1 引言
現(xiàn)場(chǎng)總線融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù),使各種檢測(cè)、控制系統(tǒng)元件或裝置直接掛在總線上，可大量降低控制系統(tǒng)的安裝成本、維修成本和運(yùn)行費(fèi)用。其中Profibus有較廣的制造基礎(chǔ)和較多的使用經(jīng)驗(yàn)，它的應(yīng)用領(lǐng)域包括加工制造、過(guò)程和建筑自動(dòng)化，已成為國(guó)際化的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。與以前的集散型控制系統(tǒng)(DCS)相比，基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)(FCS)具有突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。FCS采用雙絞線、光纜或無(wú)線電方式傳送數(shù)字信號(hào)，從而大量削減現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室之間一對(duì)一連接的導(dǎo)線，節(jié)省安裝費(fèi)用，提高可靠性和抗干擾能力，增強(qiáng)控制精度。由于采用了統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家的產(chǎn)品在硬件、軟件、通信規(guī)程、連接方式等方面互相兼容，使系統(tǒng)具有開放性，這對(duì)用戶的操作、維修、擴(kuò)展都是十分有利的。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身可完成自動(dòng)控制的基本功能，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)總線已構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。
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2 系統(tǒng)控制方案與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
2.1 閘門系統(tǒng)過(guò)程參數(shù)及對(duì)監(jiān)控的要求
閘門由兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)拖動(dòng);監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有現(xiàn)場(chǎng)/遠(yuǎn)方可切換控制模式;通過(guò)改變電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中的串接電阻可使閘門以三種速度升降;閘門提升離開底坎200mm時(shí)，電機(jī)停，等到閘門前后的水位平衡后，電機(jī)再重新啟動(dòng)提升閘門至希望位置。在閘門升降過(guò)程中，監(jiān)控系統(tǒng)要隨時(shí)檢測(cè)閘門的位置，并應(yīng)有較高的檢測(cè)和控制精度;同時(shí)，閘門監(jiān)控系統(tǒng)要監(jiān)視負(fù)載電流;在電機(jī)或閘門啟閉機(jī)械過(guò)載時(shí)，應(yīng)有相應(yīng)的報(bào)警輸出，并在現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)方兩種方式下都能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的監(jiān)控。
2.2 電氣原理設(shè)計(jì)
根據(jù)閘門的控制要求，系統(tǒng)主回路和部分控制回路設(shè)計(jì)如圖1所示。
項(xiàng)目選用了西門子公司的S7-300PLC控制器，CPU用CPU315-2DP，配置一個(gè)通信處理器CP342-5作為Profibus-DP系統(tǒng)的主站;旋轉(zhuǎn)編碼器選用德國(guó)ifm公司的絕對(duì)位置型旋轉(zhuǎn)編碼器RM3005，不僅具有普通多轉(zhuǎn)編碼其性能，而且保持相同的最大分辨率(8192脈沖/轉(zhuǎn)，4096轉(zhuǎn))，增添了Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)的特性，作為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的從站可省去閘門監(jiān)控系統(tǒng)常規(guī)設(shè)計(jì)中的多個(gè)輸入/輸出接口,如:閘門上升和下降檢測(cè)，閘門的上下限檢測(cè),閘門到位檢測(cè)等。選用觸摸屏TP170A作為現(xiàn)場(chǎng)操作站，方便顯示工藝參數(shù)、系統(tǒng)狀態(tài)。其控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。
通信處理器CP342-5設(shè)置為“DP Master”主站工作模式，RM3005為從站，CP342-5通過(guò)Profibus-DP1與旋轉(zhuǎn)編碼器RM3005進(jìn)行通訊。另外，遠(yuǎn)程控制站通過(guò)Profibus-DP2與集成在CPU315-2DP上的DP接口建立通訊，遠(yuǎn)程監(jiān)控閘門控制系統(tǒng)的運(yùn)行。
3 PLC與旋轉(zhuǎn)編碼器之間通信的實(shí)現(xiàn)
德國(guó)ifm公司的旋轉(zhuǎn)編碼器RM3005相對(duì)Siemens公司的PLC來(lái)說(shuō)是屬于第三方產(chǎn)品，但是由于它支持Profibus-DP協(xié)議，攜帶設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)文件GSD，因此它們中間通信的實(shí)現(xiàn)就非常容易，只需要在Siemens公司STEP7的硬件狀態(tài)環(huán)境中把旋轉(zhuǎn)編碼器RM3005攜帶的設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)文件GSD導(dǎo)入進(jìn)STEP7后，進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的組態(tài)工作，就可以象使用Siemens公司自己的支持協(xié)議的旋轉(zhuǎn)編碼器那樣使用旋轉(zhuǎn)編碼器RM3005了，不需要為了實(shí)現(xiàn)Profibus-DP協(xié)議而進(jìn)行任何的編程工作。
PLC與旋轉(zhuǎn)編碼器RM3005之間的通信主要完成兩方面的任務(wù):一是RM3005數(shù)據(jù)初始化時(shí)，根據(jù)閘門全關(guān)時(shí)的實(shí)際位置設(shè)定旋轉(zhuǎn)編碼器的初值。二是系統(tǒng)正常運(yùn)行過(guò)程中，需要將測(cè)量的閘門位置及時(shí)報(bào)告給PLC以進(jìn)行處理。通過(guò)通信功能塊“DP_SEND”來(lái)實(shí)現(xiàn)RM3005數(shù)據(jù)初始化，使用通信功能塊“DP_RECV”來(lái)實(shí)現(xiàn)由PLC的CPU通過(guò)CP342-5實(shí)現(xiàn)閘門的位置實(shí)時(shí)處理，如圖3所示。需要注意的是，RM3005初值的設(shè)定和閘門位置的讀取是兩個(gè)互鎖的過(guò)程。
4 結(jié)束語(yǔ)
基于Profibus-DP總線技術(shù)的閘門控制系統(tǒng)可靠性得到了大大的提高,維護(hù)也很方便。
（轉(zhuǎn)載）
