Profibus-DP总线的基本功能、特性及在大型设备监控系统中的应用

描述

煤矿压风机、主通风机及向生产供水的水泵均为煤矿生产中重要的环节,对这些设备的实时监控,是保障煤矿安全生产、保持设备高效及经济运行的有效手段。现简介Profibus-DP现场总线技术在监控系统中的应用。

1 、Profibus现场总线技术

1.1 Profibus概述

Profibus是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准,用于工业自动化日益广泛,Profibus根据应用特点分为Profibus—DP、Profibus— FMS、Profibus~ PA 3个兼容版本。其中Pr0fibu DP 是一种高速(数据传输率可达12 Mbit/s)的经济的设备级网络,主要用于现场控制器与分散I/O之间的通信;Profibus—PA专为过程自动化设计,采用IECI158—2标准,可提供本质安全特性,适用于安全性要求较高及由总线供电的场合;Profibus—FMS主要解决车间级通信问题,完成中等传输速度的循环数据或非循环数据的交换任务。

1.2 Profibus—DP的主要特征

Profibus-DP使用物理层、数据链接层(第1层、2层)和用户接口,用于现场层的高速数据传送,主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站程序循环时间短。此外,Profibus—DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理及复杂设备在运行中参数的确定。

Profibus-DP的基本功能和特性:

(1)远距离高速通信:波特率从0.096~12Mb/s;最大距离12Mb/s时100m,15Mb/s时200m,还可以用中继器加长。

(2) 分布式结构:各主站间令牌传递,主站与从站为主从传送,每段可达32个站,用连接器连接段,最多可达126个站。

(3) 易于安装:因为RS485的传输技术简单,双绞线的敷设不需要专业知识,总线结构使得1个站点装卸载不影响其它站点的正常工作,系统的安装还可以分别进行,后期安装的系统不会对前期安装的系统造成妨碍。

(4) 诊断功能:经过扩展的Profibus-DP的诊断功能能对故障进行快速定位,诊断信息在总线上传输并由主站采集。

(5) 开放式通信网络。

(6) 可靠性和保护机制:Profibus-DP允许构成单主站或多主站系统。

每个Profibus-DP系统有3种类型的设备:一级DP主站(DMP1),即中央控制器(如PLC、PC),在预定的信息周期内与分散的站交换信息;二级DP主站(DMP2),指组态设备、编程器或操作面板,完成各站点的数据读写、系统配置、故障诊断等;DP从站,指进行输入、输出信息采集和发送外围设备(如PLC、分散式I/O、驱动器、传感器、执行机构)。

2、 大型设备监控系统的硬件设计

在煤矿大型设备集中监控系统中采用了Profibus—DP现场总线网络,整个控制系统有1台Profibus-DP主站.3台Profibus-DP从站及现场的通风机、空压机、水泵及各种变送器组成。主站设在主监控室中,从站设在每个监控设备的现场,由Profibus—DP总线将所有从站设备连接起来,其中Profibus—DP主站为研华IP 一610P/PIII型工控机,Profibus—DP从站均采用SIMATICS7—300系列的CPU315—2DP PLC,分别扩展了不同数量的模拟量输入模块、数字量输入 出模块。从站CPU3l5—2DP CPU模块有1个DP通讯口、用于与Profibus—DP总线连接,在Profibus—DP总线网络上,该PLC可以作为主站,也可以作为从站。CPU模块的另一个通讯口为一个MPI多点通讯口,用以通过MPI网络连接到计算机,人机界面显示屏或手持编程器。

在此监控系统中因为3台从站距离主站都较远,这样在每一个从站现场还设计有人机界面。该人机界面为26cm液晶触摸屏,通过它可以显示现在设备的详细运行参数,也可以控制每一从站相应设备的运行。

监控系统

3、 工业广场监控系统的软件设计

3.1 下位机监控软件(从站)

本系统采用SIMATIC S7—300的配套编程工具STEFY7 v5.1完成硬件组态、参数设置、PLC程序编制、测试、调试和文档处理。程序由组织块(OB)、功能块(FB、FC)和数据块(DB)构成。其中,OB是PLC的主监控扫描程序,用于控制程序的运行。FB、FC各个功能子程序块,DB数据块为存储各运行数据区域。在本监控系统中对各从站的DB块进行了同一分类:DB1块数据为采集的各参数原始值(未经过量程或数据变换处理的值),DB2为经过处理后的参数,DB10为人机界面与从站的交换数区。

3.2 上位机监控软件(主站)

上位机的操作系统为Windows2000 Profession—al,Profibus—DP通讯配置软件为Siemens公司的Softnet PB和C0M Profibus.监控软件采用工控软件— —北京亚控公司的组态王Kingview6.02.它集控制技术、人机界面技术、图形技术、数据库技术、网络技术于一身,含有实时数据报表、历史数据报表、实时曲线、历史曲线、报表查询等控件,为工程技术人员提供很好的二次开发平台。各功能画面设计采用下拉式菜单,主要有3个从站设备模拟运行画面、运行控制画面,各从站实时数据报表、历史数据查询、实时运行曲线、历史趋势曲线等等。

4 、结语

该型设备集中监控系统采用PrOfibu DP现场总线实现分布式控制,已可以在现场稳定运行。实践证明,采用该总线技术提高了系统的稳定性、可靠性,抗干扰能力强,降低了系统成本。

责任编辑:gt


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