1 引言
profibus現場總線具有開放性好、擴展性強、速度快等特點，由其構成的兼容網絡系統，可應用于不同的場合。其中profibus-dp能夠滿足生產過程中現場級數據的可存取性，具有單元級領域的所有網絡通信功能。隨著網際網絡與信息技術的的日漸成熟，工業(yè)界有越來越多的通信與自動化應用正逐漸形成采用以太網和tcp/ip協議作為主要通信接口的趨勢。氯堿廠的氯乙稀車間的原控制系統的plc是由西門子simatic s5-135u通過開關量實現對步進爐區(qū)域的在線設備進行手動和自動控制。由于系統老化、線路繁多和抗干擾能力差等原因，近年來系統故障率很高，造成設備運行不穩(wěn)定，維護困難。2007年3月對原系統進行了升級改造，主站采用s7-300plc，將profibus-dp技術和ethernet(以太網)技術結合起來，溝通了生產過程級和現場級控制設備之間及其與更高管理級之間的聯系，實現在線監(jiān)控、設備故障診斷及維護等，使生產處于動態(tài)控制狀態(tài)中，根據現場實際情況，實時、協調組織，實現了對廠區(qū)域各車間設備簡單、穩(wěn)定、精確的自動控制。
2 自動控制系統的網絡組成
2.1 基礎控制系統
圖1 網絡結構圖
設備控制系統網絡結構參見圖1。profibus-dp網絡是網絡集成的最底層，主要是連接現場設備，如分散式i/o、傳感器、驅動器、執(zhí)行器等。profibus現場總線是國際性的開放性現場總線標準，是一種符合iec61158標準和中國國家gb標準的現場總線。profibus-dp經過優(yōu)化的高速、廉價的通信連接，是專門用于自動控制系統和設備及分散的i/o之間的通信網絡。profibus-dp用于基礎控制層的高速數據傳送，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。數據結構見表1。
本系統選用s7-315-2dp plc處理器作為主站，符合en51070標準，提供的通信功能包括mpi、dp。遠程i/o站及驅動設備(變頻器)使用im153接口模板和cbp2通訊板連接到profibus-dp網上作為從站，一方面主站s7-300plc將控制數據(如輥道電機速度設定、電機的啟/停信號、電機的復位信號、位移模擬量、液壓泵啟/ 停信號以及設備顯示信號等) 發(fā)送到傳動裝置( 變頻器) 和et200m；另一方面?zhèn)鲃友b置(變頻器) 和遠程i/o站的數據(如高爐轉速、傳運帶的負荷值、故障信息、位置檢測等) 通過通信傳送到主站plc指定的寄存器地址。
1 引言
profibus現場總線具有開放性好、擴展性強、速度快等特點，由其構成的兼容網絡系統，可應用于不同的場合。其中profibus-dp能夠滿足生產過程中現場級數據的可存取性，具有單元級領域的所有網絡通信功能。隨著網際網絡與信息技術的的日漸成熟，工業(yè)界有越來越多的通信與自動化應用正逐漸形成采用以太網和tcp/ip協議作為主要通信接口的趨勢。氯堿廠的氯乙稀車間的原控制系統的plc是由西門子simatic s5-135u通過開關量實現對步進爐區(qū)域的在線設備進行手動和自動控制。由于系統老化、線路繁多和抗干擾能力差等原因，近年來系統故障率很高，造成設備運行不穩(wěn)定，維護困難。2007年3月對原系統進行了升級改造，主站采用s7-300plc，將profibus-dp技術和ethernet(以太網)技術結合起來，溝通了生產過程級和現場級控制設備之間及其與更高管理級之間的聯系，實現在線監(jiān)控、設備故障診斷及維護等，使生產處于動態(tài)控制狀態(tài)中，根據現場實際情況，實時、協調組織，實現了對廠區(qū)域各車間設備簡單、穩(wěn)定、精確的自動控制。
2 自動控制系統的網絡組成
2.1 基礎控制系統
圖1 網絡結構圖
設備控制系統網絡結構參見圖1。profibus-dp網絡是網絡集成的最底層，主要是連接現場設備，如分散式i/o、傳感器、驅動器、執(zhí)行器等。profibus現場總線是國際性的開放性現場總線標準，是一種符合iec61158標準和中國國家gb標準的現場總線。profibus-dp經過優(yōu)化的高速、廉價的通信連接，是專門用于自動控制系統和設備及分散的i/o之間的通信網絡。profibus-dp用于基礎控制層的高速數據傳送，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。數據結構見表1。
本系統選用s7-315-2dp plc處理器作為主站，符合en51070標準，提供的通信功能包括mpi、dp。遠程i/o站及驅動設備(變頻器)使用im153接口模板和cbp2通訊板連接到profibus-dp網上作為從站，一方面主站s7-300plc將控制數據(如輥道電機速度設定、電機的啟/停信號、電機的復位信號、位移模擬量、液壓泵啟/ 停信號以及設備顯示信號等) 發(fā)送到傳動裝置( 變頻器) 和et200m；另一方面?zhèn)鲃友b置(變頻器) 和遠程i/o站的數據(如高爐轉速、傳運帶的負荷值、故障信息、位置檢測等) 通過通信傳送到主站plc指定的寄存器地址。
2.2 過程監(jiān)控系統
industrial ethernet是符合ieee802.3(以太網)標準的局域和單元網絡，設計用于直至現場級的工業(yè)環(huán)境。industrial ethernet傳輸速率高，無站數和協議限制，傳輸介質包括電氣網絡、光學網絡及無線網絡，拓撲結構包括總線形、樹形、環(huán)形及星型，是已被證實和被世界各地所接受的工業(yè)網絡。從圖1控制系統的網絡結構圖看到，本系統通過以太網通訊模塊cp33-1將s7-300聯入ethernet網，從而使氯堿廠5個車間的基礎級設備與總廠生產管理/過程控制級和5個車間管理級兩級計算機網絡系統連接，并使生產線上的各單臺控制設備的plc及工作站聯成網絡，可互相通訊，實現數據共享，完成局域網內設備的監(jiān)視和控制，并與上級過程控制網相連，把現場采集的各種生產數據向上傳給過程級計算機，同時可接受過程機的參數設定及控制指令。過程級計算機將主要完成各種生產計劃及調度、生產數據收集和記錄、生產設備及工具運行管理等在內的在線實時生產管理功能，及包括原料進入至產品成形入庫(質檢入庫) 的全線跟蹤，工藝參數設定等過程控制功能，并完成全線的氯乙稀質量跟蹤。
3 硬件配置及程序設計
3.1 profibus -dp在step7中的硬件組態(tài)
設備控制系統的硬件組態(tài)圖見圖2。
圖2 氯乙稀車間控制系統的硬件組態(tài)圖
profibus-dp網名稱為“dp master system”，master system no為1，各站組態(tài)屬性見表2。
在自動控制系統中，選取哪種類型的ppo，取決于在自動化網絡傳動裝置的任務，過程數據用于協調傳動裝置及自動化系統中其它單元的工作。針對上述要求，變頻器1 drives 從站ppo類型選ppo4，即pzd長度為6個字，i地址為288-299，q地址為312-323。變頻器2 drives從站ppo類型選ppo4，即pzd長度為6個字，i地址為300-311，q地址為324-335。
3.2 industrial ethernet 在step7 中的網絡配置
設備控制系統的網絡配置圖見圖3。
圖3 網絡配置圖
從圖3設備控制系統的網絡配置圖可以看到，系統通過以太網通訊模塊cp343-1將s7-300聯入工業(yè)以太網，具體技術數據如下：
網絡名稱：iso rhf
本地端點id號：0001 a020
塊參數：id=1
laddr=w#16 #0100
本地mac地址：08-00-06-01-00-00
遠程mac地址：08-00-06-6d-bc-35
本地tsap(ascii) =iso-1
遠程tsap(ascii)=iso-1
本地tsap(hex)=49.53.4f.2d.31
遠程tsap(hex)=49.53.30.2d.31
cp343-1模板起始地址=256
3.3 6se70系列變頻器的參數配置
6se70 simovertmaster drives變頻器通過選件板cb1通訊板把驅動設備集成到自動控制系統中，具體參數設置如下：
p051=3 專家方式
p052=4 傳動設備硬件設置
p090=1 電子板pcb2 # 位插cb1板
p091=1 電子板pcb3 # 位空
p918=3-122 從站站號
p052=0 返回前面的驅動狀態(tài)
p052=7 釋放參數接口
p443=302 主設定由plc發(fā)送
p554=3001 啟/停由plc控制
p566=3001 復位由plc控制
p694.1 = 968 狀態(tài)字
p694.2 = 218 實際速度值
profibus-dp和變頻器之間的控制發(fā)送通道和接收通道分別見圖4、圖5。
圖4 現場總線和變頻器之間控制發(fā)送通道圖
圖5 現場總線和變頻器之間狀態(tài)讀取通道圖
3.4 自動控制系統在step7中的程序設計
（1）向變頻器發(fā)送控制數據。調用系統功能sfc15，其功能是“向標準dp從站寫兼容數據”：
call “dprd-dat”//向標準dp 從站寫兼容數據
laddr ：=w#16 #120//從站地址
ret-vel=db2.dbw2//錯誤代碼
record：=p#db2.dbx20.0 byte 12 //被寫的源區(qū)數據
（2）從變頻器讀取狀態(tài)數據。調用系統功能sfc14 ，其功能是“從標準dp從站讀取兼容數據”：
call “dprd-dat”// 從標準dp從站讀取兼容數據
laddr ：=w#16 #120//從站地址
ret-vel =db2.dbw0// 錯誤代碼
record ：=p #db2.dbx10.0 byte 12// 被讀取的目的區(qū)數據
（3）向網關發(fā)送基礎級數據。調用系統功能fc5 ：
call “ag-send”// 調用發(fā)送塊
act ：= l0.0// 觸發(fā)作業(yè)存儲位
id ：= 1//配置的通訊id 號
laddr ：= w# 16 # ffc// 硬件配置地址
send ：= p #db 40.dbx0.0 byte 170// 發(fā)送數據緩沖器
len ：= 170// 發(fā)送數據長度信息
done ：= m100.2// 執(zhí)行代碼
error ：= m100.3// 錯誤代碼
status ：= db20.dbw2// 狀態(tài)代碼
（4）從網關讀取控制數據。調用系統功能fc6 ：
call “ag-recve”//調用接收塊
id ：= 1// 配置的通訊id號
laddr ：= w#16 #ffc//硬件配置地址
send ：= p #db 40.dbx0.0 byte 40// 接收數據緩沖器
ndr ：= db20.dbx4.0//新數據接受
error ：= db20.dbx4.1//錯誤代碼
status ：= db20.dbw2//狀態(tài)代碼
len ：= db20.dbw2//接受數據長度
4 結束語
此次齊魯石化氯堿廠氯乙稀車間升級改造，融現場總線技術、plc技術、以太網技術、可視化人機接口技術及生產管理技術為一體，使系統穩(wěn)定、可靠，投資成本低。采用profibus技術后，系統安裝簡單、快捷，組態(tài)、調試更加容易，維護更加簡單，故障診斷能力大大增強，為日后設備維護帶來極大的便利。profibus 技術的使用，節(jié)省了大量的線纜、橋架、端子、柜體等，培訓和維護費用減少，這些都降低了工程總造價。同時， industrial ethernet的應用，將孤立的單元設備帶進了信息化網絡中，為今后系統擴展和企業(yè)綜合自動化的實現打下良好的基礎。