基于Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)的煤礦井下膠帶臨控系統

　　Profibus-DP并未采用ISO/OSI的應用層，而是自行設置一用戶(hù)層。該層定義了DP的功能、規范與擴展要求等。

　　綜上所述可知，Profibus-DP的實(shí)時(shí)性遠高于其它局域網(wǎng)，因而特別適用于工業(yè)現場(chǎng)。

　　二、井下膠帶監控系統的硬件結構

　　Profibus-DP被應用于皖北礦務(wù)局祁東煤礦井下膠帶監控系統，硬件系統如圖3所示，整個(gè)系統由上位機、Profibus-DP主站、Profibus-DP從站及其現場(chǎng)設備組成。Profibus-DP總線(xiàn)將所有設備連接起來(lái)。其中，Profibus-DP主站、Profibus-DP從站均采用SIMATIC S7-300的模塊系列，主站為CPU315-2DP系列模塊，從站為相應I/O模塊。

　　1．分布式I/O系統。本系統采用ET200通訊模塊與Profibus-DP相連接，ET200充分利用了SIMATIC S7-300的模塊系列，將所有的S7-300 I/O模塊通過(guò)接口模板IM153與現場(chǎng)總線(xiàn)相連。I/O模塊下的執行器和傳感器連接到現場(chǎng)設備，I/O模塊按主/從模式向現場(chǎng)設備提供輸出數據并向CPU或上位機饋送輸入數據。I/O模塊屬于DP從站。

　　2．CPU 作為DP類(lèi)型1主站，CPU位于控制中心，本系統采用CPU315-2DP模塊化中型PLC，它具有強大的處理能力，并集成了Profibus-DP現場(chǎng)總線(xiàn)接口裝置，同時(shí)還具有0.3ms處理1024個(gè)語(yǔ)句的速度。PLC程序在上位機的編程工具STEP7中編譯完成后下載到CPU315，并存儲在CPU315中。CPU315可自動(dòng)運行該程序，根據程序內容讀取總線(xiàn)上的所有I/O模塊的狀態(tài)字，控制硬件設備。

　　3．上位機 是DP類(lèi)型2主站。本系統采用研華工控機作為上位機，通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)接口卡CP5611使工控機與現場(chǎng)總線(xiàn)相連。這樣工業(yè)PC機與現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)段就連接為能完成組態(tài)、運行、操作等功能的完整的控制網(wǎng)絡(luò )系統。為了保證系統的穩定性，系統運用了雙機冗余，將另一臺工控機通過(guò)同樣的現場(chǎng)總線(xiàn)接口卡CP5611與現場(chǎng)總線(xiàn)相連，若其中一臺工控機發(fā)生故障，另一臺可繼續運行。

　　三、井下膠帶監控系統的軟件結構

　　軟件結構部分包括Windows NT 操作系統、下位機編程軟件、上位機監控軟件。

　?。ㄒ唬┫挛粰C編程軟件

　　本系統采用SIMATIC S7-300的配套編程工具STEP7完成硬件組態(tài)、參數設置、PLC程序編制、測試、調試和文檔處理。通常，用戶(hù)程序由組織塊（OB）、功能塊（FB、FC）和數據塊（DB）構成。其中，OB是系統操作程序與應用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運行。FB、FC是用戶(hù)子程序。DB是用戶(hù)定義的用于存取數據的存儲區，本系統中它是上位機監控軟件與STEP7程序的數據接口點(diǎn)。在MPI中配置與其相對應的DB塊就可實(shí)現上位機監控軟件FIX與STEP7程序的數據接口。

　?。ǘ┥衔粰C監控軟件

　　FIX工控組態(tài)軟件是由美國 Intellution公司開(kāi)發(fā)的基于 Windows9XNT的大型應用軟件，它集控制技術(shù)、人機界面技術(shù)、圖形技術(shù)、數據庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)于一身，包含動(dòng)態(tài)顯示、報警、趨勢、控制策略、控制網(wǎng)絡(luò )通信等組件，提供一個(gè)友好的用戶(hù)界面，使用戶(hù)可根據實(shí)際生產(chǎn)需要生成相應的應用軟件。

　　1．與Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)的接口

　?。?）數據流程 FIX運用I/O驅動(dòng)程序從設備中讀寫(xiě)數據，每個(gè)I/O驅動(dòng)程序支持其特定硬件。對于本系統的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò )，采用MPI驅動(dòng)程序獲取其上數據。FIX組態(tài)軟件首先通過(guò)MPI驅動(dòng)程序軟件接口從現場(chǎng)的過(guò)程硬件中獲取數據，存入DIT驅動(dòng)程序映象表中（驅動(dòng)程序映象表在系統運行時(shí)實(shí)際上是一塊內存區），FIX的內部數據庫（PDB）通過(guò) SAC程序從DIT表中獲取它所需的數據，應用軟件（如FIX的畫(huà)面運行程序、報表生成程序等）都通過(guò)內部數據庫訪(fǎng)問(wèn)軟件從FIX內部數據庫中獲取來(lái)自過(guò)程硬件的信息，這樣就可以實(shí)現在工業(yè)流程畫(huà)面上動(dòng)態(tài)地顯示現場(chǎng)各過(guò)程硬件的運行狀態(tài)，數據也可以按相反的順序寫(xiě)回現場(chǎng)過(guò)程硬件，執行控制操作。相應的數據采集流程如圖4所示。

　?。?）MPI配置 MPI驅動(dòng)程序的應用中很重要的問(wèn)題是STEP7和FIX的地址轉換問(wèn)題，在STEP7中設置的DB塊應轉換為MPI的DB塊，這需要在MPI配置中實(shí)現。對MPI進(jìn)行配置包括通道、設備、起始地址及其它一些參數，令MPI的DB塊與STEP7中設置的DB塊相對應，FIX的應用程序才能獲取現場(chǎng)數據。

　　2．用戶(hù)界面開(kāi)發(fā)

　　本控制系統開(kāi)發(fā)的人機接口界面有以下幾種：

　?。?）信息顯示畫(huà)面

　　信息顯示畫(huà)面主要顯示各膠帶當前運行狀態(tài)信息值，如當前膠帶帶速、儲煤倉的倉位以及一些故障信息，如膠帶跑偏、堵塞、打滑等，并可用不同的顏色來(lái)表示當前狀態(tài)為正常還是異常。

　?。?）設備控制畫(huà)面

　　盡管下位機程序能實(shí)現在現場(chǎng)總線(xiàn)上的數據采集和控制信號的輸出，并實(shí)現PID控制等一些簡(jiǎn)單的控制算法，但復雜的控制功能仍需要在上位機上實(shí)現人工控制，在畫(huà)面中點(diǎn)擊相應設備按鈕就可對該設備進(jìn)行單獨控制。

　?。?）實(shí)時(shí)報警處理

　　對系統實(shí)時(shí)采集的數據進(jìn)行判斷，發(fā)出報警信號，并按技術(shù)要求進(jìn)行處理并自動(dòng)進(jìn)行相應的設備控制，如對膠帶故障信號的解鎖及其恢復等。

　?。?）報表打印

　　利用FIX的DDE功能開(kāi)發(fā)出實(shí)時(shí)報表并具有隨時(shí)打印功能。

　?。?）實(shí)時(shí)數據曲線(xiàn)顯示

　　監視設備重要參數的變化趨勢曲線(xiàn)，從而可以了解設備在一段時(shí)間的運行狀況。

　?。?）歷史趨勢畫(huà)面

　　功能與實(shí)時(shí)數據曲線(xiàn)類(lèi)似，只是它顯示的是過(guò)去一段時(shí)間設備的運行參數值。

　　皖北礦務(wù)局祁東煤礦井下膠帶監控系統現已投入運行，設備運轉情況良好，經(jīng)濟效益顯著(zhù)，深受用戶(hù)好評。