4现场总线系统应用

1、现场总线系统应用华东理工大学自动化系王学武主要内容现场总线应用情况现场总线应用中存在PROFIBUS典型应用FF 总线应用1 现场总线应用情况应用领域：现场总线技术的应用领域十分广泛，凡属设备间需要数据通信的场合都需要它。连续、离散制造业，如电力、冶金、纺织、造纸，过程自动化仪表；火车、汽车、轮船、机器人、数控机床；智能传感器楼宇自控、仓储；智能交通、环境监测（大气、水污染监测网络）农、林、水利、养殖等其技术与产品在工业控制计算机、测控板卡、仪器仪表、系统集成、应用系统等领域都有良好的发展前景：现场总线被视为基于PC、特别是基于工业PC的控制技术;各种工业控制计算机、测量控制板卡的供应商是现场

2、总线技术发展的重要力量;以现场总线技术产品的串行通信能力，发展具有数据通信能力的控制网络，对推广现场总线技术的应用、对推动测量控制领域的信息化，将起到积极作用;现场总线的技术发展有待业内（设备开发供应户）的共同努力 ;现场总线已经发展到推广应用阶段：健康发展;进一步推动企业应用;（1）各种现场总线激烈争夺的重要战场一些世界主要的现场总线组织设立分支机构，如：DeviceNet、Foundation Fieldbus、LonWorks、Profibus等。其它现场总线也由它的主要支持企业积极地推进或打算建立分支机构。如：et、AS-I、CAN、CC-Link、ControlNet、Etherne

3、和SDS等。RT、erBus、Modbus（2）现场总线的推广已经取得骄人业绩在特定领域获得广泛认同FF、HART、Profibus、Can、Ethercat，etc.（3）国内企业开发的产品开始投入使用一些国内企业在国家“九五”科技攻关项目或其它科技项目的支持下，完成了国产现场总线产品的开发。其中生产系统产品的有：浙大中控公司、北京和利时公司、华控技术公司、康泰克公司、冶金自动化、沈阳自动化研究所和工业自动化仪表等。采用的现场总线有：CAN、HART、Foundation Fieldbus、 LonWorks、Profibus等。生产智能现场检测仪表和执行器产品的有：自动化仪表、重庆公司、西

4、安仪表公司、华控技术公司、重庆自动化仪表和工业自动化仪表等；另有一批民营企业从前述企业现场总线模块，自行组装各种类型的现场总线仪表，这样的企业不少于30家。采用的现场总线有：HART、Foundation Fieldbus、LonWorks等。产品包括变送器、执行器、分析仪表等40余种基型产品。生产电器设备的有：电器科学及所联系的、企业等。采用的现场总线有：DeviceNet、Profibus等。2 现场总线应用中存在工程开锁比预料的大虽然各种现场总线都把节省费有和当成自己的主要优点，但是许多已经投入应用的企业反映，实际现场总线系统的开销比传统系统要大。这里可能有两个问题，一是试用的系统规模太

5、小，从制造商处得到的折扣少；二是试用的系统并不分散或者是利用原有布线的项目，因此无法充分发挥现场总线节省线缆的优势。调试和运行比预料的难由于现场总线技术包含许多新的技术内容，尤其是像FF这样的现场总线本身相当复杂，一引起企业由于方面的原因，在调试和运行时经常会遇到。这提示在选择系统集成商时，最好选择技术力量比较强，比较有经验的。有些系统与传统控制系统相比优点不明显以智能化现场仪表为基础的现场总线系统与传统系统相比具有校正等自动管理方面。有些小规模系统，没有把管理自动化和功能纳入系统，因此无法发挥现场总线系统降低运行费用的优势。在关键系统中不敢使用现场总线现在大多数企业在大系统、关键系统中不敢用

6、现场总线，因此要靠制造商和用户共同努力，靠实践来证明现场总线系统的可靠性。库阀门等。3 PROFIBUS典型应用PROFIBUS 在汽车生产中的应用ROFIBUS-PA在 WACKER（德国化工厂的应用PROFIBUS-PA在 bitburger啤酒厂的应用）Profibus-祁东煤矿井下系统PROFIBUS 在汽车生产中的应用例如，在 Bochum 的 GM (Opel) 工厂对每个车身，PROFIBUS-DP控制机器人处理2000多个焊接操作） PROFIBUS-DP 用在组装线上， 每天生产1200辆轿车） PROFIBUS-DP 用在冲压车间， 每天处理22000吨钢材在 OPEL 工

7、厂的网络结构示意图Opel InsigniaOpel SpeedsterROFIBUS-PA在WACKER（德国化工厂的应用）化工厂为什么选择PROFIBUS - PA？ 节省 50% 以上的规划、设计和安装成本 适应本质安全区安装 由于集中组态，容易维修仪器仪表和控制部门的Krummen对此评论：Mr.H.“由于PROFIBUS-PA 的使用，使新的生产线的设计、安装费用节省 超过2百万，此外，本质安全能力和一个组态工具对所有仪器仪表都适用，这就意味着PROFIBUS-PA完全符合所期望的准则。”PROFIBUS-PA在 bitburger啤酒厂的应用bitburger啤酒厂每年生产 350

8、,000 吨， 在欧洲是最大的比特堡啤酒-啤酒王国德国的佼佼者Bitburger为什么选择 PROFIBUS-PA？由于容易安装，节省成本由于集中组态，建立系统简单由于提高了准确性，工厂有更高安全性和有效性由于减少了，而节省成本由于是开放的国际标准，使投资安全Profibus-DP祁东煤矿井下系统井下胶带系统的硬件结构Profibus-DP被应用于皖北矿务局祁东煤矿井下胶带系统，硬件系统如图3所示，整个系统由上位机、Profibus-DP主站、Profibus- DP从站及其现场设备组成。Profibus-DP总线将所有设备连接起来。其中，Profibus-DP主站、Profibus-DP从站

9、均采用 SIMATICS7-300的模块系列，主站为CPU315- 2DP系列模块，从站为相应I/O模块。分布式 I/O 系统：本系统采用 ET200 通讯模块与 Profibus-DP 相连接， ET200 充分利用了 SIMATICS7-300 的模块系列，将所有的 S7- 300I/O 模块通过接口模板 IM153 与现场总线相连。I/O 模块下的执行器和传感器连接到现场设备， I/O 模块按主 / 从模式向现场设备提供输出数据并向 CPU 或上位机馈送输入数据.I/O模块属于 DP 从站。CPU 作为 DP 类型 1 主站，CPU 位于控制中心，本系统采用 CPU315-2DP 模块化

10、中型 PLC ，它具有强大的处理能力，并集成了 Profibus-DP 现场总线接口装置，同时还具有 0.3ms 处理1024 个语句的速度。PLC 程序在上位机的编程工具 STEP7中编译完成后到 CPU315，并在CPU315 中。 CPU315 可自动运行该程序，根据程序内容总线上的所有 I/O 模块的状态字，控制硬件设备。上位机 是 DP 类型 2 主站。本系统采用研华工控机作为上位机，通过现场总线接口卡 CP5611 使工控机与现场总线相连。这样工业 PC 机与现场总线网段就连接为能完成组态、运行、操作等功能的完整的控制网络系统。为了保证系统的稳定性，系统运用了双机冗余，将另一台工控

11、机通过同样的现场总线接口卡 CP5611 与现场总线相连，若其中一台工控机发生故障，另一台可继续运行。每个Profibus-DP系统包括以下三种不同类型的设备：(1)DP主站类型1它是Profibus-DP应用的中心，在一个规定的、重复的信息周期内，控制器或PC机与分布式从站(DP从站)交换信息。非循环传输的数据与循环的测量值相比不是经常变动的，因此这种数据与快速循环的有用数据一起传输，但它以较低的优先级传输。主站中的中断确认 保证由DP从站来的中断可靠传输。(2)DP主站类型2这种类型的设备(如编程器、组态设备或操作设备)用于DP系统的启动、组态或用于正常运行过程（如）中的系统操作。此类型的

12、主站可以 和组态数据。(3)DP从站由设备来的输入、输出、一个DP从站是一个I/O设备，它输入信息并向I/O提供输出信息，输入和输出信息数取决于设备类型，最大为244字节。井下胶带系统的结构结构部分包括 WindowsNT 操作系统、下位机编程、上位机。下位机编程本系统采用 SIMATICS7-300 的配套编程工具 STEP7 完成硬件组态、参数设置、 PLC 程序编制、测试、调试和文档处理。通常，用户程序由组织块 (OB) 、功能块 (FB 、 FC) 和数据块 (DB) 。其中， OB 是系统操作程序与应用程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序的运行。 FB 、 FC 是用户子程序。

13、DB 是用户定义的用于存取数据的 区，本系统中它是上位机与 STEP7 程序的数据接口点。在 MPI 中配置与其相对应的 DB 块就可实现上位机FIX 与STEP7 程序的数据接口上位机FIX 工控组态是由ellution 公司开发的基于 Windows9X&NT 的大型应用，它集控制技术、人机界面技术、图形技术、数据库技术、网络技术于一身，包含动态显示、趋势、控制策略、控制网络通信等组件，提供一个友好的用户界面，使用户可根据实际生产需要生成相应的应用。与 Profibus 现场总线的接口:(1) 数据流程 FIX 运用 I/O 驱动程序从设备中读写数据，每个 I/O 驱动程序支持其特定硬件。

14、对于本系统的 PROFIBUS 网络，采用 MPI 驱动程序获取其上数据。FIX 组态首先通过 MPI 驱动程序接口从现场的过程硬件中获取数据，存入 DIT 驱动程序映象表中 ( 驱动程序映象表在系统运行时实际上是一块内存区 ) ， FIX 的数据库(PDB) 通过 SAC 程序从 DIT 表中获取它所需的数据。应用( 如 FIX 的画面运行程序、报表生成程序等 ) 都通过数据库从 FIX数据库中获取来自过程硬件的信息，这样就可以实现在工业流程画面上动态地显示现场各过程硬件的运行状态，数据也可以按相反的顺序写回现场过程硬件，执行控制操作。相应的数据采集流程如图 4 所示。(2)MPI配置MPI

15、驱动程序的应用中很重要是STEP7和FIX的地址转换问题，在STEP7中设置的DB块应转换为MPI的DB块，这需要在MPI配置中实现。对MPI进行配置包括通道、设备、起始地址及其它一些参数，令MPI的DB块与STEP7中设置的DB块相对应，FIX的应用程序才能获取现场数据。用户界面开发本控制系统开发的人机接口界面有以下几种：(1)信息显示画面信息显示画面主要显示各胶带当前运行状态信息值，如当前胶带带速、储煤仓的仓位以及一些故障信息，如胶带跑偏、堵塞、打滑等，并可用不同的颜色来表示当前状态为正常还是异常。(2)设备控制画面尽管下位机程序能实现在现场总线上的和控制信号的输出，并实现控制等一些简单的

16、控制算法，但复杂的控制功能仍需要在上位机上实现人工控制，在画面中点击相应设备按钮就可对该设备进行单独控制。(3)实警处理对系统实时的数据进行判断，发出信号，并按技术要求进行处理并自动进行相应的设备控制，如对胶带故障信号的(4)报表打印及其恢复等。利用FIX的DDE功能开发出实表并具有随时打印功能。实时数据曲线显示监视设备重要参数的变化趋势曲线，从而可以了解设备在一段时间的运行状 况。历史趋势画面功能与实时数据曲线类似，只是它显示的是过去一段时间设备的运行参数值.皖北矿务局祁东煤矿井下胶带系统现已投入运行，设备运转情况良好，经济效益显著，深受用户好评。4FF 总线应用赛科：世界上最大的现场总线联

17、合工厂赛科石油化工公司是由中国、中国与英国BP公司以30：20：50的出资比例设立的中英合资公司，位于元。化学工业区内，总投资27.48亿美赛科公司在做出建造新型工厂的决定时，确立了三个目标：将联合装置建成一个世界级装置，降低中国对进口产品的依赖性；从进料到下游产品的生产效率进行全程自动控制；工厂应采用最先进的自动控制技术，确保公司在未来竞争中处于优势地位。4 FF 总线应用-赛科2003年赛科为其投资27亿的10套乙烯裂解装置 选择了艾默生作为数字自动化方案的合作伙伴。赛科选择艾默生的工程和项目管理对不同供应商进行整合和协调，使装置在仅仅27个月内从一片平地发展成为一个世界级的功能完备的工厂

18、，比计划提前了3个月。乙烯裂解厂于2005年3月顺利开车，仅用了10小时45分钟，在同等项目中创造了一个世界。4 FF 总线应用-赛科艾默生将PlantWeb架构数字控制系统结功应用于整个工厂中，是迄今为止世界上最大的现场总线系统，在工厂的20,000个控制设备中，有13,000多个是通过基于现场总线技术的网络连接进行数据传递、工艺控制和设备的。总体而言，自动控制系统包括48,000多个控制回路，大约166,000 I/O位号，约25,000个节点通过硬接线方式连接到自动控制系统，系统中的电缆数量超过70,000条。数字化结构集成了10套DeltaV系统，每套 DeltaV系统均提供了全局历史

19、数据库，并具备操作功能。这10套自动化控制系统均由一个控制室来实施控制。如果不采用现场总线系统，这将是无法实现的。PlantWeb架构数字自动控制技术的采用使赛科成为世界上最先进的联合工厂。赛科PlantWeb数字控制系统结构中控室操作对10套工厂进行交互操作FF 总线应用-赛科现场总线设备和系统具有诸多优点，包括其开放性以及资产智能管理。在为每道工艺选择最合适的仪表设备时，并非所有设备均由艾默生提供。集其它供应商设备于一体的PlantWeb现场总线结构系统显示出更大的适应性，因为自动控制系统是在开放、标准的上开发的，具有更广泛的工业设备应用范围。FF 总线应用-赛科现场总线技术能够确保智能现场设备基本控制功能的实现，因此决定将运算法则下装到最终控制节点阀门控制器。现场控制技术（CIF）提高了真正集散控制系统的可靠性，极大降低了自动控制系统和现场控制设备间的数据通讯负载，增强了系统的可靠性。FF 总线应用-赛科仅在阀门中执行单回路控制，而所有的复杂控制如串级控制和多变量策略均可在DeltaV数字自动控制系统中实现。控制功能模块可以在任何现场设备中实现，或在自动系统中实现，因为它是一个具备简便拖放菜单的。当我们对不断变更的工厂进行修改