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基于Profibus-DP總線(xiàn)技術(shù)的閘門(mén)控制系統
作者：
時(shí)間：2012-11-12
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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1 引言
Profibus有深遠的制造業(yè)應用基礎和使用經(jīng)驗，它的應用領(lǐng)域包括加工制造、過(guò)程和建筑自動(dòng)化，如今已成為國際化的開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)標準，即EN50170歐洲標準和IEC61158國際標準的一部分,并且在2006年轉化為中國GB現場(chǎng)總線(xiàn)標準。
Profibus由Profibus-FMS（Fieldbus Message Specification），Profibus-PA（Process Automation）和Profibus-DP（Distributive Peripheral）三部分組成。其中，Profibus-DP具有高速傳輸、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，實(shí)現起來(lái)比較簡(jiǎn)單，主要用于分散設備間的數據高速傳輸。該總線(xiàn)物理層采用RS485傳輸方式，傳輸速率可由9.6kbps至12Mbps。一般用于自動(dòng)化控制系統和現場(chǎng)設備級間的開(kāi)關(guān)量的通信。因而可滿(mǎn)足全數字交直流調速系統對于快速的時(shí)間相應要求。目前80%以上的Profibus應用是基于Profibus-DP。
基于Profibus-DP現場(chǎng)總線(xiàn)的控制系統與以前的集散型控制系統DCS相比,具有很多優(yōu)越性，如：
（1）采用雙絞線(xiàn)、光纜或無(wú)線(xiàn)電方式傳送數字信號，從而大量削減現場(chǎng)儀表與控制室之間一對一連接的導線(xiàn)，節省安裝費用，提高可靠性和抗干擾能力，增強控制精度，信息傳輸速率可達1-12Mb/s，傳輸距離可達數公里。
（2）由于采用了統一的國際標準，不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品在硬件、軟件、通信規程、連接方式等方面互相兼容，使系統具有開(kāi)放性，這對用戶(hù)的操作、維修、擴展都是十分有利的。
（3）由于現場(chǎng)設備本身可完成自動(dòng)控制的基本功能，導致現場(chǎng)總線(xiàn)已構成一種新的全分布式控制系統的體系結構。從根本上改變了現有DCS集中與分散相結合的集散控制系統體系，簡(jiǎn)化了系統結構，提高了可靠性。許多控制功能從控制室移至現場(chǎng)儀表，大量過(guò)程檢測與控制的信息就地采集、就地處理、就地使用，在新的技術(shù)基礎上實(shí)施就地控制，使過(guò)程控制基本分散到現場(chǎng)，而控制室內的儀表裝置主要完成數據處理、監督控制、優(yōu)化控制、協(xié)調控制和管理自動(dòng)化功能。
（4）開(kāi)放式系統，系統分層分級集成，設計靈活，網(wǎng)絡(luò )可采用多種拓撲結構。
旋轉編碼器測量精度高、使用簡(jiǎn)單，在檢測及控制轉速、轉角等方面得到了廣泛的應用。絕對位置旋轉編碼器可直接測量參數的絕對值，抗干擾能力強；在系統掉電及再上電后，絕對位置旋轉編碼器仍可保持輸出位置量不變。
根據以上特點(diǎn)，在設計水庫閘門(mén)監控系統時(shí)，我們采用帶有總線(xiàn)標準接口的絕對位置旋轉編碼器測量閘門(mén)的實(shí)際直線(xiàn)位移，以西門(mén)子S7-300系列PLC為控制核心的監控系統。
2 系統控制結構設計
2.1 閘門(mén)監控電氣設計
閘門(mén)由兩臺電機驅動(dòng)卷?yè)P機拖動(dòng)。監控系統應具有現場(chǎng)/遠方可切換控制模式；通過(guò)改變電機轉子回路中的串接電阻可使閘門(mén)以三種速度升降。當閘門(mén)提升離開(kāi)底坎200mm時(shí)，電機停，等到閘門(mén)前后的水位平衡后，電機再重新啟動(dòng)提升閘門(mén)至希望位置。在閘門(mén)升降過(guò)程中，監控系統要隨時(shí)檢測閘門(mén)的位置，并應有較高的檢測和控制精度，同時(shí)，閘門(mén)監控系統要監視負載電流，在電機或閘門(mén)啟閉機械過(guò)載時(shí)應有相應的報警輸出，并在現場(chǎng)和遠方兩種方式下都能實(shí)現相應的監控。根據閘門(mén)的控制要求，系統主回路和部分控制回路電氣設計如圖1所示。
圖1 閘門(mén)系統主回路、部分控制回路
2.2 閘門(mén)監控PLC設計
項目選用Siemens公司S7-300PLC系列CPU315-2DP，配置一個(gè)通信處理器CP342-5作為Profibus-DP系統的主站；旋轉編碼器選用德國ifm公司的絕對位置型旋轉編碼器RM3005，不僅具有普通多轉編碼其性能，而且保持相同的最大分辨率（8192脈沖/轉，4096轉），增添了Profibus-DP網(wǎng)絡(luò )的特性，作為現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的從站可省去閘門(mén)監控系統常規設計中的多個(gè)輸入/輸出接口,如：閘門(mén)上升和下降檢測，閘門(mén)的上下限檢測,閘門(mén)到位檢測等。選用觸摸屏TP170A作為現場(chǎng)操作站，方便顯示工藝參數、系統狀態(tài)。其控制網(wǎng)絡(luò )拓撲結構如圖2所示。
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