同。要求在不影響生產的前提下，實施升級改造。改造的主要目標如下：
（1） 鼓風機房新增一臺國產鼓風機，采用國產變頻器控制，變頻器提供Modbus通訊，需建立上位機、PLC與該機的數據通訊；
（2） 應上級監管部門的要求，出水儀表小屋中COD、氨氮、總磷、流量計信號已接入監管部門專用數據采集儀，該數據采集儀將有關參數數據備份、上傳后另提供一個ModbusRTU 端口與自控系統對接。（原架構中COD、氨氮、總磷儀表使用4-20mA模擬量，流量采集使用普通脈沖計量，改造后均使用Modbus直接與數據采集儀表通訊）；
（3） 處理工段中兩路模擬量輸入通道AI損壞，其通訊底板也疑似部分損壞。該模塊為某專用模塊，更換費用較高。為解決該問題，同時結合工藝要求，未來預留一定數量AI通道，選用價格低廉且具有與Profibus總線通訊功能的AI模塊進行替代。
根據以上要求，我們認真比較了幾種方案后，決定采用采用鼎實科技PB-B-MModbus模塊解決與設備Modbus通訊，采用鼎實DS300B分布式IO解決采集現場大量輸入模擬量信號的問題。項目改造后自控系統如圖2-1所示。
3 系統的硬件組態
（1）PB-B-MM總線橋硬件組態
① 在組態中添加PB從站
將PB-B-MM的GSD文件DS_MMV33.GSD拷貝至\Step7\S7data\gsd\目錄下，產品圖標DS232.bmp文件拷貝至\Step7\S7data\nsbmp\目錄下，并更新目錄。
然后選中PROFIBUS（1）DPｍａｓｔｅｒsystem總線，變成黑色，再將硬件目錄中的PB-B-MM/V33添加至PROFIBUS-DP 主站系統。對于PLC-1，將PROFIBUS從站地址設為7 ，PLC-2從站地址設為3。DP從站的地址必須與現場模塊設置的地址相一致。以PLC-1為例，見下圖3-1所示：
② 配置PB-B-MM/V33 的接口
打開屬性窗口，依次設置波特率、校驗、從站監測、數據更新模式、等待回答時間、十六進制參數賦值如下圖3-2所示。
③ 配置PB-B-MODBUS/V32 的MODBUS 報文隊列，PLC-1所屬PB-B-MM總線橋負責讀取數采儀輸出的COD、氨氮、總磷、瞬時流量、累計流量5個通道的信號，每個通道占用2個字。使用PB-B-MM“write 2Words (4xxxx)”共5個通道。以第一通道為例，設置Modbus從站地址、起始地址為1，Modbus報文01,03,00,01,00,02。（報文功能碼詳見產品手冊18－21頁）
④ 保存并編譯組態，將組態下載到PLC-1中，PLC-2所屬PB-B-MM總線橋負責讀取電力儀表Modbus參數，組態方法與PLC-1相似，本文不再贅述。
（2）DS300B分布式IO的硬件組態
① 在組態中添加PB從站
將IO-PB-1.2的GSD文件DS_IO12.GSD拷貝至\Step7\S7data\gsd\目錄下，產品圖標CCPB10.bmp文件拷貝至\Step7\S7data\nsbmp\目錄下，并更新目錄。
然后選中PROFIBUS（1）DPｍａｓｔｅｒsystem總線，變成黑色，再將硬件目錄中的CC-PB-1.2 添加至PROFIBUS-DP 主站系統。在對話框中，將PROFIBUS從站地址設為7 (此處的DP從站的地址7必須與CC-PB-1.0設置的地址相一致)。見下圖3-4所示：
② 添加擴展I/O 模塊
打開CC-PB-1.0下面的擴展I/O模塊列表，并在3號插槽中插入8路AI輸入模塊IO-AI8-1.0。
為擴展I/O模塊設置通信地址0，AI0－AI8輸入類型選擇4－20mA，數據類型選擇無符號整型（0－65535），采樣頻率50HZ。見下圖3-5。
根據技術文件，8路模擬量輸入信號只能設置為同一種輸入類型和數據類型，并且使模塊上的輸入類型開關與之保持相同。在IO-AI8的模塊右側有一個10位拔碼開關，由于本模塊選擇了電流輸入類型，所以必須將拔碼開關的前8位1-8拔在“ON”位置。硬件擴展I/O模塊的通信地址設為0。
③ 將組態加載到DP 主站中，保存并編譯組態，將組態下載到PLC2中。
4 PLC軟件的編程
（1）PB-B-MM模塊PLC編程
以第一個通道（出水COD）為例，如上圖3-3地址為I 272，故十六進制地址為110。使用SFC14訪問，將數據保存在以P#M22.0開始的4字節地址中。第二通道（出水氨氮）地址為I 276十六進制地址為114H，數據塊起始地址P#M26.0，第三、四、五通道則以此類推。PB-B-MM模塊數據訪問見下圖4-1。
（2）CC-PB-1.0數據的訪問
CC-PB-1.0模塊采集模擬量。本工程現場儀表使用4-20mA，對應的無符號的值為0-65535，那么將測量到的一個無符號的值換算成4-20 之間即可。假設測量值為M，換算公式為：（M/65535）*16+4。以下為的計算程序，IW3（本程序中為IW560）為輸入值。
經過以上運算之后MD26 即為IW3 這一路輸入的實際值。
5 結語
通過應用北京鼎實公司DS300B系列分布式IO與PB-M總線橋方案，在確保污水廠運行、保證工程質量的前提下大大降低了硬件成本。此方案自控系統在該污水處理廠投入使用以來，運行至今系統穩定、可靠。自控系統改造后，滿足了監管部門對數據采集的要求，新增與改造后設備的模擬量與數字信號均可通過PLC上傳至中控系統，上位機利用OPC軟件進一步將實時數據儲存為基本運行數據，為后期實施管理信息化提供了有力的保證
