PROFIBUS在紙漿白度控制應(yīng)用

1.前言

　　我們新研制出一種用于紙漿白度測(cè)定的智能白度儀，該儀表采用西門子公司生產(chǎn)的S7-224 CPU結(jié)合軟件功能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，具有較好的可靠性、重復(fù)性、精確度和穩(wěn)定性。為了使其能與其它智能設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)通信，我們將通過現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)把它連接到網(wǎng)絡(luò)中，使它成為造紙廠現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的一部分。

2.現(xiàn)場(chǎng)總線的選擇

　　2.1現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的選擇

　　現(xiàn)場(chǎng)總線集控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)于一體，是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。這項(xiàng)技術(shù)可將多個(gè)智能控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分布式計(jì)算機(jī)控制，提高檢測(cè)和控制精度，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)安全性，從而得到了廣泛的應(yīng)用。

　　近年來，幾種有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已在一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域里顯示出各自的優(yōu)勢(shì)。在此，我們選定了現(xiàn)為德國和歐洲標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS（Process Fieldbus）現(xiàn)場(chǎng)總線。一方面由于它是目前數(shù)據(jù)傳輸率最快的一種現(xiàn)場(chǎng)總線，傳輸率最高可達(dá)12Mbps，另一方面它能夠很好的與西門子的傳動(dòng)設(shè)備相配合，并與西門子PLC（Programmable Logic Controller）結(jié)合緊密且組態(tài)簡(jiǎn)便。

　　2.2 PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介

　　參照ISO/OSI參考模型,PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線只包含物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。由PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS， PROFIBUS-PA組成PROFIBUS系列。

　　PROFIBUS-DP：經(jīng)過優(yōu)化的高速、廉價(jià)的通信連接，專為自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)分散I/O之間通信設(shè)計(jì)，使用PROFIBUS-DP模塊可取代價(jià)格昂貴的24V或0～20mA并行信號(hào)線。用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸。

　　PROFIBUS-FMS ：解決車間級(jí)通用性通信任務(wù)，提供大量的通信服務(wù)，完成中等傳輸速度的循環(huán)和非循環(huán)通信任務(wù)，用于紡織工業(yè)、樓宇自動(dòng)化、電氣傳動(dòng)、傳感器和執(zhí)行器、可編程序控制器、低壓開關(guān)設(shè)備等一般自動(dòng)化控制。

　　PROFIBUS-PA專為過程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)安全的傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了IEC1158-2中規(guī)定的通信規(guī)程，用于對(duì)安全性要求高的場(chǎng)合及由總線供電的站點(diǎn)。

　　本設(shè)計(jì)中采用的是PROFIBUS-DP標(biāo)準(zhǔn)，PROFIBUS-DP（或DP標(biāo)準(zhǔn)）是由歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170定義的一種遠(yuǎn)程I/O通信協(xié)議。DP表示分布式外圍設(shè)備，亦即遠(yuǎn)程I/O。PROFIBUS-DP還用到了應(yīng)用層接口（ALI），ALI將過程對(duì)象轉(zhuǎn)換為通信對(duì)象。

3.智能白度儀原理簡(jiǎn)介

　　智能白度儀在結(jié)構(gòu)上主要由光學(xué)通路和測(cè)量電路兩大部分組成。光學(xué)通路部

　　分主要包括光源、聚光鏡、濾光片、光電池、光纖等光學(xué)元器件，采用了差動(dòng)測(cè)量光路，用雙光路進(jìn)行補(bǔ)償。在光源照射下輸出兩路光電流，一路作為測(cè)量光電流IX，另一路為補(bǔ)償光電流IR。測(cè)量電路部分由西門子公司的S7-200 PLC系列的CPU 224、模擬量擴(kuò)展模塊EM 235、顯示部分組成。工作時(shí)傳感器直接裝在洗漿機(jī)上，通過測(cè)量洗漿機(jī)上漿餅的白度來獲得紙漿白度。CPU 224對(duì)傳感器的輸出進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，結(jié)果送入顯示器，同時(shí)，為達(dá)到對(duì)紙漿白度的監(jiān)控，把儀表接入PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中。整個(gè)儀表框圖如圖1所示。

4.網(wǎng)絡(luò)組成

　　4.1 硬件配置

　　選用S7-315-2DP作為PROFIBUS主站，EM 277作PROFIBUS的從站。EM 277經(jīng)過串行I/O總線連接到S7-224 CPU。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過其DP通信端口，連接到EM 277 PROFIBUS-DP模塊。HMI通過EM 277監(jiān)控S7-224。編程器或PC通過EM 277對(duì)S7-224編程，編程軟件選用STEP 7-Micro/WIN。此網(wǎng)絡(luò)支持9.6K到12M的波特率。同時(shí)S7-315-2DP連接到以太網(wǎng)完成人機(jī)交互控制、數(shù)據(jù)監(jiān)視記錄和報(bào)表統(tǒng)計(jì)等工作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。