基于Profibus-DP總線技術(shù)的閘門控制系統(tǒng)
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Profibus有深遠(yuǎn)的制造業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)和使用經(jīng)驗(yàn)，它的應(yīng)用領(lǐng)域包括加工制造、過程和建筑自動(dòng)化，如今已成為國(guó)際化的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，即EN50170歐洲標(biāo)準(zhǔn)和IEC61158國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的一部分,并且在2006年轉(zhuǎn)化為中國(guó)GB現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。
Profibus由Profibus-FMS（Fieldbus Message Specification），Profibus-PA（Process Automation）和Profibus-DP（Distributive Peripheral）三部分組成。其中，Profibus-DP具有高速傳輸、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)起來比較簡(jiǎn)單，主要用于分散設(shè)備間的數(shù)據(jù)高速傳輸。該總線物理層采用RS485傳輸方式，傳輸速率可由9.6kbps至12Mbps。一般用于自動(dòng)化控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)間的開關(guān)量的通信。因而可滿足全數(shù)字交直流調(diào)速系統(tǒng)對(duì)于快速的時(shí)間相應(yīng)要求。目前80%以上的Profibus應(yīng)用是基于Profibus-DP。
基于Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)與以前的集散型控制系統(tǒng)DCS相比,具有很多優(yōu)越性，如：
（1）采用雙絞線、光纜或無線電方式傳送數(shù)字信號(hào)，從而大量削減現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室之間一對(duì)一連接的導(dǎo)線，節(jié)省安裝費(fèi)用，提高可靠性和抗干擾能力，增強(qiáng)控制精度，信息傳輸速率可達(dá)1-12Mb/s，傳輸距離可達(dá)數(shù)公里。
（2）由于采用了統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家的產(chǎn)品在硬件、軟件、通信規(guī)程、連接方式等方面互相兼容，使系統(tǒng)具有開放性，這對(duì)用戶的操作、維修、擴(kuò)展都是十分有利的。
（3）由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身可完成自動(dòng)控制的基本功能，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)總線已構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。許多控制功能從控制室移至現(xiàn)場(chǎng)儀表，大量過程檢測(cè)與控制的信息就地采集、就地處理、就地使用，在新的技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)施就地控制，使過程控制基本分散到現(xiàn)場(chǎng)，而控制室內(nèi)的儀表裝置主要完成數(shù)據(jù)處理、監(jiān)督控制、優(yōu)化控制、協(xié)調(diào)控制和管理自動(dòng)化功能。
（4）開放式系統(tǒng)，系統(tǒng)分層分級(jí)集成，設(shè)計(jì)靈活，網(wǎng)絡(luò)可采用多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量精度高、使用簡(jiǎn)單，在檢測(cè)及控制轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等方面得到了廣泛的應(yīng)用。絕對(duì)位置旋轉(zhuǎn)編碼器可直接測(cè)量參數(shù)的絕對(duì)值，抗干擾能力強(qiáng)；在系統(tǒng)掉電及再上電后，絕對(duì)位置旋轉(zhuǎn)編碼器仍可保持輸出位置量不變。
根據(jù)以上特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)水庫(kù)閘門監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，我們采用帶有總線標(biāo)準(zhǔn)接口的絕對(duì)位置旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量閘門的實(shí)際直線位移，以西門子S7-300系列PLC為控制核心的監(jiān)控系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 閘門監(jiān)控電氣設(shè)計(jì)
閘門由兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)拖動(dòng)。監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有現(xiàn)場(chǎng)/遠(yuǎn)方可切換控制模式；通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中的串接電阻可使閘門以三種速度升降。當(dāng)閘門提升離開底坎200mm時(shí)，電機(jī)停，等到閘門前后的水位平衡后，電機(jī)再重新啟動(dòng)提升閘門至希望位置。在閘門升降過程中，監(jiān)控系統(tǒng)要隨時(shí)檢測(cè)閘門的位置，并應(yīng)有較高的檢測(cè)和控制精度，同時(shí)，閘門監(jiān)控系統(tǒng)要監(jiān)視負(fù)載電流，在電機(jī)或閘門啟閉機(jī)械過載時(shí)應(yīng)有相應(yīng)的報(bào)警輸出，并在現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)方兩種方式下都能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的監(jiān)控。根據(jù)閘門的控制要求，系統(tǒng)主回路和部分控制回路電氣設(shè)計(jì)如圖1所示。
圖1 閘門系統(tǒng)主回路、部分控制回路
2.2 閘門監(jiān)控PLC設(shè)計(jì)
項(xiàng)目選用Siemens公司S7-300PLC系列CPU315-2DP，配置一個(gè)通信處理器CP342-5作為Profibus-DP系統(tǒng)的主站；旋轉(zhuǎn)編碼器選用德國(guó)ifm公司的絕對(duì)位置型旋轉(zhuǎn)編碼器RM3005，不僅具有普通多轉(zhuǎn)編碼其性能，而且保持相同的最大分辨率（8192脈沖/轉(zhuǎn)，4096轉(zhuǎn)），增添了Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)的特性，作為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的從站可省去閘門監(jiān)控系統(tǒng)常規(guī)設(shè)計(jì)中的多個(gè)輸入/輸出接口,如：閘門上升和下降檢測(cè)，閘門的上下限檢測(cè),閘門到位檢測(cè)等。選用觸摸屏TP170A作為現(xiàn)場(chǎng)操作站，方便顯示工藝參數(shù)、系統(tǒng)狀態(tài)。其控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。
評(píng)論