基于現(xiàn)場總線的電加熱爐控制系統(tǒng)應(yīng)用

1 引言

　　現(xiàn)場總線技術(shù)的興起和發(fā)展，為解決許多工業(yè)問題開辟了新的途徑：將現(xiàn)場總線技術(shù)與傳統(tǒng)控制方法結(jié)合，這樣就產(chǎn)生了基于現(xiàn)場總線的過程控制，它也成為了當(dāng)前現(xiàn)場總線領(lǐng)域和過程控制領(lǐng)域共同的研究熱點(diǎn)。本文在PROFIBUS- DP現(xiàn)場總線基礎(chǔ)上，以電加熱爐為受控對象，設(shè)計(jì)了一種在現(xiàn)場總線技術(shù)下的過程控制方案。

2 PROFIBUS 現(xiàn)場總線的介紹

　　現(xiàn)場總線（Fieldbus）是用于過程自動化、樓宇自動化、家庭自動化等領(lǐng)域的現(xiàn)場設(shè)備互連的通信網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成。

　　其中，PROFIBUS是當(dāng)今國際上現(xiàn)場總線的一個(gè)重要的組成部分。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO7498 標(biāo)準(zhǔn)，PROFIBUS的協(xié)議結(jié)構(gòu)以開放系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)OSI為參考模型，采用了該模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層作為用戶接口，隱去了第3～7層，而增加了直接數(shù)據(jù)連接擬合。由于PROFIBUS現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)是開放的、不依賴生產(chǎn)廠家通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，所以在各種工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。

　　PROFIBUS是德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。由分散和外圍設(shè)備PROFIBUS- DP （Decentralized Periphery）、報(bào)文規(guī)范PROFIBUS- FMS（Fieldbus message Periphery）、過程自動化PROFIBUS - PA （Process Automation） 組成了PROFIBUS系列。其中，PROFIBUS- DP用于設(shè)備級的高速數(shù)據(jù)傳送，中央控制器（如PLC、PC），通過高速串行線同分散的現(xiàn)場設(shè)備（如I/O, 驅(qū)動器, 開關(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(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送時(shí), 主站周期地讀取從設(shè)備的輸入信息并周期地向從站設(shè)備發(fā)送輸出信息。除周期性數(shù)據(jù)傳輸外, PROFIBUS- DP 還提供了智能化設(shè)備所需要的非周期性通訊以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報(bào)警處理。

3 電加熱爐監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　如圖1所示，本控制系統(tǒng)主要由PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線中的一臺PC機(jī)作為主站，西門子ET200S作為從站，通過它連接受控對象。其中在PC機(jī)內(nèi)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總線的板卡式PLC控制器，可實(shí)現(xiàn)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(kuò)展板選件用于提供獨(dú)立于PC電源的供電，使WINAC SLOT在PC斷電時(shí)也可以正常運(yùn)行。同時(shí)，PC機(jī)上裝有編程組態(tài)軟件STEP7和監(jiān)控組態(tài)軟件WinCC，構(gòu)成控制主站。而通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線連接至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(zhí)行器的操作信號將通過信號線被準(zhǔn)確地連接到ET200S上的AI、AO模塊上。

4 系統(tǒng)組態(tài)

　　完成設(shè)備連接后，將在PC上用SIEMENS STEP7軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)，過程如下。