PROFIBUS现场总线在物料输送控制系统中的应用

引言

    物料输送系统广泛应用于产品包装、流水作业、检测等相关行业中，对监控系统的准确性、可靠性以及自动化水平都有很高的要求。内蒙古化肥厂物料输送系统采用的是传统的继电器逻辑控制方式，故障率很高，无法提高生产速度。针对这种情况，设计了一种以PROFIBUS现场总线为通信方式，PLC为控制核心的控制系统。

    现场总线是近年来迅速发展起来的一种数据总线通信技术，目前主要有PROFIBUS、FF、CAN、LONWORKS等多种形式。其中PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术，是一种国际化、开放式的现场总线标准。本文主要介绍PROFIBUS现场总线在内蒙古化肥厂物料输送系统中的应用。

1 PROFIBUS现场总线的特点

    PROFIBUS(Process Field Bus)是一个既简单，又便宜并且有较高传送速度的设备，作为一种总线标准，具有开放性、国际化、不依赖于设备生产商等特点。现在，PROFIBUS现场总线已经实现了数字和模拟输入／输出模块、智能信号装置和过程调节装置与PLC和PC之间的数据传输，把I／O通道分散到实际需要的现场设备附近，从而使整个系统的工程费用、装配费用、硬件成本、设备调试和维修成本减少到最低。

    由PROFIBUS构成的兼容网络系统可应用于不同的场合：PROFIBUS—FMS提供强有力的通信功能；PROFIBUS—DP特别适合可编程控制器与现场分散的I／O设备之间的通信；PROFIBUS-PA用于安全性较高的场合，允许对设备进行完全的内部操作。

2控制系统的工艺流程及控制目标

    2．1控制系统的工艺流程

    包装输送控制系统分为散库和包装库两组。散库主要存储不需要包装的散料，包装库主要进行成品包装。主要包括：1#-8#线、A线(9#、15#、16#)、B线(1#、19#、2#)、C线(1 1样、17#)、D线(12#、18#)、E线(13#、21#)、F线(1#、22#)。各线工艺流程如图1所示。由此图可以看出化肥运出有两条路线，具体操作为：当化肥不需运出或包装库出现故障时，化肥经2#皮带运向散库；包装库运行正常情况下，化肥经5#-6#-7#(或8#)至A～F线运向包装库，再由包装库将化肥运出；当散库化肥需要运出时，通过耙料机将化肥运到3#皮带上，再经销4#6#7#(或8#)至A～F线运向包装库，再由包装库将化肥运出。

图1工艺流程图

    2．2输送系统的控制要求

    1)回路启动顺序由下游向上游(来料方向为上游)，按一定延时逐个启动，若回路启动过程中无故障，则为正常启动；若有故障则为异常启动，程序启动遇到故障时，就不再继续往下启动。

    2)回路停止顺序由上游向下游，它包括正常停止和事故停止。正常停止为顺序停止，即正常操作时程序按一定时间延时由上游向下游逐个停止设备。事故停止是在启动或正常运行过程中回路中某一设备发生故障时，上游的设备立即停止，下游设备可运行。[page]

    3)在逻辑梯形图中，凡是带有分支的连锁回路都有记忆功能。因为前一台设备可以根据需要启动下面各个分支回路的设备，回路梯形逻辑的记忆功能可保证有故障回路的设备能正确停止。

    4)上位机能显示出整个皮带运行状态，亦能显示单条回路运行的设备。

3物料输送控制系统的结构

    物料输送系统由上位监控机、PROFIBUS总线适配卡、PLC(S7-300)、PROFIBUS—DP总线网络及执行机构组成，其结构如图2所示。分布在现场的PLC节点分别连接皮带电机、分料器、斗提返料、三通阀、耙料机、四通阀、除铁器、破碎机等，并通过通信接口与总线相连；监控计算机运行PLC软件SETP7和组态软件WINCC并通过通信网卡和连接在PROFEIBUS一总线网络上的各个单元PLC之间进行实时通信，从而实现物料输送系统的正常工作。

图2控制系统的硬件及网络结构
 

    上位监控计算机选用两台PC机，一台作为操作站实现整个系统的监控和数据检测；另一台作为工程师站完成组态软件的设计与开发、PLC程序的开发以及将软件通过PROFIBUS总线传送至PLC的CPU单元；总线适配卡选用的是CP5613，用来完成现场总线与监控计算机的协议转换。为了能更好的监控系统正常工作，包装控制室操作站和散库控制室操作站与PLC模块CP342—5的通讯，采用PROFIBUS总线通讯结构。包装控制室模块CPU315—2 DP与散库模块1M153的通讯，采用PROFIBUS—DP总线通讯结构。

    可编程控制器(PLC)实现各个单元的运行控制，计算机通过编程软件对plc进行编程和调试。本系统采用S7—300 CPU315-2DP可编程控制器作为每个工作单元的控制系统。各个单元的PLC通过PROFIBUS-DP总线进行信息传递，实现各单元的动作协调。

4物料输送控制系统的硬件组态及软件编程

    网络的构成既要进行正确的物理连接，也要对整个网络进行组态，也就是对网络进行逻辑上的连接。这种逻辑上的组态要与实际的物理连接相同，否则整个网络将无法工作。网络的组态完成之后都要下载到网络的各个结点中。如果组态正确并且下载成功，整个网络就建立起来了，能够按照组态设计的方式和通信要求进行通信。网络组态的主要工作是为网络结点分配网络地址，确定网络的通信速率，以及建立网络链接。

    本系统采用STEPT7 V5．3软件对各个控制单元的PLC进行相应参数设置，如通信口的设置、MPI地址设定、选择数据传输率等；然后对S7．300进行硬件组态，即对S7—300的机架、电源、CPU、信号模块等按其实际配置类型和物理地址进行组态，其中在CPU的组态中设置总线地址，并将组态信息通过编程通信电缆下载到PLC并进行确认。系统的硬件组态如图3所示。

    控制系统的PLC程序采用S7系列PLC软件STEPT5．3设计开发而成。程序设计采用结构化程序，应用组织块(OB)、功能块(FB)、功能(FC)及数据块(DB)组成控制系统程序。STEPT7 V5．3编程方便，界面友好，调试便捷，具有梯形图、语句表。提供了梯形图(LAD)、语句表(STL)和功能图(FBD)3种形式的编程、调试、诊断等功能。这三种编程形式可随意切换和组合使用。

图3硬件组态图

5结束语

    在系统中PROFIBUS将所有的站点连接到一起，系统信息都是通过它进行传递。利用PROFIBUS完成了系统各设备间的通讯，形成网络系统，提高了系统的智能化程度，实现了复杂的控制功能。该系统已在内蒙古天野化工集团包装系统中运行，在实际中，用它对化肥输送系统进行了改造，完成了预期的通信和控制功能，大大提高了生产效率，取得了满意的效果。