PROFIBUS_DP現場總線在精開松控制器上的應用

【摘要】簡要概述PROFIBUS_DP現場總線優(yōu)點及其在精開松控制器上的應用，并通過介紹利用I/O卡件進行控制精開松控制器的缺點，闡述了利用PROFIBUS_DP總線控制精開松控制器的優(yōu)越性。

【關鍵詞】PROFIBUS_DP現場總線；I/O卡件；精開松控制器；CPU417

1、引言

近年來，隨著工業(yè)生產的控制規(guī)模不斷擴大和復雜程度不斷增加，對于工廠的自動化及控制要求也越來越高，網絡化的控制系統開始成為目前工業(yè)控制領域的熱點。網絡化的控制系統優(yōu)點，特別是PROFIBUS-DP總線控制系統能夠增強系統的可靠性、可維護性、抗腐蝕性、抗干擾性、提高系統的反應速度和控制精度，從而使得精開松控制器通過PROFIBUS-DP總線控制成為了更好的選擇。

2、PROFIBUS-DP總線技術

現場總線是安裝在生產過程區(qū)域的現場設備/儀表與控制室內的自動控制裝置/系統之間的一種串行、數字式、多點通信的數據總線。PROFIBUS即Process fieldbus，是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產商的現場總線標準。它自1984年開始，經過十多年的開發(fā)、生產和應用，已成為歐洲首屈一指的開放式現場總線系統。目前PNO（Profibus用戶組織）已擁有600多個成員，生產近千種產品。Profibus產品在歐洲市場占有率大于40%，廣泛應用于加工自動化、樓宇自動化、過程自動化、發(fā)電與輸配電等領域。

PROFIBUS-DP是一種高速低成本通信，研制的現場總線產品，以ISO7498為基礎，以開放式系統互聯網絡（OSI，Open system interconnection）作為參考模型，定義了物理傳輸特性，總線存取協議和應用功能。多采用RS-485傳輸技術用于DP網絡。

RS-485傳輸技術基本特征：網絡拓撲：線性總線，兩端有有源的總線終端電阻。傳輸速率：9.6K bit/s～12M bit/s。介質：屏蔽雙絞銅線電纜，也可取消屏蔽，取決于環(huán)境條件（EMC）。站點數：每分段32個站（不帶中繼），可多到127個站（帶中繼）。插頭連接：使用9針D型插頭。

3、PROFIBUS-DP總線在精開松控制器上的應用

粘膠短纖維項目中精開松控制器是整套生產工藝中關系到短纖維質量及產量的重要環(huán)節(jié)，目前化纖行業(yè)已經建成的大多數生產線所應用的精開松控制器都采用DCS I/O卡件來輸出給電器元件命令并利用I/O卡件接受電氣回路中電器元器件的反饋信號，即CPU需要通過硬點來控制變頻器調速及反饋數據。此種控制方式的弊端為電氣回路復雜，線路過多，控制需要應用大量的電氣元器件及DCS卡件，具體存在如下缺點：

1、電氣柜內，因控制回路復雜，電氣元器件使用過多，控制回路中的觸點、端子是控制回路的薄弱環(huán)節(jié)，也是系統發(fā)生故障的集中所在?；w公司特殊的環(huán)境中存在大量腐蝕性氣體，使元器件損壞率過高；為排除觸點、端子接觸不良或腐蝕氧化產生的影響，每次檢修需專門安排人員進行檢查處理；此種控制回路中，觸點、端子串聯較多，出現故障時排查困難，降低了處理問題的效率，間接影響公司生產。

2、DCS系統柜內，西門子I/O卡件沒有防腐涂層，卡件中電子元件對腐蝕氣體敏感，不可避免會出現卡件故障影響生產；通訊電纜故障同樣造成I/O卡件通訊中斷影響生產，主要體現在電磁干擾及線路故障上。

為了提高企業(yè)競爭力，提高生產的穩(wěn)定性，大幅度降低項目本身成本和維護成本，精開松控制器采用了FROFIBUS-DP網絡控制，使得精開松控制器中的變頻器直接與CPU進行數據交換，不再需要I/O卡件進行控制，在變頻器傳動裝置PROFIBUS-DP的結構中，變頻器使用的PROFIBUS-DP通訊軟模塊；進行數據傳輸主要是周期性的，CPU從變頻器讀取輸入信息并把輸出信息反送給變頻器，在周期性的數據傳輸中，周期性通道通訊使用的數據結構為PPO（參數過程對象）消息，報文結構及PPO消息類型；用周期型通道進行數據傳送，可用數據被劃分成兩個區(qū)域：過程數據區(qū)（PZD）和參數區(qū)（PKW），它們以各自的報文進行數據傳送；控制字、設定值和狀態(tài)字、實際值須依照“過程數據連接”所規(guī)定的路徑進行連接，過程數據的傳輸才有效。

3.1硬件

（1）SIMATIC S7-400 CPU417作為控制系統主站，丹佛斯變頻器FC300作為從站，從站1至從站6的DP地址分別設定為3、4、5、6、7、8，把這些地址分別輸入對應的變頻器918參數中。

（2）采用PROFIBUS_DP專用電纜，用來完成主、從站的物理連接；設計一個端子箱，在端子箱內總共分為6個端子組，端子組由3個魏德米勒端子組成；每個端子組的上口線通過PROFIBUS_DP專用線進行串接，端子組下口通過PROFIBUS_DP專用線分別與從站1至從站6連接，端子箱開始和末尾的端子組上口分別串接出一根PROFIBUS_DP專用電纜，而電纜的另外一端接有DP頭，并將其終端電阻設定開關設置為ON位置；開始端的DP頭接在CPU417上。

（3）可編程控制器CPU417與工程師站通過以太網線連接，工程師站上裝有用于通訊的西門子CP1623網卡。

3.2軟件

利用西門子公司的PCS7 v7.1編程軟件來編制用戶程序。程序有組織塊、功能塊、數據塊組成，由用戶通過工程師站下載給CPU417，用來完成系統組態(tài)、硬件配置、初始化、設置和參數的修改、系統測試及故障診斷與維護等功能。

操作人員在工程師站上發(fā)出指令給CPU417，CPU417通過PROFIBUS_DP網把命令傳輸給各個預運作的變頻器，從而控制與其連接的電機運行；電機的所用運行狀態(tài)被變頻器采集并利用PROFIBUS_DP網上傳給CPU417最終在工程師站上顯示出來。

4、結束

在精開松控制器上應用PROFIBUS-DP總線，減少了因為I/O卡件及相應通訊電纜故障影響生產的情況，同時過程參數的數字化傳遞，避免了模擬量傳輸所帶來的漂移、抗干擾等問題，大大提高了系統的穩(wěn)定性。由于不再使用I/O卡件控制變頻器，DCS卡件相應減少，電氣控制回路變的簡單，易發(fā)生故障的隱患減少，生產維護變的簡單；節(jié)省了部分電元器件及DCS系統的I/O卡件，降低了項目本身的成本及以后生產維護中的備件消耗。