PROFIBUS-DP網(wǎng)絡在皮帶輸送控制系統(tǒng)中的應用

0 前言
　　PROFIBUS現(xiàn)場總線是一種國際化、開放式異步通訊標準，于1996年被批準為國際標準，符合IEC61158標準的現(xiàn)場總線。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，主要應用于現(xiàn)場設備級，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)場總線控制系統(tǒng)。
　　隨著控制、計算機通信、網(wǎng)絡技術的發(fā)展，自動化系統(tǒng)結構正發(fā)生巨大的變化。通過現(xiàn)場總線技術實現(xiàn)三電（電氣，儀表，計算機）集成，將基礎自動化控制網(wǎng)絡、過程和管理控制系統(tǒng)連接在一起，是目前自動控制領域的發(fā)展方向。
　　皮帶輸送自動化集中控制系統(tǒng)皮帶輸送自動化集中控制系統(tǒng)由基礎自動化控制系統(tǒng)、過程與管理控制系統(tǒng)組成。皮帶輸送線主要由13臺>20kW和50多臺20kW電機及照明等組成，每臺電機由一臺軟啟動器驅(qū)動，其它均通過PROFIBUS現(xiàn)場總線技術控制西門子PLC S7執(zhí)行，實現(xiàn)了基礎自動化控制系統(tǒng)和過程與管理控制系統(tǒng)之間的通信?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)見圖1。

1．1 基礎控制系統(tǒng)
　　PROFIBUS—DP網(wǎng)絡是網(wǎng)絡集成的最底層，主要是連接現(xiàn)場設備，如分散式I／O、傳感器、驅(qū)動器、執(zhí)行器等。主站（PLC、Pc機等）負責總線通信管理及所有從站通信。實現(xiàn)網(wǎng)絡中儀表（皮帶自動走行紅外線測位儀、煤槽雷達料位儀、電流變送單元）、電氣控制系統(tǒng)（跑偏開關、拉繩開關、堵料開關、防滑開關、翻板開關及空氣電磁閥）的通信；本系統(tǒng)采用西門子PLC S7—400＼CPU414—2作為主站，符合EN51070標準，提供的通信功能有MPI、DP兩種；西門子PLC S7—300＼遠程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)（如電機三相額定電流設定、料位儀設定、測位儀設定、外圍給定開關編程設定等）發(fā)送到傳動基站；另一方面?zhèn)鲃友b置的數(shù)據(jù)（如電機電流、傳感器流量、接觸器觸點的通斷等）通過通信傳送到主站PLC指定的寄存器地址；ET200M遠程I／O從站主要接受Pc機的指令，并把系統(tǒng)執(zhí)行的情況及運行數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡進行相互交換。
1．2 過程監(jiān)控系統(tǒng)
過程監(jiān)控層由中控室計算機、從站控制臺計算機、PLC加以太網(wǎng)卡等組成工業(yè)以太網(wǎng)，操作臺計算機利用組態(tài)軟件iFix實現(xiàn)對工作運行現(xiàn)場的監(jiān)督控制，基礎控制層將來自生產(chǎn)第一線的數(shù)據(jù)傳送到控制室，置于實時數(shù)據(jù)庫，進行控制及計算、動態(tài)顯示參數(shù)、報警及歷史數(shù)據(jù)保存；操作臺計算機將實時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)送到服務器的關系數(shù)據(jù)庫中，進行保存和數(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器了解現(xiàn)場的生產(chǎn)動態(tài)，也可將生產(chǎn)調(diào)度、計劃、等信息登記成為信息管理系統(tǒng)。
2 PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線通信技術基本特性
　　PROFIBUS—DP用于基礎控制層的高速數(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）在一個有著32個站點的分布系統(tǒng)中，PROFIBUS—DP對所有站點傳送512bps輸入和512bps輸出，在12Mbps時只需lms。
　　2）經(jīng)過擴展的PROFIBUS—DP診斷能對故障快速定位。診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。診斷信息分3級：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的上述特點使其在工業(yè)電氣自動化領域占據(jù)了重要的地位。
　　本系統(tǒng)中PROFIBUS—DP總線完成PC與各設備之間的通信，并采用線形主從方式通信。主機（s7—414—2 PLC）作為PROFIBUS—DP主站，以輪詢方式對下屬各從站I／O（如ET200M s7—300PLC等）進行定周期掃描和讀寫。主機通過PROFIBUS—DP總線將指令傳送到對應的數(shù)據(jù)區(qū)，并將各設備返回的狀態(tài)信號從對應的數(shù)據(jù)區(qū)取出，從而實現(xiàn)對下屬每個設備的監(jiān)控。
3 采用PROFIBUS總線實現(xiàn)通信優(yōu)點
　　1）通信速度快慢與使用介質(zhì)的長度、類型和站點數(shù)量及數(shù)據(jù)傳送量等因素有關，PROFIBUS的數(shù)據(jù)傳輸率最快可達12Mbps。
　　2）PR0FIBus總線現(xiàn)已被較廣泛的采用，管理人員及技術人員對該總線的調(diào)試以及維護有了一定了解。
　　3）系統(tǒng)可擴展。在電氣傳動領域，不管是直流還是交流的傳動裝置，大多支持PROFIBUS通信，方便以后系統(tǒng)升級或擴容。
4 結語
　　基于PROFIBOS—DP現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，不僅可提高工業(yè)自動化的水平，最大限度地提高生產(chǎn)效率，可逐步實現(xiàn)工廠管理與控制一體化，達到生產(chǎn)的柔性及自適應性。
　　PROFIBUS現(xiàn)場總線系統(tǒng)從2005年投入以來運行穩(wěn)定，證明該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。由于采用了現(xiàn)場總線，減少了許多配線，減少了安裝工作量及維護成本。
　　在類似控制系統(tǒng)中有推廣應用價值。