基于fieldbus选煤厂自动监控技术研究报告

基于FieldBus的选煤厂综合自动

在线检测、监控技术研究

漳村煤矿辽宁工程技术大学2012年12月汇报提纲1.项目内容简介2.PROFIBUS-DP现场总线的应用

3.MODBUS现场总线的应用4.工业以太网通讯网络的应用5.OPC通讯设计6.结论1项目内容简介

1.1项目的意义对选煤厂生产控制系统的研究始终都是工程控制领域中比较活跃的课题，该项目在深入调查和分析了山西潞安环能股份有限公司漳村矿选煤厂的生产控制系统之后，应用了先进的Profibus-DP现场总线、Modbus现场总线、工业以太网通讯网络以及OPC技术，实现了对山西潞安环能股份有限公司漳村矿选煤厂的生产控制系统的改造，提高了选煤厂的自动化水平，在满足了工艺生产过程要求的同时，也提高了生产效率和产品的质量。随着Profibus-DP现场总线、Modbus现场总线、工业以太网通讯网络、OPC技术的日臻成熟和完善，这些技术在煤矿企业中更会越来越多地被关注，而煤矿企业的自动化程度也会得到大幅度的提高，在减轻了工人的繁重劳动的同时，更带来了巨大的经济收益，现场总线技术、工业以太网通讯网络以及OPC技术在煤矿企业将会得到更广泛的应用。1.2项目主要研究、实验内容本项目主要研究、实验内容为：（1）进行基于FieldBus技术的选煤厂综合自动在线检测、监控系统的研发，包括确定硬件与软件技术方案，设计实时监测和执行部分，进行资源共享；（2）研究先进的Profibus-DP现场总线、Modbus现场总线、工业以太网通讯网络、OPC技术，并应用到综合自动在线检测、监控系统中；（3）通过实验室实验和工业实验成功研制具备高可靠性的基于FieldBus技术的选煤厂综合自动在线检测、监控系统。2PROFIBUS-DP现场总线的应用

PROFIBUS—DP主要应用于现场级的高速数据传输，解决自动控制系统(如PLC，PC等通过高速串行总线与分散的现场设备(驱动器、阀门等)之间的通信任务。使用PROFIBUS—DP可取代现场的24伏或0～20毫安的并行信号传输技术。PROFIBUS—PA主要应用于流程工业自动化领域。它将自动化系统或过程控制系统与现场设备(如压力、温度和液位变送器等)通过总线联接起来，并解决它们之间的通信任务。现场设备通过总线供电，具有本质安全特性，可用于有爆炸危险的区域。其中PROFIBUS—DP的应用最为广泛。2.1PROFIBUS—DP多主系统2.2PROFIBUS—DP现场总线设计2.2.1s7-300主站设置2.2.2设置智能从站

2.2.3连接智能从站2.2.4对主站和从站编程2.2.5PROFIBUS—DP总线的程序

3MODBUS现场总线的应用ModBus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一个控制器请求访问其它设备的过程，如何回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。3.1ModBus功能码与数据类型对应表

3.2MODBUS现场总线设计

3.2.1MODBUS主站的硬件组态

3.2.2设置MODBUS总线传输速率和帧字符结构

双击CP341－＞Prameters－＞Protocol中选择MODBUS

MASTER；双击信封PROTOCOL，选择MODBUSMASTER

设置总线传输速率和帧字符结构。

3.2.3设置电气接口

选择半双工RS485，默认设置是R（A）为-，R（B）为+。此设置主要是与RS485A、B两线正负定义有关，在CP341接线与通信对象A、B两线正负定义相反时，可无需修改硬件接线，可直接修改此处颠倒接线正负。3.2.4MODBUS主站编程3.3MODBUS多站点轮询创建轮询功能块CF1

4工业以太网通讯网络的应用

工业以太网是应用于工业控制领域的以太网技术，在技术上与商用以太网（即IEEE802.3标准）兼容。产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性、本质安全性等方面能满足工业现场的需要。传统的Ethernet并不是为工业应用而设计的，没有考虑工业现场环境的适应性需要。由于工业现场的机械、气候、尘埃等条件非常恶劣，因此对设备的工业可靠性提出了更高的要求。在工厂环境中，工业网络必须具备较好的可靠性、可恢复性及可维护性。为了解决在不间断的工业应用领域，在极端条件下，网络也能稳定工作的问题，美国卓越TSC等公司专门开发和生产了工业以太网交换机等产品，安装在标准DIN导轨上，并有冗余电源供电。4.1工业以太网的构成一个典型的工业以太网络环境，有以下三类网络器件：

1）网络部件

2）连接部件：

FC快速连接插座

ELS(工业以太网交换机)ESM(工业以太网电气交换机)SM(工业以太网光纤交换机)MCTP11(工业以太网光纤电气转换模块)3）通信介质：普通双绞线，工业屏蔽双绞线和光纤

SIMATICPLC控制器上的工业以太网通讯处理器。用于将

SIMATICPLC连接到工业以太网。

PG/PC上的工业以太网通讯处理器。用于将PG/PC连接到工业以太网。4.2以太网的通信协议1.工业通信模式工业通信中的通信模式有供应者／消费者模式和主站／从站模式。2.供应者／消费者模式3.主站／从站模式4.模式的选择5.工业以太网通信协议（IECP）的数据报4.3Wincc与s7-300PLC工业以太网通讯设计5OPC通讯设计5.1OPC通讯的研发意义

OPC诞生以前，硬件的驱动器和与其连接的应用程序之间的接口并没有统一的标准。OPC（OLEforProcessControl，面向过程控制的OLE）作为硬件与软件之间的一个中间件解决了以上的问题，它为工业计算环境提供了这样一种标准，支持分布式应用和异构环境下软件的无缝集成。供应商可以开发一个高度优化的、可重用的OPCServer访问底层的硬件，并将数据以OPC接口方式提供给任何支持OPC规范的客户端软件，客户就可以按照统一的数据访问标准访问不同厂商的硬件产品。基于OPC协议的体系

5.2OPC规范OPC（OLEforPrecessControl）是一个工业标准，它是许多世界领先的自动化和软、硬件公司和微软公司合作的结晶。

OPC规范作为一个工业标准，是开发OPC服务器与OPC客户软件之间数据传输的规范，并已形成一个体系。根据开发软件功能的不同，OPC制定了以下领域单独规范：（1）数据访问规范（2）报警和事件处理规范（3）历史数据访问规范（4）安全性规范（5）批量过程规范OPC服务器在网络中的位置OPC接口类型OPC服务器结构OPC的数据访问方法主要有同步访问和异步访问两种。异步数据访问代码如下：HRESULTplete(DWORDdwTransid,OPCHANDLEhGroup,HRESULThrMasterquality,HRESULThrMastererror,DWORDdwCount,OPCHANDLE*phClientItems,VARIANT*pvValues,WORD*pwQualities,FILETIME*pftTimeStamps,HRESULT*pErrors){CConnectionPoint*ppCP;m_pCPC->FindConnectionPoint(IID_IOPCDataCallback,(IConnectionPoint**)&ppCP);IOPCDataCallback*pICallback;5.3数据访问方法5.4OPC服务器设计方案OPC服务器开发的步骤：第一步，进行需求分析，了解服务器所要实现的功能，进而选取需要实现的定制接口，分析各接口函数间的相互关系和这些函数所要实现的功能，画出函数间的调用关系图。第二步，根据OPC规范，使用Tear-off技术规划服务器中的对象和接口的实现类。在框架创建过程中，定义各种所需变量。根据函数关系图定义一些功能函数，以便在各函数调用时起衔接作用。例如枚举列表、模拟实时数据、句柄管理、字符串管理、数据打包、数据发送、数据校验、活动状态管理等。第三步，实现接口类及其函数。第四步，调试和测试OPC服务器。5.5OPC程序设计

5.5.1OPC配置

（1）SysmacOPCServer配置(2)OPCClient配置（3）FinSGateway配置

5.6WinCC与ABPLC的OPC通讯程序设计

（1）WinCC中的配置

（2）RSLinx配置5.7iFIX与AB的OPC通讯程序设计配置IP地址选择Ethernetdevices

新建驱动设备

驱动程序通过以太网模块读到CPU

5.8RSview32与AB的OPC通讯程序设计系统的通道设置

节点设置节点设置5.9上位机监控系统设计

依据漳村选煤厂工艺流程，上位机显示生产系统的工艺流程、各设备的运行状况和系统故障等所有PLC监测点的情况，实时动态模拟流程、打印数据记录和报表、故障诊断与分析并具有界面切换、声光报警、汉字显示与语音提示等功能。可通过该工作站在线对控制系统进行故障查询、参数设定。通过以太网通信方式把数据信号的I/O点，与画面建立实时数据的连接，约束参数报警，与数据信号建立一一对应关系。6结论在深入调查和分析了山西潞安环能股份有限公司漳村矿选煤厂的生产控制系统之后，应用了先进的Profibus-DP现场总线、Modbus现场总线、工业以太网通讯网络以及OPC技术，实现了对山西潞安环能股份有限公司漳村矿选煤厂的生产控制系统的改造，提高了选煤厂的自动化水平，在满足了工艺生产过程要求的同时，也提高了生产效率和产品的质量。从中得到如下结论：（1）合理运用先进的FieldBus技术，研制基于FieldBus技术的综合自动在线检测、监控系统，实现了选煤厂的经济运行；（2）采用先进的Profibus-DP现场总线、Modbus现场总线、工业以太网通讯网络、OPC技术，实现了数据的实时采集、运行方式优化等功能；（3）通过基于FieldBus技术的综合自动在线检测、监控系统，实现了选煤厂设备的安全保护功能和设备的无故障运行；（4）通过FieldBus通讯网