基于Ｐｒｏｆｉｂｕｓ現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)化物流系統(tǒng)

李東方　宋恩華

摘要：Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)了工廠管理與控制一體化。在自動(dòng)化物流系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)總線也發(fā)揮著重要作用。

關(guān)鍵間：現(xiàn)場(chǎng)總線、自動(dòng)化物流系統(tǒng)

現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱FCS)是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)，主要解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信，以及這些現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問(wèn)題。現(xiàn)場(chǎng)總線是信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展在控制領(lǐng)域的體現(xiàn)，既可以與同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，也可與不同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，還可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的共享，為開(kāi)放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，因其具有數(shù)字化、開(kāi)放性、分散性以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性等特點(diǎn)而獲得了廣泛的應(yīng)用，已成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。

在自動(dòng)化物流系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)總線有著重要的應(yīng)用領(lǐng)域，如青島卷煙廠自動(dòng)化物流系統(tǒng)中就應(yīng)用了西門子公司的Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。

自動(dòng)化物流系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

自動(dòng)化物流系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)可分為三層結(jié)構(gòu)：設(shè)備控制層、集中監(jiān)控層、信息管理層，現(xiàn)場(chǎng)總線是工廠底層設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)。

最底層(設(shè)備控制層)：采用Profibus-DP連接各動(dòng)力控制站、I/O站、智能儀表、操作員面板等，通過(guò)具備現(xiàn)場(chǎng)總線接口的主控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的組合和單機(jī)控制，以此滿足生產(chǎn)要求。

中間層(集中監(jiān)控層)：作為控制系統(tǒng)的人機(jī)交互接口。通過(guò)中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)物流系統(tǒng)的自動(dòng)操作、狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷定位和報(bào)警顯示、記錄等。

最高層(信息管理層)：負(fù)責(zé)統(tǒng)一協(xié)調(diào)全系統(tǒng)的生產(chǎn)。處理全系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的綜合信息，是整個(gè)系統(tǒng)的后臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理系統(tǒng)，具有對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理的功能。

現(xiàn)場(chǎng)總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常采用線形、樹形和環(huán)形三種方式。ProfiBus采用線形結(jié)構(gòu)，用一根總干線從控制器連接到受控對(duì)象，總線電纜從主干電纜分支到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備處，控制器掃描所有I/O站上的輸入，必要時(shí)還可發(fā)送信息到輸出通道，實(shí)現(xiàn)多主式和對(duì)等式通信。

電控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

根據(jù)青島卷煙廠煙絲自動(dòng)化物流系統(tǒng)項(xiàng)目總體方案，系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)采用Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線；采用帶Profibus-DP接口的S7-400系列PLC作為系統(tǒng)的過(guò)程控制主站，將分布在現(xiàn)場(chǎng)的智能設(shè)備與各種分布式I/O從站通過(guò)Profibus總線進(jìn)行連接并實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息交換(如數(shù)據(jù)采集、參數(shù)設(shè)定等)及過(guò)程控制。Profibus站的分布式I/O選用Phoenix公司現(xiàn)場(chǎng)I/O系列模塊；操作員終端、條碼設(shè)備等都帶有Profibus-DP接口。作為Profibus-DP的從站。

控制系統(tǒng)可以獨(dú)立完成高架立體庫(kù)設(shè)備的運(yùn)行、停機(jī)、故障報(bào)警等各種過(guò)程控制。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作員終端，可以實(shí)現(xiàn)單機(jī)/自動(dòng)切換、對(duì)每臺(tái)設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)操作及狀態(tài)指示等功能。通過(guò)上位監(jiān)控系統(tǒng)，可以監(jiān)控整個(gè)自動(dòng)化物流系統(tǒng)所有設(shè)備的運(yùn)行狀況、貨物的所在位置及數(shù)據(jù)等。

煙絲庫(kù)作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，采用一套PLC系統(tǒng)。由于高架立庫(kù)區(qū)出入庫(kù)的設(shè)備比較集中，因此將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備按平面布置劃分為若干片(段)，每片設(shè)一個(gè)電控箱，采用Phoenix公司IP20防護(hù)等級(jí)的電機(jī)啟動(dòng)器，置于電控箱內(nèi)，配置一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線子站，完成設(shè)備的全部控制。

上位機(jī)

系統(tǒng)采用IBM X3650 PC SERVER應(yīng)用服務(wù)器作上位機(jī)，通過(guò)CP5611接口卡使工控機(jī)與Profibus-DP相連，應(yīng)用服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)總線連接成能完成組態(tài)、運(yùn)行、操作等功能的完整的控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。上位機(jī)監(jiān)控軟件采用Intellution公司FIX組態(tài)軟件，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示、報(bào)警、趨勢(shì)、控制策略、控制網(wǎng)絡(luò)通信等功能，并提供了友好的用戶界面，使用戶根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要生成相應(yīng)的應(yīng)用軟件。設(shè)備控制層的組成及功能

設(shè)備控制層電控設(shè)備由主控制柜、配電柜、現(xiàn)場(chǎng)控制柜、分布式I/O控制站、特殊控制箱(用于復(fù)雜功能設(shè)備的控制)、智能設(shè)備控制器、現(xiàn)場(chǎng)操作員終端、現(xiàn)場(chǎng)總線組件等組成。

設(shè)備控制層的主要控制功能包括：

1、手動(dòng)控制：電控系統(tǒng)應(yīng)提供手動(dòng)操作功能，在手動(dòng)方式下，由人工對(duì)各電機(jī)進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)啟動(dòng)/停止操作。手動(dòng)操作在現(xiàn)場(chǎng)操作員終端上實(shí)現(xiàn)。

2、自動(dòng)控制：電控系統(tǒng)在自動(dòng)方式下與上位計(jì)算機(jī)離線，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作員終端輸入所輸送貨物的起始地址和目標(biāo)地址碼，實(shí)現(xiàn)對(duì)各輸送設(shè)備的自動(dòng)控制，包括電機(jī)啟/停、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作等，并實(shí)現(xiàn)對(duì)物流和數(shù)據(jù)流的自動(dòng)傳輸，最終滿足與上位計(jì)算機(jī)離線時(shí)的輸送任務(wù)。

3、在線控制：在線控制方式下，電控系統(tǒng)在上位計(jì)算機(jī)的命令下，實(shí)現(xiàn)對(duì)各輸送設(shè)備的自動(dòng)控制，包括電機(jī)啟/停、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作等，實(shí)現(xiàn)對(duì)物流和數(shù)據(jù)流的自動(dòng)傳輸，最終滿足各工藝流程的要求。

4、緊急停止及故障報(bào)警：電控柜和現(xiàn)場(chǎng)操作員終端上具有緊急停止操作功能。當(dāng)按下急停按鈕后，該段內(nèi)控制系統(tǒng)所控制的設(shè)備全部停止運(yùn)行，并在電控柜上急停按鈕切斷動(dòng)力電源。解除緊急情況后，系統(tǒng)須故障確認(rèn)后方可正常工作。系統(tǒng)所控制的設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)診斷并產(chǎn)生相應(yīng)的聲光報(bào)警信號(hào)。

5、現(xiàn)場(chǎng)操作員終端：完成控制設(shè)備的分段監(jiān)視、分段控制、故障報(bào)警、主要工藝參數(shù)及物流信息的查詢與設(shè)定等。用于監(jiān)視所控工藝流程段中的設(shè)備狀況、物流信息及故障指示等，并可對(duì)控制設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)操作，便于系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)。

用戶界面開(kāi)發(fā)

基于Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)主要包含以下幾種人機(jī)接口界面。

1、信息顯示畫面：主要顯示當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)信息，如電機(jī)的速度、變頻器的運(yùn)行頻率以及一些故障信息。

2、設(shè)備控制畫面：在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)人工控制，在界面中點(diǎn)擊相應(yīng)設(shè)備按鈕即可對(duì)設(shè)備如電機(jī)等進(jìn)行單獨(dú)控制。

3、實(shí)時(shí)報(bào)警處理：對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并按技術(shù)要求進(jìn)行處理、自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)備控制。

4、報(bào)表打印及數(shù)據(jù)曲線顯示等。

Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線體現(xiàn)了控制領(lǐng)域?qū)档统杀?、提高可靠性、增?qiáng)可維護(hù)性和提高數(shù)據(jù)采集智能化的要求。在系統(tǒng)中間層或不同層的總線設(shè)備之間均采用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行通信，替代了模擬信號(hào)，因而可實(shí)現(xiàn)一對(duì)電線上傳輸多個(gè)信號(hào)(包括多個(gè)運(yùn)行參數(shù)值、多個(gè)設(shè)備狀態(tài)、故障信息)同時(shí)又為多個(gè)設(shè)備提供電源，不再需要A/D、D/A轉(zhuǎn)換部件。大量減少了導(dǎo)線和連接附件，提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)使用了將控制邏輯分散到整個(gè)系統(tǒng)的全新理念，最大限度地提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了工廠管理與控制一體化，必將成為自動(dòng)化物流系統(tǒng)控制領(lǐng)域的主流方向。