基于Profibus現場總線的煤礦井下膠帶臨控系統

　　Profibus-DP并未采用ISO/OSI的應用層，而是自行設置一用戶層。該層定義了DP的功能、規(guī)范與擴展要求等。

　　綜上所述可知，Profibus-DP的實時性遠高于其它局域網，因而特別適用于工業(yè)現場。

　　二、井下膠帶監(jiān)控系統的硬件結構

　　Profibus-DP被應用于皖北礦務局祁東煤礦井下膠帶監(jiān)控系統，硬件系統如圖3所示，整個系統由上位機、Profibus-DP主站、Profibus-DP從站及其現場設備組成。Profibus-DP總線將所有設備連接起來。其中，Profibus-DP主站、Profibus-DP從站均采用SIMATIC S7-300的模塊系列，主站為CPU315-2DP系列模塊，從站為相應I/O模塊。

　　1．分布式I/O系統。本系統采用ET200通訊模塊與Profibus-DP相連接，ET200充分利用了SIMATIC S7-300的模塊系列，將所有的S7-300 I/O模塊通過接口模板IM153與現場總線相連。I/O模塊下的執(zhí)行器和傳感器連接到現場設備，I/O模塊按主/從模式向現場設備提供輸出數據并向CPU或上位機饋送輸入數據。I/O模塊屬于DP從站。

　　2．CPU 作為DP類型1主站，CPU位于控制中心，本系統采用CPU315-2DP模塊化中型PLC，它具有強大的處理能力，并集成了Profibus-DP現場總線接口裝置，同時還具有0.3ms處理1024個語句的速度。PLC程序在上位機的編程工具STEP7中編譯完成后下載到CPU315，并存儲在CPU315中。CPU315可自動運行該程序，根據程序內容讀取總線上的所有I/O模塊的狀態(tài)字，控制硬件設備。

　　3．上位機 是DP類型2主站。本系統采用研華工控機作為上位機，通過現場總線接口卡CP5611使工控機與現場總線相連。這樣工業(yè)PC機與現場總線網段就連接為能完成組態(tài)、運行、操作等功能的完整的控制網絡系統。為了保證系統的穩(wěn)定性，系統運用了雙機冗余，將另一臺工控機通過同樣的現場總線接口卡CP5611與現場總線相連，若其中一臺工控機發(fā)生故障，另一臺可繼續(xù)運行。

　　三、井下膠帶監(jiān)控系統的軟件結構

　　軟件結構部分包括Windows NT 操作系統、下位機編程軟件、上位機監(jiān)控軟件。

　?。ㄒ唬┫挛粰C編程軟件

　　本系統采用SIMATIC S7-300的配套編程工具STEP7完成硬件組態(tài)、參數設置、PLC程序編制、測試、調試和文檔處理。通常，用戶程序由組織塊（OB）、功能塊（FB、FC）和數據塊（DB）構成。其中，OB是系統操作程序與應用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運行。FB、FC是用戶子程序。DB是用戶定義的用于存取數據的存儲區(qū)，本系統中它是上位機監(jiān)控軟件與STEP7程序的數據接口點。在MPI中配置與其相對應的DB塊就可實現上位機監(jiān)控軟件FIX與STEP7程序的數據接口。

　?。ǘ┥衔粰C監(jiān)控軟件

　　FIX工控組態(tài)軟件是由美國 Intellution公司開發(fā)的基于 Windows9XNT的大型應用軟件，它集控制技術、人機界面技術、圖形技術、數據庫技術、網絡技術于一身，包含動態(tài)顯示、報警、趨勢、控制策略、控制網絡通信等組件，提供一個友好的用戶界面，使用戶可根據實際生產需要生成相應的應用軟件。

　　1．與Profibus現場總線的接口

　　（1）數據流程 FIX運用I/O驅動程序從設備中讀寫數據，每個I/O驅動程序支持其特定硬件。對于本系統的PROFIBUS網絡，采用MPI驅動程序獲取其上數據。FIX組態(tài)軟件首先通過MPI驅動程序軟件接口從現場的過程硬件中獲取數據，存入DIT驅動程序映象表中（驅動程序映象表在系統運行時實際上是一塊內存區(qū)），FIX的內部數據庫（PDB）通過 SAC程序從DIT表中獲取它所需的數據，應用軟件（如FIX的畫面運行程序、報表生成程序等）都通過內部數據庫訪問軟件從FIX內部數據庫中獲取來自過程硬件的信息，這樣就可以實現在工業(yè)流程畫面上動態(tài)地顯示現場各過程硬件的運行狀態(tài)，數據也可以按相反的順序寫回現場過程硬件，執(zhí)行控制操作。相應的數據采集流程如圖4所示。

　?。?）MPI配置 MPI驅動程序的應用中很重要的問題是STEP7和FIX的地址轉換問題，在STEP7中設置的DB塊應轉換為MPI的DB塊，這需要在MPI配置中實現。對MPI進行配置包括通道、設備、起始地址及其它一些參數，令MPI的DB塊與STEP7中設置的DB塊相對應，FIX的應用程序才能獲取現場數據。

　　2．用戶界面開發(fā)

　　本控制系統開發(fā)的人機接口界面有以下幾種：

　?。?）信息顯示畫面

　　信息顯示畫面主要顯示各膠帶當前運行狀態(tài)信息值，如當前膠帶帶速、儲煤倉的倉位以及一些故障信息，如膠帶跑偏、堵塞、打滑等，并可用不同的顏色來表示當前狀態(tài)為正常還是異常。

　?。?）設備控制畫面

　　盡管下位機程序能實現在現場總線上的數據采集和控制信號的輸出，并實現PID控制等一些簡單的控制算法，但復雜的控制功能仍需要在上位機上實現人工控制，在畫面中點擊相應設備按鈕就可對該設備進行單獨控制。

　?。?）實時報警處理

　　對系統實時采集的數據進行判斷，發(fā)出報警信號，并按技術要求進行處理并自動進行相應的設備控制，如對膠帶故障信號的解鎖及其恢復等。

　　（4）報表打印

　　利用FIX的DDE功能開發(fā)出實時報表并具有隨時打印功能。

　　（5）實時數據曲線顯示

　　監(jiān)視設備重要參數的變化趨勢曲線，從而可以了解設備在一段時間的運行狀況。

　?。?）歷史趨勢畫面

　　功能與實時數據曲線類似，只是它顯示的是過去一段時間設備的運行參數值。

　　皖北礦務局祁東煤礦井下膠帶監(jiān)控系統現已投入運行，設備運轉情況良好，經濟效益顯著，深受用戶好評。