PROFIBUS-DP在紙漿白度控制中的應用

1.前言

　　我們新研制出一種用于紙漿白度測定的智能白度儀，該儀表采用西門(mén)子公司生產(chǎn)的S7-224 CPU結合軟件功能進(jìn)行數據處理，具有較好的可靠性、重復性、精確度和穩定性。為了使其能與其它智能設備之間實(shí)現通信，我們將通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)把它連接到網(wǎng)絡(luò )中，使它成為造紙廠(chǎng)現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的一部分。

2.現場(chǎng)總線(xiàn)的選擇

　　2.1現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的選擇

　　現場(chǎng)總線(xiàn)集控制技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)于一體，是當今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。這項技術(shù)可將多個(gè)智能控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò )系統，實(shí)現分布式計算機控制，提高檢測和控制精度，改善系統的動(dòng)態(tài)響應速度，提高系統安全性，從而得到了廣泛的應用。

　　近年來(lái)，幾種有影響的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)已在一些特定的應用領(lǐng)域里顯示出各自的優(yōu)勢。在此，我們選定了現為德國和歐洲標準的PROFIBUS（Process Fieldbus）現場(chǎng)總線(xiàn)。一方面由于它是目前數據傳輸率最快的一種現場(chǎng)總線(xiàn)，傳輸率最高可達12Mbps，另一方面它能夠很好的與西門(mén)子的傳動(dòng)設備相配合，并與西門(mén)子PLC（Programmable Logic Controller）結合緊密且組態(tài)簡(jiǎn)便。

　　2.2 PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)簡(jiǎn)介

　　參照ISO/OSI參考模型,PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)只包含物理層、數據鏈路層和應用層。由PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS， PROFIBUS-PA組成PROFIBUS系列。

　　PROFIBUS-DP：經(jīng)過(guò)優(yōu)化的高速、廉價(jià)的通信連接，專(zhuān)為自動(dòng)控制系統和設備級分散I/O之間通信設計，使用PROFIBUS-DP模塊可取代價(jià)格昂貴的24V或0～20mA并行信號線(xiàn)。用于分布式控制系統的高速數據傳輸。

　　PROFIBUS-FMS ：解決車(chē)間級通用性通信任務(wù)，提供大量的通信服務(wù)，完成中等傳輸速度的循環(huán)和非循環(huán)通信任務(wù)，用于紡織工業(yè)、樓宇自動(dòng)化、電氣傳動(dòng)、傳感器和執行器、可編程序控制器、低壓開(kāi)關(guān)設備等一般自動(dòng)化控制。

　　PROFIBUS-PA專(zhuān)為過(guò)程自動(dòng)化設計，標準的本質(zhì)安全的傳輸技術(shù)，實(shí)現了IEC1158-2中規定的通信規程，用于對安全性要求高的場(chǎng)合及由總線(xiàn)供電的站點(diǎn)。

　　本設計中采用的是PROFIBUS-DP標準，PROFIBUS-DP（或DP標準）是由歐洲標準EN50170定義的一種遠程I/O通信協(xié)議。DP表示分布式外圍設備，亦即遠程I/O。PROFIBUS-DP還用到了應用層接口（ALI），ALI將過(guò)程對象轉換為通信對象。

3.智能白度儀原理簡(jiǎn)介

　　智能白度儀在結構上主要由光學(xué)通路和測量電路兩大部分組成。光學(xué)通路部

　　分主要包括光源、聚光鏡、濾光片、光電池、光纖等光學(xué)元器件，采用了差動(dòng)測量光路，用雙光路進(jìn)行補償。在光源照射下輸出兩路光電流，一路作為測量光電流IX，另一路為補償光電流IR。測量電路部分由西門(mén)子公司的S7-200 PLC系列的CPU 224、模擬量擴展模塊EM 235、顯示部分組成。工作時(shí)傳感器直接裝在洗漿機上，通過(guò)測量洗漿機上漿餅的白度來(lái)獲得紙漿白度。CPU 224對傳感器的輸出進(jìn)行數據處理，結果送入顯示器，同時(shí)，為達到對紙漿白度的監控，把儀表接入PROFIBUS網(wǎng)絡(luò )中。整個(gè)儀表框圖如圖1所示。

4.網(wǎng)絡(luò )組成

　　4.1 硬件配置

　　選用S7-315-2DP作為PROFIBUS主站，EM 277作PROFIBUS的從站。EM 277經(jīng)過(guò)串行I/O總線(xiàn)連接到S7-224 CPU。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò )經(jīng)過(guò)其DP通信端口，連接到EM 277 PROFIBUS-DP模塊。HMI通過(guò)EM 277監控S7-224。編程器或PC通過(guò)EM 277對S7-224編程，編程軟件選用STEP 7-Micro/WIN。此網(wǎng)絡(luò )支持9.6K到12M的波特率。同時(shí)S7-315-2DP連接到以太網(wǎng)完成人機交互控制、數據監視記錄和報表統計等工作。系統結構如圖2所示。