第9章基于现场总线Profibus的网络

1、第九章第九章 基于现场总线基于现场总线ProfibusProfibus的网的网络控制系统设计络控制系统设计 现场总线（现场总线（FieldbusFieldbus）技术是实现现场级控制设备数字化通信的）技术是实现现场级控制设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术；是一次工业现场级设备通信的数字一种工业现场层网络通信技术；是一次工业现场级设备通信的数字化革命。现场总线技术可使用一条通信电缆将现场设备（智能化、化革命。现场总线技术可使用一条通信电缆将现场设备（智能化、带有通信接口）连接，用数字化通信代替带有通信接口）连接，用数字化通信代替4-20mA/24VDC4-20mA/24VDC信号，完成信

2、号，完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。现场设备控制、监测、远程参数化等功能。 基于现场总线的自动化监控系统采用计算机数字化通信技术，使基于现场总线的自动化监控系统采用计算机数字化通信技术，使自控系统与设备加入工厂信息网络，自控系统与设备加入工厂信息网络， 构成企业信息网络底层，使构成企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。在企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。在CIMSCIMS系统中，现系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。间级信息集成的技术基础。

3、 本章简要介绍了本章简要介绍了PROFIBUSPROFIBUS现场总线的基本组成及特点，并着重以现场总线的基本组成及特点，并着重以SIEMENSSIEMENS系列产品为例介绍系列产品为例介绍PROFIBUSPROFIBUS现场总线的设计及实际应用。现场总线的设计及实际应用。9.1 PROFIBUS9.1 PROFIBUS的设计方法的设计方法 PROFIBUS PROFIBUS自自19841984年开始研制，经过十多年的开发、生产和应用，年开始研制，经过十多年的开发、生产和应用，它已成为欧洲首屈一指的开放式现场总线系统。目前它已成为欧洲首屈一指的开放式现场总线系统。目前PNOPNO（Profib

4、usProfibus用户组织）已拥有用户组织）已拥有600600多个成员，生产近千种产品。多个成员，生产近千种产品。ProfibusProfibus产品在产品在欧洲市场占有率大于欧洲市场占有率大于4040，其主要应用领域有：，其主要应用领域有：制造业自动化：汽车制造（机器人、装配线、冲压线等）、制造业自动化：汽车制造（机器人、装配线、冲压线等）、 造纸、纺织。造纸、纺织。过程控制自动化：石化、制药、水泥、食品、啤酒。过程控制自动化：石化、制药、水泥、食品、啤酒。电力：发电、输配电。电力：发电、输配电。楼宇：空调、风机、照明。楼宇：空调、风机、照明。铁路交通：信号系统。铁路交通：信号系统。 PR

5、OFIBUSPROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准，它包含商的现场总线标准，它包含PROFIBUS DPPROFIBUS DP、PROFIBUS PROFIBUS PAPA和和PROFIBUS FMSPROFIBUS FMS三种类型，如图三种类型，如图9.19.1所示。其中所示。其中PROFIBUS DPPROFIBUS DP和和PROFIBUS PAPROFIBUS PA面向现场级控制，面向现场级控制，PROFIBUS FMSPROFIBUS FMS面向车间级控制和管理。面向车间级控制和管理。 Profibus-PA Pr

6、ofibus-FMS MMS,TCP/IP Backbone 区域控制器 CNC PC/VME HOST VME /PC PLC PLS 驱动器 输入 输出 传感器 现场 设备 变送器 现场 设备 工厂级 车间级 现场级 Profibus-DP 图9.1 Profibus网络控制系统结构 PROFIBUS PROFIBUS通信协议的基础是通信协议的基础是ISO/OSIISO/OSI的七层网络参考模型，这两的七层网络参考模型，这两种协议采用相同的介质存取协议（第二层）和传输技术（第一种协议采用相同的介质存取协议（第二层）和传输技术（第一层）。表层）。表9-19-1所描述的是与所描述的是与OSIO

7、SI参考模型相对照的参考模型相对照的PROFIBUSPROFIBUS协议结协议结构。构。表9-1 PROFIBUS 协议结构OSI模型FMSDPPA用户层FMS设备行规DP 行规PA行规 DP扩展DP基本功能7应用层现场总线信息规范(FMS)未使用6表示层未使用5会话层4传送层3网络层2数据链路层现场总线数据链路(FDL)IEC接口1物理层RS 485 / 光纤IEC1158-2表9-1 PROFIBUS 协议结构Profibus-DPProfibus-DP和和Profibus-FMSProfibus-FMS采用了相同的媒体访问控制协议采用了相同的媒体访问控制协议( (第第2 2层层) )和传

8、输技术和传输技术( (第第l l层层) )。Profibus-FMSProfibus-FMS第第1 1、2 2和和7 7层均加以定义，第层均加以定义，第3 36 6层没有定义。第层没有定义。第7 7层由现场总线报文规范层由现场总线报文规范(FMS)(FMS)和底层接口和底层接口(Lower Layer (Lower Layer InterfaceLLI)InterfaceLLI)组成。组成。Profibus-FMSProfibus-FMS包括了应用协议，并向包括了应用协议，并向用户提供了广泛选用的强有力的通信服务，用户提供了广泛选用的强有力的通信服务，LLILLI协调了不同的通协调了不同的通信

9、关系，并向信关系，并向FMSFMS提供不依赖设备第提供不依赖设备第2 2层的访问方式。第层的访问方式。第2 2层现场层现场总线数据链路可完成总线访问控制和数据的可靠性，它还为总线数据链路可完成总线访问控制和数据的可靠性，它还为Profibus-FMSProfibus-FMS提供了提供了RS485RS485传输技术和光纤传输技术，在多台可传输技术和光纤传输技术，在多台可编程序控制器之间或一台可编程控制器与多台智能设备之间进行编程序控制器之间或一台可编程控制器与多台智能设备之间进行数据和信息的传递。数据和信息的传递。Profibus-PAProfibus-PA数据传输采用扩展的数据传输采用扩展的P

10、rofibus-DPProfibus-DP协议，另外还使用协议，另外还使用了描述现场设备行为的了描述现场设备行为的PAPA规范，根据规范，根据IEC1158-2IEC1158-2标准，这种传输标准，这种传输技术可确保其本质安全性，并使现场设备通过总线供电。使用分技术可确保其本质安全性，并使现场设备通过总线供电。使用分段式耦合器，段式耦合器，Profibus-PAProfibus-PA设备能很方便地集成到设备能很方便地集成到Profibus-DPProfibus-DP网网络上。络上。 9.1.1 9.1.1 典型的典型的ProfiBus-FMSProfiBus-FMS系统系统 Profibus-

11、FMS Profibus-FMS（Fieldbus Message SpecificationFieldbus Message Specification）用于解决车间级）用于解决车间级网络控制和通讯任务，提供大量的诸如环境管理，变量存取，区网络控制和通讯任务，提供大量的诸如环境管理，变量存取，区域管理，域管理，VFDVFD支持等通信服务。完成中等传输速度的循环和非循环支持等通信服务。完成中等传输速度的循环和非循环通信任务，用于纺织工业、楼宇自动化、电气传动、传感器和执通信任务，用于纺织工业、楼宇自动化、电气传动、传感器和执行器、低压开关设备等一般的自动化控制，一般构成实时多主网行器、低压开关

12、设备等一般的自动化控制，一般构成实时多主网络系统。络系统。Profibus-FMSProfibus-FMS应用层应用层 Profibus-FMSProfibus-FMS应用层提供了用户使用的通信服务。这些服务包应用层提供了用户使用的通信服务。这些服务包括括 : :访问变量访问变量 程序传递程序传递 事件控制等事件控制等 Profibus-FMSProfibus-FMS应用层包括两部分：应用层包括两部分： 现场总线报文规范现场总线报文规范(FMS)(FMS)，描述了通信对象和应用服务，描述了通信对象和应用服务 低层接口低层接口(LLI)(LLI)，FMSFMS服务到第二层的接口。服务到第二层的接

13、口。2. Profibus-FMS2. Profibus-FMS通信模型通信模型 Profibus-FMSProfibus-FMS利用通信关系将分散的应用过程统一到一个共用的过利用通信关系将分散的应用过程统一到一个共用的过程中。在应用过程中，可用来通信的那部分现场设备称为虚拟现场程中。在应用过程中，可用来通信的那部分现场设备称为虚拟现场设备设备(VFD)(VFD)，在实际现场设备与，在实际现场设备与VFDVFD之间建立一个通信关系表，之间建立一个通信关系表，VFDVFD通通过通信关系表完成对实际现场设备的通信。通信关系表是过通信关系表完成对实际现场设备的通信。通信关系表是VFDVFD通信变通信

14、变量量( (如零件数、故障率、停机时间等如零件数、故障率、停机时间等) )的集合。的集合。3. 3. 通信对象与通信字典通信对象与通信字典 FMSFMS面向对象通信，它确认五种静态通信对象，即简单变量、数组、面向对象通信，它确认五种静态通信对象，即简单变量、数组、记录、域和事件，还确认两种动态通信对象：程序调用和变量表。记录、域和事件，还确认两种动态通信对象：程序调用和变量表。 每台每台FMSFMS设备的所有通信对象都填人对象字典设备的所有通信对象都填人对象字典(OD)(OD)中。对简单设备，中。对简单设备，ODOD可以预定义，对复杂设备，可以预定义，对复杂设备，ODOD可以在本地或远程通过组

15、态加到设可以在本地或远程通过组态加到设备中去。静态通信对象进入静态对象字典，动态通信对象进入动态备中去。静态通信对象进入静态对象字典，动态通信对象进入动态对象字典。每个对象均有一个唯一的索引，为避免非授权的访问，对象字典。每个对象均有一个唯一的索引，为避免非授权的访问，每个通信对象可选用访问保护。每个通信对象可选用访问保护。4. Profibus-FMS4. Profibus-FMS服务服务 Profibus-FMSProfibus-FMS服务项目是服务项目是ISO 9506ISO 9506制造信息规范制造信息规范(Manufacturing (Manufacturing Message Sp

16、ecificationMMS)Message SpecificationMMS)服务项目的子集。这些服务项服务项目的子集。这些服务项目在现场总线应用中已被优化，而且还加上了通信对象的管理和目在现场总线应用中已被优化，而且还加上了通信对象的管理和网络管理。网络管理。 Profibus-FMSProfibus-FMS提供大量的管理和服务，满足了不同设备对通信提提供大量的管理和服务，满足了不同设备对通信提出的广泛需求，通信项目的选用取决于不同的应用，具体的应用出的广泛需求，通信项目的选用取决于不同的应用，具体的应用领域在领域在FMSFMS行规中规定。行规中规定。 5. Profibus-FMS5.

17、Profibus-FMS和和Profibus-DPProfibus-DP的混合操作的混合操作 FMSFMS和和DPDP设备在一条总线上进行混合操作是设备在一条总线上进行混合操作是ProfibusProfibus的一个主要的一个主要优点，两个协议也可以同时在一台设备上执行，这些设备称为混优点，两个协议也可以同时在一台设备上执行，这些设备称为混合设备。之所以可能进行混合操作是因为合设备。之所以可能进行混合操作是因为FMSFMS和和DPDP均使用统一的均使用统一的传输技术和总线访问协议，不同的应用功能是通过第传输技术和总线访问协议，不同的应用功能是通过第2 2层不同的层不同的服务访问点来分开的。服务

18、访问点来分开的。9.1.2 典型的典型的ProfiBus-PA系统系统1.Profibus-PA1.Profibus-PA的特性的特性(1)(1) 适合过程自动化应用的行规，使不同厂家生产的现场设备具有适合过程自动化应用的行规，使不同厂家生产的现场设备具有互操作性。互操作性。(2)(2) 即使在本质安全地区，增加和拆除总线站点也不会影响其他站即使在本质安全地区，增加和拆除总线站点也不会影响其他站点的正常运行。点的正常运行。(3)(3) 在过程自动化的在过程自动化的Profibus-PAProfibus-PA段与制造自动化的段与制造自动化的Profibus-DPProfibus-DP段段之间通过

19、耦合器连接，可实现两段间的透明通信。之间通过耦合器连接，可实现两段间的透明通信。(4)(4) 适用于适用于IECll58-2IECll58-2技术相同的双绞线完成远程供电和数据传送。技术相同的双绞线完成远程供电和数据传送。(5)(5) 在潜在爆炸危险区可使用本质安全防爆型或非本质安全。在潜在爆炸危险区可使用本质安全防爆型或非本质安全。 Profibus-PAProfibus-PA允许在危险场合，不影响其他站的情况下，维护允许在危险场合，不影响其他站的情况下，维护和连接断开设备。和连接断开设备。2. Profibus-PA2. Profibus-PA传输协议传输协议 Profibus-PAPro

20、fibus-PA采用采用Profibus-DPProfibus-DP的基本功能来传送测量值和状态，的基本功能来传送测量值和状态，并用扩展的并用扩展的Profibus-DPProfibus-DP功能来制定现场设备的参数和进行设备功能来制定现场设备的参数和进行设备操作。操作。Profibus-PAProfibus-PA的第的第1 1层采用层采用IECll58-2IECll58-2技术，第技术，第2 2层和第层和第1 1层层之间的接口在之间的接口在DINl9245DINl9245系列标准的第系列标准的第4 4部分做出了规定。部分做出了规定。3. Profibus-PA3. Profibus-PA设备

21、行规设备行规 Profibus-PAProfibus-PA行规保证了不同制造商所生产的现场设备的互换行规保证了不同制造商所生产的现场设备的互换性和互操作性，它是性和互操作性，它是Profibus-PAProfibus-PA的一个组成部分。行规的任务的一个组成部分。行规的任务是选用各种类型现场设备真正需要通信的功能，并提供这些设备是选用各种类型现场设备真正需要通信的功能，并提供这些设备功能和设备行为的一切必要规格。功能和设备行为的一切必要规格。 目前，目前，Profibus-PAProfibus-PA行规已对所有通用的测量变送器和其他一行规已对所有通用的测量变送器和其他一些设备类型作了大体规定，

22、如压力、液压、温度和流量变送器；些设备类型作了大体规定，如压力、液压、温度和流量变送器；数字量输入和输出；模拟量输入和输出；阀门、定位器等。数字量输入和输出；模拟量输入和输出；阀门、定位器等。4. Profibus-PA4. Profibus-PA与与Profibus-DPProfibus-DP的连接的连接 通过耦合器或链路设备将变送器、转换器和定位器连接到通过耦合器或链路设备将变送器、转换器和定位器连接到Profibus-DPProfibus-DP网络。网络。 9.1.3 典型的典型的ProfiBus-DP系统系统1. Profibus-DP1. Profibus-DP的基本功能的基本功能

23、中央控制器中央控制器( (主站主站) )周期地读取从站的输入信息，并周期地向从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。总线循环时间必须要比中央控制器的程序循环时发送输出信息。总线循环时间必须要比中央控制器的程序循环时间为短，在很多应用场合，程序循环时间约为间为短，在很多应用场合，程序循环时间约为lOmslOms。除了周期性。除了周期性用户数据传输外，用户数据传输外，Profibus-DPProfibus-DP还提供强有力的组态和诊断功能。还提供强有力的组态和诊断功能。数据通信是由主站和从站进行监控的。数据通信是由主站和从站进行监控的。 2. Profibus-DP2. Prof

24、ibus-DP系统配置和设备类型系统配置和设备类型 Profibus-DPProfibus-DP允许构成单主站或多主站系统，这就为系统配置提允许构成单主站或多主站系统，这就为系统配置提供了高度的灵活性。在同一条总线上最多可连接供了高度的灵活性。在同一条总线上最多可连接126126个站点个站点( (主站主站或从站或从站) )。系统配置的描述包括站数、站地址和输入输出地址。系统配置的描述包括站数、站地址和输入输出地址的分配、输入输出数据的格式、诊断信息的格式以及所使用的总的分配、输入输出数据的格式、诊断信息的格式以及所使用的总线参数。每个线参数。每个Profibus-DPProfibus-DP系统

25、可包括以下三种不同类型的设备系统可包括以下三种不同类型的设备: : DPDP主站类型主站类型1, DP1, DP主站类型主站类型2 2和和 DPDP从站。从站。9.2 9.2 基于现场总线基于现场总线ProfibusProfibus的应用案例的应用案例9.2.1 9.2.1 在制药中的应用在制药中的应用 1. 1. 控制系统改造项目需求和系统配置控制系统改造项目需求和系统配置（1 1）控制对象和基本需求）控制对象和基本需求 三效浓缩器的液位需要测量三效浓缩器的液位需要测量, ,因此因此 , ,需要配备需要配备3 3台液位台液位测量计以实现液位的监测控制；测量计以实现液位的监测控制； 另外，药液

26、的密度是三效浓缩器装置的最重要参数，另外，药液的密度是三效浓缩器装置的最重要参数，需配备需配备3 3台在线密度计；台在线密度计； 实现药液密度的随时监测控制。实现药液密度的随时监测控制。 根据整个生产装置对控制系统的需求，将其分为三部根据整个生产装置对控制系统的需求，将其分为三部分：三效浓缩和多能提取罐分：三效浓缩和多能提取罐PLCPLC监控系统、全厂数据监监控系统、全厂数据监视系统、现场关键设备电视监视系统和现场仪表部分。视系统、现场关键设备电视监视系统和现场仪表部分。(2)(2) 三效浓缩和多能提取罐三效浓缩和多能提取罐PLCPLC监控系统的系统配置和性能说明监控系统的系统配置和性能说明系

27、统输入和输出点数汇总：系统输入和输出点数汇总：2) 2) 系统配置说明：系统配置说明：根据本项目的需求，采用根据本项目的需求，采用SIEMENSSIEMENS公司具有世界先进水平公司具有世界先进水平的的S7-300 PLCS7-300 PLC控制系统。系统包括一个控制系统。系统包括一个CPUCPU中央处理器；一个中央处理器；一个工程师兼操作员站；一个操作员站；和两个分布式工程师兼操作员站；一个操作员站；和两个分布式I/OI/O站。站。CPUCPU中央处理器选用中央处理器选用CPU315-2DPCPU315-2DP，它与分布式，它与分布式I/OI/O站站ET200MET200M的连接的连接通过通

28、过PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP现场总线连接，传送速率高达现场总线连接，传送速率高达12Mbit/S12Mbit/S。中。中央处理器与操作员站的通过央处理器与操作员站的通过MPIMPI网连接。工程师网连接。工程师 操作员站安装操作员站安装STEP 7STEP 7控制组态软件包和操作员站组态和运行软件包。系统的控制组态软件包和操作员站组态和运行软件包。系统的其他辅助设备还包括：机柜、操作台、端子、电源打印机等。其他辅助设备还包括：机柜、操作台、端子、电源打印机等。 3) 3) 三效浓缩和多能提取罐控制系统图见图三效浓缩和多能提取罐控制系统图见图9.29.2所示。所示。4) 4) 主

29、要技术性能说明主要技术性能说明控制站处理器的循环周期小于控制站处理器的循环周期小于200MS200MS。模拟量模拟量I/OI/O具有诊断功能，可以对输入、输出短路和断路进行报警。具有诊断功能，可以对输入、输出短路和断路进行报警。控制站具有故障诊断功能并能提示操作人员进行维护。控制站具有故障诊断功能并能提示操作人员进行维护。控制器与控制器与I/OI/O之间的通讯采用之间的通讯采用PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP的现场总线，传递速率高达的现场总线，传递速率高达12M12M波特率，波特率，通讯距离达通讯距离达100M100M。STEP 7STEP 7可视化的编程环境可视化的编程环境, ,

30、标准的功能块标准的功能块, ,能非常简单的实现能非常简单的实现PIDPID等常规控制回路等常规控制回路和复杂的逻辑回路控制。和复杂的逻辑回路控制。STEP7STEP7的软件包能实现在线下载、在线测试，并能监测所有的内部变量和系统硬的软件包能实现在线下载、在线测试，并能监测所有的内部变量和系统硬件状态。件状态。STEP7 STEP7 的软件包和的软件包和WINCCWINCC的软件包完全集成在一起，从而，所有的组态变量能在的软件包完全集成在一起，从而，所有的组态变量能在操作站画面中直接连接操作站画面中直接连接 。 图图9.2 9.2 三效浓缩和多能提取罐控制系统图三效浓缩和多能提取罐控制系统图5)

31、 5) 主要技术指标主要技术指标控制器控制器CPU315-2DPCPU315-2DP的处理能力：位操作的处理能力：位操作0.30.3微秒微秒, ,浮点数操作浮点数操作5050微秒微秒, ,模拟量模拟量512512通道通道, ,数字量数字量81928192。数字输入模块数字输入模块 通道数：通道数：16;16;输入电压：输入电压：1 1：15-30VDC 015-30VDC 0：-3-5VDC;-3-5VDC;功耗：功耗：3.5W3.5W模拟量输入模块模拟量输入模块 通道数：通道数：8/8/用于热电阻测量时为用于热电阻测量时为4 4输入范围和阻抗：输入范围和阻抗：+-80+-80毫伏毫伏/10M

32、/10M欧姆欧姆 +-250+-250毫伏毫伏/10M/10M欧姆欧姆 +-500+-500毫伏毫伏/10M/10M欧姆欧姆 +-1+-1伏伏/10M/10M欧姆欧姆 +-2 .5+-2 .5伏伏/10M/10M欧姆欧姆 +-5+-5伏伏/10M/10M欧姆欧姆 1515伏伏/100M/100M欧姆欧姆 +-10+-10伏伏/100M/100M欧姆欧姆 +10+10毫安毫安/25/25欧姆欧姆+3.2+3.2毫安毫安/25/25欧姆欧姆 +20+20毫安毫安/25/25欧姆欧姆 020020毫安毫安/25/25欧姆欧姆 420420毫安毫安/25/25欧姆欧姆 150150欧姆欧姆/10M/1

33、0M欧姆欧姆 300300欧姆欧姆/10M/10M欧姆欧姆 600600欧姆欧姆/10M/10M欧姆欧姆 E,N,J,K E,N,J,K 型热电偶型热电偶/10M/10M欧姆欧姆 Pt100/10MPt100/10M欧姆欧姆 Ni100/10MNi100/10M欧姆欧姆数字量输出模块数字量输出模块通道数：通道数：1616输出电压：输出电压：2424VDCVDC输出电流：输出电流：0.5A0.5A功耗：功耗：4 .9W4 .9W模拟量输出模块模拟量输出模块通道数：通道数：4 4供电电压：供电电压：24VDC24VDC输出电流：输出电流：0-20MA0-20MA隔离：光电隔离隔离：光电隔离功耗：功

34、耗：4 .9W4 .9W6) 6) 对工作界面的要求对工作界面的要求接地系统接地系统系统保护接地电阻系统保护接地电阻=4=4，仪表接地电阻，仪表接地电阻=4=4。接地系统由。接地系统由需方提供。需方提供。系统电源系统电源220VAC220VAC+ +5VAC5VAC，5050+ +1Hz1Hz，由，由UPSUPS供电，供电，5KVA5KVA。电源系统由需。电源系统由需方提供。方提供。安装环境安装环境要求环境温度范围：要求环境温度范围：1040 1040 相对湿度：相对湿度：90%90%工作界面工作界面 供方和需方的工作界面为系统机柜的接线端子排，供方供方和需方的工作界面为系统机柜的接线端子排，

35、供方负责提供柜间通讯电缆，需负责提供柜间通讯电缆，需方负责系统就位和外部接线方负责系统就位和外部接线（供方检查和确认）。（供方检查和确认）。(3) (3) 电动比例阀的调节、现场液位测量控制和药液密度测量电动比例阀的调节、现场液位测量控制和药液密度测量三效浓缩器的控制主要通过手动三效浓缩器的控制主要通过手动调节电动比例阀来操作的，操作调节电动比例阀来操作的，操作不准确也不方便，通过不准确也不方便，通过PLCPLC控制系控制系统，利用统，利用SEMENSSEMENS专用的功能模块专用的功能模块可以实现阀门开度自动控制，只可以实现阀门开度自动控制，只要输入阀门开度设定，阀门就会要输入阀门开度设定，

36、阀门就会自动调节到设定位置；同时，操自动调节到设定位置；同时，操作又保留了手动控制供操作人员作又保留了手动控制供操作人员选用。选用。 电动比例阀操作画面见图电动比例阀操作画面见图9.39.3所示。所示。2) 2) 液位的测量采用磁浮子液位计，实液位的测量采用磁浮子液位计，实 现液位的准确控制；现液位的准确控制； 磁浮子液位计的安装和测量示意图磁浮子液位计的安装和测量示意图 见见图图9.49.4。图图9.4 9.4 磁浮子液位计的安装和测量示意图磁浮子液位计的安装和测量示意图图图9.3 9.3 电动比例阀操作画面电动比例阀操作画面3)3) 液位控制可以采用两种控制方案，根据工艺要求选用，控制方案

37、原理液位控制可以采用两种控制方案，根据工艺要求选用，控制方案原理图见图图见图9.59.5、9.69.6所示。所示。 两位式控制：两位式控制： 连续连续PIDPID控制：控制： 4) 4) 药液测量采用进口在线密度计，实现密度的精确测量，提高产品质量。药液测量采用进口在线密度计，实现密度的精确测量，提高产品质量。 2. 2. 全厂数据监视系统全厂数据监视系统 利用现有的工厂局域网，实现画面数据的全厂浏览功能，即厂内的任一利用现有的工厂局域网，实现画面数据的全厂浏览功能，即厂内的任一台计算机都可浏览操作画面、历史趋势、参数报警等。台计算机都可浏览操作画面、历史趋势、参数报警等。 控制逻辑 液位设定

38、范围 液位测量值 电动比例阀 图图9.5 9.5 两位式控制方案原理图两位式控制方案原理图 控制逻辑 液位设定范围 液位测量值 电动比例阀 PID控制 图图9.6 连续连续PIDPID控制方案原理图控制方案原理图9.2.2 9.2.2 在刨花板生产中的应用在刨花板生产中的应用1. 1. 工艺流程工艺流程 刨花板生产线是将木材打碎的刨片经过加工，制成成品刨花板，该板广刨花板生产线是将木材打碎的刨片经过加工，制成成品刨花板，该板广泛应用在家具、装修等行业。生产线的整个工艺控制过程包括拌胶、泛应用在家具、装修等行业。生产线的整个工艺控制过程包括拌胶、铺装、预压、热压、锯边、剁板、砂光共七个主要工序。

39、工艺流程如铺装、预压、热压、锯边、剁板、砂光共七个主要工序。工艺流程如图图9.79.7所示。所示。2. 2. 控制系统硬件构成及特点控制系统硬件构成及特点 PLCPLC系统硬件构成系统硬件构成整个系统硬件构成图如图整个系统硬件构成图如图9.89.8所示。所示。图图9.7 9.7 工艺流程工艺流程(2) PLC(2) PLC系统特点系统特点1) 1) 信号分散处理、集中运算、通讯速率高信号分散处理、集中运算、通讯速率高2) 2) 操作员站和操作屏统一联结在操作员站和操作屏统一联结在DPDP现场总线现场总线3) 3) 智能化模块智能化模块3. 3. 控制系统网络构成及特点控制系统网络构成及特点 (

40、1) (1) 传输技术：传输技术：RS485RS485双绞线，双线电缆或光缆；波特率从双绞线，双线电缆或光缆；波特率从9.6kbit/s9.6kbit/s到到12Mbit/s12Mbit/s。(2) (2) 拓扑结构：线形、星形、环形。拓扑结构：线形、星形、环形。(3) (3) 总线访问方式：各主站间令牌传递，主站与从站间为主总线访问方式：各主站间令牌传递，主站与从站间为主- -从传递；从传递；单主或多主系统；主单主或多主系统；主- -从设备，总线上最多站点数为从设备，总线上最多站点数为126126。(4) (4) 网络传输距离：在网络传输距离：在12 Mbit/s12 Mbit/s时，为时，

41、为100m 100m ；在；在187.5Kbit/s187.5Kbit/s时最大时最大距离为距离为1200m1200m；(5) (5) 冗余：采用光学链接模块和光纤可组成冗余线路。冗余：采用光学链接模块和光纤可组成冗余线路。(6) (6) 强大的三级诊断功能，强大的三级诊断功能，CPUCPU、模块、通道诊断一应俱全。、模块、通道诊断一应俱全。4. 4. 典型控制方案典型控制方案预压机画面预压机画面 5. 5. 工艺操作画面工艺操作画面(1) (1) 工艺操作画面工艺操作画面是工艺生产过程在计算机上的真实反映，根据生产要求，共建立了七幅主是工艺生产过程在计算机上的真实反映，根据生产要求，共建立了

42、七幅主要操作画面：拌胶、铺装、预压、热压、锯边、剁板与砂光，每幅画面包要操作画面：拌胶、铺装、预压、热压、锯边、剁板与砂光，每幅画面包括静态设备画面、现场传感器状态、产品性能动态数据、操作按钮。拌胶括静态设备画面、现场传感器状态、产品性能动态数据、操作按钮。拌胶操作画面如图操作画面如图9.109.10所示。所示。图图9.10 9.10 拌胶操作画面拌胶操作画面 (2) (2) 报警画面报警画面 该画面一方面对重要的生产参数如产品厚度、重该画面一方面对重要的生产参数如产品厚度、重量、电机电流等进行监控，当超过正常范围就立即进量、电机电流等进行监控，当超过正常范围就立即进行声光报警，另外还对整个系

43、统进行监控，如某个卡行声光报警，另外还对整个系统进行监控，如某个卡件通道有故障，系统就会产生报警，以便工程师尽快件通道有故障，系统就会产生报警，以便工程师尽快排除故障。排除故障。(3) (3) 系统诊断画面系统诊断画面 系统诊断画面是对整个系统硬件和网络运行情况系统诊断画面是对整个系统硬件和网络运行情况进行远程诊断，以便及时、准确地掌握系统情况。选进行远程诊断，以便及时、准确地掌握系统情况。选定相应控制器或模块，即可查看详细的诊断信息如模定相应控制器或模块，即可查看详细的诊断信息如模块通道、网络接口、块通道、网络接口、DPDP设备状态等。设备状态等。 9.2.3 Profibus9.2.3 P

44、rofibus在污水处理控制系统中的应用在污水处理控制系统中的应用1. 1. 工艺简介工艺简介 SBRSBR污水处理控制系统如图污水处理控制系统如图 9.119.11所示，主要包括：所示，主要包括：进水泵房控制系统、进水泵房控制系统、旋流沉砂池控制系统、旋流沉砂池控制系统、主反应池控制系统、主反应池控制系统、出水泵房控制系统、出水泵房控制系统、鼓风机房控制系统、鼓风机房控制系统、脱水机房控制系统。脱水机房控制系统。 图图9.11 SBR9.11 SBR污水处理流程污水处理流程2. 2. 系统配置及说明系统配置及说明(1) (1) 总体控制要求及功能总体控制要求及功能1) 1) 控制操作：在中心

45、控制室能对被控设备进行在线实时控制，如启停控制操作：在中心控制室能对被控设备进行在线实时控制，如启停 某一设备，调节某些模拟输出量的大小，在线设置某一设备，调节某些模拟输出量的大小，在线设置PLCPLC的某些参数等。的某些参数等。2) 2) 显示功能：用图形实时地显示各现场被控设备的运行工况，以及各现显示功能：用图形实时地显示各现场被控设备的运行工况，以及各现场的状态参数。场的状态参数。3) 3) 数据管理：依据不同运行参数的变化快慢和重要程度，建立生产历史数据管理：依据不同运行参数的变化快慢和重要程度，建立生产历史数据库，存储生产原始数据，供统计分析使用。利用实时数据库和历史数据库，存储生产

46、原始数据，供统计分析使用。利用实时数据库和历史数据库中的数据进行比较和分析，得出一些有用的经验参数，有利于优数据库中的数据进行比较和分析，得出一些有用的经验参数，有利于优化化SBRSBR池的准闭环控制，并把一些必要的参数和结果显示到实时画面和池的准闭环控制，并把一些必要的参数和结果显示到实时画面和报表中去。报表中去。4) 4) 报警功能：当某一模拟量（如电流、压力、水位等）测量值超过给定报警功能：当某一模拟量（如电流、压力、水位等）测量值超过给定范围或某一开关量（如电机启停、阀门开关）阀发生变位时，可根据不范围或某一开关量（如电机启停、阀门开关）阀发生变位时，可根据不同的需要发出不同等级的报警

47、。同的需要发出不同等级的报警。5) 5) 打印功能：可以实现报表和图形打印以及各种事件和报警实时打印。打印功能：可以实现报表和图形打印以及各种事件和报警实时打印。打印方式可分为：定时打印、事件触发打印。打印方式可分为：定时打印、事件触发打印。 (2) (2) 控制系统网络结构控制系统网络结构 采用西门子的采用西门子的S7-300S7-300系列系列PLCPLC，主站采用，主站采用CPU315-2DPCPU315-2DP，其带有一个，其带有一个DPDP通讯口和一个通讯口和一个MPIMPI口。子站采用通用性较好的口。子站采用通用性较好的ET200MET200M现场模块，用现场模块，用于现场数据的采

48、集和控制，控制网络系统如图于现场数据的采集和控制，控制网络系统如图9.129.12所示建立。所示建立。控制系统分为三个级别，即现场级、控制级、管理级。控制系统分为三个级别，即现场级、控制级、管理级。1) 1) 管理级管理级2) 2) 控制级控制级控制级主要功能是接收管理层设置的参数或命令，对污水处理生产控制级主要功能是接收管理层设置的参数或命令，对污水处理生产过程进行控制，将现场状态输送到管理层。过程进行控制，将现场状态输送到管理层。PLC1PLC1和和PLC2PLC2分别由一个分别由一个电源模块电源模块PS 307PS 307和一个和一个CPU315-2 DPCPU315-2 DP模块组成，

49、它们互为热备模块组成，它们互为热备, ,集中集中处理所有的控制算法、监控设备的自动运行。集中控制使得整个污处理所有的控制算法、监控设备的自动运行。集中控制使得整个污水厂控制系统各个部分之间能够完全协调工作。水厂控制系统各个部分之间能够完全协调工作。3) 3) 现场级现场级现场级控制采用现场级控制采用PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP现场总线，实现控制系统的冗余十分现场总线，实现控制系统的冗余十分简单。简单。ET200MET200M远程单元通过两个远程单元通过两个IM153-2IM153-2总线接口模块分别连接在两总线接口模块分别连接在两条条PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP

50、总线上。污水厂配置有总线上。污水厂配置有6 6个个ET200MET200M远程单元，其中两远程单元，其中两个在个在SBRSBR池，其余四个分别在进水泵房、出水泵房、鼓风机房和污泥池，其余四个分别在进水泵房、出水泵房、鼓风机房和污泥脱水机房。每个脱水机房。每个ET200MET200M单元均由单元均由2 2个个IM153-2IM153-2总线接口模块和其他若总线接口模块和其他若干数字量、模拟量输入输出模块组成。干数字量、模拟量输入输出模块组成。IM153-2IM153-2总线接口模块通过总总线接口模块通过总线接收主控主站的命令，实现数据采集和设备控制，其中只有主控线接收主控主站的命令，实现数据采集

51、和设备控制，其中只有主控PLCPLC的命令生效，而热备的命令生效，而热备PLCPLC的命令被忽略。数字量、模拟量输入输的命令被忽略。数字量、模拟量输入输出模块的数量和配置由当地的所需控制和采集的点数所决定。出模块的数量和配置由当地的所需控制和采集的点数所决定。3. 3. 系统软件系统软件9.2.4 9.2.4 基于基于PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP网络的锅炉控制系统网络的锅炉控制系统 集中供热锅炉房自动化控制系统集中供热锅炉房自动化控制系统 集中供热锅炉房自动化控制系统由基础自动化控制系统过集中供热锅炉房自动化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。通过程与管理控制系

52、统组成。通过ProfiBusProfiBus现场总线技术，实现网络现场总线技术，实现网络中仪表电气控制系统的通信；同时还可以采用以太网技术实现中仪表电气控制系统的通信；同时还可以采用以太网技术实现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。现场总线控制系统图见图线控制系统图见图9.149.14。图图9.14 9.14 现场总线控制系统图现场总线控制系统图(1) (1) 基础控制系统基础控制系统 PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP网络是网络集成的最底层，主要是连接现场设备，如分散式网络是网络集成的最底层，主要是连接现场设备，

53、如分散式I/OI/O、传感器、驱动器、执行器等。主站（、传感器、驱动器、执行器等。主站（PLCPLC、PCPC机等）负责总线通信管机等）负责总线通信管理及所有从站通信。本系统选用理及所有从站通信。本系统选用S7-315-2DP PLCS7-315-2DP PLC处理器作为主站，符合处理器作为主站，符合EN51070EN51070标准，提供的通信功能包括标准，提供的通信功能包括MPIMPI、DPDP；使用；使用S7-200 PLCS7-200 PLC连接到连接到PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP网上作为从站，一方面主站将控制数据（如电机速度设定、网上作为从站，一方面主站将控制数据（如电

54、机速度设定、传感器温度、压力设定、接触器吸合及断开等）发送到传动装置；另一方传感器温度、压力设定、接触器吸合及断开等）发送到传动装置；另一方面传动装置的数据（如电机转速、传感器流量、温度、压力、接触器触点面传动装置的数据（如电机转速、传感器流量、温度、压力、接触器触点的通断等）通过通信传送到主站的通断等）通过通信传送到主站PLCPLC指定的寄存器地址；指定的寄存器地址；ET200BET200B远程远程I/OI/O从从站主要接受水系统及上煤系统数据。站主要接受水系统及上煤系统数据。(2) (2) 过程监控系统过程监控系统 过程监控层由操作台计算机、控制台计算机、过程监控层由操作台计算机、控制台计算机、PLCPLC加以太网卡等组成工业加以太网卡等组成工业以太网，操作台计算机利用