基于PROFIBUS總線(xiàn)的渦輪增壓器生產(chǎn)線(xiàn)數據采集系統的設計

　　1 引言

　　現場(chǎng)總線(xiàn)是信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展在控制領(lǐng)域的體現，是自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。因其具有數字化、開(kāi)放性、分散性以及對現場(chǎng)環(huán)境的適應性等特點(diǎn)而獲得了非常廣泛的應用。目前，已逐漸成熟并對工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程形成影響的主要有PROFIBUS，HART，LONWORKS，FF等等。其中PROFIBUS總線(xiàn)是最為流行的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)之一，其產(chǎn)品廣泛應用于工業(yè)、電力、能源、交通等自動(dòng)化領(lǐng)域。PROFIBUS是德國于90年代初制訂的國家工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議標準,代號DIN19245。它是一種國際化的開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)標準,即EN50170歐洲現場(chǎng)總線(xiàn)標準。該標準為供應商和用戶(hù)的投資提供了最佳的保護并確保供應商的獨立自主性。PROFIBUS具體規定了串行現場(chǎng)總線(xiàn)的技術(shù)和功能特性,它可使分散式數字化控制器從現場(chǎng)底層到車(chē)間及網(wǎng)絡(luò )化。PROFIBUS分為主設備(主站)和從設備(從站)。主站決定總線(xiàn)上的數據通信。當主站得到總線(xiàn)控制權時(shí),不用外界請求就可以主動(dòng)發(fā)送信息。從站為外圍設備,典型的從站包括:輸入/輸出裝置、閥門(mén)、驅動(dòng)器和測量變送器。它們沒(méi)有總線(xiàn)控制權,僅對接收到的信息給予確認或當主站發(fā)出請求時(shí)向它發(fā)送信息。

　　2 方案分析

　　渦輪增壓器實(shí)際上是一種空氣壓縮機，通過(guò)廢氣壓縮進(jìn)入空氣來(lái)增加進(jìn)氣量。當發(fā)動(dòng)機轉速增快，廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進(jìn)入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應增加燃料量和調整一下發(fā)動(dòng)機的轉速，就可以增加發(fā)動(dòng)機的輸出功率。由于渦輪增壓器安裝在發(fā)動(dòng)機的進(jìn)排氣歧管上，處在高溫，高壓和高速運轉的工作狀況下，其工作環(huán)境非常惡劣，工作要求又比較苛刻，因此對增壓器的裝配技術(shù)要求很高。其中對壓氣端間隙、渦端間隙、軸向間隙、整體動(dòng)平衡、整機檢漏和放氣閥開(kāi)啟壓力和位移幾個(gè)參數的誤差要求控制在十幾個(gè)甚至幾個(gè)絲之內。如用傳統的電氣儀表難以達到精度要求，同時(shí)抗干擾能力差;而且讓工人手工記錄并判斷是否在誤差范圍之內，將大大降低工作效率。這正給Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)提供了用武之地。Profibus 將底層檢測設備組成網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現多點(diǎn)數字通信，同時(shí)和上位機組成網(wǎng)絡(luò )，為上位機提供數據支持;上位機將誤差范圍作為各個(gè)工位的工藝參數下載到各個(gè)工位，同時(shí)將數據放入指定的數據庫中，供各種查詢(xún)和技術(shù)分析之用。下面是某增壓器廠(chǎng)的裝配線(xiàn)數據采集系統。

　　3 系統結構

　　根據現場(chǎng)情況,我們采用西門(mén)子公司S7-400型承擔信號采集工作,又根據現場(chǎng)將要采集的信號位置分散的特點(diǎn),采用了西門(mén)子公司Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)中的遠程I/O即DP技術(shù)。各傳感器信號就近接入Profibus子站,這樣可以最大限度的減少現場(chǎng)接線(xiàn)工作,并且因為走線(xiàn)距離短,可以減少信號衰減和各種干擾對信號的影響。

　　系統的主干網(wǎng)絡(luò )采用Profibus網(wǎng)絡(luò ), Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )共有三種協(xié)議方式,分別為FMS,DP和PA。我們本次應用的為DP方式。DP網(wǎng)絡(luò )結構為主從結構,一條DP網(wǎng)可包含一個(gè)主站和最多126個(gè)從站, 網(wǎng)絡(luò )傳輸距離在不使用中繼器的情況下可達到1000米,傳輸速率從9.6Kbit/S一直到12Mbit/S可選。網(wǎng)絡(luò )傳輸速率達到12Mbit/S 時(shí)其傳輸距離最長(cháng)為100米。

　　3.1 系統網(wǎng)絡(luò )選型

　　考慮到上位機和上位機、上位機和主PLC、主PLC和從PLC進(jìn)行信息交換，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )系統由三層組成：

　　管理網(wǎng)絡(luò )(MIS)：采用基于TCP/IP的以太網(wǎng)，上位機和上位機之間的連接。

　　MPI網(wǎng)絡(luò )：采用通訊處理卡將主PLC和上位機相連。

　　DP網(wǎng)絡(luò )：這是最底層的網(wǎng)絡(luò )，將分散的數據采集站點(diǎn)連接起來(lái)，即主PLC和從PLC、觸摸屏之間的連接。

　　拓撲結構：現場(chǎng)的服務(wù)器是連接以太網(wǎng)和工控網(wǎng)的橋梁，它通過(guò)3COM交換機與以太網(wǎng)連接。

　　圖1 系統的網(wǎng)絡(luò )結構圖

　　整個(gè)監控系統的網(wǎng)絡(luò )結構如圖1所示。