基于Profibus現場總線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的實時性遠高于其它局域網，因而特別適用于工業現場。

　　二、井下膠帶監控系統的硬件結構

　　Profibus-DP被應用于皖北礦務局祁東煤礦井下膠帶監控系統，硬件系統如圖3所示，整個系統由上位機、Profibus-DP主站、Profibus-DP從站及其現場設備組成。Profibus-DP總線將所有設備連接起來。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模塊通過接口模板IM153與現場總線相連。I/O模塊下的執行器和傳感器連接到現場設備，I/O模塊按主/從模式向現場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現場總線接口裝置，同時還具有0.3ms處理1024個語句的速度。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可自動運行該程序，根據程序內容讀取總線上的所有I/O模塊的狀態字，控制硬件設備。

　　3．上位機 是DP類型2主站。本系統采用研華工控機作為上位機，通過現場總線接口卡CP5611使工控機與現場總線相連。這樣工業PC機與現場總線網段就連接為能完成組態、運行、操作等功能的完整的控制網絡系統。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同樣的現場總線接口卡CP5611與現場總線相連，若其中一臺工控機發生故障，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。

　　（一）下位機編程軟件

　　本系統采用SIMATIC S7-300的配套編程工具STEP7完成硬件組態、參數設置、PLC程序編制、測試、調試和文檔處理。通常，用戶程序由組織塊（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是用戶子程序。DB是用戶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。在MPI中配置與其相對應的DB塊就可實現上位機監控軟件FIX與STEP7程序的數據接口。

　　（二）上位機監控軟件

　　FIX工控組態軟件是由美國 Intellution公司開發的基于 Windows9XNT的大型應用軟件，它集控制技術、人機界面技術、圖形技術、數據庫技術、網絡技術于一身，包含動態顯示、報警、趨勢、控制策略、控制網絡通信等組件，提供一個友好的用戶界面，使用戶可根據實際生產需要生成相應的應用軟件。

　　1．與Profibus現場總線的接口

　　（1）數據流程 FIX運用I/O驅動程序從設備中讀寫數據，每個I/O驅動程序支持其特定硬件。對于本系統的PROFIBUS網絡，采用MPI驅動程序獲取其上數據。FIX組態軟件首先通過MPI驅動程序軟件接口從現場的過程硬件中獲取數據，存入DIT驅動程序映象表中（驅動程序映象表在系統運行時實際上是一塊內存區），FIX的內部數據庫（PDB）通過 SAC程序從DIT表中獲取它所需的數據，應用軟件（如FIX的畫面運行程序、報表生成程序等）都通過內部數據庫訪問軟件從FIX內部數據庫中獲取來自過程硬件的信息，這樣就可以實現在工業流程畫面上動態地顯示現場各過程硬件的運行狀態，數據也可以按相反的順序寫回現場過程硬件，執行控制操作。相應的數據采集流程如圖4所示。

　　（2）MPI配置 MPI驅動程序的應用中很重要的問題是STEP7和FIX的地址轉換問題，在STEP7中設置的DB塊應轉換為MPI的DB塊，這需要在MPI配置中實現。對MPI進行配置包括通道、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數據。

　　2．用戶界面開發

　　本控制系統開發的人機接口界面有以下幾種：

　　（1）信息顯示畫面

　　信息顯示畫面主要顯示各膠帶當前運行狀態信息值，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表示當前狀態為正常還是異常。

　　（2）設備控制畫面

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

　　（3）實時報警處理

　　對系統實時采集的數據進行判斷，發出報警信號，并按技術要求進行處理并自動進行相應的設備控制，如對膠帶故障信號的解鎖及其恢復等。

　　（4）報表打印

　　利用FIX的DDE功能開發出實時報表并具有隨時打印功能。

　　（5）實時數據曲線顯示

　　監視設備重要參數的變化趨勢曲線，從而可以了解設備在一段時間的運行狀況。

　　（6）歷史趨勢畫面

　　功能與實時數據曲線類似，只是它顯示的是過去一段時間設備的運行參數值。

　　皖北礦務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，經濟效益顯著，深受用戶好評。