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PROFIBUS现场总线在润滑油包装线上的应用

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1  引言

  现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行,数字式,多点通信的数据总线。它位于生产控制和网络结构的底层,亦称为底层控制网络。它与工厂现场设备直接连接,一方面将现场测量控制设备互联为通信网络,实现不同网段,不同现场通信设备的信息共享;另一方面又将现场运行的各种信号传到远离现场的控制室,并进一步与操作终端,上层控制管理网络连接和信息共享。即可以将一个现场设备的运行参数,状态以及故障信息等送往控制室,又可将各种控制,维护,组态命令甚至现场设备的工作电源等送往各相关的现场设备。从而沟通了生产过程现场控制设备之间及其更高控制管理层之间的联系。现场总线在制造业、流程工业、冶金、电力、交通、楼宇等自动化系统中有着广泛的应用前景。

2  PROFIBUS总线技术

  PROFIBUS是一种不依赖厂家的开放式现场总线标准,采用PROFIBUS的标准系统后,不同厂商所生产的设备不需要对其接口进行特别调整就可通信。PROFIBUS为多主从结构,可方便地构成集中式,集散式和分布式控制系统。针对不同的场合,它分为三个系列:

(1) PROFIBUS-DP用于传感器和执行器级的高速数据传输,它以德国标准DIN1924的第一部分为基础,根据其所需要达到的目标对通信功能加以扩充,DP的传输速率可达12Mbps,一般构成单主站系统。主站,从站间采用循环数据传送方式工作。PROFIBUS-DP的设计旨在用与设备级的高速数据传送。中央控制器(PLC/PC)通过高速串行线同分散的现场设备(I/O、驱动器、阀门等)进行通信,同这些分散的设备进行数据交换多数是周期性的。

(2) PROFIBUS-PA适用于安全性要求较高的场合。PA具有本质安全特性,其实现了IEC1158-2(物理层)规定的通信的规程。PROFIBUS-PA的过程自动化解决方案中PA将自动化系统和过程控制系统与现场设备(压力,温度和液位变送器等)连接起来,代替了420mA模拟信号传输技术,节约成本,并大大提高了系统功能和安全可靠性,因此PA尤其适用于化工、石油、冶金等行业的过程自动化控制系统。

(3) PROFIBUS-FMS旨在解决车间级通用性通信任务。FMS提供大量的通信服务,用以完成以中等传送速度进行的循环交换,因此它考虑的主要是系统功能而不是系统响应时间,应用中通常要求的是随机的信息交换(如改变设定参数等)。强有力的FMS服务向人们提供了广泛的应用范围和更大的灵活性,可用于大范围和复杂的通信系统。
PROFIBUS协议的结构定向是根据ISO7498国际标准以开放式系统互联网(OSI)作为参考模型的。
PROFIBUS-DP使用第一层,第二层和用户接口。这种结构确保了数据传输的快速和有效进行,直接数据链路映象(DDLM)为用户接口提供第二层功能映象,用户接口规定了用户系统以及不同设备可以调用的应用功能,并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。
PROFIBUS-PA使用PROFIBUS-DP的基本功能传送测量值和状态,并用扩展的PROFIBUS-DP功能制定现场设备的参数和进行设备操作。另外它使用了描述现场设备行为的PA行规,根据IEC1158-2的标准,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。
PROFIBUS-FMS对第一,第二和第七层均加以定义,其中应用层包括了现场总线信息规格(Fieldbus Message SpecificationFMS)和低层接口(Lower interfaceLLI)FMS向用户提供了广泛的通信服务功能,LLI则向FMS提供了不依赖设备访问第二层(现场总线数据链路层)的能力,第二层主要完成总线访问控制和保持数据的可靠性。
PMS服务是ISO9506 MMS(Manufacturing Message Specification,加工制造信息规范)服务项目的子集,这些服务项目在现场总线应用中被优化,而且还加上了通信目标和网络管理功能。
PROFIBUS-DPPROFIBUS-FMS系统使用了同样的传输 技术和统一的总线访问协议,因而这两套系统可在同一电缆上同时操作。

3  PROFIBUS-DP在润滑油包装生产线上的应用

某厂于2002年从意大利引进一条4立升润滑油灌装生产线。它是由灌装机、称重机、封箱机、码垛机组成。控制系统为西门子S7-300 PLC。用PROFIBUS-DP与四个PLC联系。在设备调试中本系统起到很大作用。每班在正常开机时均可在上位机上完成重量设定等功能。提高了自动化程度。PROFIBUS-DP网络联结如附图所示。


附图  PROFIBUS-DP网络联结示意图


(1) 灌装机联在 SIEMENS RS485 转换器、封箱机和码垛机联在转换器上。转换器上端通过西门子CP5611连接在计算机上,它们都是通过两芯电缆连接。
(2) 称重机通过西门子变换器联到计算机的COM1端,计算机内装调制解调器可以与电话线相连。完成与互联网的相连。通过互联网可以监视本条生产线的运行情况,并可以进行远程修改程序。
(3) 计算机可以调整灌装机的运行参数,可以显示本线各机器的运行效率。可以对所发生的故障进行显示。提高了生产自动化程度。
(4) 本系统运行两年来,情况良好。曾经通过计算机对码垛机的PLC程序进行修改。已满足生产的要求。
(5) 上位机是由DELL奔腾4计算机构成。配置了Windows 2000 STEP 7 MOVE控制软件。画面打开后,动态显示整个包装线情况。下部有显示的灌装机、封箱机、码垛机、称重机图标;还可显示产品图表、网络状况、报警记录,并可选择语言(英语/意大利语)显示系统时间。当正常生产时有8个图标分别表示:
l 由于容器入口不足停车;
l 由于容器出口太多停车;
l 由于操作工停车;
l 由于内部故障停车;
l 由于原材料故障停车;
l 由于外部故障停车;
l 由于容器在第二入口少停车;
l 由于容器在第二出口太多停车。
观察这些指示可以直观看到生产线情况。

4  结束语

(1) PROFIBUS-DP在该厂成功运用以来,提高了该厂润滑油包装线的自动化水平。提高了设备的稳定性。提高了劳动生产率。
(2) 目前使用的PROFIBUS网络,以后可以以此为基础,把其它生产线的PLC联在这个网上,使自动化水平整体提高。
(3) 还可以利用此网络将条形码扫描仪联上,生产的成品的时间、品种、批次均可自动记录在计算机内。