PROFIBUS在紙漿白度控制應(yīng)用

1.前言

　　我們新研制出一種用于紙漿白度測定的智能白度儀，該儀表采用西門子公司生產(chǎn)的S7-224 CPU結(jié)合軟件功能進行數(shù)據(jù)處理，具有較好的可靠性、重復(fù)性、精確度和穩(wěn)定性。為了使其能與其它智能設(shè)備之間實現(xiàn)通信，我們將通過現(xiàn)場總線技術(shù)把它連接到網(wǎng)絡(luò)中，使它成為造紙廠現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的一部分。

2.現(xiàn)場總線的選擇

　　2.1現(xiàn)場總線技術(shù)的選擇

　　現(xiàn)場總線集控制技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)于一體，是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一。這項技術(shù)可將多個智能控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)分布式計算機控制，提高檢測和控制精度，改善系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)安全性，從而得到了廣泛的應(yīng)用。

　　近年來，幾種有影響的現(xiàn)場總線技術(shù)已在一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域里顯示出各自的優(yōu)勢。在此，我們選定了現(xiàn)為德國和歐洲標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS（Process Fieldbus）現(xiàn)場總線。一方面由于它是目前數(shù)據(jù)傳輸率最快的一種現(xiàn)場總線，傳輸率最高可達12Mbps，另一方面它能夠很好的與西門子的傳動設(shè)備相配合，并與西門子PLC（Programmable Logic Controller）結(jié)合緊密且組態(tài)簡便。

　　2.2 PROFIBUS現(xiàn)場總線簡介

　　參照ISO/OSI參考模型,PROFIBUS現(xiàn)場總線只包含物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。由PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS， PROFIBUS-PA組成PROFIBUS系列。

　　PROFIBUS-DP：經(jīng)過優(yōu)化的高速、廉價的通信連接，專為自動控制系統(tǒng)和設(shè)備級分散I/O之間通信設(shè)計，使用PROFIBUS-DP模塊可取代價格昂貴的24V或0～20mA并行信號線。用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸。

　　PROFIBUS-FMS ：解決車間級通用性通信任務(wù)，提供大量的通信服務(wù)，完成中等傳輸速度的循環(huán)和非循環(huán)通信任務(wù)，用于紡織工業(yè)、樓宇自動化、電氣傳動、傳感器和執(zhí)行器、可編程序控制器、低壓開關(guān)設(shè)備等一般自動化控制。

　　PROFIBUS-PA專為過程自動化設(shè)計，標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)安全的傳輸技術(shù)，實現(xiàn)了IEC1158-2中規(guī)定的通信規(guī)程，用于對安全性要求高的場合及由總線供電的站點。

　　本設(shè)計中采用的是PROFIBUS-DP標(biāo)準(zhǔn)，PROFIBUS-DP（或DP標(biāo)準(zhǔn)）是由歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170定義的一種遠程I/O通信協(xié)議。DP表示分布式外圍設(shè)備，亦即遠程I/O。PROFIBUS-DP還用到了應(yīng)用層接口（ALI），ALI將過程對象轉(zhuǎn)換為通信對象。

3.智能白度儀原理簡介

　　智能白度儀在結(jié)構(gòu)上主要由光學(xué)通路和測量電路兩大部分組成。光學(xué)通路部

　　分主要包括光源、聚光鏡、濾光片、光電池、光纖等光學(xué)元器件，采用了差動測量光路，用雙光路進行補償。在光源照射下輸出兩路光電流，一路作為測量光電流IX，另一路為補償光電流IR。測量電路部分由西門子公司的S7-200 PLC系列的CPU 224、模擬量擴展模塊EM 235、顯示部分組成。工作時傳感器直接裝在洗漿機上，通過測量洗漿機上漿餅的白度來獲得紙漿白度。CPU 224對傳感器的輸出進行數(shù)據(jù)處理，結(jié)果送入顯示器，同時，為達到對紙漿白度的監(jiān)控，把儀表接入PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中。整個儀表框圖如圖1所示。

4.網(wǎng)絡(luò)組成

　　4.1 硬件配置

　　選用S7-315-2DP作為PROFIBUS主站，EM 277作PROFIBUS的從站。EM 277經(jīng)過串行I/O總線連接到S7-224 CPU。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過其DP通信端口，連接到EM 277 PROFIBUS-DP模塊。HMI通過EM 277監(jiān)控S7-224。編程器或PC通過EM 277對S7-224編程，編程軟件選用STEP 7-Micro/WIN。此網(wǎng)絡(luò)支持9.6K到12M的波特率。同時S7-315-2DP連接到以太網(wǎng)完成人機交互控制、數(shù)據(jù)監(jiān)視記錄和報表統(tǒng)計等工作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。