基于現場(chǎng)總線(xiàn)的電加熱爐控制系統應用

1 引言

　　現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的興起和發(fā)展，為解決許多工業(yè)問(wèn)題開(kāi)辟了新的途徑：將現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)與傳統控制方法結合，這樣就產(chǎn)生了基于現場(chǎng)總線(xiàn)的過(guò)程控制，它也成為了當前現場(chǎng)總線(xiàn)領(lǐng)域和過(guò)程控制領(lǐng)域共同的研究熱點(diǎn)。本文在PROFIBUS- DP現場(chǎng)總線(xiàn)基礎上，以電加熱爐為受控對象，設計了一種在現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)下的過(guò)程控制方案。

2 PROFIBUS 現場(chǎng)總線(xiàn)的介紹

　　現場(chǎng)總線(xiàn)（Fieldbus）是用于過(guò)程自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化等領(lǐng)域的現場(chǎng)設備互連的通信網(wǎng)絡(luò )，是現場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò )與控制系統的集成。

　　其中，PROFIBUS是當今國際上現場(chǎng)總線(xiàn)的一個(gè)重要的組成部分。根據國際標準化組織ISO7498 標準，PROFIBUS的協(xié)議結構以開(kāi)放系統互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )OSI為參考模型，采用了該模型的物理層、數據鏈路層作為用戶(hù)接口，隱去了第3～7層，而增加了直接數據連接擬合。由于PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)標準是開(kāi)放的、不依賴(lài)生產(chǎn)廠(chǎng)家通信系統標準，所以在各種工業(yè)控制中得到了廣泛的應用。

　　PROFIBUS是德國國家標準DIN19245和歐洲標準EN50170的現場(chǎng)總線(xiàn)標準。由分散和外圍設備PROFIBUS- DP （Decentralized Periphery）、報文規范PROFIBUS- FMS（Fieldbus message Periphery）、過(guò)程自動(dòng)化PROFIBUS - PA （Process Automation） 組成了PROFIBUS系列。其中，PROFIBUS- DP用于設備級的高速數據傳送，中央控制器（如PLC、PC），通過(guò)高速串行線(xiàn)同分散的現場(chǎng)設備（如I/O, 驅動(dòng)器, 開(kāi)關(guān)等） 進(jìn)行通信。PROFIBUS- DP具有快速、即插即用、高效低成本等優(yōu)點(diǎn)。在用于現場(chǎng)層的高速數據傳送時(shí), 主站周期地讀取從設備的輸入信息并周期地向從站設備發(fā)送輸出信息。除周期性數據傳輸外, PROFIBUS- DP 還提供了智能化設備所需要的非周期性通訊以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報警處理。

3 電加熱爐監控系統的結構

　　如圖1所示，本控制系統主要由PROFIBUS-DP現場(chǎng)總線(xiàn)中的一臺PC機作為主站，西門(mén)子ET200S作為從站，通過(guò)它連接受控對象。其中在PC機內的PCI插槽上插有一塊SLOT PLC（CPU412-2 PCI），即WinAC SLOT 412, 它是一種置于PC的PCI總線(xiàn)的板卡式PLC控制器，可實(shí)現與S7-400系列處理器CPU412-2DP相同的控制功能，其操作控制性能和指令集也與西門(mén)子S7-400控制器系列一致，板卡上同時(shí)集成了MPI、PROFIBUS-DP通訊接口。電源擴展板選件用于提供獨立于PC電源的供電，使WINAC SLOT在PC斷電時(shí)也可以正常運行。同時(shí)，PC機上裝有編程組態(tài)軟件STEP7和監控組態(tài)軟件WinCC，構成控制主站。而通過(guò)PROFIBUS-DP現場(chǎng)總線(xiàn)連接至SLOT PLC（CPU412-2 PCI）的PROFIBUS-DP接口上ET200S模塊，則作為控制從站。ET200S上配有電源模塊（即PM模塊）、開(kāi)關(guān)量和模擬量的輸入輸出模塊（即：DI、DO、AI、AO模塊）。而受控對象（電加熱爐）的變送器檢測信號和執行器的操作信號將通過(guò)信號線(xiàn)被準確地連接到ET200S上的AI、AO模塊上。

4 系統組態(tài)

　　完成設備連接后，將在PC上用SIEMENS STEP7軟件實(shí)現系統組態(tài)，過(guò)程如下。