PROFIBUS-DP現場(chǎng)總線(xiàn)在浮法線(xiàn)熱端控制中的應用

1 PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)介紹
　　隨著(zhù)計算機技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，工控領(lǐng)域也不斷產(chǎn)生先進(jìn)的控制模式，現場(chǎng)總線(xiàn)（FIELD BUS）就是順應這一形勢發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)。現場(chǎng)總線(xiàn)是應用于工業(yè)現場(chǎng)、連接智能現場(chǎng)設備和自動(dòng)化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通訊網(wǎng)絡(luò )。其中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 Pe—riphery）、過(guò)程自動(dòng)化PR0FIBUS—PA （ProcessAutomation）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，閥門(mén)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。
　　根據國際標準化組織ISO 7498標準，PROFI—BUS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，隱去了第3～7層，而增加了直接數據連接擬合，作為用戶(hù)接口。用戶(hù)接口規定了用戶(hù)及系統以及不同設備可調用的應用功能。
2 浮法玻璃控制系統的現狀及問(wèn)題的提出
　　上世紀7O年代初，洛陽(yáng)玻璃廠(chǎng)率先使用浮法技術(shù)建成了我國第一條浮法玻璃生產(chǎn)線(xiàn)。浮法玻璃生產(chǎn)工藝是將原料在熔窯中高溫熔成玻璃液經(jīng)流道進(jìn)入錫槽，在地心引力及本身表面張力作用下玻璃液浮于熔融的錫液表面，經(jīng)過(guò)渡輥臺進(jìn)入退火窯，并在退火窯內實(shí)現退火冷卻，最后進(jìn)入冷端切割、裝箱。浮法玻璃生產(chǎn)線(xiàn)主要由熔窯、錫槽、退火窯及冷端設備組成。而由熔窯、錫槽及退火窯三大熱工設備組成的熱端生產(chǎn)系統，是一個(gè)多變量（如流量、溫度、壓力、速度、開(kāi)關(guān)量等）、多任務(wù)（如玻璃熔窯溫度控制，助燃風(fēng)與燃料燃燒控制，油壓油溫控制，霧化介質(zhì)壓力控制，玻璃液位與窯壓控制，廢氣中氧含量控制，流道玻璃液溫度控制，換向過(guò)程控制，保護氣體流量、壓力、罩內、槽內壓力檢測及控制，錫槽空間溫度檢測及控制，錫槽各對拉邊機間的控制，退火窯玻璃板溫度與控制，退火窯輥道速度控制等）、多設備（如電機、閥門(mén)、調功器、閘板等）并具有時(shí)變性、耦合性和隨機性的復雜非線(xiàn)性系統。國內浮法玻璃生產(chǎn)線(xiàn)在9O年代后多采用DCS集散系統控制，取代原來(lái)的常規儀表和手動(dòng)操作，在實(shí)現玻璃生產(chǎn)的分散自動(dòng)控制和集中管理方面，取得了一定的進(jìn)展。但基于DCS的系統存在一些重要缺陷， 一方面傳統的DCS系統是自封閉式的集散系統，難以實(shí)現設備之間以及系統與外界之間的交互和共享，使自動(dòng)化系統成為“信息孤島”；另一方面傳統DCS系統的現場(chǎng)底層傳感器和數據采集器之間采用一對一物理連線(xiàn)和模擬信號傳輸導致大范圍布線(xiàn)，給現場(chǎng)施工帶來(lái)很大麻煩，同時(shí)信號傳輸的抗干擾能力也較差。隨著(zhù)現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展和應用，生產(chǎn)線(xiàn)的上述問(wèn)題逐步得到了解決。
3 浮法玻璃生產(chǎn)線(xiàn)控制的網(wǎng)絡(luò )結構
　　現對某浮法玻璃生產(chǎn)線(xiàn)的現場(chǎng)總線(xiàn)系統進(jìn)行一下介紹。該系統采用PROFIBUS—DP現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)并帶有冗余技術(shù)結構的計算機控制與管理系統，對浮法玻璃生產(chǎn)進(jìn)行過(guò)程控制與信息管理?？刂葡到y采用綜合模糊控制方式，實(shí)現熔化、錫槽、退火浮法玻璃三大熱工設備的過(guò)程控制與信息管理，圖1是三大熱工設備控制系統的網(wǎng)絡(luò )結構。由于系統比較復雜，涉及的操作點(diǎn)、控制點(diǎn)比較多，如果選用傳統的控制方式電纜數量將非常的多，很不經(jīng)濟，而且維護和調試的難度都很大。因此我們采用分散控制、集中監控的PLC分布式控制系統，選用了現場(chǎng)總線(xiàn)PROFIBUS，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現工作現場(chǎng)、控制柜以及主控臺之間的復雜控制。整個(gè)系統設為上位機操作站，下位機控制主站及控制從站，上位機采用IBM 工控機和西門(mén)子WINCC監控軟件實(shí)現工藝流程顯示。為了提高系統的可靠性，下位機主站采用雙冗余的西門(mén)子S7—400系統進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，選用功能強大的CPU414—2DP作為PROFIBUS-DP的網(wǎng)絡(luò )主站，3套具有硬件冗余的ET200M作為從站，每個(gè)從站包括2個(gè)IM153—2接口模塊和若干個(gè)I／O模塊。ET2OOM 通過(guò)PROFIBUS專(zhuān)用電纜和S7—400進(jìn)行通訊，上位機與下位機通過(guò)以太網(wǎng)通訊，我們使用一對CP通訊卡（CP443—1），完成數據的采集和相互傳送。

通過(guò)圖1，我們可以看到，冗余系統由兩套PLC控制系統組成。正常工作時(shí)，A （MASTERPROFIBUS）系統為主，B （RESERVE PROFIBUS）系統為備用，當主系統A 中的任何一個(gè)組件出錯，控制任務(wù)會(huì )自動(dòng)切換到備用系統B當中執行，這時(shí)B系統為主，A系統為備用，這種切換過(guò)程是包括電源、CPU、通訊電纜和IM153接口模塊的整體切換。系統運行過(guò)程中，即使沒(méi)有任何組件出錯，操作人員也可以通過(guò)設定控制字，實(shí)現手動(dòng)的主備系統切換。