基于PROFIBUS现场总线技术的钴-60集装箱检查控制系统

作者：北京清华大学核能技术设计研究院（100084） 黄毅斌 向新程 来源：《电子技术应用》 基于profibus现场总线技术的 钴-60集装箱检查控制系统 摘要：简述了ｐｒｏｆｉｂｕｓ现场总线，并详细介绍了基于ｐｒｏｆｉｂｕｓ现场总线的钴－６０集装箱检查控制系统的结构及其所实现的功能以及系统的特性和优点。 关键词：现场总线 控制系统 ｐｒｏｆｉｂｕｓ总线 钴－６０集装箱检查系统 现场总线（ｆｉｅｌｄｂｕｓ）技术是一种实现现场级设备数字化通信的网络技术。它使自控系统与设备具有了通信能力，通过把它们连成网络系统而成为企业信息网络的底层，使企业信息沟通的覆盖范围延伸到生产现场。现场总线技术的出现和发展，使得建构一种全数字、全分散、全开放的控制系统成为可能，导致了传统控制系统结构的变革。 作为当前自动化领域最热门的技术之一，现场总线仍处在不断的发展中，现在已经出现了许多种现场总线标准，如ｐｒｏｆｉｂｕｓ、ｌｏｎｗｏｒｋｓ、ｃａｎ、ｈａｒｔ等。由不同行业发展起来的现场总线产品技术水平各不一样，应用范围和前景也各不相同，现在仍没有国际统一的现场总线标准。因此，在采用该技术进行实际的控制系统设计时，必须综合考虑各方面的因素，使所选择的产品满足系统的实际需要，并符合技术发展的主流。 钴－６０集装箱检查系统是一种利用数字辐射成像原理的大型射线无损检测设备，为了保证环境的辐射安全和系统稳定运行，对控制系统的安全性和可靠性要求非常高。综合比较世界上几种较为流行的现场总线，选用了德国西门子公司基于ｐｒｏｆｉｂｕｓ总线的ｓ７系列ｐｌｃ产品，建立起功能完备、技术先进的集装箱检查控制系统。 1 ｐｒｏｆｉｂｕｓ概述 ｐｒｏｆｉｂｕｓ作为符合欧洲标准ｅｎ ５０１７０的现场总线系统，是一种国际性的开放式的现场总线标准，由西门子、ａｂｂ等十几家公司和德国技术部共同推出，是目前国际上推广速度最快、用户最多、应用范围最广、最有发展前景的现场总线。ｐｒｏｆｉｂｕｓ总线对ｉｓｏ／ｏｓｉ模型的七层通信体系结构进行了优化，只有物理层、数据链路层和应用层，这种流体型结构确保了数据传输的快速性和有效性。ｐｒｏｆｉｂｕｓ总线包括ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ｄｐ、ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ｆｍｓ、ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ｐａ三个兼容版本。其中ｄｐ协议主要用于分布式控制系统的高速数据传输，最高传输速度可达１．５ｍｂｐｓ，尤其适合自动化控制领域的应用。 ｐｒｏｆｉｂｕｓ可使分散式数字化控制器从现场底层到车间级网络化，系统分为主站和从站，是一种单主站、多从站的网络结构。主站决定总线的数据通信，可以主动发送信息。从站为外围设备，如输入输出设备、驱动器等，它们没有总线控制权，仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时向它发送信息。 2 系统结构 由清华大学核能技术设计研究院开发研制的钴－６０集装箱检查系统利用了γ射线与物质相互作用的原理，以移动式６０ｃｏ工业γ照相机作为放射源。放射源发射出的γ射线束穿过被检物体后，进入阵列探测器转化为与射线强度成正比的电信号，经过前置放大器放大、信号采集电路完成ａ／ｄ变换后送到数据采集机，得到反映集装箱内物体分布情况的二维投影图像。钴－６０集装箱检查系统包括射线源、准直器、阵列探测器、电子学系统、数据采集机、图像处理系统、控制系统等部分组成?如图１所示。 控制系统是钴－６０集装箱检查站的重要组成部分之一，它协调各子系统的运作，并保证整个钴－６０集装箱检查系统的正常运行。控制系统主要包括拖车的运行控制、图像数据采集控制、射线源快门控制、安全联锁控制和系统运行监控等部分。控制系统按功能可划分为三个层次：现场设备层、设备控制层和管理监控层，其结构图如