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PROFIBUS—DP在高爐自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2012-05-25 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

0 前言
  隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,(Process Field Bus簡(jiǎn)稱Profibus)技術(shù)在新一代高爐自動(dòng)控制系統(tǒng)中逐步推廣使用。它使用一類傳輸介質(zhì)(如具有位串傳輸?shù)你~纜、光纖或無(wú)線等),用比特串傳輸,將分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(如傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)器、變送器等)連接到中央控制或管理系統(tǒng)。
  在煉鐵高爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)中,分為槽下配料和爐頂加料部份,槽下系統(tǒng)共25個(gè)倉(cāng)、19個(gè)斗,共計(jì)閥門(mén)31個(gè),爐頂12個(gè)閥,卷?yè)P(yáng)電機(jī)、探尺設(shè)備配有編碼器。在電氣設(shè)計(jì)方而,分布區(qū)域廣、閥門(mén)多、煤氣區(qū)域易燃易爆的特點(diǎn)不容忽視,兇此,我們采用各輸入輸出點(diǎn)(包括數(shù)字量、模擬量)進(jìn)入站點(diǎn)模塊,通過(guò)一根總線傳人_豐控室,以此控制各閥門(mén)及電機(jī)動(dòng)作。本文以的角度出發(fā),結(jié)合采用德國(guó)西門(mén)子PIC系統(tǒng)和圖爾克Prnfibus—DP工業(yè)技術(shù),描述高爐自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn),并對(duì)當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)總線故障診斷的敏感問(wèn)題提出了一些解決方案。
1 PROFIBUS—DP總線通信原理及系統(tǒng)組成
  PROFIBUS由二個(gè)兼容部分組成,即PROFIBUS—DP、PROFIBUS—PA和PROFIBUS—FMS。我們采用的PROFIBUS—DP是一種高速、低成本,用于沒(méi)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。使用PROF’IBUS可取代24VDC或4—20mA信號(hào)傳輸。它定義了第一層()、第二層()和用戶接口,第-N七層:加描述。如圖1所示。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能,并詳細(xì)說(shuō)明丁各種不同PROFIBUS—DP1,殳備的設(shè)備行為,這為我們的系統(tǒng)兼容提供了便利,益于調(diào)試和維護(hù)。
1.1 現(xiàn)場(chǎng)總線
  IEC61158—2給出了現(xiàn)場(chǎng)總線通用模型,可用圖2示可表示。現(xiàn)場(chǎng)總線通信裝置是由數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)端接設(shè)備(DCE)組成。從圖2可看出,現(xiàn)場(chǎng)總線的物理層包含了媒體相關(guān)子層與媒體無(wú)關(guān)子層兩部分。
  媒體相關(guān)子層負(fù)責(zé)處理不同傳輸媒體、不吲速率的信號(hào)轉(zhuǎn)換問(wèn)題。媒體無(wú)關(guān)子層與相連,負(fù)責(zé)信號(hào)編碼與解碼,增加或減除前導(dǎo)碼、定界符的工作。所以物理層的功能是用f實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與總線之間的連接,為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備對(duì)總線的發(fā)送和接收提供合乎規(guī)范的物理信號(hào)。

  PROFIBUS—DP采用的是單獨(dú)供電的總線設(shè)備,每站點(diǎn)有自己的穩(wěn)壓電源,如果網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電源不穩(wěn),通信若隱若現(xiàn)甚至徹底消失時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)旁路功能以避免對(duì)其他節(jié)點(diǎn)的影響。通信介質(zhì)可采用雙絞屏蔽電纜、同軸電纜、光纖,紅外以及激光等,我們采用了雙絞屏蔽電纜。通信網(wǎng)絡(luò)電纜屏蔽層接地電阻宜小于1OΩ。在連接各站時(shí),應(yīng)確保數(shù)據(jù)線不要擰絞,電纜各個(gè)信號(hào)線相互之間的絕緣電阻宜大于200Ω,對(duì)于重要的場(chǎng)合,測(cè)試電纜的特性阻抗(推薦30kHz)、靜電容量(推薦:1kHz)、耐壓(DC200v)等參數(shù)非常必要。作為阻抗匹配元件,在總線的每個(gè)網(wǎng)段需要兩個(gè)終端電阻。使用終端電阻的同的是應(yīng)用信號(hào)的發(fā)射波原理減少信號(hào)衰減和變形。因此在每個(gè)網(wǎng)段的首尾節(jié)點(diǎn),終端電阻或節(jié)點(diǎn)接頭終端器要在“ON”位置,同時(shí)其他中間段節(jié)點(diǎn)應(yīng)不能有終端電阻或節(jié)點(diǎn)接頭終端器在“OFF”位置。當(dāng)系統(tǒng)中需連接的站點(diǎn)數(shù)多于32時(shí),使用中繼器相連接。我們采用總線速率為1.5M的波特率,在一段中最大的電纜長(zhǎng)度限制為200米,因此采用中繼器進(jìn)行信號(hào)放大以增加長(zhǎng)度,但是串起來(lái)聯(lián)結(jié)的中繼器最多不能超過(guò)3個(gè)。
1.2 現(xiàn)場(chǎng)總線的
  現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)鏈路層(DLU)位于物理層和應(yīng)用層之間。DLL一般可分為邏輯鏈路控制子層(LLC)和介質(zhì)訪問(wèn)控制子層(MAC)兩部分。LLC從其上層取得數(shù)據(jù)后,構(gòu)造成幀,完成通信鏈路的建立、拆除及差錯(cuò)、流量控制等,而MAC完成網(wǎng)絡(luò)存取控制。PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線基于令牌總線協(xié)議加主一從總線的介質(zhì)存取方式,DP主站循環(huán)地與DP從站交換數(shù)據(jù)。站點(diǎn)數(shù)可達(dá)127個(gè)。它融合了IEEE802.4和集中式輪詢協(xié)議的重要功能和優(yōu)點(diǎn),簡(jiǎn)單說(shuō)這足一種多主站的協(xié)議,主站之間以令牌傳輸協(xié)議進(jìn)行_I二作,持有令牌的站可輪詢其它站(令牌和查詢方式)。當(dāng)主節(jié)點(diǎn)得到令牌后,允許它在一定的時(shí)間內(nèi)與從節(jié)點(diǎn)或其它主節(jié)點(diǎn)通信。令牌在所有主節(jié)點(diǎn)中循環(huán)一周的最長(zhǎng)時(shí)間TrR(設(shè)定周期)是事先預(yù)定的,決定了各主節(jié)點(diǎn)的令牌具體保持時(shí)間的長(zhǎng)短。主節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)必須保證在事先定義的時(shí)間間隔內(nèi),主節(jié)點(diǎn)有充足的時(shí)間完成通信任務(wù),主節(jié)點(diǎn)與從節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換要盡町能快且簡(jiǎn)單地完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。


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