摘 要:利用Profrbus—DP和Ethemet組建成的測控管一體化的工業(yè)控制網絡，在現(xiàn)代化企業(yè)里實現(xiàn)了從控制級到現(xiàn)場級實際工況通信的一致。 關鍵詞:以太網 I/O 串行 接口

Application of Process Control Network Built with Profibus——DP and Ethernet in Continuous Casting Machine

Abstract:By adopting Profibus 一DP and Ethernet，the industrial controlnetwork，i-e．，theintegration of measurement，control，and manarmgement，isestablished，thus the consistence of cormmnleation in control level to field level in modern enterprises is implemented． Keywords:Ethernet I/O Serial Interface O 引言 　　現(xiàn)場總線Profibus現(xiàn)場級一方面能滿足生產過程中傳感器／執(zhí)行器領域的通信需求，另一方面又具有單元級領域的所有網絡通信功能，溝通了生產過程現(xiàn)場級控制設備之間及其與更高管理之間的聯(lián)系。將現(xiàn)場總線技術和以太網技術結合起來運用于工業(yè)控制系統(tǒng)中，可實現(xiàn)從控制級到現(xiàn)場級通信的一致。 　　濟鋼第三煉鋼廠連鑄區(qū)域就是利用Profibus—DP和Ethemet組建成了測控管一體化的工業(yè)控制網絡。整個控制網絡分為3層：第一層為現(xiàn)場控制層，采用PLC和Profibus現(xiàn)場總線進行控制；第2層為過程監(jiān)控層，采用工業(yè)控制計算機和帶以太網通信模塊的PLC組成工業(yè)以太網，監(jiān)控系統(tǒng)采用FactoryHnk軟件；第3層為生產管理層。整個系統(tǒng)構成如圖1所示。 1 現(xiàn)場控制層 　　現(xiàn)場總線Profibus的結構是透明的和開放的，已成為事實上的國際公認標準（現(xiàn)場總線Profibus是國際標準ⅢC 61158的組成部分TypeⅢ）。它由3部分組成：P～flbu$一DP（分散型外圍設備）；Profibus-FMS（現(xiàn)場總線報文規(guī)范）；P 6bus—PA（過程自動化）。Profibus—DP是一種高速低成本通信，用于設備級控制系統(tǒng)與分散式I／O的通信。使用Profibus—DP可取代24VDC或4～20mA信號傳輸。Profibus—DP用于現(xiàn)場層的高速數據傳送，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。總線循環(huán)時間必須要比主站（眥）程序循環(huán)時間短。除周期性用戶數據傳輸外，Profibus—DP還提供智能化設備所需的非周期性通信以進行組態(tài)、診斷和報警處理。 　　整個連鑄區(qū)域分為4大主站及單體設備部分，每個主站均采用獨立的西門子s7—400 P 控制。現(xiàn)場控制設備還有西門子ET200M分布式I／O、SIEMENS變頻器和C7等現(xiàn)場智能設備。PLC和現(xiàn)場設備的通信均采用Pmfibus—DP。Profibus已集成在Simatic s7系統(tǒng)內部。分散連接的I／O外圍設備通過DP協(xié)議由Step7組態(tài)工具全部集成在系統(tǒng)中，亦即在組態(tài)和編程階段就把分散的I／O設備作為類似于在中心子機架或擴展機架中本地連接的I／O來對待。同樣的道理適用于故障診斷和報警。Simatic s7 DP從站起著類似于集中插入的I／O模塊的作用。Simatic s7提供集成的或插入的Profibus—DP接口用于連接有更復雜功能的現(xiàn)場設備（例如變頻器、觸摸屏等）。由于Profibus第1層、第2層的特性和內部系統(tǒng)s7的通信功能，可以將編程器（PG）、PC、HMI等設備與Simatic s7 Profibus—DP系統(tǒng)連接。 　　一個完整的Profibus—DP網絡由以下幾部分組成（圖2）：主控器（PLC）；現(xiàn)場I／O模塊（ET200），用于連接各種現(xiàn)場裝置；其他智能裝置，如變頻器、觸摸屏等；網絡附件（交換機等）。它能夠直接完成設備的順序、聯(lián)鎖、閉環(huán)控制，實現(xiàn)過程參數的采集以及報警功能。 　　以鑄流PIE為例，它有3條Profibus—DP構成，CPU為CPU417—4DP，最多帶有4個Profibus—DP接口供用戶使用，如圖3所示。 　　① Profibus—DP（1） 　　主站為（CPU417—4DP，從站為ET一200。主站與從站間的通信基于主一從原理，主站負責在預定的信息周期內循環(huán)與從站交換信息，在總線上向從站發(fā)送數據并向從站讀取數據，只有當主站Strand PLC請求時總線上的DP從站才可能活動，才能與主站進行數據交換。也就是說，DP從站被DP主站按輪詢表依次訪問，主站與從站間的用戶數據連續(xù)地交換而不考慮用戶數據的內容。圖4指出在DP主站上是怎樣處理輪詢表的。主站與從站間的一個報文循環(huán)由DP主站發(fā)出的請求幀（輪詢報文）和由DP從站返回的有關應答或響應幀組成。 　　② Profibus—DP（2） 　　主站為CPU417—4DP，從站為Siemens公司的23臺變頻器。為了連接成Profibus系統(tǒng)，必須采用Profibus模板。這一模板安裝在變頻器的正面，通過RS一485串行接口與變頻器進行通信。Profibus模板是一個可選件，用戶采用這一選件后，可以通過Profibus—DP串行總線（SINECL2一P）對MicroMaster4進行控制。所有的變頻器參數都可以通過串行鏈路進行訪問，變頻器的從站地址（參數P0918）必須正確設置，使它與Profibus主站上配置的從站地址相一致，總線上定義的每個變頻器的地址必須是唯一的，這樣，PIE 與變頻器才能正常、準確地進行通信。 　　③ Profibus—DP（3） 　　主站為CPU417—4DP，從站為Siemens公司的變頻器，其通信過程及結構類似于（DP2）。 2 過程監(jiān)控層 　　由工業(yè)控制計算機PC和PIE 加以太網通信模塊（CP443—1）組成工業(yè)以太網，即組成過程監(jiān)控層。采用客戶機／服務器結構，根據現(xiàn)場需要可增an／刪減操作站。為了保證系統(tǒng)的可靠性、安全性，服務器均采取雙機熱備，當前臺運行的服務器出現(xiàn)故障時，后臺運行的服務器能實時無影響地切換到前臺。工控機利用FactoryLink組態(tài)軟件實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的監(jiān)控，將現(xiàn)場第一線的數據傳送到控制室，置于實時數據庫進行控制及計算、參數動態(tài)實時顯示、報警及歷史曲線的顯示和數據保存，并將實時數據庫的數據送到服務器的數據庫中保存和處理（圖5）。 　　以太網技術的發(fā)展增強了通信的確定性。首先，在網絡拓撲結構上，采用星形連接及交換式Hub，提供數據緩沖及具有確定接收數據的網段智能，使數據沖撞及重發(fā)機會最小化；其次，快速以太網（100Mbps，1Gbps）的發(fā)展及網絡冗余技術使以太網更適應于實時應用；另外，改進的通信協(xié)議克服了TCP／IP協(xié)議中的緩沖器滿足發(fā)送及沖撞控制中允許“丟”包等缺點。光纖不受噪聲干擾，適合使用于實時監(jiān)控的高噪聲現(xiàn)場環(huán)境。具有TCP／IP接口的現(xiàn)場設備（field device）可以無須透過現(xiàn)場的計算機，直接連接Intemet，實現(xiàn)遠程監(jiān)控（remote contro1）的功能。 　　從傳感器到管理層的直接通信可實現(xiàn)整個工廠的聯(lián)網，實現(xiàn)以太網上不同工業(yè)自動化設備間的互操作和互換。FacmryLink與PIE的通信是通過～P／IP協(xié)議進行的，因此必須在PIE的硬件組態(tài)上給以太網通信模塊CP443—1分配II）地址，在上位機為FactoryLink軟件安裝S7I／O Driver，通過Simatic NET的COM S7為FactoryLink軟件設置好正確的連接數據庫文件。 3 生產管理層 　　通過網絡可將生產、計劃等進行統(tǒng)一組織、調度。采用通用～P／IP協(xié)議，通過訪問服務器數據庫可對數據庫記錄進行增加、修改或刪除。也可直接通過訪問服務器來了解現(xiàn)場的生產動態(tài)，在線監(jiān)控生產設備狀態(tài)，診斷設備故障及維護等，使生產處于動態(tài)控制狀態(tài)中。 4 結束語 　　隨著網際網絡與信息技術的日漸成熟，工業(yè)界有越來越多的通信與自動化應用正逐漸形成采用以太網和TCP／IP協(xié)議作為主要通信接口的新趨勢。它融現(xiàn)場總線技術、PLC技術、以太網技術、可視化人機接口技術及生產管理技術為一體，使系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，降低投資成本。