【正文】 .以太網技術入門與實現 ［ M］ .北京：機械工業(yè)出版社， 1998 ［ 10］ 況群意 .基于 Profibus 現場總線控制的閘門監(jiān)控系 統的開發(fā)［ D］ .武漢：武漢理工大學物流工程系， 1998 內部資料 請勿外傳 9JWKf wvGt YM*Jgamp。作為導師的學生，我感到非常的自豪和幸運。 她 學識淵博、思維敏捷、治學嚴謹、為人真誠，使我在 大學 學習過程中受益非淺。 致謝 本文是在導師的精心指導和鼓勵下完成的。 （ 3） 進一步學習掌握現場總線控制技術及以太網技術，為以后組建整個水廠企業(yè)網打下堅實的基礎。這些是建立在實際現場經驗的積累的基礎上的。 由于 本人 是初次接觸這樣的課題，所以在系統的設計與開發(fā)中也總有不完善和值得探討的地方。 加藥房控制 加礬加氯及行車、反應池排泥站點，在控制室柜中裝有西門子 CPU 315 PLC 為主站，在行車、反應池排泥處裝有 S7200PLC 為從站，共 8 臺，它們之間連成 PROFIBUSDP 總線，使行車排泥按時段進行全自動工作，加礬按流量比例前饋、 SCD 反饋控制，加氯按流量比例、余氯反饋閉環(huán)控制。調度對濾池的監(jiān)控通過 PROFIBUS 總線通信實現。 另外， PLC 還能控制濾池的開啟個數，它根據濾池進水流量確定濾池的開啟個數，按先停先開的原則確定某個濾池的開、停。 5 秒鐘后，關閉水反沖洗閥，然后關閉反沖洗排水閥，打開待濾水進水閥，濾池恢復過濾。調度對濾池的監(jiān)控通過 PROFIBUS 總線通信實現。一旦響應某個濾池的請求， PLC 實施反沖洗的整個過程，在一組濾板中，不允許兩個濾池同時進行反沖洗。 一組濾池的反沖洗由 S7 300 來控制。 濾池恒水位過程的控制主要通過調節(jié)濾后水調節(jié)閥實現水位的恒定，在濾池的相應部位安裝了水位傳感儀、水頭損失傳感器。整個控制系統是基于西門子系列可編程控制器對六個濾池控制由兩套 S7300PLC 實現。我們采用了可編程序控制器和工業(yè)電腦 （ PLC+IPC） 組成的實時多任務集散型控制系統，對濾池過濾和反沖洗實行自動控制。 濾池控制 濾池控制 PIE 站點，在控制室柜中裝有西門子 CPU 315PLC，在每格濾池操作臺內裝有西門子 CPU2152DP PLC，它們之間通過 DP 端口利用屏蔽雙絞線連接在一起，構成 PROFIBUS— DP 總線，其中 S7300 是主站，其它 12 臺 S7200是從站，實現對濾池的全自動反沖洗。 手動、自動控制 為了維護方便、操作靈活對各個 PLC 站點的設備均設置有手動、鍵控和全自動控制方式。報表打印可打印過去有效時間的下作日志，也可即時打印，滿足了生產數據的存檔。報警上、下限的設定。實時控制實現了對濾池反沖過程參數的設定與修改 。重要設備的運行狀態(tài)；各工作站的工藝參數、機電參數、濾池反沖工藝參數 。實現了生產現場的動態(tài)監(jiān)控，調度主站的上 位機具有監(jiān)視、實時控制、數據記錄、報表打印功能。 系統控制要求及控制方案的實現 中控室控制 為使水處理工藝各個環(huán)節(jié)的生產數據和生產現場設備在調度控制中心被實時監(jiān)視控制，廠調度室和廠長室都配有一臺惠普電腦連接至 PROFIBUS 現場總線上，通過 Wincc 組態(tài)圖形軟件既能監(jiān)視各站點生產狀況，又能控制操作現場設備的各種狀態(tài)，達到非常理想的集中控制功能。 3） 選擇 PC 機加 BROFIBUS 網卡作過程監(jiān)控的二類主站。 系統配置及設備選型 系統采用 PROFIBUS 現場總線的典型應用產品， SIEMENS 公司產品。 PC 一泵房 PLC 加藥房 PLC 濾池房 PLC 二泵房 PLC PC PC PC 行車排泥 PLC 1— PLC 4 行泥閥 PLC 5— PLC 8 行泥閥 PLC 1— PLC 12 PROFIBUS PROFIBUS— DP PROFIBUS— DP PC PC PC 中控室 （ 3） 根據水處理工藝流程 ，現場總線 PROFIBUS 將 PLC 分為四個工作站，一泵房站、二泵房站、加藥站、濾池站及中心控制室、廠長室，并設置為主站，而加藥和濾池主站則配置為分別帶有 8 個和 12 個智能型 I/O 從站的 PLC。而恰到好處的解決這些問題正是現場總線技術的最大優(yōu)勢。 PLC 現場設備 A 型 PLC 現場設備 現場設備 現場設備 現場設備 PLC 現場設備 PLC PLCV PROFIBUS PROFIBUS PROFIBUS B 型 C 型 PC PC PC 現場總線 PROFIBUS 控制系統的結構形式配置，需根據現場設備是否具備 PROFIBUS 接口及系統本身的實際需要來確定，圖 6 為水廠 PROFIBUS 控制系統網絡結構圖。在 CIMS 系統中，現場總線是水廠計算機網絡到現場級設備的通道，是支撐現場級與水廠級信息的技術基礎。 5 基于 PROFIBUS 現場總線的水廠自動控制系統 現場總線控制技術因其巨大的技術優(yōu)勢，已在各個領域如機 械、化工、汽車、電力、樓宇等得到廣泛應用。自動化行業(yè)流行的實時監(jiān)控軟件，如 FIX, INTOUCH, CITECT, WINCC 等，都具有 ACCESS, SYBASE 等數據庫的接口。另一類是歷史數據，是對在線數據進行了一些統計分類后存儲的數據，可作為生產數據完成日、月、年報表及設備運行記錄報表。設備層數據首先進入監(jiān)控層的監(jiān)控站，監(jiān)控站的監(jiān)控軟件包具有一個在線監(jiān)控數據庫，這個數據庫的數 據分為兩部分。在考慮總線的 選型時，主要考慮 :（ 1） 根據系統是離散量控制還是流程控制，確定選用 DP 還是 PA，是否需要考慮本征安全 ； （ 2） 根據系統對實時性要求及傳輸距離，決定現場總線數據傳輸速率 ； （ 3） 根據是否需要車間級監(jiān)控和監(jiān)控站，確定是否用 FMS 及連接形式 ；（ 4） 根據系統的可靠性要求及工程投入資金，決定主站形式及產品。 在考慮系統的結構形式時，要注意的是 :（ 1） 系統是否分層，分幾層，是否需要車間層監(jiān)控 ； （ 2） 有無從站，有多少，分布如何，從站設備如何連接，現場設備是否有總線接口，可否采用分散式 I/O 連接從站，哪些設備需選用智能型 I/O控制。 采用什么樣的系統結構 用戶確定采用 Profibus 總線技術后，下一個問題就是采用什么樣的系統結構配置。簡言之，就是現場設備的通信數據更新速度。 系統對底層設備是否有較高的遠程診斷、故障報警及參數化要求現場總線技術特別適合用于有遠程操作及監(jiān)控的系統。 系統對底層設備是否有信息集成要求現場總線技術適合對數據集成有較高要求的系統，如需 要建立車間監(jiān)控系統，或需要建立全廠的 CIMS 系統。對于具有集中 I/O 的單機控制系統，現場總線技術沒有明顯優(yōu)勢?，F場總線技術適合于分散的、具有通信接口的現場受控設備的系統。 應用 PROFIBUS 構建控制系統應注意的問題 項目是否適于使用現場總線技術 任何一種先進的技術都有一定的適用范 圍，超出這個范圍可能不會產生所期望的結果。不過，由于控制器工作站是監(jiān)控站與一類主站的一體化，要求 Soft PLC 軟件必須完成 : 1） 支持編程，包括主站應用程序的開發(fā)、編輯、調試 ； 2） 執(zhí)行應用程序 ； 3） 通過 Profibus 接口對從站的數據讀寫 ； 4） 從站遠程參數化設置 ； 5） 主 /從站故障報警與記錄 ； 6） 圖形監(jiān)控畫面設計、數據庫建立等監(jiān)控程序的開發(fā)與調試 ； 7） 設備組態(tài)、在線圖形監(jiān)控、數據存儲與統計、報表等功能。 （ 5） 堅固式 PC 機 （ Compact Computer） +Profibus 網卡 +Soft PLC 的結構形式。在主站結構類型中， PC 機故障將導致整個系統癱瘓。 （ 4） 使用 PC 機 +Profibus 網卡作為一類主站，監(jiān)控站與一類主站一體化。 （ 3） 以 PLC 或其他控制器作為一類主站，監(jiān)控站作為二類主站連接在Profibus 總線上。這種結構類型中，監(jiān)控站不在 Profibus 網上，不是二類主站，不能直接讀取從站數據或完成遠程參數化工作。這種結構類型中， PLC 或 控制器完成總線通信管理、從站數據讀寫、從站遠程參數化工作。因此，多現場總線實驗室中建立的測控系統將采用混合型配置。 在本課題對象的測控系統中，由于現場設備中某些變送器、調節(jié)閥不具備Profibus 接口，還有一些設備在成本和使用的便利性上，使用傳統的模擬儀表更DP 1 類主站 DP 2 類主站 DP 1 類主站 DP 從站 DP 從站 PROFIBUS— DP 系統多主系統的組成： 3 個主設備（ 1 類 or2 類）、 1 到最多 124 個 DP從站。這時應采用 Profibus 現場設備加分散式 1/O 混合使用的方法。 混合型 :現場設備部分具備 Profibus 接口?？墒褂矛F場總線技術實現完全的分布式結構，可充分獲得這一先進技術所帶來的利益。 單一總線型 :現場設備都具備 Profibus 接口。這種形式在應用現場總線技術初期容易推廣。如圖 4 所示： 圖 4 多主站系統 PROFIBUS 控制系統配置的幾種形式 按現場設備類型分 根據現場設備是否具備 Profibus 接口， Profibus 控制系統配置可分為三種形式。每個子系統包括一個 DPM指定的若干從站及可能的 DPM2 設備。如圖 3 所示： 圖 3 單主站系統 DP主站（ 1 類） DP主站（ 2 類） 1 到 125 個 DP從站 單主系統實現最短的總線循環(huán)時間，他們的組成： ● 1 個 DP1 類主站 ● 1 到 125 個 DP從站 ● 1 到 DP2 類主站（可選） （ 5）多主站系統：總線上連有多個主站。至于哪些參數可進行通信及參數格式由 Profibus 行規(guī)決定。通常分散型 I/O 是由主站統一編址，這樣在主站編程時使用分散式 I/O 與使用主站的 I/O沒有什么區(qū)別。 分散式 1/O(非智能型 I/O ):通常由電源部分、通信適配器部分、接線端子部分組成。在 PLC 存儲器中劃分出一段特定區(qū)域，作為 PLC 與主站通信的共享數據區(qū)。 （ 3） DP 從站： DP 從站是進行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設 備（ I/O設備、驅動器、 HMI、閥門等）。典型的 DPM1 如 PLC 或 PC。系統配置的描述包括：站數、站地址、輸入 /輸出地址、輸入 /輸出數據格式、診斷信息格式及所使用的總線參數。 4 PROFIBUSDP 控制系統 PROFIBUSDP 系統配置和設備類型 PROFIBUSDP 允許構成單主站或多主站系統。 診斷信息分三級： （ 2） 診斷功能：經過擴展的 PROFIBUSDP 診斷能能對故障進行快速定位。 DP 從站是帶二進制值或模擬量輸入輸出的驅動器、閥門等。 （ 8） 設備類型：第二類 DP 主站（ DPM2）是可進行編程、組態(tài)、診斷的設備。對 DP 從站的輸入 /輸出進行存取保護。 （ 7） 可靠性和保護機制：所有信息 的傳輸按海明距離 HD=4 進行。通過總線對 DP 主站（ DPM1）進行配置。輸入或輸出的同步。 DP 從站組態(tài)的檢查。 （ 6） 功能： DP 主站和 DP 從站間的循環(huán)用戶數據傳送。 （ 5） 同步：控制指令允許輸入和輸出同步。循環(huán)主 — 從用戶數據傳送和非循環(huán)主 — 主數據傳送?？偩€上最多站點（主 — 從設備）數為 126。 （ 2） 總線存?。焊髦髡鹃g令牌傳遞，主站與從站間為主 — 從傳送。 PROFIBUSDP 的基本功能 （ 1） 傳輸技術： RS485 雙絞線、雙線電纜或光纜?？偩€循環(huán)時間必須要比主站 （ PLC） 程序循環(huán)時間短。 3 PROFIBUSDP 概述 PROFIBUSDP 用于現 場層的高速數據傳送。根據 IEC11582 標準， PA 的傳輸技術可確保其本征安全性，而且可通過總線給現場設備供電。 （ 3） PROFIBUSPA： PA 的數據傳輸采用擴展的 PROFIBUSDP 協議。 FMS 包括了應用協議并向用戶提供了可廣泛選用的強有力的通信服務。用戶接口規(guī)定了用戶及系統以及不同設備可調用的應用功能，并詳細說明了各種不同 PROFIBUSDP 設備的設備行為。 （ 1） PROFIBUSDP：定義了第一、二層和用戶接口。 此外 ，現場總線基金會系統結構還為每個設備定義了一個網絡管理代理，可提供組態(tài)管理、性能管理和差錯管理的功能。應用層與其它層的網絡管理機構一起對網絡數據流動、網絡設備及網絡服務進行管理。在這種方式下，物理通道被有效地利用起來，并可有效地減少或避免實時通信的延遲。所有連接到同一物理通道上的應用進程實際上都是通過鏈路層的實時管理來協調的。 DLL 提供原語服務和相關事件、與原語服務相關的參數格式，以及這些服務及事件之間的相關關系， DLL 為用戶提供了可靠且透明的數據傳送服務。當處于數據接受狀態(tài)時，將相應的電氣信號編碼為二進制數，并送到鏈路層。該模型共有七層，如下圖 2所示： 圖 2 PROFIBUS 協議結構 第一層 :物理層 （ Physical Layer） 定