PROFIBUS的干冰膨胀烟丝线网络监控系统.pdf

P R O FlB U S 的千冰膨胀烟丝线网络监控系统 张海超 秦皇岛烟草机械有限责任公司 河北省秦皇岛市海港区海阳路2 6 6 号0 6 6 0 0 4 摘要 本文讨论了P R O F I B U S 现场总线技术特点和结构 以西门子s 7 系列P L C 为基 础 着重分析了基于P R O F I B U S 总线的干冰膨胀烟丝线网络监控系统的构成及实现 介 绍了用W I N C C 实现上位机的监控 关键词 现场总线P R O F I B U SP L OE T 2 0 0 S T P 3 7W I N C C 一引言r 卷烟厂干冰膨胀烟丝线控制点比较多 控制结构复杂 并且要可靠稳定的长期运行 为此 考虑了基于现场总线的控制方式 基于现场总线技术的自动化控制技术是当今世 界自动化领域的热门课题 现场总线结构透明 开放 它实现了数字和模拟输入 输出模 块 智能信号装置和过程调节装置与可编程逻辑控制器和P C 之间的数据传输 把i o 通道分散到实际需要的现场附近 使安装和布线的费用开销减小到最小 从而使成本费 用大大的节省 另外 标准化的现场总线具有开放的通信接口 允许用户选用不同制造 商生产的分散I O 装置和现场设备 营口卷烟厂干冰膨胀烟丝线采用P r o f i b u s 总线系 统 P r o f i b u s 总线系统是一种不依赖厂家设备的开放式现场总线标准 符合E N 5 0 1 7 0 欧洲标准 世界上各主要的自动化技术生产厂家均提供具有P r o f i b u s 接口的没备 P r o f i b u s 现场总线是目前众多现场总线中较为著名的一种 二P R O F I B U S 总线 P r o f i b u s p r o c e s sf i e l db u s 是德国国家标准D I N l 9 2 4 5 和欧洲标准E N S O I O 的 现场总线标准 P r o f i b u s 的模型结构以I S 0 7 4 9 8 国际标准开放系统互连O S I 为参考模型 物理层定义了物理的传输特性 数据链路层定义了总线的存耿协议 它提供了从现场设 备直至管理层的透明网络 包括三种类型的总线形式 P r o f i b u s F M S P r o f i b u s D P P r o f i b u s P A 三个兼容版本 以适应高速和时阃要求苛刻的数据传输以及大范围的复杂 通信场合 在用户接口 F M S D P P A 各自定义了自己的行业规范 P r o f i b u s F M S 主要 用来解决车间级通用性的通信任务 处理P L C 和P c 的数据通信 F M S 服务提供了广泛的 应用和更大的灵活性 P r o f i b u s D P 是经过优化的高速和廉价的通信连接 是专门为自 动控制系统于分散的I 0 设备之间进行通信而设计的 P r o f i b u s D P 和P r o f i b u s F M S 使 用相同的传输技术和总线存取协议 因此 它们可以在同一根电缆上同时运行 P r o f i b u s P A 使用扩展的P r o f i b u s D P 协议进行数据传输 此外 它执行规定现场设备 特性的P A 设备行规 传输技术依据I E C l l 5 8 2 标准 确保本质安全和通过总线对现场 设备供电 使用段耦合器可将P r o f i b u s P A 设备很容易的集成到P r o f i b u s D P 网络中 P r o f i b u s P A 是为过程自动化工程中的高速 可靠的通信要求而特别设计的 P r o f i b u s 现场总线结构如图1 所示 图1P r o f i b u s 现场总线结构示意 三系统描述 营口卷烟厂干冰膨胀烟丝线 利用c 0 2 的物理特性 先用液态C o 浸渍烟丝 使液体 C 0 浸入烟丝细胞 然后通过降压等手段使C 0 在烟丝内部和表面形成干冰 通过文丘里 装置将其迅速吸入3 3 0 C 左右的热气流环境中 促使c 0 迅速升华将烟丝膨胀 其设备 按工艺布置分为四部分 是集机 电 液 气 压力容器 数显为一体的高新技术产品 它采用上位机 触摸屏及西门子S 7 4 0 0P L C 通过P r o f i b u s 现场总线技术 对全线设 备的阀门 电机启停等开关量及工艺设备所需的温度 流量 压力等模拟量信号进行处 理及自动控制 各信号之间互相联系 实现连锁 从而使全过程的各种工艺参数一直处 于最佳状态 营口卷烟厂干冰膨胀烟丝线包括 进料端设备控制系统 冷端设备控制系统 热端 设备控制系统 出料端设备控制系统 四监控网络的构成和实现 由于本系统设备复杂多样 整个监控网络分为设备控制层和管理控制层两层网络结 构 具体结构如图2 所示 图2 监控网络的构成 4 1 设备控制层网络 干冰膨胀烟丝线现场设备控制层采用P L C 与P r o f i b u s D P 总线控制 每个设备控制 单元各自采用独立的P L C 控制 P L C 采用西门子的S 7 4 0 0 S 7 3 0 0 可编程控制器 4 1 1 进料端设备控制单元 进料端的主要设备有储柜 喂料机 振槽 皮带机等 电机 传感器和执行器比较 多且分散 因此 本段系统采用主从站结构 7 4 0 0P L C 为主站 E r 2 0 0 S 变频调速器 s 7 3 0 0 等为从站 主站在总线上向从站发送数据并向从站索取数据 从站只有当主站发 出请求时才能和主站进行数据交换 从站必须设置D P 地址 区分各个从站 从站的最 高站址为3 1 各设备的控制点接进临近的分布式I OE T 2 0 0 S 中 通过E T 2 0 0 S 分布式输 入 输出系统与现场设备之间实现双向串行多节点数字通信 变速电机采用西门子变频 调速器调速 通过西门子变频调速器实现对电机的实时控制 分散的现场设备以 P r o f i b u s D P 总线形式连接成可以相互沟通信息 共同完成控制任务的网络系统 形成 控制功能彻底下放到现场的全分布网络集成式新型控制系统 在S T E P 7 中调用本段项目的H WC o n f i g 程序 组态系统硬件 完成D P 网络配置 进 入s 7 4 0 0 站的 H WC o n f i g 窗口 选中 P r o f i b u s O PM a s t e r 打开硬件目录 选 择 P r o f i b u s D P 文件夹 打开E T 2 0 0 S 标签 选中对应的I M l 5 1 拖到s 7 4 0 0 主站的 P r o f i b u s D PM a s t e r 上 自动打开E T 2 0 0 S 的网络组态窗口 配置网络参数 设置 D P 地址 单击 O K 完成 双击E T 2 0 0 S 图标 打开硬件组态窗口 单击I M l 5 1 标签 打开I M l 5 1 项内容 根据所用硬件进行E T 2 0 0 S 系统组态 其他E T 2 0 0 S 从站组态 依此 类推 注意各E T 2 0 0 S 从站站址不同 在主站 H W C o n f i g 窗口 单击 o p t i o n 菜单 选中 i n s t a l ln e w G S D 添加变频调速器的G S D 文件 根据屏幕提示完成 选中S 7 4 0 0 主站的 P r o f i b u s D PM a s t e r 打开硬件目录 选择 P r o f i b u s D P 文件夹 选择 A d d i t i o n a lF i e l dD e v i c e s 文件夹 打开 D r i v e s 选中 M i c r o m a s t e r 4 拖到 S 7 4 0 0 主站 P r o f i b u s D PM a s t e r 自动打开变频调速器的网络组态窗口 配置网络 参数 设置D P 地址 双击变频调速器图标 打开硬件组态窗口 配置硬件为 P P O I 形式 通过 S F C l 4D P R D D A T 数据读取和 S F C l 5D P W R D A T 数据写入 完成P L C 和 变频调速器间的数据通信 其他变频调速器从站组态 方法一致 确保各从站地址不同 4 1 2 冷端设备控制单元 冷端设备控制单元 主要对浸渍系统的阀门和电机进行实时控制 通过三台T P 3 7 触摸屏对设备进行可视化直观控制 三台T P 3 7 触摸屏挂于P r o f i b u s D P 总线上 打开T P 3 7 编程软件P r o t o o l 对其进行软件组态 展开项目 双击 c o n t r o l l e r 标签 根据提示设置参数 设置T P 3 7 触摸屏为D P 网络通信模式 配置它的D P 网址 添入与之连接的主站P L C 的C P U 地址数 槽位数以及P L C 的机架代号 下载到T P 3 7 触 摸屏中 主站S 7 4 0 0 在C P U 中组态出D P 网络结构 设置网络传输速率 配置c p U 的地 址 实现T P 3 7 触摸屏和主站P L C 间的通信 变频调速器配置P r o f i b u s D P 网络的方法 与进料端的配置方法一致 不再赘述 4 1 3 热端设备控制单元 本段系统控制设备有燃烧炉 升华装置和回潮装置 其中关键的燃烧炉温度采用 7 3 0 0 控制 并将其作为一个从站 通过P r e f i b u s D P 和主站S 7 4 0 0 进行数据通信 s 7 3 0 0 和S 7 4 0 0 各自具有独立的计算处理功能 通过D P 网组成主从站时 需要建立彼 此的地址映射区域 在系统的硬件组态时完成 主从站之间通过 S F c l 4D P R D D A T 数 据读取和 S F C l 5D P W R D A T 数据写入两个系统功能 对地址映射区域进行读写 完成 数据通信 在S T E P 7 中调用本段项目的H WC o n f i g 程序 组态系统硬件 完成D P 网络配置 本 段项目中配置S l f f A T I C4 0 0S T A T I O N S I f f A T I C3 0 0S T A T I O N 两个站 打开S I f f A T I C3 0 0 站 进入 H WC o n f i g 双击C P U 中 D P P r o p e r t i e s P R O F I B U SN o d eD PM a s t e r 窗口打开 在 N e t w o r ks e t t i n g s 标签上设置P r o f i b u s 地址 在 O p e r a t i n gM o d e 标签中选择 D P S l a v e 将其设为从站 到 C o n f i g r a t i o n 标签 定义D P 从站的接 口参数和特性 为主从通信对D P 从站配置映射输入 输出区域 点击 o K 返回S I M A T I C 3 0 0 站H 1 C o n f i g 主屏幕 完成从站配置 进入S I M A T I C4 0 0 站的H wC o n f i g 窗口 选 中 P r o f i b u s D PM a s t e r 打开硬件目录 选择 P r o f i b u s D P 打开 c o n f i g u r e d s t a t i o n s 文件夹 拖动C P U 3 1 X 一2 D P 到S I M A T I C4 0 0 站的 P r o f i b u s D PM a s t e r 上 D Ps l a v ep r o p e r t i e s 窗口自动打开 在 c o c n f i g u r a t i o n 标签上选中列表中的 s I M A T I C3 0 0 站 使用 c o n n e c t 按钮将此站连接到S I M A T I C4 0 0 的D P 主站系统 最 后 转到 c o n f i g u r a t i o n 标签 登入主站映射输入 输出地址 务必确保对D P 主站 的一个输出区域分配给D P 从站的一个输入区域 反之亦然 完成主从站问地址映射 点击 0 K 完成主从站的硬件配置 变频调速器配置P r o f i b u s D P 网络的方法与进料 端的配置方法一致 不再赘述 迸料端和出料端控制系统中的S 7 3 0 0 亦作为从站 与热端的配置方法相同 不再赘 述 4 1 4 出料端设备控制单元 出料端设备结构类型与进料端类似 因此和进料端采用相同的控制方法 不再赘述 4 2 管理控制层网络 管理控制层网络完成的是设备层和上位机之间的通讯 通过P r o f i b u s F M S 总线控制 系统完成 设备层每台S 7 4 0 0 主站中有C P 4 4 3 5 b a s i C 通讯模块 管理层上位机中有 C P 5 6 1 3 通讯卡 它们遵循F M S 协议 组态设备控制层各S 7 4 0 0 站时 将C P 4 4 3 5 b a s i c 设置成P r o f i b u s 网络形式 并配置网络地址 确保各站址不重复 设置相同的传输速 率 组态上位机 在工控机扩展槽插入C P 5 6 1 3 通讯卡 安装S I M A T I CN E T 软件 完成 对C P 5 6 1 3 的配置 通过屏蔽网线和设备控制层各个S 7 4 0 0 站组成监控网络 实现上位 机对设备的监控 上位工控机中选用西门子S I M A T I CW i n c c 作为工控组态软件 W i n c c w i n d o w s c o n t r o lc e n t e r 是西门子公开发行的全3 2 位的分布自动化控制组态软件 作为一个 监控组态软件具有强大的功能和高度的开放性 可使用户设计出界面良好的功能完善的 监控系统 并且由于它能够在W i n d o w s 标准环境下利用W i n d o w s 的便利功能 可大为缩 短开放生成过程软件包的时间 W i n c c 软件主要包括数据采集和数据管理两个基本功能 数据采集是指从现场采集数据并进行相应处理 采集主要由作为现场控制站的P L C 完成 数据管理是把从现场采集得到的数据进行处理 分析 并把它保存到相应数据库中 现场的生产数据经P L C 采集 通过P r o f i b u s 总线传送到上位机 在W i n c c 中以图形 图表的形式反映出来 操作人员通过W i n