毕业设计-profibus-dp在多台交流电机控制系统中应用_secret.doc

毕 业 论 文（2008届）题 目PROFIBUS-DP在多台交流电机控制系统中应用 学 院 专 业 电气自动化技术 班 级 学 号 学生姓名 指导教师完成日期 2008.4.20 目录绪论 现场总线Profibus的引入 文章主要的工作 第一章 PROFIBUE-DP系统工作过程 1.1 主站和从站的初始化1.2 总线令牌环的建立1.3 主站与从站通信的初始化第二章 Profibus-DP通信协议规范2.1 PROFIBUS-DP（RS-485）物理层2.1.1数据传输结构与连接2.2PROFIBUS-DP（光缆）物理层2.2.1 OLM技术 2.2.2 OLP技术 2.2.3 集成光缆连接 第三章 Profibus-DP通信数据连接层规范 3.1 帧的结构与帧格式 第四章 PROFIBUS-DP多电机交流控制系统 4.1 多电机交流控制系统的硬件组构及其现场 4.2 多电机交流控制系统的软件设计 4.2.0 多电机交流控制系统的软件流程 4.2.1 多电机交流控制系统的逻辑控制原理 4.3 变频器的闭环控制原理 第五章 组态监控 5.1 电机组态监控系统 5.2 系统网络监控设计 5.3 网络监控实现 结束语参考文献绪论信息技术的飞速发展导致了自动化领域的深刻变革，并逐步形成了网络化的、全开放式的自动化控制体系结构，而现场总线正是这场深刻变革中最核心的技术。现场总线控制系统FCS是继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、DDC、DCS之后的新一代控制系统，它代表着工业控制网络技术发展方向。由于它适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化发展的方向，给自动化系统的最终用户带来了更大的实惠和方便，并促使了目前生产的自动化仪表、集散控制系统、可编程控制器产品面临体系结结构、功能方面的重大变革，导致工业自动化产品的又一次更新换代。因此它成了全球工业自动化技术的热点，并使行业产品的变革，该项技术的开发，可以带动工业控制、楼宇自动化、仪表制造、计算机软硬件等产品更新换代，被誉为跨世纪的自控新技术。所谓的现场总线是指将现场设备（数字传感器、变送器、仪表与执行机构）与工业过程控制单元、现场操作站等互联而成的计算机网络，它具有全数字化、分散、开放、双向传输和多分支等特点。是工业现场级的产物。PROFIBUS是唯一全集成H1（过程）和H2（工厂自动化）的现场总线解决方案，是一种国际化的不依赖于设备制造商的开放式现场总线标准。它是广泛应用于制造工业自动化，流程自动化，楼宇自动化以及交通、电力等其他自动化领域采用PROFIBUE标准系统，不同制造商所生产的设备不须对其接口进行特别的调整就可通讯，PROFIBUE可用于高速并对时间有苛刻要求的数据传输，也可以用于大范围的复杂通讯场合。 现场总线Profibus的引入标准场总线ProfibusDP的硬件由主设备、从设备、网络网路等三部分组成。其中主设备用以控制总线上的数据传输，且在没有提供外部请求时发送信息和被授权可访问总线；从设备是相对于主设备而言较为简单的外部设备，且未被授权访问总线；网络网路如传输介质和网络链接器，前者如屏蔽双绞电缆构成电气网络、用塑料或玻璃纤维光缆构成的光纤网络、或是基于两种媒介之间由OLM转换的混合网络，后者如RS485总线连接器、RS485总线终端、RS485中继器、光链路模块OLM等。在多电机交流控制系统中，存在着电机控制点、各交流变频器分布线长而且分散的特点，采用现场总线技术可以在控制室内和现场操作台各装设分布式I/O模块，联成总线网络，以数字方式来进行控制数据的串行传输，这样一来，控制系统将具有更佳的抗干扰能力，所提供给变频器的参考值亦比较精确。文章主要的工作1.PROFIBUS-DP系统工作的过程以及内部原理2.PROFIBUS-DP对多台电机控制以及组态监控第一章 PROFIBUE-DP系统工作过程1.1 主站和从站的初始化上电后，主站和从站进入Offline状态，执行自检。当所需要的参数的被初始化后，主站开始监听总线令牌，而从站开始等待主站对其设置参数。1.2 总线令牌环的建立主站准备好进入总线令牌环，处于听令牌状态。在一定的时间内总线上没有信号的传递，就开始生成自己的令牌并初始化。然后对该全方面的地址的状态询问。根据收到的应答的结果确定主站表和本主站所管理的范围GAP。1.3 主站与从站通信的初始化DP系统工作的过程如下图所示，在主站可以与DP从站设备交换用户数据之前，主站必须设置DP从站的参数并配置此从站的通信接口，因此主站首先检查DP从站是否在总线上。如果在，则主站检查从站准备的情况。如果DP从站报告它已准备好接受参数，则主站给DP从站设置参数数据并检查通信接口的配置，DP从站将分别给予确认。收到从站的确认回答后，主站再请求从站诊断数据以查明从站是否准备好进行用户数据交换。只有这些正确完成后，主站才能开始循环地与DP从站交换用户数据。在上述过程中，交换了下述3中数据。 1.3.1参数数据 参数数据包括预先给DP从站的一些本地和全局参数以及一些特征和功能。参数报文的结构除了包括标准的规定以外，必要的时还包括DP从站和制造商特有的部分。参数不能超过244个字节，重要的参数包括状态参数、看门口定时器参数、从站制造商的标示、从站分组及用户定义的从站参数等。1.3.2 通信接口配置数据 DP从站的输入/输出数据的格式通过标识符来描述。标识符指定可在用户数据交换的输入/输出字节的长度以及数据的一致刷新要求。在检查通信接口配置时主站发送表示付给DP主站，以检查在从站中实际存在的输入/输出区域是否与标识符所设定的一致。如果一致。则可以进入主站从用户数据交换阶段。1.3.3 诊断数据 在启动阶段，主站使用诊断请求报文来检查是否存在DP从站和从站是否准备接收报文。由DP从站提交的诊断数据包括符合标准的诊断部分以及此DP从站专用的外部诊断信息。DP从站发送诊断报文告知DP主站它的运行状态、出错时间以及原因等。1.3.4用户的交换数据通信 如果前面所说的过程没有错误而且DP从站的通信接口配置与主站的请求相符，则DP从站提交的诊断报文报告它已为循环地交换用户数据做好准备。DP从站报告出现诊断报文的流程如下图。 第二章 Profibus-DP通信协议规范 PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准，以OSI作为参考模型的。如下图PROFIBUS-DP定义了第1、2层和用户接口。第3到7层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP系统的设备行为特性。PROFIBUS-DP的协议结构 用户层PROFIBUS-DP设备行规PROFIBUS-DP基本功能和扩展功能PROFIBUS-DP用户接口（直接数据链路映射程序DDLM）第37层空第2层（数据链路层）现场总线数据链路层（FDL）FMA1/2第一层物理层物理层（PHY）2.1 PROFIBUS-DP（RS-485）物理层 根据EIA-485标准，下表所列出符合PROFIBUS-DP规范的两种电缆规格。 电缆规格电缆参数A型B型阻抗135165(f=3MHz20MHz)135130(f100kHz)电容30pF/m QW0(Receiver buffer);IW0 -V5008 (Sender buffer)。（5）WIN侧的组态。 打开WINCC在“tag manage ment”中添加Profibus-DP协议，如图5.5所示:图5.5 组态WINCC(6) 在DP协议下，添加新的连接，设置连接DP从站地址。(7) 配置系统参数。选择CP5412(A2)board 1，在右键菜单中选择“system parameters”设置系统参数，如图5.6所示:图5.6 设置系统参数 (8) 添加变量Tag，连接输入地址，如图5.7所示:图5.7 添加变量Tag这样，就完成了WINCC与ET200之间的连接Profibus-DP连接。 5.3 系统网络监控实现 基于Profibus DP组成网络，通过WINCC进行系统组态实现车间并条机的网络监控系统，可以对生产过程中的棉条的喂入速度、输出速度、自调匀整率和棉条的条干历史趋势图进行显示。并对主电机、伺服电机、换筒电机、风机，以及运行各种故障进行报警。由于监视屏上的流程图是根据生产流程而画出的，可以使操作人员一目了然，给维护人员也带来了方便。该监控系统主要可实现以下功能:(1) 远程控制功能:通过在上位机上的简操作，可以实现对每台机的重要参数进行修改。(2) 实时监控:实时显示车间各台并条机运行状态，同时能实时显示生产产量状况。(3) 实时数据采集与数据分析功能:上位机实时地进行现场数据采集，并经算法处理把结果显示在监控见面。尤其能实时显示每台并条机左右眼输出棉条的条干分析趋势图。(4) 报表生成功能:能自动生成事件报表和产量报表，方便用户查看数据。(5) 打印功能:能对每台并条机输出棉条的条干曲线、事件报表和产量报表等用户所关心的数据和信息进行打印。 (6) 故障报警功能:能立即显示并条机当前产生的故障，同时在事件报表中能查询历史故障信息。(7) 紧急应急处理，如果有机台发生严重危险故障时，且来不及到车间去处理，可以在监控画面操作急停按钮停止系统工作以保证重要设备及人身安全。5结束语本系统用Profibus-DP网络技术实现了分布式监控系统，大大降低了现场信号连接的工作量和费用，提高了信号传输精度和灵活性，降低了系统成本，给安装、调试和设备维护带来了方便。随着现代信息技术、计算机技术和自动化控制技术的不断发展，相信基于PROFIBUS-DP的现场总线技术不仅会为本系统中生产效益的提高做出贡献，更会为多工厂实现生产调度全集中监控和整个企业的全集成自动化带来更广阔的前景。通过对本系统的建构，能广泛应用于小型浆纸厂、粉末加工厂、楼宇水泵控制、传送带控制等领域。由于它通过一种开放式、具有IEC标准的现场总线Profibus系统进行组构，因此具有（1）低柔性的修改和扩展功能；（2）实现分布式控制，提高系统的响应速度，提高控制精度；（3）降低系统的不可靠性，增强可维护的功能。 参考文献:1. 王树青，元英进生化过程自动化技术