基于PROFIBUS現場總線技術的鈷-60集裝箱檢查控制系統

作為當前自動化領域最熱門的技術之一，現場總線仍處在不斷的發展中，現在已經出現了許多種現場總線標準，如PROFIBUS、LonWorks、CAN、HART等。由不同行業發展起來的現場總線產品技術水平各不一樣，應用范圍和前景也各不相同，現在仍沒有國際統一的現場總線標準。因此，在采用該技術進行實際的控制系統設計時，必須綜合考慮各方面的因素，使所選擇的產品滿足系統的實際需要，并符合技術發展的主流。

鈷－60集裝箱檢查系統是一種利用數字輻射成像原理的大型射線無損檢測設備，為了保證環境的輻射安全和系統穩定運行，對控制系統的安全性和可靠性要求非常高。綜合比較世界上幾種較為流行的現場總線，選用了德國西門子公司基于PROFIBUS總線的S7系列PLC產品，建立起功能完備、技術先進的集裝箱檢查控制系統。

一、PROFIBUS概述

PROFIBUS作為符合歐洲標準EN50170的現場總線系統，是一種國際性的開放式的現場總線標準，由西門子、ABB等十幾家公司和德國技術部共同推出，是目前國際上推廣速度最快、用戶最多、應用范圍最廣、最有發展前景的現場總線.PROFIBUS總線對ISO/OSI模型的七層通信體系結構進行了優化，只有物理層、數據鏈路層和應用層，這種流體型結構確保了數據傳輸的快速性和有效性。PROFIBUS總線包括PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA三個兼容版本。其中DP協議主要用于分布式控制系統的高速數據傳輸，最高傳輸速度可達1.5Mbps，尤其適合自動化控制領域的應用。

PROFIBUS可使分散式數字化控制器從現場底層到車間級網絡化，系統分為主站和從站，是一種單主站、多從站的網絡結構。主站決定總線的數據通信，可以主動發送信息。從站為外圍設備，如輸入輸出設備、驅動器等，它們沒有總線控制權，僅對接收到的信息給予確認或當主站發出請求時向它發送信息。

二、系統結構

由清華大學核能技術設計研究院開發研制的鈷－60集裝箱檢查系統利用了γ射線與物質相互作用的原理，以移動式60Co工業γ照相機作為放射源。放射源發射出的γ射線束穿過被檢物體后，進入陣列探測器轉化為與射線強度成正比的電信號，經過前置放大器放大、信號采集電路完成A/D變換后送到數據采集機，得到反映集裝箱內物體分布情況的二維投影圖像。鈷－60集裝箱檢查系統包括射線源、準直器、陣列探測器、電子學系統、數據采集機、圖像處理系統、控制系統等部分組成如圖1所示。

控制系統是鈷－60集裝箱檢查站的重要組成部分之一，它協調各子系統的運作，并保證整個鈷－60集裝箱檢查系統的正常運行。控制系統主要包括拖車的運行控制、圖像數據采集控制、射線源快門控制、安全聯鎖控制和系統運行監控等部分。控制系統按功能可劃分為三個層次：現場設備層、設備控制層和管理監控層，其結構圖如圖2所示。下面對這三個層次進行具體介紹。

1、現場設備層：由各種傳感器和執行機構組成，主要包括光電傳感器、地感線圈、行程開關等現場信號輸入設備和變頻器、電機、數據采集機等運行設備。這些輸入輸出設備作為S7-215的I/O點接入現場總線。