基于總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)皮帶輸送自動(dòng)化集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、前言

PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線是一種國(guó)際化、開放式異步通訊標(biāo)準(zhǔn)，于1996年被批準(zhǔn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，符合IEC61158標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線。它有三種規(guī)格：PROFIBUS— DP、PROFIBUS— FMS、PROFIBUS— PA。PROFIBUS—DP是一種高速低成本通訊，主要應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)，傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線（EIARS485），波特率從9600bps到12Mbps，組成PROFIBUS工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。

隨著控制、計(jì)算機(jī)通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)正發(fā)生巨大的變化。通過現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)三電（電氣，儀表，計(jì)算機(jī)）集成，將基礎(chǔ)自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)、過程和管理控制系統(tǒng)連接在一起，是目前自動(dòng)控制領(lǐng)域的發(fā)展方向。

皮帶輸送自動(dòng)化集中控制系統(tǒng)皮帶輸送自動(dòng)化集中控制系統(tǒng)由基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)、過程與管理控制系統(tǒng)組成。皮帶輸送線主要由13臺(tái)》20kW和50多臺(tái)《20kW電機(jī)及照明等組成，每臺(tái)電機(jī)由一臺(tái)軟啟動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，其它均通過PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)控制西門子PLC S7執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)和過程與管理控制系統(tǒng)之間的通信?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)見圖1。

1．1 基礎(chǔ)控制系統(tǒng)

PROFIBUS—DP網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)集成的最底層，主要是連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如分散式I／O、傳感器、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行器等。主站（PLC、Pc機(jī)等）負(fù)責(zé)總線通信管理及所有從站通信。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中儀表（皮帶自動(dòng)走行紅外線測(cè)位儀、煤槽雷達(dá)料位儀、電流變送單元）、電氣控制系統(tǒng)（跑偏開關(guān)、拉繩開關(guān)、堵料開關(guān)、防滑開關(guān)、翻板開關(guān)及空氣電磁閥）的通信；本系統(tǒng)采用西門子PLC S7—400＼CPU414—2作為主站，符合EN51070標(biāo)準(zhǔn)，提供的通信功能有MPI、DP兩種；西門子PLC S7—300＼遠(yuǎn)程I／OET200M基站五處，使用EM277通訊模塊連接到PROFIBUS—DP網(wǎng)上作為從站，一方面主站將控制數(shù)據(jù)（如電機(jī)三相額定電流設(shè)定、料位儀設(shè)定、測(cè)位儀設(shè)定、外圍給定開關(guān)編程設(shè)定等）發(fā)送到傳動(dòng)基站；另一方面?zhèn)鲃?dòng)裝置的數(shù)據(jù)（如電機(jī)電流、傳感器流量、接觸器觸點(diǎn)的通斷等）通過通信傳送到主站PLC指定的寄存器地址；ET200M遠(yuǎn)程I／O從站主要接受Pc機(jī)的指令，并把系統(tǒng)執(zhí)行的情況及運(yùn)行數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相互交換。

1．2 過程監(jiān)控系統(tǒng)

過程監(jiān)控層由中控室計(jì)算機(jī)、從站控制臺(tái)計(jì)算機(jī)、PLC加以太網(wǎng)卡等組成工業(yè)以太網(wǎng)，操作臺(tái)計(jì)算機(jī)利用組態(tài)軟件iFix實(shí)現(xiàn)對(duì)工作運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)督控制，基礎(chǔ)控制層將來自生產(chǎn)第一線的數(shù)據(jù)傳送到控制室，置于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行控制及計(jì)算、動(dòng)態(tài)顯示參數(shù)、報(bào)警及歷史數(shù)據(jù)保存；操作臺(tái)計(jì)算機(jī)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)送到服務(wù)器的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，進(jìn)行保存和數(shù)據(jù)處理。

1．3 生產(chǎn)管理系統(tǒng)

管理層ERP采用通用的代P／IP協(xié)議，可直接通過訪問服務(wù)器了解現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，也可將生產(chǎn)調(diào)度、計(jì)劃、等信息登記成為信息管理系統(tǒng)。

2、 PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)基本特性

PROFIBUS—DP用于基礎(chǔ)控制層的高速數(shù)據(jù)傳送，主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。PROFIBUS—DP的基本特性為：

1）在一個(gè)有著32個(gè)站點(diǎn)的分布系統(tǒng)中，PROFIBUS—DP對(duì)所有站點(diǎn)傳送512bps輸入和512bps輸出，在12Mbps時(shí)只需lms。

2）經(jīng)過擴(kuò)展的PROFIBUS—DP診斷能對(duì)故障快速定位。診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。診斷信息分3級(jí)：本站診斷操作、模塊診斷操作和通過診斷操作。

3）傳輸方式采用RS一485制式雙絞線，雙線電纜或光纜。

4）總線存取支持單主或多主系統(tǒng)。各主站間令牌傳遞，主站與從站間為主一從傳送。

5）線形、星形、環(huán)形以及可選的光纖雙環(huán)形冗余。PROFIBUS—DP的上述特點(diǎn)使其在工業(yè)電氣自動(dòng)化領(lǐng)域占據(jù)了重要的地位。

本系統(tǒng)中PROFIBUS—DP總線完成PC與各設(shè)備之間的通信，并采用線形主從方式通信。主機(jī)（s7—414—2 PLC）作為PROFIBUS—DP主站，以輪詢方式對(duì)下屬各從站I／O（如ET200M s7—300PLC等）進(jìn)行定周期掃描和讀寫。主機(jī)通過PROFIBUS—DP總線將指令傳送到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)，并將各設(shè)備返回的狀態(tài)信號(hào)從對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)取出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)下屬每個(gè)設(shè)備的監(jiān)控。

3 、采用PROFIBUS總線實(shí)現(xiàn)通信優(yōu)點(diǎn)

1）通信速度快慢與使用介質(zhì)的長(zhǎng)度、類型和站點(diǎn)數(shù)量及數(shù)據(jù)傳送量等因素有關(guān)，PROFIBUS的數(shù)據(jù)傳輸率最快可達(dá)12Mbps。

2）PR0FIBus總線現(xiàn)已被較廣泛的采用，管理人員及技術(shù)人員對(duì)該總線的調(diào)試以及維護(hù)有了一定了解。

3）系統(tǒng)可擴(kuò)展。在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域，不管是直流還是交流的傳動(dòng)裝置，大多支持PROFIBUS通信，方便以后系統(tǒng)升級(jí)或擴(kuò)容。

4 、結(jié)語(yǔ)

基于PROFIBOS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，不僅可提高工業(yè)自動(dòng)化的水平，最大限度地提高生產(chǎn)效率，可逐步實(shí)現(xiàn)工廠管理與控制一體化，達(dá)到生產(chǎn)的柔性及自適應(yīng)性。

PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)從2005年投入以來運(yùn)行穩(wěn)定，證明該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。由于采用了現(xiàn)場(chǎng)總線，減少了許多配線，減少了安裝工作量及維護(hù)成本。

在類似控制系統(tǒng)中有推廣應(yīng)用價(jià)值。