王坤

（ 遼寧工程職業(yè)學(xué)院，遼寧 鐵嶺 112008 ）

0 引言

工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)場總線基礎(chǔ)上發(fā)展起來的通信能力更強、更自由、速度更快，被廣泛使用的一種自動控制網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)提高了企業(yè)管理控制和現(xiàn)場控制的集成度，適應(yīng)一體化系統(tǒng)控制的發(fā)展趨勢，是信息技術(shù)在自動控制領(lǐng)域的拓展與延伸[1]。西門子公司在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中主要包括PPI(Point to Point Interface)、MPI(Multi Point Interface)、Profibus-DP(Profibus-DezentralePeripherie)、Profinet幾種常見的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。其中PPI協(xié)議、MPI協(xié)議均為內(nèi)部協(xié)議，不公開，而Profibus和Profinet兩種協(xié)議是目前市場上廣泛應(yīng)用的現(xiàn)場總線技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)[2]。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

工業(yè)現(xiàn)場按照管理級、控制級、現(xiàn)場級劃分為三級網(wǎng)絡(luò)。

管理級是整個工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的頂層，由組態(tài)王監(jiān)控軟件和工控機構(gòu)成。主要負責(zé)向下對各設(shè)備下達工作命令，監(jiān)控整個工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備的運行情況、生產(chǎn)過程、生產(chǎn)質(zhì)量等信息，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的問題并報警顯示。隨著現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，可在管理級加入物聯(lián)網(wǎng)控制模塊，實現(xiàn)遠程管理。

控制級由s7-1200及現(xiàn)場的昆侖通態(tài)觸摸屏構(gòu)成，其位于整個工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的中間層，主要完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換、生產(chǎn)過程監(jiān)控及現(xiàn)場設(shè)備控制，將采集的數(shù)據(jù)向上傳至組態(tài)王監(jiān)控軟件。

現(xiàn)場級處于整個工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的最底層，由ET200、西門子G120變頻器、西門子V90伺服驅(qū)動器及各種傳感器元件組成，完成對現(xiàn)場設(shè)備的控制。

Profibus和Profinet是目前自動控制中常用的兩種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。 其中，Profinet基于工業(yè)以太網(wǎng)，Profibus基于RS485串行總線的協(xié)議，兩者的傳輸介質(zhì)并不相同。兩種方式都有很好的實時性，但由于Profinet基于標準以太網(wǎng)，任何開發(fā)者都可以使用，普及性較強，可實現(xiàn)所有數(shù)據(jù)并行使用。Profibus的一個接口僅能用作主站或從站，二者區(qū)別如表1所示。

表1 Profibus和Profinet對比

2 機構(gòu)與配置

以自動配料控制系統(tǒng)為例，組建基于Profinet協(xié)議的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。自動上料控制系統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)機構(gòu)如圖1所示。

圖1 自動上料控制系統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)機構(gòu)

管理級上位工控機安裝的組態(tài)王監(jiān)控軟件，實現(xiàn)對現(xiàn)場生產(chǎn)情況實時監(jiān)控，保存生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)生成報表?？刂萍塒LC的CPU選用西門子S7-1214C DC/DC/DC，具有14輸入/10輸出信號，集成了2路模擬量輸入信號。觸摸屏選用昆侖通態(tài)TCP7062Ti，具有1個LAN口。分布式I/O選用ET200S，集成PN接口可實現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)通信。變頻器選西門子G120，控制單元為CU240E-2 PN支持Profinet通訊，伺服驅(qū)動器選用支持Profinet通信的V90。

管理級、控制級、現(xiàn)場級各單元模塊通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機通信，使用網(wǎng)段為192.168.0.XX，各模塊IP地址設(shè)置為0～255，互不重復(fù)。

3 軟件設(shè)計

在博圖V15軟件中進行硬件組態(tài)，伺服驅(qū)動器在SINAMICS V-ASSISTANT中進行報文等參數(shù)設(shè)置，采用PN通信方式進行位置控制。變頻器組態(tài)選擇報文1，16384對應(yīng)滿頻率，QW258用以變頻器設(shè)定頻率，IW256讀變頻器當(dāng)前頻率。

自動配料系統(tǒng)設(shè)定自動配料和自動排料，對8個料倉進行按順序稱重投料，順序編號為1～8。

設(shè)置四組秤，順序編號為1～4，每個秤稱兩種原料，連接兩個料倉，四個秤上的第1料倉同時開始稱重，即1、3、5、7號料倉開始下料，達到設(shè)定值后自動打開放料閥門。延時一定時間后，四個秤上的第2料倉2、4、6、8號同時開始下料，達到設(shè)定值后自動打開放料閥門。

設(shè)置手動模式，對各個閥門進行點動控制，保存各料倉的設(shè)定值和實際值數(shù)據(jù)并生成報表，出現(xiàn)變頻器故障、壓力失常等現(xiàn)象時觸發(fā)警告提示。

在組態(tài)王監(jiān)控界面和MCGS觸摸屏上設(shè)置管理和操作級別限制，防止誤操作修改設(shè)定值及相應(yīng)數(shù)據(jù)，便于數(shù)據(jù)管理和監(jiān)控。

4 界面設(shè)計

組態(tài)王監(jiān)控界面由主界面和多個子界面構(gòu)成，主界面模擬生產(chǎn)線運行情況，子界面包含報表界面，各閥門電動界面及報警界面等。監(jiān)控主界面如圖2所示，系統(tǒng)運行過程中可實時監(jiān)控現(xiàn)場各設(shè)備的運行狀態(tài)、料倉設(shè)定值與下料量以及各種故障報警信息等。

圖2 監(jiān)控主界面

5 結(jié)語

基于Profinet設(shè)計的自動配料控制系統(tǒng)，管理級實現(xiàn)對控制級和現(xiàn)場的監(jiān)控，控制級實現(xiàn)遠程控制，將設(shè)備的啟動、停止、數(shù)據(jù)采集以及工廠實地工況管理統(tǒng)一聯(lián)系，有效實現(xiàn)管控一體。