基于PROFIBUS總線的渦輪增壓器生產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計

　　1 引言

　　現(xiàn)場總線是信息技術、網(wǎng)絡技術的發(fā)展在控制領域的體現(xiàn)，是自動化技術發(fā)展的熱點之一。因其具有數(shù)字化、開放性、分散性以及對現(xiàn)場環(huán)境的適應性等特點而獲得了非常廣泛的應用。目前，已逐漸成熟并對工業(yè)自動化進程形成影響的主要有PROFIBUS，HART，LONWORKS，F(xiàn)F等等。其中PROFIBUS總線是最為流行的現(xiàn)場總線技術之一，其產(chǎn)品廣泛應用于工業(yè)、電力、能源、交通等自動化領域。PROFIBUS是德國于90年代初制訂的國家工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標準,代號DIN19245。它是一種國際化的開放式現(xiàn)場總線標準,即EN50170歐洲現(xiàn)場總線標準。該標準為供應商和用戶的投資提供了最佳的保護并確保供應商的獨立自主性。PROFIBUS具體規(guī)定了串行現(xiàn)場總線的技術和功能特性,它可使分散式數(shù)字化控制器從現(xiàn)場底層到車間及網(wǎng)絡化。PROFIBUS分為主設備(主站)和從設備(從站)。主站決定總線上的數(shù)據(jù)通信。當主站得到總線控制權時,不用外界請求就可以主動發(fā)送信息。從站為外圍設備,典型的從站包括:輸入/輸出裝置、閥門、驅動器和測量變送器。它們沒有總線控制權,僅對接收到的信息給予確認或當主站發(fā)出請求時向它發(fā)送信息。

　　2 方案分析

　　渦輪增壓器實際上是一種空氣壓縮機，通過廢氣壓縮進入空氣來增加進氣量。當發(fā)動機轉速增快，廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應增加燃料量和調(diào)整一下發(fā)動機的轉速，就可以增加發(fā)動機的輸出功率。由于渦輪增壓器安裝在發(fā)動機的進排氣歧管上，處在高溫，高壓和高速運轉的工作狀況下，其工作環(huán)境非常惡劣，工作要求又比較苛刻，因此對增壓器的裝配技術要求很高。其中對壓氣端間隙、渦端間隙、軸向間隙、整體動平衡、整機檢漏和放氣閥開啟壓力和位移幾個參數(shù)的誤差要求控制在十幾個甚至幾個絲之內(nèi)。如用傳統(tǒng)的電氣儀表難以達到精度要求，同時抗干擾能力差;而且讓工人手工記錄并判斷是否在誤差范圍之內(nèi)，將大大降低工作效率。這正給Profibus現(xiàn)場總線提供了用武之地。Profibus 將底層檢測設備組成網(wǎng)絡，實現(xiàn)多點數(shù)字通信，同時和上位機組成網(wǎng)絡，為上位機提供數(shù)據(jù)支持;上位機將誤差范圍作為各個工位的工藝參數(shù)下載到各個工位，同時將數(shù)據(jù)放入指定的數(shù)據(jù)庫中，供各種查詢和技術分析之用。下面是某增壓器廠的裝配線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

　　3 系統(tǒng)結構

　　根據(jù)現(xiàn)場情況,我們采用西門子公司S7-400型承擔信號采集工作,又根據(jù)現(xiàn)場將要采集的信號位置分散的特點,采用了西門子公司Profibus現(xiàn)場總線中的遠程I/O即DP技術。各傳感器信號就近接入Profibus子站,這樣可以最大限度的減少現(xiàn)場接線工作,并且因為走線距離短,可以減少信號衰減和各種干擾對信號的影響。

　　系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡采用Profibus網(wǎng)絡, Profibus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡共有三種協(xié)議方式,分別為FMS,DP和PA。我們本次應用的為DP方式。DP網(wǎng)絡結構為主從結構,一條DP網(wǎng)可包含一個主站和最多126個從站, 網(wǎng)絡傳輸距離在不使用中繼器的情況下可達到1000米,傳輸速率從9.6Kbit/S一直到12Mbit/S可選。網(wǎng)絡傳輸速率達到12Mbit/S 時其傳輸距離最長為100米。

　　3.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡選型

　　考慮到上位機和上位機、上位機和主PLC、主PLC和從PLC進行信息交換，整個網(wǎng)絡系統(tǒng)由三層組成：

　　管理網(wǎng)絡(MIS)：采用基于TCP/IP的以太網(wǎng)，上位機和上位機之間的連接。

　　MPI網(wǎng)絡：采用通訊處理卡將主PLC和上位機相連。

　　DP網(wǎng)絡：這是最底層的網(wǎng)絡，將分散的數(shù)據(jù)采集站點連接起來，即主PLC和從PLC、觸摸屏之間的連接。

　　拓撲結構：現(xiàn)場的服務器是連接以太網(wǎng)和工控網(wǎng)的橋梁，它通過3COM交換機與以太網(wǎng)連接。

　　圖1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構圖

　　整個監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構如圖1所示。