基于总线技术实现皮带输送自动化集中控制系统的设计

1、前言

PROFIBUS现场总线是一种国际化、开放式异步通讯标准，于1996年被批准为国际标准，符合IEC61158标准的现场总线。它有三种规格：PROFIBUS— DP、PROFIBUS— FMS、PROFIBUS— PA。PROFIBUS—DP是一种高速低成本通讯，主要应用于现场设备级，传输介质为屏蔽双绞线（EIARS485），波特率从9600bps到12Mbps，组成PROFIBUS工业现场总线控制系统。

随着控制、计算机通信、网络技术的发展，自动化系统结构正发生巨大的变化。通过现场总线技术实现三电（电气，仪表，计算机）集成，将基础自动化控制网络、过程和管理控制系统连接在一起，是目前自动控制领域的发展方向。

皮带输送自动化集中控制系统皮带输送自动化集中控制系统由基础自动化控制系统、过程与管理控制系统组成。皮带输送线主要由13台》20kW和50多台《20kW电机及照明等组成，每台电机由一台软启动器驱动，其它均通过PROFIBUS现场总线技术控制西门子PLC S7执行，实现了基础自动化控制系统和过程与管理控制系统之间的通信。现场总线控制系统见图1。

1．1 基础控制系统

PROFIBUS—DP网络是网络集成的最底层，主要是连接现场设备，如分散式I／O、传感器、驱动器、执行器等。主站（PLC、Pc机等）负责总线通信管理及所有从站通信。实现网络中仪表（皮带自动走行红外线测位仪、煤槽雷达料位仪、电流变送单元）、电气控制系统（跑偏开关、拉绳开关、堵料开关、防滑开关、翻板开关及空气电磁阀）的通信；本系统采用西门子PLC S7—400＼CPU414—2作为主站，符合EN51070标准，提供的通信功能有MPI、DP两种；西门子PLC S7—300＼远程I／OET200M基站五处，使用EM277通讯模块连接到PROFIBUS—DP网上作为从站，一方面主站将控制数据（如电机三相额定电流设定、料位仪设定、测位仪设定、外围给定开关编程设定等）发送到传动基站；另一方面传动装置的数据（如电机电流、传感器流量、接触器触点的通断等）通过通信传送到主站PLC指定的寄存器地址；ET200M远程I／O从站主要接受Pc机的指令，并把系统执行的情况及运行数据通过网络进行相互交换。

1．2 过程监控系统

过程监控层由中控室计算机、从站控制台计算机、PLC加以太网卡等组成工业以太网，操作台计算机利用组态软件iFix实现对工作运行现场的监督控制，基础控制层将来自生产第一线的数据传送到控制室，置于实时数据库，进行控制及计算、动态显示参数、报警及历史数据保存；操作台计算机将实时数据库的数据送到服务器的关系数据库中，进行保存和数据处理。

1．3 生产管理系统

管理层ERP采用通用的代P／IP协议，可直接通过访问服务器了解现场的生产动态，也可将生产调度、计划、等信息登记成为信息管理系统。

2、 PROFIBUS—DP现场总线通信技术基本特性

PROFIBUS—DP用于基础控制层的高速数据传送，主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。PROFIBUS—DP的基本特性为：

1）在一个有着32个站点的分布系统中，PROFIBUS—DP对所有站点传送512bps输入和512bps输出，在12Mbps时只需lms。

2）经过扩展的PROFIBUS—DP诊断能对故障快速定位。诊断信息在总线上传输并由主站采集。诊断信息分3级：本站诊断操作、模块诊断操作和通过诊断操作。

3）传输方式采用RS一485制式双绞线，双线电缆或光缆。

4）总线存取支持单主或多主系统。各主站间令牌传递，主站与从站间为主一从传送。

5）线形、星形、环形以及可选的光纤双环形冗余。PROFIBUS—DP的上述特点使其在工业电气自动化领域占据了重要的地位。

本系统中PROFIBUS—DP总线完成PC与各设备之间的通信，并采用线形主从方式通信。主机（s7—414—2 PLC）作为PROFIBUS—DP主站，以轮询方式对下属各从站I／O（如ET200M s7—300PLC等）进行定周期扫描和读写。主机通过PROFIBUS—DP总线将指令传送到对应的数据区，并将各设备返回的状态信号从对应的数据区取出，从而实现对下属每个设备的监控。

3 、采用PROFIBUS总线实现通信优点

1）通信速度快慢与使用介质的长度、类型和站点数量及数据传送量等因素有关，PROFIBUS的数据传输率最快可达12Mbps。

2）PR0FIBus总线现已被较广泛的采用，管理人员及技术人员对该总线的调试以及维护有了一定了解。

3）系统可扩展。在电气传动领域，不管是直流还是交流的传动装置，大多支持PROFIBUS通信，方便以后系统升级或扩容。

4 、结语

基于PROFIBOS—DP现场总线的网络控制系统，不仅可提高工业自动化的水平，最大限度地提高生产效率，可逐步实现工厂管理与控制一体化，达到生产的柔性及自适应性。

PROFIBUS现场总线系统从2005年投入以来运行稳定，证明该系统稳定可靠。由于采用了现场总线，减少了许多配线，减少了安装工作量及维护成本。

在类似控制系统中有推广应用价值。