PROFIBUS网络

2024-11-05

PROFIBUS网络（精选9篇）

PROFIBUS网络篇1

摘要：由于现场总线技术的不断发展, 使其应用领域不断扩大。本文针对中小型化工厂自身特点, 以硝化反应控制为实例, 对以PROFIBUSDP总线为主的网络平台建立进行介绍和分析, 为类似设备的电气控制系统提供参考。

关键词：PROFIBUS总线,硝化反应,平台构建

1 引言

现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线技术的出现和发展, 使得构建一种全数字、全分散、全开放的控制系统成为可能, 导致了传统控制系统结构的变革。

2 项目简介

本文以硝化反应车间生产项目为例, 介绍其网络平台的构建。硝化反应是一种较为剧烈的放热反应, 硝化剂主要由浓硝酸、发烟硝酸、浓硝酸和浓硫酸的混酸等组成, 通过在反应釜中硝化剂的滴加, 使硝化反应逐渐完成, 并且需要均匀的搅拌 (需要调速) 和温度、压力的控制。同时系统还需要一套制冷装置, 用于进行反应釜的冷却控制。

本系统采用1 套S7-300PLC, 用于硝化反应控制;采用1 套S7-200PLC, 用于完成辅助的制冷装置及其他设备的控制。同时为了更好的进行操作和管理, 配置一台监控计算机和一台管理计算机作为监控层。

3 基于PROFIBUS的综合网络构建

为保证系统具有更高可靠性, 控制系统网络采用冗余结构, 即通过Profibus-DP现场总线网络将现场设备组成一个主从通讯网络, 构成现场控制层。将各设备的控制器及现场总线设备 (变频器、总线仪表及其它总线执行器等) 相连, 大大降低系统布线工作量, 并将控制任务下放到各个从站中, 减轻主站PLC的工作负担, 提高控制的实时性, 也提高系统的安全性和可靠性。整个系统网络结构如图1 所示。

(1) 工业以太网的构建。系统上层采用的是德国西门子公司研发的SIMATIC NET工业以太网, 它是目前应用最为广泛的工业以太网之一, 它提供开放的、适用于工业环境下各种级别的控制系统, 符合国家及国际标准和ISO/OSI网络参考模型。SIMATIC NET主要体系结构是网络硬件、网络部件、拓扑结构、通行处理器和SIMATIC NET软件等。工业以太网将控制器及计算机连接构成局域网络, 通讯速率可达100MBIT/S; (2) Profibus-DP网络的构建。Profibus是一种开放式的现场总线, 广泛的应用于制造业、智能楼宇、工业生产等自动化领域。它实现了工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制, 为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案; (3) S7-300 与西门子变频器的通信。西门子公司生产的MM440 变频器具有体积小、功能强、操作简便、性价比高等优点, 通过Profibus-DP总线模块, 可以方便的挂接到Profibus-DP总线中 (4) S7-300 与触摸屏的通信。S7-300 PLC与触摸屏之间采用MPI (Multi Point Interface) 多点接口通信方式。MPI是当通信速率要求不高, 通信数据量不大时可以采用的一种简单经济的通信方式。通过MPI可以组成小型的PLC通信网络, 实现PLC之间的少量数据交换; (5) S7-200 与触摸屏的通信。S7-200 PLC与西门子触摸屏之间采用PPI (Point to Point Interface) , 即点对点接口通信方式。它是西门子公司开发的一种专用于本公司相关产品进行信息交换的通讯协议, 具有连接简单、成本较低等特点。本项目用PPI通讯方式将西门子公司TP177 系列触摸屏与S7-200 PLC进行连接, 只要设置触摸屏与PLC的地址与通讯速率等参数, 便非常容易的实现两者的相连, 无需其他硬件通讯设备。

本项目以PROFIBUS总线网络为主, 介绍了多种网络融合的设计思想, 不仅使系统通讯具有冗余结构, 保证系统的安全可靠性, 同时也可以将其作为参考模型广泛应用于其他控制领域。通过现场长时间实际运行测试, 该系统的网络平台表现出良好的运行性能, 稳定性、可靠性都有了很好的保障。因此, 该网络平台具有很好的参考价值。

参考文献

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PROFIBUS网络篇2

关键词：柔性制造系统(FMS) PROFIBUS 通信

1 柔性制造系统简介

柔性制造系统(FMS)是一项重要的先进制造技术，它是计算机集成制造系统(CIMS)的重要组成部分，也是制造业自动化的发展方向。柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统，即Flexible Manufacturing System，英文缩写为FMS。它的出现标志了机械制造行业进入了一个新的发展阶段，克服了原来机械生产线只适合于大批量生产的刚性特征，能够适应中小批量、多品种的柔性生产方式，而且将手工操作减少到最低，具有很高的自动化特征。随着社会对多品种、中小批量产品的认同，对短生产周期、低制造成本的需求增加，加上微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备技术的日益成熟，柔性制造技术得到了广泛的应用。

1.1 柔性制造系统的组成为了实现制造系统的柔性，FMS包括下列组成部分。①加工系统：柔性制造系统采用的设备由待加工工件的类别决定，主要有加工中心、车削中心或计算机数控(CNC)车、铣、磨及齿轮加工机床等，用以自动地完成多种工序的加工。②物料系统：物料系统用以实现工件及工装夹具的自动供给和装卸，以及完成工序间的自动传送、调运和存贮工作，包括各种传送带、自动导引小车、工业机器人及专用起吊运送机等。储存和搬运系统搬运的物料有毛坯、工件、刀具、夹具、检具和切屑等；储存物料的方法有平面布置的托盘库，也有储存量较大的巷道式立体仓库。③计算机控制系统：计算机控制系统用以处理柔性制造系统的各种信息，输出控制CNC机床和物料系统等自动操作所需的信息。④系统软件：系统软件用以确保柔性制造系统有效地适应中小批量多品种生产的管理、控制及优化工作，包括设计规划软件、生产过程分析软件、生产过程调度软件、系统管理和监控软件。

1.2 柔性制造系统的分类按规模大小，柔性制造系统FMS可分为如下三类。

1.2.1 柔性制造单元(FMC) FMC由单台带多托盘系统的加工中心或3台以下的CNC机床组成，具有适应加工多品种产品的灵活性。FMC的柔性最高，可视为柔性制造系统FMS的基本单元，是柔性制造系统FMS向廉价、小型化方向发展的产物。FMC问世并应用于生产比FMS晚6～8年，现已进入普及应用阶段。

1.2.2 柔性制造线(FML) 柔性制造线FML是处于非柔性自动线和FMS之间的生产线，对物料系统的柔性要求低于FMS，但生产效率更高。FML采用的机床大多为多轴主轴箱的换箱式或转塔式组合加工中心，能同时或依次加工少量不同的零件。FML技术已日趋成熟，进入实用阶段。

1.2.3 柔性制造系统(FMS) FMS通常包括3台以上的CNC机床(或加工中心)，由集中的控制系统及物料系统连接起来，可在不停机情况下实现多品种、中小批量的加工管理。

1.3 柔性制造系统通信与控制的特点工厂自动化和大规模工业控制过程的一个核心问题是通信。通常，用于工业环境的分级网络包括工厂级、车间级、现场级和设备级等4个层次。FMS中的计算机网络是一种工业局部网，因此它与一般意义上的计算机网络有许多共同之处，但它又具有其特殊性。这其中最显著的就是，在工业局部网络中包含有大量的智能化程度不一、来自不同厂商的设备，这些设备相互之间无法进行数据交换。此时整个网络的开放性就显得尤为突出，以包容这些异种设备。

2 PROFIBUS简介

PROFIBUS是PROCESS FIELD BUS的缩写，PROFIBUS总线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、开发的标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规，已经成为最重要的和应用最广泛的现场总线标准。

PROFIBUS技术1987年由SIEMENS公司等13家企业和5家研究机构联合开发，符合欧洲标准EN 50170 V.2，是国际标准 IEC 61158 的组成部分（Type Ⅲ），2006年，中国国家标准化管理委员会审核通过了“PROFIBUS规范成为中国国家标准（GB/T20540-2006）”，是中国唯一批准的现场总线国家标准。

PROFIBUS主要由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROF

IBUS-FMS三部分组成：PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）：主站和从站之间采用轮循的通信方式，数据传输速度高，主要应用于自动化系统中单元级和现场级通信。使用PROFIBUS-DP模块可取代价格昂贵的24V或0～20mA并行信号线；PROFIBUS-PA（Process Automation）：电源和通信数据通过总线并行传输，专为过程自动化设计，主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级通信。可使传感器和执行机构连在一根总线上，并有“本质”安全规范；PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification）：定义了主站和主站之间的通信模型，数据传输速度等，主要用于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换。

PROFIBUS现场总线可以将数字自动化设备从底级（传感器/执行器）到中间执行器（单元级）分散开来。通信协议按照应用领域进行优化，故几乎不需要复杂的接口即可实现。对比ISO/OSI协议模型，PROFIBUS协议只包含第1层、第2层和第7层。

PROFIBUS协议的结构定向是根据ISO 7498国际标准以OSI为参考模型的PROFIBUS系统分为主站和从站。主站决定总线的数据通信，当主站得到总线控制权时，没有外界请求也可以主动发送信息。从站为外围设备，典型的从站包括：输入输出装置、阀门、驱动器和测量发送器等。它们没有总线控制权，仅对收到的信息给予确认或当主站发出请求时向它们发送信息。由于从站只需总线协议的一小部分，所以实施起来特别经济。

3 PROFIBUS在FMS中的控制与通信

TL-50是一套先进的柔性教学实验系统，该系统集先进的气动技术，PLC控制技术和PROFIBUS现场总线技术为一体，体现了现代工业柔性制造和物流管理的新概念和新技术，系统的结构如图3所示。

整个系统分为10个工作站，包括物料输入、测试、提取、加工、监控、组装、暂存、分选和成品输出，除监控主站和机械手主站外，每个站由一台PLC S7-300 控制，站间的物料传送由传送带上的移动式托盘来完成，各站配有多种传感装置和执行部件，体现出单元的柔性化和自动化特点。

整个系统沿用分层控制的思想，传感器和执行机构的设备层采用AS-i总线，单元级采用现场总线(PROFIBUS)的控制方式。利用PROFIBUS专用电缆连接各个柔性单元。工控机上安装有组态软件WINCC 5.1 AISA和STEP 7 V5.2的编程软件，通过PROFIBUS的通讯卡CP5611 PCI与下位机相连，构成PROFIBUS的主站。下位机采用西门子S7-300 PLC可编程控制器，由PLC向上位机传递设备的实时状态，接受并执行上位机的实时控制指令。该PROFIBUS网络包括了7个313C-2DP 主站、一个314C-2DP 主站、一个ET200B从站以及上位机的监控主站。各个站单元采用了集成模块化设计、单独安装电源、CPU及I/O模块。313C-2DP和314C-2DP是西门子S7-300系列的处理器，可作为主站，也可作为从站，均带有MPI的编程接口和PROFIBUS的网络接口。ET200B是一种8入24出的输入输出接口模块，由它作为PROFIBUS的从站，用来连接不具备PROFIBUS接口的设备，例如RJ22AJ机械手。

3.1 主站与主站的通信连接到PROFIBUS网络上的主站按它们总线地址的升序组成一个逻辑令牌环。令牌按这个顺序从一个站传递到下一个站。获得令牌的主站拥有占用传输介质的权力，并用特殊的令牌帧使令牌往下一个站传递。S7-300的PLC与PLC之间的通信方式有三种：全局数据包通信方式、无组态连接通信方式和组态连接通信方式。S7-300的PLC与PLC之间的通信可以根据不同的实际情况分别采用以上三种方式。

3.2 主站与从站的通信在主——从系统中，主站与从站采用主-从方式实现通信。主站有权发送、存取指定给它的从站设备，并周期地与从站交换数据。

3.3 上位机与S7-300 PLC的通信 S7-300的PLC与上位机之间的通信可用高级语言编程实现，但用户必须熟悉互连的PLC及PLC网络采用的通信协议，严格按照通信协议为计算机编写程序，对用户要求较高。比较方便的做法是选用专用的工控组态软件实现PLC与上位PC机之间的通信。使用工控组态软件不仅屏蔽了复杂的网络通信协议，也省去了不同通信设备的驱动程序编写，同时，工控组态软件还提供了功能性强大的组态工具。这里我们使用的是SIEMENS的WINCC (Windows Control Center)。

4 结论

FMS在我国改造传统生产模式中将有着广泛的应用前景。把PROFIBUS现场总线引入到柔性制造系统中，可以实现现场级与设备级的信息集成。PROFIBUS现场总线在柔性制造系统的发展中会有光明的未来。

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PROFIBUS网络篇3

在聚酯工艺中, 水下切粒机是聚酯切片生产中的最关键设备之一, 其工作原理:

高温聚酯熔体从一定数量铸带孔的铸带头挤压出来, 进入一个带有溢流水冲刷的导流板, 经径向引槽引导进入喂入装置, 然后经切粒装置切粒, 随输送水一起经冷却, 送出机器外进入干燥器。由直径90mm的下罗拉和直径170mm的上罗拉组成的喂入装置由一台变频器驱动, 其转速可决定切片的长度。 (见图1) 。

2 改造的目的

提高罗拉和动刀的线速度可以提高切粒产量, 因此, 我们决定在这次扩产改造中, 把PLC升级到西门子S7系列, 特别采用PROFIBUS通讯网络, 适应技术进步的要求。

3 现有及新的PLC系统介绍

该老的切粒机系统是采用PPI (点对点) , 即PLC利用两块模拟量输出卡将计算出的罗拉电机及动刀电机变频器频率设定值 (4-20m A) 分别送到两电机变频器上, 而与现场操作面板通讯采用RS232 (见图2) 。

整台切粒机系统由SIEMENS S5-115U可编程控制器PLC控制, 该切粒机PLC系统有输入DI50点, 输出DO20点, 模拟输入AI16点, 模拟输出AO16点。控制功能主要分为开关量输出控制及模拟量计算, 输出控制。

上述切粒机控制系统是比较陈旧的, 包括PLC是SIEMENS-S5, 通讯不是系统, 全局性的, 大部分采用点对点, 模拟量传送。RC232缺点是传输率低于20Kbps, 联接长度低于15m。

为了保证项目和系统的先进性, 我们在扩产项目中, 改进了力达公司的切粒机:电气控制PLC采用SIEMENS-S7-300, 所有信号通信采用PROFIBUS (包括与DCS, 变频器, 操作面板) , 代表了当今先进的控制系统潮流。 (见图3) 。

4 系统设计及组态

4.1 新切粒机系统PROFIBUS网络构架

如图3所示。

4.2 系统组态

该系统是多主站系统。

PLC作为DPM2主站, 而DCS作为DPM1主站, 因DCS的ACP1必须作为主站设置。而只有PLC允许对DP从站写入, 输入数据, 但DCS主站不能直接与各从站进行写入, 输入数据操作。

但DCS与PLC的数据可交换, 是定时的, 即每隔一定时间, DCS即对PLC数据映像区进行数据交换, 刷新。

工作站点设置:

4.2.1 DCS主站设置

DCS主站设置超出本文讨论范围, 可参考相关DCS多种工作组态方法。

4.2.2 PLC主站及从站设置

设置一个站点并启动硬件组态程序 (HW-Config) 为进入组态, 我们将该项目名为“NEW CUTIER”, PLC主站及其它设备设置如下:

(1) 点击VIEW→Cataolg→SIMATIC→CPU-300→CPU315-2DP。

(2) 在Slot4中, 再次点击VIEW→Cataolg→SIMATIC→AI4/AO2X8/8BIT。

(3) 在Slot5, 6, 7中, 选择插入DI16XDC24V。

(4) 在Slot8, 9中, 同上, 选择插入DO16XDC24V/0.5A。

目前, 已完成PLC主站及I/O卡的设置 (见图4) 。

PROFIBUS及从站设置:

(1) 双击PROFIBUS线, 选择总线设备。

出现如下MICRO变频器图景。

(3) 双击图景, 设置诊断地址, 设备地址, DP波特率等参数。

(4) 点击MICRO Sloto, 再次点击CB15/155, 选择PROFIBUS通讯协议:PP0/PP1最后, PROFIBUS及从站设置画面如图5所示。

4.3 数据检测和通讯流程图

如图6所示。

5 系统精度测试

我们完成硬件、软件修改及联调后, 开车后投用成功。

实际试验各个设备速度数据与理论值非常接近, 精度达到±0.5%, (限于篇幅实际数据表不在此列出) , 比原来±3.0%精度大大提高。

摘要：本文以聚酯切粒机升级改造为例, 详细介绍了采用PROFIBUS通讯网络, S5及S7系列PLC的通讯网络构架, 系统设计, 组态软件的使用和设置以及数据检测和通讯软件设计流程, 通过采用PROFIBUS通讯网络以及其他软硬件的改进, 新的聚酯切粒机动态精度从+-3%提高到+-0.5%。

PROFIBUS网络篇4

关键词:西门子TDC;ABB变频器;现场总线;通讯

中图分类号:TN77 文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 04-0000-01

Communication between TDC&ABB with Profibus-DP

Hu Meng,Sang Sen,Zhuang Ningning

(ShanDong LaiWu Steel GroupAutomation Department,Laiwu271104,China)

Abstract:The article introduced the technology and applications about communications between ABB Inverter and TDC with the production process in LaiWu Steel Group.TDC control system introduced in the field bus communication mode settings and applications,ABB inverter control word and status word,as well as the communication protocol.

Keywords:Siemens TDC;ABB Inverters;Filedbus;Communication

电气传动历来就是自动化控制中相当重要的一部分,那么与传动系统特别是变频器之间的通讯就成为重中之重。

Profibus是目前工控系统中最成功的现场总线之一,得到了广泛的应用。它是不依赖于生产厂家的、开放式的现场总线,各种各样的自动化设备均可通过同样的接口协议进行信息的交换。Profibus-DP(Distributed I/O System-分布式I/O系统)是一种经过优化的模块,有较高的数据传输率,适用于系统和外部设备之间的通信,远程I/O系统尤为合适。它允许高速度周期性的小批量数据通信,适用于对时间要求苛刻的自动化控制系统中。Profibus-DP现场总线系统可使许多现场设备在同一总线进行双向多信息数字通讯,因此可方便地使用不同厂家生产的控制测量系统相互连接成通讯网络。

一、系统配置及通讯协议

1.系统配置:该系统以西门子公司和ABB公司的相关产品来实现全数字交流调速系统在Profibus-DP网中的通讯及控制原理。其Profibus-DP网控制器为西门子技术和传动控制系统TDC,变频器为ABB公司的ACS800系列,变频使用一台整流器下挂逆变器的形式,从而组成一个DP网络。编程软件为PCS7+D7 SYS软件,用于对TDC编程,对Profibus-DP网进行组态和通讯配置使用软件Comprofibus 5.1。上位机画面操作采用WinCC5.1进行画面编程和操作,与TDC通讯采用以太网通讯方式。

2.通讯协议:在本系统中,TDC作为主站,变频器作为从站时,主站向变频器传送运行指令,同时接受变频器反馈的运行状态及故障报警状态的信号。变频整流和逆变器通过DP线连接,接入Profibus-DP网中作为从站,接受从主站TDC来的控制。变频器现场总线控制系统若从软件角度看,其核心内容是现场总线的通讯协议。Profibus-DP通讯协议的数据电报结构分为协议头、网络数据和协议层。网络数据即PPO包括参数值PKW及过程数据PZD。参数值PKW是变频器运行时要定义的一些功能码;过程数据PZD是变频器运行过程中要输入/输出的一些数据值。Profibus-DP共有两类型的网络PPO:一类是无PKW而有2个字或6个字的PZD;另一类是有PKW且还有2个字、6个字或10个字的PZD。

二、TDC项目系统组态及通讯编程

1.通讯模板端口组态。通讯模板采用CP50M0,此模板集成了2个PROFIBUS DP/MPI接口,并集成了8MB通讯缓存。TDC通讯模板CP50M0可以作为PROFIBUS的主站,可以独立存在于DP网络中或与其他DP主站一起组成多主站PROFIBUS DP网络。TDC通过COM PROFIBUS软件完成网路组态。

2.通讯接口初始化。在硬件组态中,将CP50M0的X1组态为PROFIBUS接口,其符号名显示为D1600C.X01。在CPU1(D01P01)中,插入新的CFC程序,命名为COMABB。在CFC程序中插入@PROP功能块,对CP50M0的X1的端口进行初始化,即利用CP50M0的X1作为PROFIBUS的通讯接口。分别插入CTV和CRV功能模块,并通过他们与DP从站(变频器)交换数据。

三、变频器运行设置

变频器与TDC建立起硬件连接后,启动变频器,完成对变频器通讯参数的设定。

1.基本设置:(1)51.01-模块类型,本参数显示由传动装置探测到的模块型号。其参数值用户不可调整。如果该参数没有定义,则不能在模块与传动之间建立通讯。(2)51.02-本参数选择通讯协议类型,“0”为选择Profibus-DP通讯协议。(3)51.03-本参数为Profibus连接选择PPO类型,变频器的PPO类型应与TDC组态的PPO类型一致。(4)51.04-本参数用于定义设备地址号,即变频器的站点地址,在Profibus网络上的每一台设备必须有一个唯一的地址。

2.过程参数的连接。过程参数互联完成NPBA-12双端口RAM连接器与变频器相应参数的定义和链接,包括主站(TDC)到变频器的链接和变频器到主站的连接两部分,在变频器上设定下列连接参数。

(1)从TDC发送到传动装置变频器的PZD值:1PZD1-控制字,如变频器的启动、停止、急停等控制命令。1PZD2-变频器的频率设定值。

(2)从传动装置变频器发送到TDC的PZD值:1PZD1-状态字,如报警、故障等变频器的运行状态。1PZD2-变频器的速度实际值、电流实际值等。

结语:变频器控制系统采用了Profibus-DP现场总线控制模式后,系统运行稳定、可靠,操作简单方便,并且可以根据工艺需要进行灵活的参数修改。该系统在实际应用中效果良好,是一个值得同行业借鉴的成功典范。

参考文献:

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[2]王有铭,簏守礼,韦光.控制轧制.北京:冶金工业出版社,1986

PROFIBUS网络篇5

关键词：烧结机,PROFIBUS-DP,以太网

0引言

现场总线是工厂自动化进程中现场级通信的一次数字化革命,它是连接控制系统中现场装置和设备的双向数字通信网络,使自控系统与设备加入工厂信息网络,成为企业信息网络底层。现场总线设备不需要框架、机柜,可以直接安装在现场导轨槽上,它以数字二进制信息代替传统的触头开闭信息,只需一根电缆线就能传输大量的信息,大幅度提高了工作的可靠性。

将以太网应用到工业自动化领域的目的就是形成一个真正的开放式协议,真正实现不同厂家的以太网产品的互连,但正如现场总线标准制定过程中出现的情况一样,不同厂家和群体制定了不同的以太网工业应用标准。这些标准的底层都是一样的,由于应用层的不同而导致了不一致,这也是不同厂家目前的以太网产品不能互连的原因之一。

1烧结机自动控制网络结构

到目前为止,以太网在工业自动化领域的应用有两种结构,即控制中心网络结构和设备中心网络结构,两者反映了以太网在工业自动化领域应用的不同深度。在控制中心网络结构中,以太网应用在企业网络的上层,将控制器、操作员站及管理计算机连接起来。在企业网的最底层仍然采用现场总线的形式,构成了简单的LAN/Fieldbus网络结构(见图1)。这种结构接线简单、控制可靠,适合于我国工厂自动化控制的现状。

2006年11月,笔者参与了唐山不锈钢有限公司的132M2烧结机自动控制项目,利用PROFIBUS-DP和Ethernet组建了测控管一体化的工业控制网络。整个网络分为3层:第1层为现场控制层,采用PLC和PROFIBUS现场总线进行控制;第2层为过程监控层,采用工业控制计算机和带以太网通信模块的PLC组成工业以太网,监控系统采用WinCC软件;第3层为生产管理层。整个系统构成见图2。整个网络由1台服务器,4台操作站(OS)、PROFIBUS-DP主站、PROFIBUS-DP从站及其现场设备组成。其中,服务器与4台操作站之间及4台操作站与PROFIBUS-DP主站之间采用Ethernet,PROFIBUS-DP主站采用SIMATIC S7 CPU416-2DP模块系列,从站采用ET200通信模块与PROFIBUS-DP相连接。ET-200充分利用SIMATIC S7-300模块系列,将所有的S7-300 I/O模块通过接口模板IM153与现场总线相连。I/O模块下的执行器和传感器连接到现场设备,I/O模块按主/从模式向现场设备提供输出数据并向CPU或上位机传送输入数据。I/O模块属于DP从站。

1.1 现场控制层

132M2烧结机生产线采用独立的PLC控制,PLC采用西门子S7-400。现场控制设备还有西门子ET-200分布式I/O、ABB变频器和TURECK现场总线模块。PLC和现场设备的通信采用PROFIBUS-DP。

PROFIBUS(过程现场总线)是一种国际化、标准化、开放式的通讯网络,它由3个兼容部分组成,即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。其中,PROFIBUS-DP是一种高速且价廉的通信连接,用于设备级控制系统与分散式I/O的通信,可取代原设备级的4mA～20mA(模拟量)/24VDC(开关量)信号传输。本文介绍的就是DP部分的应用。一个完整的PROFIBUS-DP网络是由相应的模块、总线电缆及终端电阻组成的,由与之相兼容的PLC或控制器进行控制。通常包括一个单独的主站(PLC)和一些从站,主站和从站之间采用主—从方式进行工作;在一个系统中可有多个主站,主站之间通过令牌传送方式,以保证每个主站在一个规定的时间内得到总线存取权(令牌),主站得到令牌时可与从站通信,每个主站均可向从站发送或读取信息。PROFIBUS-DP物理层与ISO/OSI参考模型的第一层相同,采用EIA2RS485协议,其传输速率为9.6kb/s～12Mb/s,最大传输距离在12Mb/s时为100m,在1.5Mb/s时为400m,可用中继器延长至10km。其传输介质既可以是双绞线,也可以是光缆,最多可挂接126个站点。

1.2 过程监控层

过程监控层由工业控制计算机和PLC加以太网通信模块(CP443-1)组成工业以太网,上位机利用西门子公司的WinCC6.0组态软件实现对现场设备的监控,现场层将来自生产第一线的数据传送到控制室,置于实时数据库,进行控制及计算、动态显示参数、报警及历史数据保存,并将实时数据库的数据送到服务器的关系数据库中进行保存和数据处理。本文所指的Ethernet实际上是指基于TCP/IP协议的Ethernet,即Ethernet/IP。Ethernet/IP是以太网的CIP。CIP是基于主机/客户机的控制协议和信息协议,是专为工业控制、基于对象的一种方法,它是独立于特定网络的应用层协议,提供了访问数据和控制设备操作的服务集。CIP为以太网提供用户显示(信息)和隐式(控制)报文服务,它为以太网提供了一个健壮的不断增加的厂商对象库,解决了不同厂商间的共通性问题,并为控制提供了完整的服务。

WinCC6.0与PLC通过TCP/IP协议进行通信。要进行通信,需要在PLC的硬件组态上给以太网通信模块CP443-1分配好IP地址,在上位机为WinCC6.0软件添加SIMATIC S7 SUITE协议集,并分别在4台上位机上设置基于TCP/IP协议的不同的IP地址,这样就可建立上位机和S7-400PLC的以太网通信。

1.3 生产管理层

该层采用通用TCP/IP协议,工作人员通过访问服务器数据库,按照生产计划对数据库记录进行增加、修改或删除,可将生产调度、计划、销售、库存等信息登记成为信息管理系统,进行物料跟踪。管理人员也可直接通过访问服务器来了解现场的生产动态。

2结论

本系统自2007年4月正式投入运行以来,设备一直运行稳定,实现了对烧结机所有单体电气设备的启动、停止、故障检测功能及设备的连锁等功能。上位机画面显示直观、操作灵活,圆满完成了设计任务,充分满足了生产工艺要求,保证了高炉所需原料之一烧结矿的正常供应。

参考文献

[1]阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].北京:清华大学出版社,1999.

[2]西门子(中国)自动化与驱动.深入浅出西门子S7-300PLC[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.

[3]周晓兵,费敏锐.以太网在工业自动化领域中的应用现状和发展前景[J].自动化仪表,2001,22(10):12-14.

[4]李嘉,杨细福.引入以太网技术是现场总线技术发展的一个必然趋势[J].自动化仪表,2001,22(5):23-25.

PROFIBUS网络篇6

集成总线介绍

自动控制领域应用的现场总线中, PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准, 被纳入国际标准IEC。主要用于工厂车间级监控和现场设备层的数据通信与控制。实现现场设备层到车间级监控的分散数字控制和现场通信网络[2]。本文中, PROFIBUS用于PLC控制器和多个变频器之间的通讯, 为实现多变频器智能化控制提供解决方案。

PROFINET由PROFIBUS国际组织推出, 是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。作为一项战略性的技术创新, PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案。可根据实际需求构建星形、总线形和环形拓扑结构。根据响应时间不同, PROFINET支持三种通讯方式:TCP/IP标准通讯、实时 (RT) 通讯和同步实时 (IRT) 通讯[3]。本文基于总线形拓扑结构, 采用TCP/IP标准通讯实现上位机与PLC控制器的通讯。

系统拓扑结构设计

工艺控制需求

青海某国际化肥有限公司脱盐水技改项目采用简化反渗透水处理工艺流程 (如图1所示) 。由三套反渗透单元和一套浓水反渗透单元组成。

1~3#反渗透单元和浓水反渗透单元均包括加药装置、高压泵和反渗透膜组件等, 要求控制系统具备自动运行、连锁保护、产水水质监测和水量自动调节功能, 保障安全生产, 满足锅炉用水水质及水量需求。

多变频器控制系统结构

集成网络多变频器控制系统结构如图2所示。上层网络为PROFINET, 采用TCP/IP通讯协议, 实现上位监控系统与PLC控制器的通讯。下层网络为PROFIBUS, 采用PROFIBUS-DP通讯协议, 实现PLC控制器与变频器的通讯[4,5]。

工程师站和操作员站通过P R O F I N ET工业以太网实现实时通信, 完成实时控制任务。同时, 可根据实际需求增设, 互不影响。工程师站采用Step7 V5.5软件, 完成系统硬件配置组态、软件编程和参数设置等。同时工程师站安装Win CC7.0开发版, 实现系统的软件组态, 即数据采集、数据记录、数据管理、报警等工作。操作员站采用Win CC7.0运行版, 仅具备监控功能, 使操作员了解设备运行情况, 实现对现场设备的实时监控。

集成网络多变频器控制系统具有很多优点:控制室和变频器间可采用多种传输介质, 如双绞线、光纤、同轴电缆等, 提高不同场合的适应性;多台变频器只用一条物理介质完成数据传输, 节省现场接线;采用数字信号传输技术, 避免信号衰减和干扰, 提高信号传输的可靠性和精度;由PROFIBUS-DP组成的多变频器控制系统是一种全开放的系统, 可兼容不同厂家的变频器, 提高了系统可扩展性, 可避免重复投资。

硬件配置

PLC控制器选用西门子S7-300系列CPU 315-2 PN/DP, 系统预留20%备用点数。该CPU集成了PROFIBUS-DP总线接口和PROFINET以太网接口。可直接挂接带有PROFIBUS-DP接口的变频器;支持TCP/IP协议, 可与上位机自由通信, 使用方便灵活。现场变频器由4台西门子加装PROFIBUS-DP通讯板的MM440变频器组成。

软硬件设计

硬件组态及设置

硬件组态

在S T E P 7软件中创建新项目, 进行系统硬件组态, 建立一个PROFIBUS-DP网络。6SE70系列MM440变频器在PROFIBUS-DP SIMOVERT文件夹内进行组态, 设定好通讯地址范围, 如图3所示。

一般地, 读写数据都做在一个DB块中, 且划分与硬件组态设定的I/O地址范围大小相同大小的区域, 便于建立对应关系和管理, 如图4所示。读变频器数据的12个字节在DB0-DB11中, 写变频器数据的12个字节放在DB12-DB23中, 后面还可以存放诸如通讯错误代码和与变频器有关的其他计算数据。

变频器通讯设置

为实现DP通讯, 需对MM440变频器进行参数设置, 常用参数设置如表1所示。为了保障总线运行, P0700、P0918和P1000必须设置。在设置DP通讯地址时, 可借助通讯模块的七个DIP开关或借助P0918来实现, 且必须与硬件组态保持一致[7]。

软件编程

系统程序设计采用模块化结构, 包括主程序、模拟量数据采集与处理程序、水泵启停控制、阀门控制、PID算法实现及故障报警。主程序负责各子程序的管理调用。

流量调节实现

本系统中, 4台高压泵控制方式相同。高压泵电机转速由变频器控制, 通过PID闭环控制实现变流量调节。控制器将流量设定值与现场反馈的实际流量值进行对比, 经过PID调节, 向变频器输出调节指令, 变频器接受控制器调节信号对高压泵电机进行速度控制。流量设定值由上级主PLC给定, 不需监测。流量设定值变化引起相关参数变化, 包括变频器频率、电机转速、流量值。图5为反渗透锅炉补给水PID变频控制系统原理图。

采用西门子集成开发环境Step7中提供的PID控制功能模块FB41来实现。流动液体波动会导致流量传感器/变送器的测量信号变动, 为避免此波动干扰, 系统未采用微分环节, 仅采用PI调节实现。

变频器通讯程序

通讯程序可直接调用STEP7编程软件的系统功能SFC14 (DPRD_DAT) 和SFC15 (DPWR_DAT) 来实现[6], 程序段如下:

数据存储

用WINCC自带的VBS脚本编辑器, 编写程序实现数据自动记录。装置开启时, 进行变量记录和归档, 停止时, 自动关闭变量记录。结果存储在EXCEL中, 便于后续数据处理。图6为VBS脚本程序。

上位机组态

上位机组态采用西门子Win CC V7.0软件进行开发, Win CC与PLC主站采用SIMATIC S7 Protocol Suite.chn通讯驱动程序实现。上位机监控系统主要显示工艺流程、过程参数、控制方式、运行状况、对象状态, 也能显示成组参数。当参数超限报警、控制对象故障或状态变化时, 以不同颜色进行显示。画面具有动态和静态两种形式, 颜色随参数或设备状态变化而变化。图7为工艺流程监控画面。

主要功能

上位监控系统具有以下功能: (1) 实时监测、控制和采集功能:连续采集和处理现场所有实时数据和工艺参数, 显示操作画面和工艺流程图, 并对整个系统的运行状态实时监控; (2) 在线诊断和报警保护功能:当被控对象中的工艺参数或设备发生异常时, 通过监控画面进行报警, 记录故障发生的时间、来源和恢复时间等详细情况, 且提示如何处理, 以便操作人员进行及时有效的处理。对重要设备的顺序逻辑设置连锁保护, 确保安全运行。 (3) 历史数据记录及报表功能:建立参数/状态数据库, 存储主要参数数据, 创建基于SQL Server数据库的Excel格式历史数据报表及存储。

结语

基于PROFIBUS和PROFINET集成网络的多变频器控制系统, 使生产各环节能够及时进行信息交换, 提高了信号采集的品质和系统的控制质量, 为工厂的信息化提供了可靠的通讯平台。同时, 采用PROFIBUS-DP通讯, 减少了电缆、桥架等硬件设备数量, 大大节省了成本, 安装、维护工作量减少, 具有较高的性价比, 提高了企业的生产效率、经济效益和社会效益。

参考文献

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[3]王树东, 董蕾, 周恩俊.ROFINET和PROFIBUS-DP集成网络在碱回收控制系统中的应用[J].电气自动化, 2009, 31, (4) :49-51

[4]魏洪新.基于Profibus-DP总线的多台变频器控制系统[J].河北煤炭, 2006, (6) :17-39

[5]俞永江, 康权, 王金燕.现场总线技术在反渗透海水淡化监控中的应用[J].2012, 27 (12) :22-25

[6]张鹏, 常易康, 张志秀.Profibus-DP在变频器控制系统的应用[J].中国仪器仪表, 2002, (5) :26-37

PROFIBUS网络篇7

PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于生产商的现场总线标准,而且是一种高速(数据传输速率为9.6kbit/s~12Mbit/s)的、经济的设备级别网络,因为被广泛应用于工业自动化,在水质监测系统中,基于上述原因,采用PROFIBUS用于水质监测现场设备的高速数据传输[1]。

PROFIBUS-DP是一种高速且优化的通信方案,在水质监测中,用于实现的是现场控制系统于分布式I/O及其他现场设备之间的通信,总线周期一般小于10ms。主站即上位机,通过标准的专用电缆与分散的现场设备(远程I/O、驱动器、阀门、智能传感器和下层网络等)进行通信,对整个DP网络进行管理和控制。PROFIBUS-DP用于传感器和执行器的高速数据传输[2,3]。

在水质监测系统中,由于水质信息的重要性,对PROFIBUS-DP总线还要求其具有冗余功能,即双总线的工作模式,有备份的PROFIBUS-DP总线确保通信功能的重要性。冗余是系统资源备份的意思,当主设备出现故障,不能正常工作时,可以切换到从设备,用来保证系统的运行不受到影响,在水质监测中,有3种冗余技术:主站冗余、从站冗余和总线冗余[4]。在系统中,当PROFIBUS-DP总线网络出现故障时,可以转换到从PROFIBUS-DP总线运行,避免因为总线故障从而影响通信,保证通信功能正常。

在总线的切换逻辑设计中,采用了FPGA来实现,FPGA可以用来监测主PROFIBUS-DP总线网络,当其出现故障,如:短路或者断线等其他原因时,可以切换到从PROFIBUS-DP中。采用FPGA来实现逻辑切换,可以快速、可靠的切换,因为通信速率范围之大,切换时间间隙较短,可以大大提高系统的可靠性。

1 总线冗余切换的原理

图1为总线双网冗余的原理图,TXD1和RXD1是DP1(主总线)的发送和接收数据线,TXD2和RXD2是DP2(从总线)的发送和接收数据线,DP_F是双网共用的发送接收控制信号线。在这个系统中,FPGA完成逻辑转换控制功能。因为DP在接收电路中都有上位电阻,当总线上没有数据时,则接收数据线为高电平。DP接收总线上的数据有两种可能:一种是DP总站发送给DP从站的数据;一种是DP从站以外的DP从站发送给DP主站的DP数据。所以,总线上存在高低电平变化的波形,当双网在正常工作时,数据线中存在低电平,在这个过程中,FPGA通过检测DP接收数据线上的低电平是否存在来判断网络是否存在故障,如果存在,则完成双网的切换控制,以保证水质监测数据的正常传输。

各功能模块如图2所示。

由图2可知,功能模块划分有故障监测模块,接收数据滤波状态监测模块和FPGA逻辑控制模块。当1网工作时,接收数据滤波状态监测模块作用是当1网故障时,即当1网接收线RXD1的电平一直为低电平且持续时间超过预定值的时候,可设为10ms,控制接收数据线滤波转台监测功能模块放弃对1网的监测,当滤波转台监测功能模块对数据接收线的RXD1低电平进行截止频率为1.5MHz的低通滤波时,监测RXD1网的低电平,在预定时间是否满足条件,即在10ms内低电平累计时间超过某设定值,则说明1网工作正常。2网与1网的工作原理是一致的。图3为10 s监视计时器的仿真图。

2 FPGA的逻辑切换模块设计

FPGA的逻辑切换模块设计如上文所述,即:当双网中主网发生故障时,在预定监测时间内,电平没有按照预定规律变化,则切换到从网,从而确保通信可以正常传输,是水质监测不会因为通信而带来错误与损失。

FPGA时钟频率根据水质监测系统的现场设备来设置,利用FPGA进行分频设计,产生周期为1ms的脉冲和方波信号给功能块使用[5]。

分频代码如下所示:

ENTITY FRIDIV IS

GENERIC (N:integer:=4);

PORT

( clk: IN STD_LOGIC ;

outclk: OUT STD_LOGIC);

END FRIDIV;

ARCHITECTURE BHF OF FRIDIV IS

Signal count:integer range 0 to N-1;

BEGIN

PROCESS(clk)

BEGIN

IF( clk’EVENT AND clk=’1’ ) THEN

IF(count=N-1) then count<=0;

ELSE count<=count+1;

IF count<(integer(N/2)) THEN outclk<=’0’;

ElSE outclk<=’1’;

…

2.1 接收数据线故障监测模块

接收数据线故障监测模块的硬件结构见图4。

由图4可知,1ms窄脉冲作为故障监测模块计数器的时钟输入端,1网接收数据线RXD1为计数器的异步清零端。当RXD1网为低电平时,计数器开始工作,当RXD1工作为低电平持续时间为10ms时,输出高电平,计数器异步置位,在RXD1持续为低电平时,J1输出一直保持高电平输出。

2.2 接收数据线滤波状态监测功能模块

在接收数据线滤波状态监测功能模块中,当1网的高电平即J1输出为高电平时,且持续低电平超过10ms之后,接收数据线滤波状态监测功能模块停止监测。当RXD1和J1都为低电平且RXD1存在DP信号时,此模块才开始工作。系统的时钟频率作为系统CLK输入,分频一般输出1.5MHz的方波信号,这是为保证RXD1网的电平持续时间。在1网中,计数器2作为计数器3和计数器4的时钟输入信号,对其二次分频之后输入。当2网同1网一致。在图5中,计数器3作为计数器8的异步清零端,计数器7作为计数器4的异步清零端。为保证当1网出现故障时,计数器3输出低电平,计数器8可以正常工作,计数器4和计数器8作为双网的切换控制功能模块的输入,从而选择DP网接收数据。

功能模块图如图5所示。

2.3 双网切换控制功能模块

图6为双网逻辑控制的模块图,JK触发器的真值表如表1所示。

如图6所示,逻辑表达式为

$\bar{\bar{R X D 1 & Q}} & \bar{\bar{R X D 2 & \bar{Q}}} (1)$

如果JK触发器的输出为1时,则式(1)简化为

$R X D = \bar{\bar{R X D 1}} (2)$

如果JK触发器的输出为0时,则式(1)简化为

$R X D = \bar{\bar{R X D 2}} (3)$

根据模块图及JK触发器的真值表可得,1网和2网的选择取决于JK触发器的输出即由J,K的输入电平状态决定。由上一个模块分析得,当1网正常,2网发生故障时,计数器8输出为0,选择1网进行DP数据接收,相反亦然。当双网都正常时,计数器3和计数器8都输出0,不做切换。

3 结论

在水质监测系统中,经过测试,当主PROFIBUS-DP总线出现故障时,总线切换逻辑模块设计,可以切换到从PROFIBUS-DP总线当中,确保了水质监测信息的正常通信。

摘要：PROFIBUS-DP广泛应用于工业控制系统当中。在水质在线监测中,PROFIBUS因为其传输速率较快而被运用,为保证数据通信正常传输,通常采用双网数据通信,当一条总线出现问题时,可以利用冗余总线切换设计。在切换设计中运用了FPGA,使得数据可以正常及时的传输,利用FPGA实现了双网逻辑切换,保证数据可以正常传输,不会因为一方总线故障而丢失信息。仿真实验证明可以达到预定目标,具有可行性。

关键词：PROFIBUS-DP,冗余双网,现场可编程逻辑门阵列,水质监测

参考文献

[1]孙鹤旭,梁涛,云利军.现场总线控制系统的设计与开发[M].北京:国防工业出版社,2007.

[2]阳宪惠,徐用懋.现场总线技术及其应用[M].北京:清华大学出版社,2008.

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[4]Altera.Cyclone Device Handbook[Z].2005.

PROFIBUS网络篇8

PROFIBUS是一个自动化技术的现场总线标准, 在1987年由德国西门子等十四家公司及五个研究机构共同推出, PROFIBU S是现场总线 (PROcess FIeld BUS) 的简称。目前的PROFIBUS可分为二种, 分别是用于设备级控制系统与分散式I/O通信的PROFIBUS-DP和用于过程控制的PROFI BUS-PA, 本文主要介绍了S7-200+EM277在PROFIBUS-DP网络中的应用。

2、项目简介

棒材厂盘螺车间生产规模为50万吨/年, 产品规格为:圆钢ф5.5-ф16mm光面线材, 螺纹钢ф6.0-ф14mm螺纹钢筋。生产钢种为碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金钢、冷镦钢、焊条钢、弹簧钢、合金结构钢等, 设计采用全连续高速轧制新工艺, 坯料选用日钢自产的连铸坯, 轧制速度为80米/秒。根据钢坯规格及产品方案, 生产线采用28架轧机。其中粗轧机组6架, 中轧机组6架, 预精轧机组6架, 轧机为Φ380×2+Φ254×4。所有在线轧机均平-立交替布置, 由直流电机单独拖动。前1#至14#架轧机全部为二辊短应力线轧机, 预精轧机组中15#轧机到18#轧机为悬臂辊环式轧机。

生产线主控系统采用西门子S7-400系列CPU416作为主站, PLC与辅控PLC及各操作员工作站之间采用工业以太网通讯, 与传动装置之间采用PROFIBUS-DP网通讯, 主传动采用全数字控制的直流电机。辅控系统采用西门子S7-400系列CPU414作为主站, 通过DP扩展模块IM467引出3条DP总线, 一条连接现场各I/O箱作为信号收集, 另一条连接各液压、润滑站进行远程控制和信号连锁, 第三条连接轧线各机旁箱进行地面操作。

轧区共有5个机旁箱, 通过DP网连接到主控室的S7-400PLC, 从站分布有OS4-1 (粗轧区) , OS4-2 (中轧区) , OS4-3 (预精轧区) , OS4-5 (精轧区) , OS4-7 (夹送辊、吐丝机) 。OS4-3机旁箱负责预精轧区13-18#轧机的换辊换槽控制, 由于13#14#轧机与后4架轧机型号不同, 因此换辊换槽方式有很大区别。所以说这6架轧机都放在一个机旁箱来操作, 既不利于节约时间, 还容易产生误操作造成安全事故。

本次改造是在PLC44的第三条DP总线上再加一个从站 (OS4-2-1) , 从站采用S7-200系列CPU224和扩展模块, 通过EM277通讯模块上DP网。将13#14#架轧机的换辊换槽操作在此机旁箱上控制, 这样能使轧机换辊换槽时间缩短, 从而提高生产效率, 为盘螺线的产能进一步提高奠定基础。

3、实施方案

3.1 设计要求

13#14#轧机的动作包括, “压下马达压下/抬起”, “机架夹紧/松开”, “机架横移前进/后退”, “立式换辊小车前进/后退”、“正爬/反爬”、“3#活套升起/落下”、“13/14轧机选择”、“急停”、“本地/远程”、“试灯”以及“急停指示”, “就地允许操作”活套升降指示等等, 液压电磁阀的控制有专门的6#I/O箱进行, 本操作箱主要收集地面轧钢工的动作指令和作为指示灯的输出, 共需要18个输入点和6个输出点。

3.2 硬件配置

根据设计要求, 综合了先进性、可靠性、和成本因素, 采用了如下配置:

(1) 控制箱采用工字轮润滑站的原操作箱, 对原来的按钮和指示灯做部分改动。

(2) 核心部分选用西门子S7-200的CP U 224、扩展模块EM223以及通讯模块EM277。

CPU 224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块, 最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30k Hz高速计数器, 2路独立的20k Hz高速脉冲输出, 具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口, 具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。通过采用E M277模块上DP网, 减少了硬接线, 提高了系统可靠性。

3.3 网络环境

各机旁操作箱采用DP网通讯, 辅控系统PLC44采用西门子的S7-400系列CPU414。DP网线的路径是由OS4-2至OS4-3。现改为由OS4-2先至OS4-2-1, 再由OS4-2-1至OS4-3, OS4-2-1采用西门子标准的972插头作连接。

3.4 编程

为了将EM277作为一个从站使用, 必须设定与主站组态中的地址相匹配的DP端口地址 (注意此处地址不能和原来网络上的各站地址冲突) , 从站地址是使用EM277模块上的旋钮开关设定的。在更改地址之后, 必须要重新启动CPU电源。

EM277输出和输入数据缓冲区驻留在S7-200CPU变量存储器 (V存储器) 内, 输入缓冲区紧紧跟随输出缓冲器, 如图1所示。缓冲区的大小是由DP主站组态设定的, 之前设定为8 Bytes Out/8 Bytes In完全满足24点的通讯传输, 并且为以后的功能改进留有接口。组态后, EM277可接收从主站来的输出数据, 并将输入数据返回给主站。

S7-200主要完成数据点的采集, 和指示灯的功能。

S7-400方面, 在DP网上增加9#从站, 定义输入起始地址22, 输出起始地址13。见图2。

CPU224的V存储区偏置为0。见图3。

CPU414中新增程序主要是读取外部地址, 将原地址替换掉, 并调用原轧机控制程序。

3.5 调试

(1) 将PLC200的程序下载到CPU224中, 进行打点测试, 可以用变量表进行监控。 (2) 将S7-400的程序下载后, CPU重新启动, 发现9#站之后的5#站、6#站不能上线。首先检查这3个站DP插头的终端电阻开关是否在正确的OFF位置, 随后测量发现DP网线在出口处被卡断, 重新接好后, 一切正常。 (3) 在OS4-2-1上对13#14#轧机进行各种操作, 急停测试、电磁阀的动作、指示灯的显示等都正确。 (4) 在原来的OS4-3上再对13#14#轧机进行操作, 均无效, 此次改造完毕。

4、结语

此系统中PLC200主要是作为远程I/O来使用, 内部程序只为满足通讯和本站的操作逻辑, 其中轧机操作主程序仍由PLC400来执行, EM277模块的运用使得和原系统中S7-400连接更加简单方便, 从而也节省了大量编程时间和程序空间。通过本案的实施为棒材厂其它生产线机旁箱的网络化改造也提供了借鉴意义, 本系统投入使用后换辊换槽时间明显降低, 系统运行稳定有效。

参考文献

[1]罗红福.PROFIBUS-DP现场总线工程应用实例解析.中国电力出版社.2008.

PROFIBUS网络篇9

由于加工原料及加工工艺的特殊性, 在烟叶制成烟丝的过程中, 制丝车间会产生大量的烟草粉尘。烟草粉尘的扩散会严重污染车间生产环境, 损害生产工人的身体健康。随着社会的不断进步, 人们环保意识的增强, 企业对粉尘的危害也越来越重视, 所以, 风力除尘是卷烟厂防止粉尘扩散的重要技术措施之一。

1 制丝线风力除尘工艺流程

风力除尘系统同时具备烟丝风送和除尘功能, 其原理是通过大功率风机在管路中产生负压, 利用负压输送物料。烟丝风送是将经过一定工序加工过的烟丝输送到下一操作工序。除尘是将制丝线在生产过程中产生的烟草粉尘收集在除尘室的粉尘收集箱内, 最终被螺旋压棒挤压成密实的粉尘棒料, 统一回收处理。

本系统包括包含除尘器、通风机、卸灰阀、喷吹装置、双腔体螺旋压棒机等设备。控制系统的功能主要有两方面:①根据车间工艺流程, 除尘设备与生产设备之间要实现连锁控制, 严格设定各设备间启停先后顺序、控制启停间隔时间, 以防止堵灰的发生;②通过PROFINET和profibus网络, 对变频器按照工艺逻辑关系进行启停控制, 同时参考管道内压力值, 对频率进行调节, 使得管道内的压力值满足生产要求。

2 网络拓扑结构

根据制丝线除尘工艺流程, 以简洁实用为依据, 选用西门子S7-300系列PLC作为控制核心。将现场变频器及软启动器通过profibus-DP总线连接, 运用IE/PBlink模块, 将profibus设备连接到profinet总线上, 远程I/O模块ET200S作为PN-IO设备直接挂在profinet网线上。

3 系统硬件构成

根据以上网络结构主要的硬件配置如下:①PLC的CPU模块选用西门子公司的CPU317-2PN/DP一台。该CPU集成一个profibus接口和一个profinet接口, 支持TCP/UDP&IP协议, 可以很方便地将profibus设备直接集成到profinet网络上。②远程I/O模块选择西门子ET200S共4块, 另外配置1块电源模块PS30710A, 2块数字量输入模块SM321、2块数字量输出SM322, 1块网卡模块CP343-1.③选用普洛菲斯 (proface) GP2500-TC41触摸屏。④在该系统中, 变频器选用丹麦丹佛斯的FC300系列, 是一种通用型的变频器。变频器主要是对除尘器的风机电动机进行调速驱动, 实现风机转速的连续调节, 以实现对风压的自动控制。

4 软件设计

PLC程序运用西门子公司STEP75.5版本编程, 程序设计采用结构化编程, FB块、FC块、DB块各自编写程序, 通过OB块调用, 组成除尘控制系统程序, 实现整个程序的联动。STEP75.5版本编程语言简洁易懂, 在线调试简单、直观, 程序功能块可以重复调用, 提高程序编写效率。

上位机采用普洛菲斯 (proface) 触摸屏编程软件GP-Pro EXV3.0版, 实现对除尘线实时监控。其可以实现的功能主要有:①以图形和文本的方式为用户显示设备的运行状态、测量参数的实时值以及报警记录信息, 提供整个生产过程的系统工艺图和历史趋势图;②根据生产实时情况, 操作员可以直接利用触摸屏修改设定值和调整过程控制参数并控制设备的起停;③提供设备运行过程中的故障信息, 通过声光报警、画面显示等形式提醒操作人员, 协助操作人员做出正确判断。

5 网络组态

5.1 硬件组态

首先导入GSD文件, 接着创建工程项目文件, 添加机架模块;然后依次添加电源模块、CPU模块、网卡模块、数字量输入/输出模块;将IE/PBlink模块和现场ET200S从站添加到profinet网络上;最后将变频器及软启动器添加到IE/PBlink模块的profibus-DP网络上。

5.2 网络组态

设置网络中所有设备的属性, 包括设备硬件和通信参数的设置, 为每台设备设定唯一的名称并分配IP地址, 设置模块及I/O设备的相关参数 (如变频器启动、运行参数等) 。这些参数将加载到CPU, 并在CPU启动期间传送给相应的模块。

6 结束语

本方案是根据宝鸡卷烟厂实际情况而制定的, 使用profine和profibus集成网络进行通信, 提高了系统数据传输的准确性和速度, 保证了生产线安全稳定高效运行, 对其他生产线具有一定的实际应用意义。

摘要：介绍了基于PROFINET和PROFIBUS网络实现的烟厂制丝线除尘自动控制系统, 阐述了网络的组建、系统的硬件结构、软件设计思路。这对烟草企业的生产自动化的提高具有一定意义。

关键词：PROFINET和PROFIBUS网络,制丝线,除尘控制系统,自动化

参考文献

[1]吉顺平, 孙承志, 路明.西门子PLC与工业网络技术[M].北京:机械工业出版社, 2008.

[2]崔坚.西门子工业网络通信指南[M].北京:机械工业出版社, 2008.