張 杰

(通化師范學院，吉林 通化 134002)

工業(yè)以太網(wǎng)通訊及PROFIBUS-DP總線技術(shù)的不斷成熟與完善，及其可靠性與安全性的不斷提高，使其在各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用.Ethernet網(wǎng)絡(luò)以其高速通訊能力廣泛應(yīng)用于管理層，PROFIBUS-DP用于過程控制層的高速數(shù)據(jù)傳送.PROFIBUS-DP主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息.除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化設(shè)備所需的非周期性通信以進行組態(tài)、診斷和報警處理.而AS-interface現(xiàn)場級總線以其安裝簡單、成本低廉、穩(wěn)定可靠性在啤酒、飲料行業(yè)得到的廣泛應(yīng)用.

該系統(tǒng)采用Ethernet網(wǎng)絡(luò)，PROFIBUS-DP總線，AS-interface總線，不僅滿足了啤酒發(fā)酵工藝的需要，而且使安裝、調(diào)試、維修更加方便、快捷，使控制系統(tǒng)在長時間內(nèi)保持良好的先進性.

1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

該電氣控制系統(tǒng)由兩臺上位機、一套S7412-2DP PLC(作為主站)、三套ET-200M、二套DP/AS-i總線控制系統(tǒng)(作為從站)組成，網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如圖1所示.

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

上位機配置：研華工控機，配置為P IV/2.6G/1G/120G/DVD/19"LCD.

下位機配置：主站：①中央處理模塊：CPU412-2DP(addr2)；②電源模塊：PS 407 10A；③通訊模塊：CP 443-1.

從站：ET 200M(addr3).

①總線接口模塊：6ES7 153-1AA83-0XB0.

②模擬量輸入模塊：3×8RTD 6ES7 331-7PF00-OAB0；3×8AI 6ES7 331-7KF02-OAB0.

③模擬量輸出模塊：1×2AO 6ES7 332-5HB01-OAB0.

④數(shù)字量輸出模塊：1×32DO 6ES7 322-1BL00-OAA0；ET 200M(addr4).

①總線接口模塊：6ES7 153-1AA83-0XB0.

②模擬量輸入模塊：3×8RTD 6ES7 331-7PF00-OAB0；2×8AI 6ES7 331-7KF02-OAB0.

③數(shù)字量輸出模塊：1×32DO 6ES7 322-1BL00-OAA0；ET 200M(addr5).

①總線接口模塊：6ES7 153-1AA83-0XB0.

②數(shù)字量輸入模塊：1×16DI 6ES7 321-1BH00-OAA0；2×32DI 6ES7 321-1BL00-OAA0.

③數(shù)字量輸出模塊：2×32DO 6ES7 322-1BL00-OAA0；DP/AS-i Link站(addr6和addr7).

我們選用的是德國IFM AS-I-DP-CONTROLLER其中包括：

①AS-i MASTER模塊：在精確的時間間隔內(nèi)向其它站點從站傳送數(shù)據(jù).

②AS-i POWER模塊：用于對從站供電，電壓等級為30VDC.AS-i 電源必需能夠同時保證數(shù)據(jù)解耦和從站供電(普通標準電源不適合).

③AS-i SLAVE I/O模塊：用于直接安裝在現(xiàn)場.

④黃色和黑色標準扁平電纜.

3 系統(tǒng)軟件配置

上位機人機界面軟件在WINDOWS XP環(huán)境下運行，利用Wonderware公司組態(tài)軟件INTOUCH V9.0，以S7-400PLC為中心，PLC與上位機之間采用以太網(wǎng)連接，PLC與ET200M和IFM DP/AS-i CONTROLLER之間由PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)連接，IFM DP/AS-i CONTROLLER部分組態(tài)軟件由IFM產(chǎn)品廠家提供，在組態(tài)前將此信息拷到SIEMENSSTEP7S7DATAGSD下，再啟動STEP7管理軟件-硬件組態(tài)OPTIONS-UPDATEDDB FILES，然后在硬件組態(tài)中PROFIBUS-DP上加入ADDITIONAL FIELD DEVICES的相應(yīng)設(shè)備，SIEMENS STEP7即可認識這個外公司產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)連接.這種方式使通訊程序和組態(tài)軟件構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)高效地運行.

系統(tǒng)軟件配置如下：

①首先通過SIMATIC NET COML S7創(chuàng)建一個*.TXT和一個*.LDB文件，如圖2(SIMATIC NET配置圖)所示，為SMATIC NET通過標準的以太網(wǎng)卡連接SIEMENS CP 443-1模塊.編輯S7連接參數(shù)，其中網(wǎng)絡(luò)類型選擇TCP/IP，NAME:S7_TCPIP，VFD NAME:VFD1，REMOTE ADDRESS:192.168.1.59，LOCAL TSAP(The Transport Service Access Point):01.00，后兩位必須設(shè)置為零，ROMOTE ISAP:03.03，前兩位數(shù)字含義，01=PG，02=OS，03=others，后兩位數(shù)字含義，一般設(shè)置為03.0X，0代表機架號，X代表CPU插入槽號，然后保存到SINEC/COMS7.NT文件夾下，之后生成一個*.LDB文件，同樣存在相同的文件夾下.

②Setting the PG/PC interface，設(shè)置PG/PC參數(shù)，S7協(xié)議選擇生成*.TXT和*.LDB的目錄文件.

③打開S7項目SIMATIC Manager S7 400管理器，設(shè)置CP 443-1地址，IP地址設(shè)置192.168.1.59，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，物理地址默認.然后用D：》PING192.168.1.59命令測試通訊PC與CP443-1通訊.

④配置S7 I/O SERVER，如圖3(I/O SERVER配置圖)所示，這里CP-NAME：S7ONLINE，VFD選擇前面的VFD1名，CONECTION選擇前面的S7_TCPIP.

⑤測試S7 TCP/IP和Wonderware S7 I/O Server通訊.用WWClient進行測試.

圖2 SIMATIC NET配置圖

圖3 I/O SERVER配置圖

軟件配置完成測試成功后，通過人機界面，可實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)控管理，如故障報警，故障復(fù)位，狀態(tài)記錄，歷史查詢，溫控曲線、工藝曲線等功能.

下位機組態(tài)軟件為SIEMENS公司STEP7 V5.4工具包開發(fā)梯形圖，STEP7 V5.4完成下位機組態(tài)和編程，下位機PLC完成生產(chǎn)工藝的全部任務(wù).

系統(tǒng)主要輸入輸出信號：該系統(tǒng)中發(fā)酵罐有12個，每個罐有三個溫帶區(qū)，分上溫、中溫、下溫，并帶有壓力控制、溫度、液位顯示，每個溫帶區(qū)通過控制該區(qū)電磁閥實現(xiàn)各區(qū)溫度控制，清酒罐有4個，控制與發(fā)酵罐相同.閥陣四個，每個閥陣有27個現(xiàn)場從站設(shè)備(雙密封單座閥和雙座閥)，其中發(fā)酵罐與清酒罐由ET-200M(Addr3)和ET-200M(Addr4)中模塊控制，而現(xiàn)場閥陣由ET-200M(Addr5)、DP/AS-i Link站(Addr6)、DP/AS-i Link站(Addr7)中模塊控制完成.閥陣主要是CIP清洗管道和罐裝車間用，當罐裝車間有罐裝要求時，相應(yīng)的閥門打開，另一些閥門按照PLC程序關(guān)閉.每個溫帶區(qū)的溫度控制均采用恒溫供冷方式，恒溫供冷控制系統(tǒng)根據(jù)發(fā)酵工藝要求設(shè)定的溫度值(SV值)與溫度傳感器測定的現(xiàn)場溫度值(PV值)之偏差ΔT=SV-PV進行控制.通過PLC內(nèi)部的PID運算，當ΔT>0時，提高控制閥門開斷時間，從而使閥門開時間增大，實現(xiàn)冷媒流量的增加，使實際溫度趨向設(shè)定值.當ΔT<0時，降低閥門開通時間，從而減少冷媒流量，實現(xiàn)冷媒溫度的減少，使實際溫度趨向設(shè)定值.當ΔT=0時，維持不變的開閥時間，以保證冷媒溫度的恒定.

4 系統(tǒng)操作流程(如圖4所示)

圖4 系統(tǒng)操作流程

控制過程：依次合上低壓柜內(nèi)的電源總開關(guān)；控制電源開關(guān)，PLC柜上控制電源指示燈亮；啟動上位機.

通過上位機人機界面首先進入主畫面，用戶登陸，驗證用戶身份后進入相應(yīng)畫面，其中：

退出系統(tǒng)級：權(quán)限只能退出系統(tǒng)，確保程序正常退出，減小程序出錯幾率，其它級別人員不能隨便退出系統(tǒng)，以保持程序運行不被間斷，保持歷史數(shù)據(jù)連續(xù)性.

管理員級：除有退出級權(quán)限外，還能進行增加、刪除用戶，更改用戶權(quán)限，更新數(shù)據(jù)庫，診斷系統(tǒng)故障等.

超級管理員級：除上述權(quán)限外，能進行程序設(shè)計，編譯、修改等.

操作員級：操作員具有監(jiān)控生產(chǎn)各個階段過程監(jiān)控，各階段曲線、記錄瀏覽及幫助信息.

工藝員級：工藝員級除具有操作員級權(quán)限外，還能進行增加新工藝、新工藝參數(shù)設(shè)定、修改、原工藝參數(shù)設(shè)定、修改、及各工藝運行情況監(jiān)控等.

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)自動化程度較高，數(shù)據(jù)采集量大，通過使用以網(wǎng)和PROFIBUS-DP總線，在通信響應(yīng)時間和數(shù)據(jù)傳輸正確率等各技術(shù)指標上完全達到了系統(tǒng)設(shè)計要求，充分體現(xiàn)出了S7-400系列PLC強大的通信能力和在分布式工控系統(tǒng)中良好的適應(yīng)性.通過采用SIEMENS的產(chǎn)品和技術(shù)，系統(tǒng)基本達到設(shè)計要求，使啤酒發(fā)酵控制變得簡單，生產(chǎn)效率明顯提高，運行效果較好.而且該系統(tǒng)成本優(yōu)勢是非?？捎^的，采用AS-interface后，可以節(jié)約至少25%的安裝費用.盡管采用AS-interface模塊的初始成本比較高，但實際應(yīng)用結(jié)果表明，它是一種低成本的、穩(wěn)定的、最佳的解決方案，通?？晒?jié)約20%的成本.

參考文獻：

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