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        基于PROFIBUS總線的溫度控制系統(tǒng)

        2016-11-09 07:11:56許連閣于曉云
        電大理工 2016年3期
        關(guān)鍵詞:功能系統(tǒng)

        許連閣 于曉云

        遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院(丹東 118009)

        基于PROFIBUS總線的溫度控制系統(tǒng)

        許連閣于曉云

        遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院(丹東118009)

        提出了基于PROFIBUS總線的溫度控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn),給出了該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、功能及軟硬件的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)通訊、分散控制及數(shù)據(jù)管理功能。

        PROFIBUS;PLC;溫度控制;分散控制系統(tǒng)

        在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中,液位、溫度、流量、壓力、速度等許多模擬量是常用的主要被控參數(shù)。其中溫度的控制尤為普遍,在諸如化工、電力、冶金、食品、造紙、微波應(yīng)用、機(jī)械制造行業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域中,都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。比如微波場(chǎng)溫度控制,陶瓷窯溫度控制,回轉(zhuǎn)窯分解爐溫度控制,火電廠蒸汽溫度的控制,智能大廈、蔬菜大棚、恒溫廠房、大中型糧倉(cāng)、庫(kù)房等多點(diǎn)溫度控制。

        1 溫度監(jiān)控管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存在的問題

        在過去的控制系統(tǒng)中,一般采用組合儀表分散控制方式,其特點(diǎn)是每一個(gè)溫度控制點(diǎn)自己都獨(dú)占一套控制回路,通過操作臺(tái)或控制盤上的開關(guān)或按鈕來實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作,各個(gè)控制回路之間在控制上無任何聯(lián)系。這種方法最大的優(yōu)點(diǎn)是:相對(duì)比較安全,當(dāng)一路控制回路出現(xiàn)故障后,并不影響其他回路正常工作。但是,隨著現(xiàn)代化的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)日趨大型化,復(fù)雜化,仍采用常規(guī)儀表面對(duì)大量信息量和指令量,獨(dú)立工作的控制裝置和控制開關(guān)是很難勝任的,將需用很多很長(zhǎng)的監(jiān)控儀表盤、臺(tái)。重要的是,在信息化、數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化的今天,仍然面向儀表的管理方式己不符合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì)。隨后有的企業(yè)采用計(jì)算機(jī)集中控制,用一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量、顯示以及控制算法,反饋控制信號(hào)的輸出都是由該計(jì)算機(jī)完成,而且還要在這臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的管理功能,如圖表的顯示,報(bào)表的打印等,但是,由于所有的控制及管理功能都要由一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成,可靠性便成為非常突出的問題。而且這種控制方法,一般都沒有冗余設(shè)計(jì),一旦計(jì)算機(jī)死機(jī)或出現(xiàn)其它問題,會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)被迫停止運(yùn)行。為了將計(jì)算機(jī)的故障減小,使危險(xiǎn)分散,現(xiàn)在的企業(yè)多數(shù)采用DCS控制系統(tǒng),即計(jì)算機(jī)集散控制。其核心思想是集中管理、分散控制,即管理與控制相分離,上位機(jī)用于集中監(jiān)視管理功能,若干臺(tái)下位機(jī)下放分散到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)分布式控制,各上下位機(jī)之間用控制網(wǎng)絡(luò)互連以實(shí)現(xiàn)相互之間的信息傳遞,使系統(tǒng)的可靠性有了極大的提高。由于不同的DCS廠家為達(dá)到壟斷經(jīng)營(yíng)的目的而對(duì)其控制通訊網(wǎng)絡(luò)采用各自專用的封閉形式,難以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間以及系統(tǒng)與外界之間的信息交換,使自動(dòng)化系統(tǒng)成為“信息孤島”。在各種通信方式中,面向工業(yè)控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)從根本上突破了傳統(tǒng)的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”式的模擬或數(shù)字-模擬信號(hào)控制的局限性,為真正的“分散式”控制,“集中式”管理提供了技術(shù)保證?;诂F(xiàn)場(chǎng)總線的計(jì)算機(jī)控制采用現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊方式,使通信的線路減少,成本更低,可靠性更高。

        2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示,系統(tǒng)采用西門子全集成自動(dòng)化產(chǎn)品,由SIEMENS的S7-300系列的CPU314作為主站,利用CP342-5通訊模塊,通過profibus總線與三臺(tái)遠(yuǎn)程分布式I/O相連,其中S7-314通過MPI編程口用profibus電纜(屏蔽雙絞線)與一臺(tái)IPC上位機(jī)連接,組成典型的單主站分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)以上位機(jī)IPC作為監(jiān)控中心,利用組態(tài)王工業(yè)組態(tài)軟件設(shè)計(jì)界面系統(tǒng)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大完善的監(jiān)控功能。其中三個(gè)遠(yuǎn)程I/O站ET200M分別設(shè)在不同的車間,完成各自不同的功能。第一個(gè)站選用的是SM331兩路12位輸入模擬量模塊和SM332兩路12位輸出模擬量模塊,其中SM331兩路12位輸入模擬量模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)檢測(cè)來自一號(hào)車間的溫度和液位值,SM332兩路12位輸出模擬量模塊用于控制一號(hào)車間的加熱棒的可控硅調(diào)壓器,通過PID運(yùn)算構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng),完成一號(hào)車間的恒溫控制功能。第二個(gè)站選用的是SM331兩路12位輸入模擬量模塊和SM332兩路12位輸出模擬量模塊,其中SM331兩路12位輸入模擬量模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)檢測(cè)來自二號(hào)車間的溫度和液位值,SM332兩路12位輸出模擬量模塊用于控制二號(hào)車間加熱棒的可控硅調(diào)壓器及連續(xù)調(diào)節(jié)閥,并通過PID運(yùn)算構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng),完成二號(hào)車間的恒溫度、恒液位控制功能。第三個(gè)站選用的是SM331兩路12位輸入模擬量模塊,SM332兩路12位輸出模擬量模塊和SM323八入八出數(shù)字量模塊,其中SM331兩路12位輸入模擬量模塊,負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)檢測(cè)來自三號(hào)車間的壓力和液位值,SM332兩路12位輸出模擬量模塊用于控制三號(hào)車間的連續(xù)調(diào)節(jié)閥,完成三號(hào)車間的恒液位控制功能,并通過PID運(yùn)算構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng),根據(jù)自三號(hào)車間的壓力值,通過變頻器實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,完成三號(hào)車間恒壓供水的功能。SM323的八個(gè)輸入點(diǎn)用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制功能,在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維修和一旦發(fā)生緊急狀況時(shí),可以手動(dòng)控制三個(gè)車間的電機(jī)起停及加熱棒的開關(guān)。

        圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

        3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        3.1PLC程序設(shè)計(jì)

        PLC程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)主站與從站之間的通訊,三個(gè)車間系統(tǒng)功能的完成,現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)部分控制功能的實(shí)現(xiàn)以及報(bào)警功能的完成。

        (1)主站與從站之間的通訊功能是依靠?jī)蓚€(gè)通訊用的數(shù)據(jù)塊和STEP7提供的FC1和FC2來實(shí)現(xiàn)。程序如下:

        (2)三個(gè)車間系統(tǒng)功能的完成主要在三個(gè)子程序FB1,F(xiàn)B2,F(xiàn)B3中完成,其中每個(gè)車間都要通過PID算法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制功能,利用四個(gè)背景數(shù)據(jù)塊和STEP7提供的SFC41完成相應(yīng)的功能。

        (3)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)部分控制功能的實(shí)現(xiàn)以及報(bào)警功能的完成分別在FB4和FB5中完成,其中報(bào)警主要包括壓力超限報(bào)警、溫度超限報(bào)警、液位超限報(bào)警、無水時(shí)加熱報(bào)警等。

        3.2監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

        監(jiān)控部分是在上位機(jī)上通過組態(tài)王工業(yè)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)的,設(shè)計(jì)主要任務(wù)是界面部分、控制部分和與PLC通訊部分。通過組態(tài)王提供的工具,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的情況用形象的圖形描繪出來,并用相應(yīng)的命令語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫及控制功能,把現(xiàn)場(chǎng)所有的可控部分全部用逼真的圖形及動(dòng)畫顯示出來,并可以方便的實(shí)現(xiàn)三個(gè)車間的切換及控制,曲線的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)報(bào)表的查詢和打印。其中一個(gè)車間的設(shè)計(jì)界面如圖2所示:

        圖2 監(jiān)控系統(tǒng)界面

        4 結(jié)語(yǔ)

        本系統(tǒng)投入運(yùn)行使用,系統(tǒng)性能可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、操作維護(hù)簡(jiǎn)單方便、抗干擾能力強(qiáng),用戶非常滿意,具有較好的應(yīng)用前景。

        [1]王立琦,張禮勇.基于CAN總線的通用多點(diǎn)溫度控制系統(tǒng)[[J].哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,(1).

        [2]薛菲.基于PROFIBUS-DP總線技術(shù)的PLC與主從站間的通信[[J].PLC&FA,2004,(3):54.

        (責(zé)任編輯:文婷)

        TM921.5

        A

        1003-3319(2016)03-00003-02

        10.19469/j.cnki.1003-3319.2016.03.0003

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