1.前言
我們新研制出一種用于紙漿白度測定的智能白度儀,，該儀表采用西門子公司生產(chǎn)的S7-224 CPU結(jié)合軟件功能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，具有較好的可靠性,、重復(fù)性,、精確度和穩(wěn)定性。為了使其能與其它智能設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)通信,，我們將通過現(xiàn)場總線技術(shù)把它連接到網(wǎng)絡(luò)中,，使它成為造紙廠現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的一部分。
2.現(xiàn)場總線的選擇
2.1現(xiàn)場總線技術(shù)的選擇
現(xiàn)場總線集控制技術(shù),、計(jì)算機(jī)技術(shù),、通信技術(shù)于一體,，是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。這項(xiàng)技術(shù)可將多個(gè)智能控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)分布式計(jì)算機(jī)控制,，提高檢測和控制精度，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度,，提高系統(tǒng)安全性,，從而得到了廣泛的應(yīng)用。
近年來,，幾種有影響的現(xiàn)場總線技術(shù)已在一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域里顯示出各自的優(yōu)勢,。在此，我們選定了現(xiàn)為德國和歐洲標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS（Process Fieldbus）現(xiàn)場總線,。一方面由于它是目前數(shù)據(jù)傳輸率最快的一種現(xiàn)場總線,，傳輸率最高可達(dá)12Mbps，另一方面它能夠很好的與西門子的傳動(dòng)設(shè)備相配合,，并與西門子PLC（Programmable Logic Controller）結(jié)合緊密且組態(tài)簡便。
2.2 PROFIBUS現(xiàn)場總線簡介
參照ISO/OSI參考模型,PROFIBUS現(xiàn)場總線只包含物理層,、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層,。由PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS,， PROFIBUS-PA組成PROFIBUS系列,。
PROFIBUS-DP：經(jīng)過優(yōu)化的高速、廉價(jià)的通信連接,，專為自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備級分散I/O之間通信設(shè)計(jì),，使用PROFIBUS-DP模塊可取代價(jià)格昂貴的24V或0～20mA并行信號(hào)線。用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸,。
PROFIBUS-FMS ：解決車間級通用性通信任務(wù),，提供大量的通信服務(wù)，完成中等傳輸速度的循環(huán)和非循環(huán)通信任務(wù),，用于紡織工業(yè),、樓宇自動(dòng)化、電氣傳動(dòng),、傳感器和執(zhí)行器,、可編程序控制器、低壓開關(guān)設(shè)備等一般自動(dòng)化控制,。
PROFIBUS-PA專為過程自動(dòng)化設(shè)計(jì),，標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)安全的傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了IEC1158-2中規(guī)定的通信規(guī)程,，用于對安全性要求高的場合及由總線供電的站點(diǎn),。
本設(shè)計(jì)中采用的是PROFIBUS-DP標(biāo)準(zhǔn),，PROFIBUS-DP（或DP標(biāo)準(zhǔn)）是由歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170定義的一種遠(yuǎn)程I/O通信協(xié)議。DP表示分布式外圍設(shè)備,，亦即遠(yuǎn)程I/O,。PROFIBUS-DP還用到了應(yīng)用層接口（ALI），ALI將過程對象轉(zhuǎn)換為通信對象,。
3.智能白度儀原理簡介
智能白度儀在結(jié)構(gòu)上主要由光學(xué)通路和測量電路兩大部分組成,。光學(xué)通路部
分主要包括光源、聚光鏡,、濾光片,、光電池、光纖等光學(xué)元器件,，采用了差動(dòng)測量光路,，用雙光路進(jìn)行補(bǔ)償。在光源照射下輸出兩路光電流,，一路作為測量光電流IX,，另一路為補(bǔ)償光電流IR。測量電路部分由西門子公司的S7-200 PLC系列的CPU 224,、模擬量擴(kuò)展模塊EM 235,、顯示部分組成。工作時(shí)傳感器直接裝在洗漿機(jī)上,，通過測量洗漿機(jī)上漿餅的白度來獲得紙漿白度,。CPU 224對傳感器的輸出進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，結(jié)果送入顯示器,，同時(shí),，為達(dá)到對紙漿白度的監(jiān)控，把儀表接入PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中,。整個(gè)儀表框圖如圖1所示,。
圖1 智能白度儀結(jié)構(gòu)框圖
4.網(wǎng)絡(luò)組成
4.1 硬件配置
選用S7-315-2DP作為PROFIBUS主站，EM 277作PROFIBUS的從站,。EM 277經(jīng)過串行I/O總線連接到S7-224 CPU,。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過其DP通信端口，連接到EM 277 PROFIBUS-DP模塊,。HMI通過EM 277監(jiān)控S7-224,。編程器或PC通過EM 277對S7-224編程，編程軟件選用STEP 7-Micro/WIN,。此網(wǎng)絡(luò)支持9.6K到12M的波特率,。同時(shí)S7-315-2DP連接到以太網(wǎng)完成人機(jī)交互控制、數(shù)據(jù)監(jiān)視記錄和報(bào)表統(tǒng)計(jì)等工作,。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示,。
圖2 PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)配置圖
4.2 軟件組成
DP從站主要是完成各自獨(dú)立的控制程序,，在這不作介紹;DP主站則以組態(tài)為主，完成主從站之間的數(shù)據(jù)交換,、數(shù)據(jù)處理及主站對從站的監(jiān)控,。在本設(shè)計(jì)中，EM 277用DP主站組態(tài),，以接受從主站來的輸出數(shù)據(jù),，并將輸入數(shù)據(jù)返回給主站。輸出和輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)駐留在S7-224 CPU的變量存儲(chǔ)器（V存儲(chǔ)器）內(nèi),。組態(tài)軟件用STEP 7編程軟件,。在組態(tài)DP主站時(shí)，定義V存儲(chǔ)器偏移為1000,，輸出數(shù)據(jù)緩沖區(qū)從V1000開始;輸入緩沖區(qū)緊緊跟隨輸出緩沖區(qū),，并在V1016處開始。輸出數(shù)據(jù)（從主站來）放置在V存儲(chǔ)器中的V1000,。輸入數(shù)據(jù)（傳送到主站）取自V存儲(chǔ)器的V1016,。同時(shí)，定義了16輸出字節(jié)和16輸入字節(jié)的一種I/O配置,，它是寫入到S7-224 CPU的輸出數(shù)據(jù)總量和從S7-224 CPU返回的輸入數(shù)據(jù)總量,。EM 277從I/O配置確定輸入和輸出緩沖區(qū)的大小。DP主站將參數(shù)賦值和I/O配置信息寫入到EM 277 PROFIBUS-DP模塊,，然后，EM 277將V存儲(chǔ)器地址和輸入及輸出數(shù)據(jù)長度傳送給S7-224 CPU,。主站部分的軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示,。
圖3 DP主站主程序流程圖
5.結(jié)束語
使用EM 277將智能白度儀作為DP從站連接到網(wǎng)絡(luò)，使此儀表具有了與其它智能設(shè)備進(jìn)行通信的能力,。對紙漿白度的控制會(huì)更加及時(shí),、精確，將顯著提高紙的質(zhì)量,。從而使得造紙工業(yè)原有的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)更加完善,。
參考文獻(xiàn)
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