基于現場總線的電加熱爐控制系統應用

1 引言

　　現場總線技術的興起和發展，為解決許多工業問題開辟了新的途徑：將現場總線技術與傳統控制方法結合，這樣就產生了基于現場總線的過程控制，它也成為了當前現場總線領域和過程控制領域共同的研究熱點。本文在PROFIBUS- DP現場總線基礎上，以電加熱爐為受控對象，設計了一種在現場總線技術下的過程控制方案。

2 PROFIBUS 現場總線的介紹

　　現場總線（Fieldbus）是用于過程自動化、樓宇自動化、家庭自動化等領域的現場設備互連的通信網絡，是現場通信網絡與控制系統的集成。

　　其中，PROFIBUS是當今國際上現場總線的一個重要的組成部分。根據國際標準化組織ISO7498 標準，PROFIBUS的協議結構以開放系統互聯網絡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現場總線標準是開放的、不依賴生產廠家通信系統標準，所以在各種工業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的現場總線標準。由分散和外圍設備PROFIBUS- DP （Decentralized Periphery）、報文規范PROFIBUS- FMS（Fieldbus message Periphery）、過程自動化PROFIBUS - PA （Process Automation） 組成了PROFIBUS系列。其中，PROFIBUS- DP用于設備級的高速數據傳送，中央控制器（如PLC、PC），通過高速串行線同分散的現場設備（如I/O, 驅動器, 開關等） 進行通信。PROFIBUS- DP具有快速、即插即用、高效低成本等優點。在用于現場層的高速數據傳送時, 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行組態、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現場總線中的一臺PC機作為主站，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總線的板卡式PLC控制器，可實現與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子S7-400控制器系列一致，板卡上同時集成了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斷電時也可以正常運行。同時，PC機上裝有編程組態軟件STEP7和監控組態軟件WinCC，構成控制主站。而通過PROFIBUS-DP現場總線連接至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信號線被準確地連接到ET200S上的AI、AO模塊上。

4 系統組態

　　完成設備連接后，將在PC上用SIEMENS STEP7軟件實現系統組態，過程如下。