1 引言
profibus現(xiàn)場總線具有開放性好、擴(kuò)展性強(qiáng)、速度快等特點(diǎn)，由其構(gòu)成的兼容網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可應(yīng)用于不同的場合。其中profibus-dp能夠滿足生產(chǎn)過程中現(xiàn)場級數(shù)據(jù)的可存取性，具有單元級領(lǐng)域的所有網(wǎng)絡(luò)通信功能。隨著網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)的的日漸成熟，工業(yè)界有越來越多的通信與自動化應(yīng)用正逐漸形成采用以太網(wǎng)和tcp/ip協(xié)議作為主要通信接口的趨勢。氯堿廠的氯乙稀車間的原控制系統(tǒng)的plc是由西門子simatic s5-135u通過開關(guān)量實現(xiàn)對步進(jìn)爐區(qū)域的在線設(shè)備進(jìn)行手動和自動控制。由于系統(tǒng)老化、線路繁多和抗干擾能力差等原因，近年來系統(tǒng)故障率很高，造成設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，維護(hù)困難。2007年3月對原系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造，主站采用s7-300plc，將profibus-dp技術(shù)和ethernet(以太網(wǎng))技術(shù)結(jié)合起來，溝通了生產(chǎn)過程級和現(xiàn)場級控制設(shè)備之間及其與更高管理級之間的聯(lián)系，實現(xiàn)在線監(jiān)控、設(shè)備故障診斷及維護(hù)等，使生產(chǎn)處于動態(tài)控制狀態(tài)中，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，實時、協(xié)調(diào)組織，實現(xiàn)了對廠區(qū)域各車間設(shè)備簡單、穩(wěn)定、精確的自動控制。
2 自動控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組成
2.1 基礎(chǔ)控制系統(tǒng)
圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
設(shè)備控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參見圖1。profibus-dp網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)集成的最底層，主要是連接現(xiàn)場設(shè)備，如分散式i/o、傳感器、驅(qū)動器、執(zhí)行器等。profibus現(xiàn)場總線是國際性的開放性現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，是一種符合iec61158標(biāo)準(zhǔn)和中國國家gb標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線。profibus-dp經(jīng)過優(yōu)化的高速、廉價的通信連接，是專門用于自動控制系統(tǒng)和設(shè)備及分散的i/o之間的通信網(wǎng)絡(luò)。profibus-dp用于基礎(chǔ)控制層的高速數(shù)據(jù)傳送，主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見表1。
本系統(tǒng)選用s7-315-2dp plc處理器作為主站，符合en51070標(biāo)準(zhǔn)，提供的通信功能包括mpi、dp。遠(yuǎn)程i/o站及驅(qū)動設(shè)備(變頻器)使用im153接口模板和cbp2通訊板連接到profibus-dp網(wǎng)上作為從站，一方面主站s7-300plc將控制數(shù)據(jù)(如輥道電機(jī)速度設(shè)定、電機(jī)的啟/停信號、電機(jī)的復(fù)位信號、位移模擬量、液壓泵啟/ 停信號以及設(shè)備顯示信號等) 發(fā)送到傳動裝置( 變頻器) 和et200m；另一方面?zhèn)鲃友b置(變頻器) 和遠(yuǎn)程i/o站的數(shù)據(jù)(如高爐轉(zhuǎn)速、傳運(yùn)帶的負(fù)荷值、故障信息、位置檢測等) 通過通信傳送到主站plc指定的寄存器地址。
1 引言
profibus現(xiàn)場總線具有開放性好、擴(kuò)展性強(qiáng)、速度快等特點(diǎn)，由其構(gòu)成的兼容網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可應(yīng)用于不同的場合。其中profibus-dp能夠滿足生產(chǎn)過程中現(xiàn)場級數(shù)據(jù)的可存取性，具有單元級領(lǐng)域的所有網(wǎng)絡(luò)通信功能。隨著網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)的的日漸成熟，工業(yè)界有越來越多的通信與自動化應(yīng)用正逐漸形成采用以太網(wǎng)和tcp/ip協(xié)議作為主要通信接口的趨勢。氯堿廠的氯乙稀車間的原控制系統(tǒng)的plc是由西門子simatic s5-135u通過開關(guān)量實現(xiàn)對步進(jìn)爐區(qū)域的在線設(shè)備進(jìn)行手動和自動控制。由于系統(tǒng)老化、線路繁多和抗干擾能力差等原因，近年來系統(tǒng)故障率很高，造成設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，維護(hù)困難。2007年3月對原系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造，主站采用s7-300plc，將profibus-dp技術(shù)和ethernet(以太網(wǎng))技術(shù)結(jié)合起來，溝通了生產(chǎn)過程級和現(xiàn)場級控制設(shè)備之間及其與更高管理級之間的聯(lián)系，實現(xiàn)在線監(jiān)控、設(shè)備故障診斷及維護(hù)等，使生產(chǎn)處于動態(tài)控制狀態(tài)中，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，實時、協(xié)調(diào)組織，實現(xiàn)了對廠區(qū)域各車間設(shè)備簡單、穩(wěn)定、精確的自動控制。
2 自動控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組成
2.1 基礎(chǔ)控制系統(tǒng)
圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
設(shè)備控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參見圖1。profibus-dp網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)集成的最底層，主要是連接現(xiàn)場設(shè)備，如分散式i/o、傳感器、驅(qū)動器、執(zhí)行器等。profibus現(xiàn)場總線是國際性的開放性現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，是一種符合iec61158標(biāo)準(zhǔn)和中國國家gb標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線。profibus-dp經(jīng)過優(yōu)化的高速、廉價的通信連接，是專門用于自動控制系統(tǒng)和設(shè)備及分散的i/o之間的通信網(wǎng)絡(luò)。profibus-dp用于基礎(chǔ)控制層的高速數(shù)據(jù)傳送，主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見表1。
本系統(tǒng)選用s7-315-2dp plc處理器作為主站，符合en51070標(biāo)準(zhǔn)，提供的通信功能包括mpi、dp。遠(yuǎn)程i/o站及驅(qū)動設(shè)備(變頻器)使用im153接口模板和cbp2通訊板連接到profibus-dp網(wǎng)上作為從站，一方面主站s7-300plc將控制數(shù)據(jù)(如輥道電機(jī)速度設(shè)定、電機(jī)的啟/停信號、電機(jī)的復(fù)位信號、位移模擬量、液壓泵啟/ 停信號以及設(shè)備顯示信號等) 發(fā)送到傳動裝置( 變頻器) 和et200m；另一方面?zhèn)鲃友b置(變頻器) 和遠(yuǎn)程i/o站的數(shù)據(jù)(如高爐轉(zhuǎn)速、傳運(yùn)帶的負(fù)荷值、故障信息、位置檢測等) 通過通信傳送到主站plc指定的寄存器地址。
2.2 過程監(jiān)控系統(tǒng)
industrial ethernet是符合ieee802.3(以太網(wǎng))標(biāo)準(zhǔn)的局域和單元網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計用于直至現(xiàn)場級的工業(yè)環(huán)境。industrial ethernet傳輸速率高，無站數(shù)和協(xié)議限制，傳輸介質(zhì)包括電氣網(wǎng)絡(luò)、光學(xué)網(wǎng)絡(luò)及無線網(wǎng)絡(luò)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括總線形、樹形、環(huán)形及星型，是已被證實和被世界各地所接受的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。從圖1控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖看到，本系統(tǒng)通過以太網(wǎng)通訊模塊cp33-1將s7-300聯(lián)入ethernet網(wǎng)，從而使氯堿廠5個車間的基礎(chǔ)級設(shè)備與總廠生產(chǎn)管理/過程控制級和5個車間管理級兩級計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接，并使生產(chǎn)線上的各單臺控制設(shè)備的plc及工作站聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，可互相通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，完成局域網(wǎng)內(nèi)設(shè)備的監(jiān)視和控制，并與上級過程控制網(wǎng)相連，把現(xiàn)場采集的各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)向上傳給過程級計算機(jī)，同時可接受過程機(jī)的參數(shù)設(shè)定及控制指令。過程級計算機(jī)將主要完成各種生產(chǎn)計劃及調(diào)度、生產(chǎn)數(shù)據(jù)收集和記錄、生產(chǎn)設(shè)備及工具運(yùn)行管理等在內(nèi)的在線實時生產(chǎn)管理功能，及包括原料進(jìn)入至產(chǎn)品成形入庫(質(zhì)檢入庫) 的全線跟蹤，工藝參數(shù)設(shè)定等過程控制功能，并完成全線的氯乙稀質(zhì)量跟蹤。
3 硬件配置及程序設(shè)計
3.1 profibus -dp在step7中的硬件組態(tài)
設(shè)備控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)圖見圖2。
圖2 氯乙稀車間控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)圖
profibus-dp網(wǎng)名稱為“dp master system”，master system no為1，各站組態(tài)屬性見表2。
在自動控制系統(tǒng)中，選取哪種類型的ppo，取決于在自動化網(wǎng)絡(luò)傳動裝置的任務(wù)，過程數(shù)據(jù)用于協(xié)調(diào)傳動裝置及自動化系統(tǒng)中其它單元的工作。針對上述要求，變頻器1 drives 從站ppo類型選ppo4，即pzd長度為6個字，i地址為288-299，q地址為312-323。變頻器2 drives從站ppo類型選ppo4，即pzd長度為6個字，i地址為300-311，q地址為324-335。
3.2 industrial ethernet 在step7 中的網(wǎng)絡(luò)配置
設(shè)備控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置圖見圖3。
圖3 網(wǎng)絡(luò)配置圖
從圖3設(shè)備控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置圖可以看到，系統(tǒng)通過以太網(wǎng)通訊模塊cp343-1將s7-300聯(lián)入工業(yè)以太網(wǎng)，具體技術(shù)數(shù)據(jù)如下：
網(wǎng)絡(luò)名稱：iso rhf
本地端點(diǎn)id號：0001 a020
塊參數(shù)：id=1
laddr=w#16 #0100
本地mac地址：08-00-06-01-00-00
遠(yuǎn)程mac地址：08-00-06-6d-bc-35
本地tsap(ascii) =iso-1
遠(yuǎn)程tsap(ascii)=iso-1
本地tsap(hex)=49.53.4f.2d.31
遠(yuǎn)程tsap(hex)=49.53.30.2d.31
cp343-1模板起始地址=256
3.3 6se70系列變頻器的參數(shù)配置
6se70 simovertmaster drives變頻器通過選件板cb1通訊板把驅(qū)動設(shè)備集成到自動控制系統(tǒng)中，具體參數(shù)設(shè)置如下：
p051=3 專家方式
p052=4 傳動設(shè)備硬件設(shè)置
p090=1 電子板pcb2 # 位插cb1板
p091=1 電子板pcb3 # 位空
p918=3-122 從站站號
p052=0 返回前面的驅(qū)動狀態(tài)
p052=7 釋放參數(shù)接口
p443=302 主設(shè)定由plc發(fā)送
p554=3001 啟/停由plc控制
p566=3001 復(fù)位由plc控制
p694.1 = 968 狀態(tài)字
p694.2 = 218 實際速度值
profibus-dp和變頻器之間的控制發(fā)送通道和接收通道分別見圖4、圖5。
圖4 現(xiàn)場總線和變頻器之間控制發(fā)送通道圖
圖5 現(xiàn)場總線和變頻器之間狀態(tài)讀取通道圖
3.4 自動控制系統(tǒng)在step7中的程序設(shè)計
?。?）向變頻器發(fā)送控制數(shù)據(jù)。調(diào)用系統(tǒng)功能sfc15，其功能是“向標(biāo)準(zhǔn)dp從站寫兼容數(shù)據(jù)”：
call “dprd-dat”//向標(biāo)準(zhǔn)dp 從站寫兼容數(shù)據(jù)
laddr ：=w#16 #120//從站地址
ret-vel=db2.dbw2//錯誤代碼
record：=p#db2.dbx20.0 byte 12 //被寫的源區(qū)數(shù)據(jù)
?。?）從變頻器讀取狀態(tài)數(shù)據(jù)。調(diào)用系統(tǒng)功能sfc14 ，其功能是“從標(biāo)準(zhǔn)dp從站讀取兼容數(shù)據(jù)”：
call “dprd-dat”// 從標(biāo)準(zhǔn)dp從站讀取兼容數(shù)據(jù)
laddr ：=w#16 #120//從站地址
ret-vel =db2.dbw0// 錯誤代碼
record ：=p #db2.dbx10.0 byte 12// 被讀取的目的區(qū)數(shù)據(jù)
（3）向網(wǎng)關(guān)發(fā)送基礎(chǔ)級數(shù)據(jù)。調(diào)用系統(tǒng)功能fc5 ：
call “ag-send”// 調(diào)用發(fā)送塊
act ：= l0.0// 觸發(fā)作業(yè)存儲位
id ：= 1//配置的通訊id 號
laddr ：= w# 16 # ffc// 硬件配置地址
send ：= p #db 40.dbx0.0 byte 170// 發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器
len ：= 170// 發(fā)送數(shù)據(jù)長度信息
done ：= m100.2// 執(zhí)行代碼
error ：= m100.3// 錯誤代碼
status ：= db20.dbw2// 狀態(tài)代碼
（4）從網(wǎng)關(guān)讀取控制數(shù)據(jù)。調(diào)用系統(tǒng)功能fc6 ：
call “ag-recve”//調(diào)用接收塊
id ：= 1// 配置的通訊id號
laddr ：= w#16 #ffc//硬件配置地址
send ：= p #db 40.dbx0.0 byte 40// 接收數(shù)據(jù)緩沖器
ndr ：= db20.dbx4.0//新數(shù)據(jù)接受
error ：= db20.dbx4.1//錯誤代碼
status ：= db20.dbw2//狀態(tài)代碼
len ：= db20.dbw2//接受數(shù)據(jù)長度
4 結(jié)束語
此次齊魯石化氯堿廠氯乙稀車間升級改造，融現(xiàn)場總線技術(shù)、plc技術(shù)、以太網(wǎng)技術(shù)、可視化人機(jī)接口技術(shù)及生產(chǎn)管理技術(shù)為一體，使系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，投資成本低。采用profibus技術(shù)后，系統(tǒng)安裝簡單、快捷，組態(tài)、調(diào)試更加容易，維護(hù)更加簡單，故障診斷能力大大增強(qiáng)，為日后設(shè)備維護(hù)帶來極大的便利。profibus 技術(shù)的使用，節(jié)省了大量的線纜、橋架、端子、柜體等，培訓(xùn)和維護(hù)費(fèi)用減少，這些都降低了工程總造價。同時， industrial ethernet的應(yīng)用，將孤立的單元設(shè)備帶進(jìn)了信息化網(wǎng)絡(luò)中，為今后系統(tǒng)擴(kuò)展和企業(yè)綜合自動化的實現(xiàn)打下良好的基礎(chǔ)。