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冶金業(yè)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )控制運用論文
1概述：在冶金企業(yè)中,控制系統為分級結構:0級是采集執行層(傳感器和執行器),完成物理量的測量和控制命令的具體執行;1級是控制層(即所謂的基礎自動(dòng)化),完成生產(chǎn)工藝過(guò)程的集中控制;2級一般為生產(chǎn)模型計算,用于生產(chǎn)控制的優(yōu)化;3級為生產(chǎn)管理和調度系統,用于協(xié)調調度各工序間的協(xié)同工作;4級則是企業(yè)信息系統層,這些層面均需有相應的網(wǎng)絡(luò )構成互聯(lián)的有機整體。在2級以上(含2級)層面大都采用以太網(wǎng),1級以下(含1級)一般是專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )(現有向工業(yè)以太網(wǎng)方向發(fā)展態(tài)勢),采用專(zhuān)用的控制設備及軟件。其中,各種網(wǎng)絡(luò )的無(wú)縫集成是冶金企業(yè)實(shí)現信息化建設的難點(diǎn)和重點(diǎn)。因此做好控制和管理系統的信息集成,避免出現“自動(dòng)化孤島”,企業(yè)信息化才能落到實(shí)處,且真正發(fā)揮其應有的作用。
2現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)
冶金企業(yè)的自動(dòng)控制系統基本上以可編程邏輯控制器(PLC)和集散控制系統(DCS)為主,為了實(shí)現各系統間的無(wú)縫集成,就要求各控制系統采用開(kāi)放性、標準化、流行的硬件、操作系統、網(wǎng)絡(luò )技術(shù),因此帶有各種現場(chǎng)總線(xiàn)控制技術(shù)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )控制系統在冶金企業(yè)得到大量的應用�，F場(chǎng)總線(xiàn)是連接智能現場(chǎng)設備和自動(dòng)化系統的全數字化、實(shí)時(shí)、雙向傳輸、多分支結構的通信網(wǎng)絡(luò )，它主要解決現場(chǎng)的智能化儀表、控制器、執行機構等現場(chǎng)設備之間的數字通信，以及這些現場(chǎng)控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問(wèn)題。
2.1現場(chǎng)總線(xiàn)的特點(diǎn)
(1)系統傳遞精度及可靠性高、可維護性好,并充分發(fā)揮現場(chǎng)智能型設備可數字式傳輸的特長(cháng)。
(2)功能分散,反應速度提高,現場(chǎng)儀表具有高層次功能,某種程度上承擔了系統的控制功能。(3)通過(guò)增加本安物理通道,可應用于危險區域。
(4)增強了現場(chǎng)級信息集成能力。
(5)具有開(kāi)放性、互操作性、互換性、可集成性。
(6)降低了系統及工程成本。
2.2幾種典型的現場(chǎng)總線(xiàn)標準
目前國際上現有各種總線(xiàn)及總線(xiàn)標準不下二百多種,具有一定影響和已占有一定市場(chǎng)份額的總線(xiàn)有如下幾種:PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)、FF現場(chǎng)總線(xiàn)、LONWORKS現場(chǎng)總線(xiàn)、CANBUS現場(chǎng)總線(xiàn)、WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)、P-NET現場(chǎng)總線(xiàn)等。
3、PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)
與其它現場(chǎng)總線(xiàn)系統相比,PROFIBUS的最大優(yōu)點(diǎn)在于具有穩定的國際標準EN50170作保證,并經(jīng)實(shí)際應用驗證具有普遍性。目前已應用的領(lǐng)域包括加工制造、過(guò)程控制和樓宇自動(dòng)化等。
3.1PROFIBUS概貌
PROFIBUS由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS三個(gè)兼容部分組成。PROFIBUS-DP是一種高速低成本通信,用于設備級控制系統與分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代24VDC或4～20mADC信號傳輸。PROFIBUS-PA專(zhuān)為過(guò)程自動(dòng)化設計,可使傳感器和執行機構聯(lián)在一根總線(xiàn)上,并有本征安全規范,可通過(guò)總線(xiàn)給現場(chǎng)設備供電。PROFIBUS-FMS用于車(chē)間級監控網(wǎng)絡(luò ),是一個(gè)令牌結構、實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò )。
3.2PROFIBUS傳輸技術(shù)
PROFIBUS提供了三種數據傳輸類(lèi)型:
(1)用于DP和FMS的RS-485傳輸
為網(wǎng)絡(luò )拓撲線(xiàn)性總線(xiàn),傳輸速率:9.6kbit/s～12Mbit/s,采用屏蔽雙絞電纜,也可取消屏蔽,取決于環(huán)境條件。不帶中繼時(shí)每分段32個(gè)站,帶中繼時(shí)最多到127個(gè)站。
(2)用于PA的IEC1158-2傳輸
數字式、位同步數據傳輸,傳輸速率:31.25Kbit/s,電壓式,采用雙絞線(xiàn),屏蔽式或非屏蔽式,可通過(guò)數據線(xiàn)遠程電源供電,能進(jìn)行本征及非本征安全操作。每段32個(gè)站,總數最多到126個(gè)站,最多可擴展至4臺中繼器。分段偶合器將IEC1158-2傳輸技術(shù)總線(xiàn)段與RS-485傳輸技術(shù)總線(xiàn)段連接,偶合器使RS-485信號與IEC1158-2信號相適配,它能為現場(chǎng)設備的遠程電源供電,且供電裝置可限制IEC1158-2總線(xiàn)的電流和電壓。
(3)光纖
在電磁干擾很大的環(huán)境下可使用光纖導體，以增加高速傳輸的距離�？墒褂脙煞N光纖導體，一是價(jià)格低廉的塑料纖維導體，供距離小于50m情況下使用，另一種是玻璃纖維導體，供距離小于1km情況下使用。
3.3PROFIBUS-DP的診斷功能
經(jīng)過(guò)擴展的PROFIBUS-DP診斷功能能對故障進(jìn)行快速定位,診斷信息在總線(xiàn)上傳輸并由主站采集。診斷信息分三級,分別為:本站診斷操作,本站設備的一般操作狀態(tài),如溫度過(guò)高、壓力過(guò)低;模塊診斷操作,一個(gè)站點(diǎn)的某具體I/O模塊故障;通道診斷操作,一個(gè)單獨輸入/輸出位的故障。
3.4PROFIBUS-DP的設備類(lèi)型
第一類(lèi)DP主站(DPM1)是中央可編程序控制器,如PLC、PC等,它在預定的信息周期內與分散的站(如DP從站)交換信息。
第二類(lèi)DP主站(DPM2)是可進(jìn)行編程、組態(tài)、診斷的設備。在DP系統組態(tài)操作時(shí)使用,完成系統操作和監視目的。DP從站是二進(jìn)制值或模擬量輸入輸出的驅動(dòng)器、閥門(mén)等。
3.5PROFIBUS-DP的系統行為
系統行為主要取決于DPM1的操作狀態(tài),這些狀態(tài)由本地或總線(xiàn)的配置設備所控制。主要有以下三種狀態(tài):(1)停止在這種狀態(tài)下,DPM1和DP從站之間沒(méi)有數據傳輸。(2)清除在這種狀態(tài)下,DPM1讀取DP從站的輸入信息并使輸出信息保持在故障安全狀態(tài)。(3)運行在這種狀態(tài)下,DPM1處于數據傳輸階段,循環(huán)數據通信時(shí),DPM1從DP從站讀取輸入信息并向從站寫(xiě)入輸出信息。DPM1設備在一個(gè)預先設定的時(shí)間間隔內,以有選擇的廣播方式將其本地狀態(tài)周期性地發(fā)送到每一個(gè)有關(guān)的DP從站。如果在DPM1的數據傳輸階段中發(fā)生錯誤,DPM1將所有有關(guān)的DP從站數據立即轉入清除狀態(tài),而DP從站將不再發(fā)送用戶(hù)數據。在此之后,DPM1轉入清除狀態(tài)。
(1)DPM1和DP從站之間的循環(huán)數據傳輸
在對總線(xiàn)系統進(jìn)行組態(tài)時(shí),用戶(hù)對DP從站與DPM1的關(guān)系做出規定,確定哪些DP從站被納入信息交換的循環(huán)周期,哪些被排斥在外。DPM1和DP從站之間的數據傳輸分三個(gè)階段:參數設定、組態(tài)、數據交換。在參數設定階段,每個(gè)從站將自己的實(shí)際組態(tài)數據與從DPM1接受到的組態(tài)數據進(jìn)行比較。只有當實(shí)際數據與所需的組態(tài)數據相匹配時(shí),DP從站才進(jìn)入用戶(hù)數據傳輸階段。
(2)DPM1和系統組態(tài)設備間的循環(huán)數據傳輸
除主—從功能外,PROFIBUS-DP允許主—主之間的數據通信,這些功能使組態(tài)和診斷設備通過(guò)總線(xiàn)對系統進(jìn)行組態(tài)。
(3)同步和鎖定模式
DP主站設備也可向單獨的DP從站、一組從站或全體從站同時(shí)發(fā)送控制命令。在這種模式中，所編址的從站輸出數據鎖定在當前狀態(tài)下。在這之后的用戶(hù)數據傳輸周期中，從站存儲接收到輸出的數據,但它的輸出狀態(tài)保持不變;當接收到下一同步命令時(shí),所存儲的輸出數據才發(fā)送到外圍設備上。用戶(hù)可通過(guò)非同步命令退出同步模式,鎖定控制命令使得編址的從站進(jìn)入鎖定模式。鎖定模式將從站的輸入數據鎖定在當前狀態(tài)下,直到主站發(fā)送下一個(gè)鎖定命令時(shí)才可以更新。用戶(hù)可以通過(guò)非鎖定命令退出鎖定模式。
3.6PROFIBUS控制系統配置的幾種形式
(1)總線(xiàn)接口型
現場(chǎng)設備不具備PROFIBUS接口,采用分散式I/O作為總線(xiàn)接口與現場(chǎng)設備連接。這種模式設備成本低,但能很好地發(fā)揮現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。
(2)單一總線(xiàn)型
現場(chǎng)設備都具有PROFIBUS接口，適用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù),實(shí)現完全的分布結構,這種方案設備成本會(huì )較高。
(3)混合型
現場(chǎng)設備部分具有PROFIBUS接口，應采用PROFIBUS現場(chǎng)設備加分散式I/O混合使用的辦法,是一種靈活的集成方案。
4結語(yǔ)
冶金工業(yè)網(wǎng)絡(luò )控制技術(shù)當前已進(jìn)入現場(chǎng)控制級,其發(fā)展對解決冶金工業(yè)企業(yè)的控制系統和管理系統的集成提供了一種強有力的手段。PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在冶金工業(yè)網(wǎng)絡(luò )控制的應用中，能節省大量線(xiàn)纜、槽架、連接件，減少了系統的設計、調試、維護時(shí)間，方便地實(shí)現了現場(chǎng)控制設備之間以及設備與控制管理層之間的聯(lián)系，為控制信息進(jìn)入公共數據網(wǎng)絡(luò )創(chuàng )造了條件,使得在整個(gè)工廠(chǎng)內實(shí)現統一的網(wǎng)絡(luò )架構變成可能,真正實(shí)現了一網(wǎng)到底,為冶金工業(yè)企業(yè)的信息化提供了堅實(shí)的通訊保障,顯著(zhù)提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。
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