一套profibus-dp工業(yè)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設計論文

1、<p>　　Temperature Control System Based on PROFIBUS - DP</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　設計了一套PROFIBUS - DP 工業(yè)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng),DP 主站、DP 從站、觸摸屏、變頻器和智能儀表之間可通過總線直接進行通信，從而使控制系統(tǒng)便于集中監(jiān)控、分散處理。針對鋁箔

2、退火過程中爐溫滯后大和慣性大等特點，提出了一種基于S7 - 300 PLC的模糊PID 參數(shù)自整定控制算法。利用STEP7 中的指針尋址查表方法實現(xiàn)在線查詢功能,使控制算法簡明。結(jié)果表明：該系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性、控制精度和品質(zhì)</p><p>　　關(guān)鍵詞 PROFIBUS - DP PLC WinCC 監(jiān)控</p><p><b>　　Abstract</b>&

3、lt;/p><p>　　A fieldbus control system based on PROFIBUS - DP was designed. Via fieldbus , DP master ,DP slave ,TP ,transducer and the intelligent devices can communicate with each other directly to make contro

4、l system easy to supervise concentratively and handle distributed. The furnace temperature has the character of large time delay and inertia in the process of aluminumfoil annealing. A PID parameter adaptive fuzzy contro

5、l arithmetic is put forward based on S7 - 300 PLC. Realize the function of inquire</p><p>　　The practical results show that this system has better stability ,accuracy and quality of control.</p><p

6、>　　Keywords PROFIBUS - DP PLC WinCC supervision and control</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p><b>　　第1章 緒論2</b></p>

7、<p>　　1.1 課題背景2</p><p>　　1.2 本課題研究現(xiàn)狀及意義2</p><p>　　1.3 本論文研究的內(nèi)容3</p><p>　　第二章 PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)……………………………………………..4</p><p>　　2.1 現(xiàn)場總線概述……………………………………………………………

8、………………..4</p><p>　　2.2 現(xiàn)場總線的特點…………………………………………………………………………. 4</p><p>　　2.3 現(xiàn)場總線的通訊………………………………………………………………………… .5</p><p>　　2.4 現(xiàn)場總線系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)及配置…………………………………………………………. 6</p>&

9、lt;p>　　第3章 可編程控制器PLC的應用8</p><p>　　3.1 PLC選型8</p><p>　　3.2 編程語言8</p><p>　　3.3 控制程序設計方法9</p><p>　　3.4 基于現(xiàn)場總線的PLC 控制系統(tǒng)的構(gòu)成9</p><p>　　第4章 PROFIBUS

10、現(xiàn)場總線的PLC通信11</p><p>　　4.1 串行通信與并行通信11</p><p>　　4.2 簡單協(xié)議與復雜協(xié)議11</p><p>　　4.3 專用協(xié)議與開放協(xié)議12</p><p>　　4.4 P LC 通信的實現(xiàn)12</p><p>　　4.5 基于Profibus的PLC控制系統(tǒng)

11、中的網(wǎng)絡組態(tài)15</p><p>　　第五章 基于PROFIBUS - DP 總線的溫度控制系統(tǒng)..................................................18</p><p>　　5.1 溫度控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)……………………………………………………………………………………..18</p><p>　　5.2 控制系統(tǒng)

12、原理和設計思想……………………………………………………………..19</p><p>　　5.3 模糊控制器的程序設計…………………………………………………………………………….21</p><p>　　5.4 實際應用....................................................................................

13、...........23</p><p>　　第六章 Winccflexible組態(tài)軟件...........................................................25</p><p>　　6.1 組態(tài)軟件介紹...................................................................

14、.....................................................................................25</p><p>　　6.2 OPC通訊........................................................................................25</p>

15、<p>　　6.3 S7－200 PLC與PC Access的通訊設置....................................26</p><p>　　6.4 PC Access與WinCC的通訊設置..................................................................................28</p&

16、gt;<p>　　6.5 用戶界面開發(fā)........................................................................... 29</p><p>　　結(jié)束語…………………………………………………………………………….31</p><p><b>　　謝 辭32</b></p&g

17、t;<p><b>　　參考文獻33</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　世紀是信息經(jīng)濟的時代。隨著計算機技術(shù)、信息技術(shù)的飛速發(fā)展，全球市場進一步形成，競爭也空前加劇，產(chǎn)品技術(shù)含量更高、換代時間更短。處于全球市場之中的工業(yè)生產(chǎn)為了適應市場競爭的需要，在追求競爭力的過程中逐漸形成了計算機集成制造

18、系統(tǒng)。計算機集成制造系統(tǒng)采用系統(tǒng)集成、信息集成的觀點組織生產(chǎn)，把市場、生產(chǎn)計劃、制造過程、企業(yè)管理、售后服務看作要統(tǒng)一考慮的生產(chǎn)過程，并采用計算機、自動控制、網(wǎng)絡通信等技術(shù)來實現(xiàn)整個過程的綜合自動化，以改善生產(chǎn)加工、管理決策等。為了實現(xiàn)這個目標，必須要將企業(yè)內(nèi)現(xiàn)場控制、過程監(jiān)控、經(jīng)營管理、市場管理等各層次智能設備互聯(lián)成綜合自動化網(wǎng)絡，實現(xiàn)各層次的信息匯通和數(shù)據(jù)共享，即實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)的“管控一體化”。為此，企業(yè)首先必須對各種企業(yè)資源建立完善

19、的管理網(wǎng)絡，使各方面資源充分調(diào)配、平衡和控制，最大限度地發(fā)揮其能力；其次，必須形成市場、經(jīng)營、生產(chǎn)和研發(fā)之間緊密的協(xié)作鏈，提高市場反應的敏捷性和產(chǎn)品轉(zhuǎn)型的靈活性，時刻保持產(chǎn)品高質(zhì)量、多樣化和領先性；再次，必須實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)制造資源與其它資源管理的一體化集成，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場在線設備動態(tài)管理，降低成本。所謂現(xiàn)場總線，按照國際電工委員會IEC／SC</p><p>　　PLC是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應

20、用而設計，它采用一類可編程的存貯器，用于其內(nèi)部存貯程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式輸入輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程，可編程控制器具備高可靠性、編程方便、易于使用、環(huán)境要求低、與其他裝置配置連接方便的特點。</p><p>　　隨著計算機硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展，自動化產(chǎn)品呈現(xiàn)出小型化、網(wǎng)絡化、PC化、開放式和低成本的發(fā)展趨勢，作為一個控制系統(tǒng)，如何對其進行有

21、效的管理和應用，而又不必有過多的投入，充分利用現(xiàn)代計算機技術(shù)的應用和發(fā)展，減小一些硬件的投入，通過軟件實現(xiàn)硬件的功能，這就產(chǎn)生了“組態(tài)”這種技術(shù)，它充分的利用了計算機技術(shù)，又對硬件進行了有效的管理。同時也減小了一些硬件的投入。以這種“組態(tài)”技術(shù)為依托，人們發(fā)明了“組態(tài)”軟件。組態(tài)軟件構(gòu)成的網(wǎng)絡可以聯(lián)網(wǎng)，它的兼容性比較強，不像專業(yè)PLC構(gòu)</p><p>　　成的網(wǎng)絡，組態(tài)軟件可以充分利用電腦的資源。在立體倉庫的設

22、計中，為了實現(xiàn)較好的監(jiān)控功能，建立完善的人機交互界面，組態(tài)軟件已經(jīng)成為其中的橋梁和紐帶，是自動化系統(tǒng)集成中不可缺少的關(guān)鍵組成部分。</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題背景</p><p>　　現(xiàn)場總線的產(chǎn)生是多方面因素共同作用的結(jié)果。現(xiàn)場總線的產(chǎn)生首先反映了儀器儀表本身發(fā)展的需要。儀器儀表的

23、發(fā)展經(jīng)歷了全模擬式儀表、智能儀表、具有通信功能的智能儀表、現(xiàn)場總線儀表等幾個階段。其中，全模擬式儀表是將傳感器信號進行調(diào)理放大后，經(jīng)過V／I電路轉(zhuǎn)換，輸出4—20mA或0～5V的模擬信號，其后隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，微處理器在儀器儀表中得到了廣泛應用，過程變量經(jīng)調(diào)理放大、A／D采樣，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并經(jīng)過微處理器的運算、補償?shù)忍幚砗螅偻ㄟ^D／A、V／I等電路，仍然以4～20mA或0～5V的模擬信號輸出，這種智能儀表相對于全模擬儀表來講，

24、測量精度得到大大提高，但信號傳輸過程仍然容易受到外界電磁干擾，傳輸精度和可靠性都不高。于是，人們在儀器儀表中增加了通信接口(如RS232／485等)，以數(shù)字通信的方式代替模擬信號傳輸。但由于這些通信標準只規(guī)定了物理層上的電氣特性，而對于數(shù)據(jù)鏈路層及其以上各高層協(xié)議規(guī)范，則沒有統(tǒng)一定義，致使不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的儀器儀表由于通信協(xié)議的專有與不兼容而無法實現(xiàn)相互之間的信息互訪。為解決這個問題，必須使這些網(wǎng)絡的通信標準進行統(tǒng)一，組成開放互連系統(tǒng)，

25、于是就產(chǎn)生了現(xiàn)場總線</p><p>　　因此，從20世紀80年代開始，各種現(xiàn)場總線相繼產(chǎn)生，其中主要的有：基金會現(xiàn)場總線FF(Founda，tionFieldbus)、控制局域網(wǎng)絡CAN(ControllerAreaNetwork)、局部操作網(wǎng)絡LonWorks(LocalOperatingNetwork)、過程現(xiàn)場總線PROFIBUS(ProcessFieldBus)和HART協(xié)議(HighwayAddres

26、sableRemoteTransducer)以及DeviceNet、ControlNet、P—NET等。 </p><p>　　面對如此之多的現(xiàn)場總線，用戶如何選擇?為解決這個問題，國際電工委員會IEC在1984年就開始籌備制定單一現(xiàn)場總線國際標準。然而，由于行業(yè)與地域發(fā)展等歷史原因，加上各公司和企業(yè)集團受自身利益的驅(qū)使，圍繞著現(xiàn)場總線技術(shù)的標準進行了一場大戰(zhàn)，最后經(jīng)過多方妥協(xié)，于1999年年底通過了包含F(xiàn)F

27、、Profibus等八種總線在內(nèi)的IEC61158，沒有實現(xiàn)制定單一標準的目標。這個結(jié)局表明，在今后相當長一段時間內(nèi)多種現(xiàn)場總線將并存，控制網(wǎng)絡的系統(tǒng)集成與信息集成會面臨困難的復雜局面。無論是最終用戶還是制造商，普遍都在關(guān)注現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展新動向，都在尋求高性能低成本的解決方案。</p><p>　　1.2 本課題研究現(xiàn)狀及意義</p><p>　　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS) 能夠把原

28、先集散控制系統(tǒng)(DCS)中處于控制室的控制模塊、輸入輸出模塊置入現(xiàn)場總線設備,因而控制系統(tǒng)功能能夠不依賴控制室的計算機,直接在現(xiàn)場完成,實現(xiàn)了徹底的分散控制。該研究將現(xiàn)場總線技術(shù)應用于溫度控制系統(tǒng)設計中,采用基于PROFIBUS - DP 總線的S7 系列PLC 控制系統(tǒng),運用PROFIBUS - DP 總線將CPU 及I/O 從站組成相對獨立系統(tǒng)。</p><p>　　在現(xiàn)場設置I/ O 從站用于采集熱電偶溫度

29、,讀取爐體上個傳感器的參數(shù),對爐門電機和氣缸等進行操作,避免了溫度模擬量信號長距離傳輸中的干擾問題,減少了控制線和信號線的使用量,降低了成本并增強了系統(tǒng)的可靠性。作為DP 主站的PLC ,能與DP 從站、觸摸屏、變頻器和智能儀表之間通過總線直接進行通信,從而使控制系統(tǒng)便于集中監(jiān)控、分散處理.目前,溫度的控制大多采用PID 控制。</p><p>　　這種方法簡單,易于實現(xiàn),但是參數(shù)整定比較困難,在實際中往往是根據(jù)

30、經(jīng)驗來手動設定PID 參數(shù),且一組整定的參數(shù)不能完全適應不同退火工藝要求,還易產(chǎn)生較大的超調(diào)。該研究針對退火過程中出現(xiàn)的升溫速度慢、超調(diào)量大、控制精度不高等現(xiàn)象,利用PLC 編程軟件SIEMATIC STEP7 5. 4 ,采用模塊化編程方法,使用梯形圖及語句表編制程序?qū)崿F(xiàn)模糊控制算法,對標準的PID 控制模塊FB41 中的KP 、TI 和TD 進行模糊參數(shù)自整定,以達到良好的控制效果和良好的穩(wěn)定性。</p><p&

31、gt;　　1.3 本論文研究的內(nèi)容</p><p>　　本論文主要介紹以可編程控制器PLC和組態(tài)軟件為核心，采用上、下位機方式設計溫度控制計算機實時監(jiān)控系統(tǒng)的基本思路和方法。</p><p>　　本文研究的主要內(nèi)容包括基于PROFIBUS - DP 總線的溫度實時監(jiān)控系統(tǒng)整體方案的設計、PLC控制系統(tǒng)原理、監(jiān)控系統(tǒng)下位機各PLC子站軟、硬件的設計，監(jiān)控系統(tǒng) PLC工業(yè)網(wǎng)絡的設計，網(wǎng)絡通信

32、功能的實現(xiàn)，上位機監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件的設計和應用。</p><p>　　PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)</p><p>　　2.1 現(xiàn)場總線概述</p><p>　　現(xiàn)場總線是將現(xiàn)場儀表與控制室內(nèi)儀表連接起來的全數(shù)字化、雙向、多站的通信網(wǎng)絡，用數(shù)字信號取代模擬信號，提高系統(tǒng)的可靠性、精確度和抗干擾能力，延長信息傳輸距離?，F(xiàn)場總線網(wǎng)絡的每一個節(jié)點都裝有一臺智能化儀表，包

33、括變送器、檢測儀表、執(zhí)行器等現(xiàn)場儀表和控制室內(nèi)儀表裝置。這些儀表和裝置都遵循統(tǒng)一的標準和規(guī)范，按照系統(tǒng)化和開放化的要求，實現(xiàn)數(shù)字化、智能化和標準化，并且增加遠距離操作、故障自診斷和就地控制能力，構(gòu)成新一代的自動化儀表與控制系統(tǒng)先進體系。這種新體系一方面繼續(xù)沿用分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和分散控制的原理，另一方面又有新的特點和優(yōu)勢，是分散型控制系統(tǒng)的繼承和發(fā)展，更適合工廠自動化的要求。</p><p>　　(1)現(xiàn)場總線控制

34、系統(tǒng)傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，這樣一來就大大減少了現(xiàn)場與控制室之間的一對一的導線連接，節(jié)約初投資，提高了可靠性和抗干擾能力。</p><p>　　(2)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)采用統(tǒng)一的國際標準，不同廠家的產(chǎn)品在硬件、軟件、通信規(guī)程、連接方式等方面互相兼容，可以互換和聯(lián)用，因而使系統(tǒng)具有開放性。</p><p>　　(3)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中許多控制功能從控制室轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場儀表，大量過程檢測與控制的信息就地采

35、集、就地處理、就地使用，在新技術(shù)基礎上實施就地控制，使過程控制基本分散到現(xiàn)場，而控制室內(nèi)的儀表裝置主要完成數(shù)據(jù)處理、監(jiān)督控制、優(yōu)化控制、協(xié)調(diào)控制和自動化管理功能。</p><p>　　(4)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的應用帶動產(chǎn)品的更新?lián)Q代和產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進步，一大批數(shù)字化、智能化的高新技術(shù)產(chǎn)品應運而生，非線性補償和故障診斷應用于現(xiàn)場儀表中。</p><p>　　2.2 現(xiàn)場總線的特點</p&g

36、t;<p>　　現(xiàn)場總線是信息技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展在控制領域的體現(xiàn)，是自動化技術(shù)發(fā)展的熱點之一。因其具有數(shù)字化、開放性、分散性以及對現(xiàn)場環(huán)境的適應性等特點而獲得了非常廣泛的應用。目前，已逐漸成熟并對工業(yè)自動化進程形成影響的主要有PROFIBUS，HART，LONWORKS，F(xiàn)F 等等。其中PROFIBUS 總線是最為流行的現(xiàn)場總線技術(shù)之一，其產(chǎn)品廣泛應用于工業(yè)、電力、能源、交通等自動化領域。它是德國國家標準DIN 1924

37、5和歐洲標準EN 50170的現(xiàn)場總線標準，是一種國際化、開發(fā)式、不依賴于生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線。根據(jù)應用特點可分為三個兼容版本：（1）PROFIBUS-DP 以其較快的傳輸速度和強抗干擾能力而應用于設備級控制系統(tǒng)與分散式I/O之間的通訊；（2）PROFIBUSFMS主要解決車間級的通用型通信任務，可以提供靈活而大量的通信服務；（3）PROFIBUS-PA 則專為過程自動化設計，它直接和現(xiàn)場的傳感器或執(zhí)行器連接，并可通過DP/PA 接口與DP

38、 總線連接，使用于安全性要求較高以及由總線供電的場合。根據(jù)現(xiàn)場設備到控制器的連接方式，現(xiàn)場總線的拓撲結(jié)構(gòu)通常采用以下三種方式：線形、樹形和環(huán)形。PRO</p><p>　　圖1 多級現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　2.3 現(xiàn)場總線的通訊</p><p>　　PROFIBUS-DP 網(wǎng)絡使用了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及自己的用戶層，其中物理層采用ETA RS

39、485傳輸技術(shù)，采用屏蔽雙絞銅線或光纖兩種傳輸電纜。在總線的兩端為了防止浪涌，接有終端電阻，實際使用時，應注意將位于中間節(jié)點的接頭終端電阻置于OFF 位置。</p><p>　　數(shù)據(jù)鏈路層又稱現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層（Fieldbus Data Link. FDL）一般有兩種介質(zhì)存取方式：令牌總線（Token Bus，令牌總線協(xié)議符合IEEE802.4）和主從方式。令牌是一種特殊的電文，它在主站之間傳遞控制權(quán)，令牌總線

40、方式使得某個得到令牌的主站可在</p><p>　　一個事先規(guī)定的時間段內(nèi)得到總線控制權(quán)，在這段時間內(nèi)允許這個主站執(zhí)行主站的工作，這個主站可依照與主站或從站的關(guān)系表和所有主站或所有從站進行通信。若該主站沒有需要發(fā)送的幀或在規(guī)定時間內(nèi)發(fā)送完了所需發(fā)送的幀，或者該主站的控制時間終了時它就將主站令牌傳遞給下一個主站，這樣就保證了即使在重載下，每個主站都可以在確定的時間內(nèi)得到總線使用權(quán)，避免了在以太網(wǎng)中重載下容易阻塞的缺

41、點，保留了總線型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)簡單、自由增減站點的優(yōu)點。主從方式的數(shù)據(jù)鏈協(xié)議與局域網(wǎng)標準不同，它</p><p>　　符合HDLC 中的非平衡正常響應模式（NRM），該模式的工作特點是：總線上一個主站可以控制多個從站，主站與每一個從站建立一條邏輯鏈路，主站發(fā)出命令，從站給出響應；從站可以連續(xù)發(fā)送多個幀，直到無信息發(fā)送、達到發(fā)送數(shù)量或被主站停止為止。數(shù)據(jù)鏈路中幀的傳輸過程分為三個階段：數(shù)據(jù)鏈路建立、幀傳輸和鏈路釋放。&l

42、t;/p><p>　　圖2 PROFIBUS—DP數(shù)據(jù)鏈路層的工作過程</p><p>　　圖2為本系統(tǒng)主站和從站A在半雙工方式下非平衡正常響應模式的通信過程。</p><p>　　圖中U 表示H D L C 的無編號幀， U ：A ，SNRM ，P 表示在SNRM 模式上選擇從站A ，P 為探詢位；U ：A ，U A ， F 表示用U 幀的無編號確認命令UA作為響應主

43、站建立數(shù)據(jù)鏈，F(xiàn)為終止位。I 表示HDLC 的信息幀，N （S ）=0 表示編號，N（R ）= 0 表示未接收到A 的從站幀，N （S ）= 1，N （ R ）= 0 和N （ S ）= 2 ， N （ R ）= 0 表示第2，3 個從主站連續(xù)發(fā)送的信息幀，第3 幀中使用了探詢位P 表示從站也有信息幀要發(fā)送。N（R）=3 表示從站A已正確接收序號為2及以前的I幀，終止符F表示從站只有一幀發(fā)送。最后當主、從站都沒有信息幀要發(fā)送、或主站將與

44、其他從站建立數(shù)據(jù)鏈時，主站使用U 釋放連接命令DISC，從站A從U 幀的UA 予以確認，鏈路傳輸過程結(jié)束</p><p>　　2.4 現(xiàn)場總線系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)及配置</p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場設備到控制器的連接方式，現(xiàn)場總線的拓撲結(jié)構(gòu)通常采用以下三種方式：線形、樹形和環(huán)形。PROFIBUS采用的是線形結(jié)構(gòu)，用一根總干線從控制器連接到受控對象，總線電纜從主干電纜分支到現(xiàn)場設備處，控制器掃描所

45、有I／0站上的輸入，必要時還可發(fā)送信息到輸出通道，實現(xiàn)多主式和對等式通信，PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設計，其拓撲結(jié)構(gòu)如圖3所示</p><p>　　圖3 PROFIBUS—D現(xiàn)場總線拓撲結(jié)構(gòu)</p><p>　　本系統(tǒng)采用研華工控機作上位機，通過CP5611接口卡使工控機與PROFIBUS-DP 相連，這樣IPC與現(xiàn)場總線就連接成能完成組態(tài)、運行、操作等功能的完整的控制網(wǎng)

46、絡系統(tǒng)。上位機監(jiān)控軟件可采用美國Intellution 公司開發(fā)的基于Window9x&NT組態(tài)軟件SIEMENS公司W(wǎng)INCC 軟件，可實現(xiàn)動態(tài)顯示、報警、趨勢、控制策略、控制網(wǎng)絡通信等功能，并提供一個友好的用戶界面，使用戶根據(jù)實際生產(chǎn)需要生成相應的應用軟件。</p><p>　　作為DP 主站，CPU 位于控制中心。本系統(tǒng)選用CPU315-2DP 模塊化PLC，它集成了PROFIBUSDP現(xiàn)場總線接口

47、裝置，具有強大的處理能力（具有0.3ms處理1024語句的速度）。PLC程序在上位機STEP 7 中編制完成后下載到CPU315 并存儲，CPU可自動運行該程序，根據(jù)程序內(nèi)容讀取總線上的所有I/O模塊的狀態(tài)字，控制相應設備。</p><p>　　從站A中，SIMOVERT Master drives為交流變頻器，CB1為與之配套的通信處理器。SIMOREGK 6RA24 為直流變流器，CB24為與之配套的通信處理

48、器。當S7-300或S7-400PROFIBUS-DP網(wǎng)的主站時，可分別帶這樣的從站（SLAVE）32 個，如加中繼器，最多可達127個。這種交直流傳動產(chǎn)品，可對電機進行開、閉環(huán)控制，通過CB 通訊板將從DP 網(wǎng)中接受的數(shù)據(jù)存入雙向RAM 中。雙向RAM 中的每一個字都被編址，在變頻（流）器端的雙向R A M 可通過被編址參數(shù)排序，向變頻（流）器寫入控制字、設置值或讀出實際值，診斷信息等參數(shù)。</p><p>　

49、　ET200M 是一種模塊化的分布式I/O 站，通過IM-153接口與PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線連接。對于SIEMENS STEP7 開發(fā)平臺，在ET200M 上的分散I/O節(jié)點的地址排布與傳統(tǒng)集中式的地址排布是一致的，所以在編程時就和編制集中式控制程序一樣，而且分散I/O的模塊地址可以根據(jù)用戶需要而改變，以適應實際現(xiàn)場調(diào)試時的需要。</p><p>　　第3章 可編程控制器PLC的應用</p>

50、<p>　　3.1 PLC選型</p><p>　　SIMATIC S7－200系列PLC是西門子公司的一款主要產(chǎn)品，適用于各行各業(yè)、各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制。S7－200 CPU將一個微處理器、一個集成電源和數(shù)字量I/O點集成在一個緊湊的封裝中，從而形成了一個功能強大的微型PLC,其強大功能使其無論在獨立運行中或相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能，再加上緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強大的指令集，使S

51、7－200成為各種控制應用的理想解決方案。根據(jù)本系統(tǒng)的實際需要，通過對不同品牌型號的PLC進行比較，認為SIMATIC S7－200系列PLC具有極高的性價比，并能充分滿足系統(tǒng)的要求，為本設計所采用。</p><p>　　S7-200周而復始地執(zhí)行一系列任務，任務循環(huán)執(zhí)行一次稱為一個掃描周期。PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序，在一個掃描周期中與用戶有關(guān)的三個階段：</p><p&g

52、t;　　●讀輸入：即輸入采樣階段，依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段，在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變，因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入，S7-200將物理輸入點上的狀態(tài)復制到輸入過程映象寄存器中。</p><

53、;p>　　●執(zhí)行邏輯控制程序：S7-200執(zhí)行程序指令并將數(shù)據(jù)存儲在各種存儲區(qū)中，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序。在掃描每一條梯形圖時，并按先左后右、先上后下的順序進行邏輯運算，邏輯運算的結(jié)果存于映象區(qū)。上面的邏輯運算其運算結(jié)果會對下面的邏輯運算起作用；相反，下面的邏輯運算其運算結(jié)果只能到下一個掃描周期才能對上面的邏輯運算起作用。</p><p>　　●寫輸出：即輸出刷新階段，在輸出過程映象寄

54、存器中存儲的數(shù)據(jù)被復制到物理輸出點，當掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段，在此期間，CPU按照存在I/O映象區(qū)的運算結(jié)果，刷新所有對應的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。</p><p><b>　　3.2 編程語言</b></p><p>　　S7-200的編程軟件可以提供梯形圖、功能塊圖（國內(nèi)很少有人使用）、語句表三

55、種編程語言。語句表程序較難閱讀，其中的邏輯關(guān)系很難一眼看出，所以在設計復雜的開關(guān)量控制程序時一般使用梯形圖語言。梯形圖程序中輸入信號與輸出信號之間的邏輯關(guān)系一目了然，易于理解，與繼電器電路圖的表達方式極為相似，梯形圖中功能塊對應的語句只占一行的位置，還可以為每一條語句加上注釋，便于復雜程序的閱讀。因此選用梯形圖語言進行編程。</p><p><b>　　控制程序設計方法</b></p&

56、gt;<p>　　經(jīng)驗法，本質(zhì)是借助典型的控制電路，通過反復的調(diào)試及修改來完成系統(tǒng)的設計,沒有固定的步驟可遵循，且有很大的試探性和隨意性。對于各種不同的控制系統(tǒng)，設計者需重復設計。特別是在設計復雜系統(tǒng)的梯形圖時 ，需要大量的中間單元來完成記憶、連鎖、互鎖等功能，考慮的因素較多，它們往往又交織在一起，分析起來比較困難，很容易遺漏一些應考慮的問題。且修改某一局部電路時，經(jīng)常是“牽一發(fā)而動全身”，對控制系統(tǒng)其他部分產(chǎn)生意想不到的

57、影響。另外，用經(jīng)驗法設計出的梯形圖往往比較復雜，程序維護人員很難讀懂，給PLC控制系統(tǒng)的維護和改進帶來很大困難。</p><p>　　順序控制設計法，就是按照生產(chǎn)工藝預先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機構(gòu)自動地有秩序地進行操作,順序控制設計法最基本的思想是將一個連貫的過程分解成若干順序相連的不同階段，這些階段稱為步，并用編程元件（M，S）來代表各步。步是根據(jù)輸出

58、量的狀態(tài)的變化來劃分的，在任何一步之內(nèi)，各輸出量狀態(tài)不變，但是相鄰兩步輸出量的狀態(tài)是不同的。步的這種劃分方法使代表各步的編程元件的狀態(tài)與輸出量的狀態(tài)之間有著極為簡單的邏輯關(guān)系。使系統(tǒng)由當前步進入下一步的信號稱為轉(zhuǎn)換條件，可以是外部輸入信號，也可以是PLC內(nèi)部產(chǎn)生的信號（定時器，計數(shù)器）。順序控制設計法用轉(zhuǎn)換條件控制代表各步的編程元件，讓它們的狀態(tài)按一定的順序變化，然后用代表各步的編程元件去控制PLC的各輸出位Q。M與Q之間具有簡單的邏輯

59、關(guān)系，輸出電路的設計極為簡單。任何復雜系統(tǒng)的代表步的M存儲位的控制電路，其設計方法都是相同的，并且很容易掌握，由于M是依次順序變?yōu)镺N/OFF狀態(tài)的，實際上已經(jīng)基本解決了經(jīng)驗設計法中的記憶、連鎖等問題，所以順序控制設計法具有簡單、規(guī)范、通用的優(yōu)點。</p><p>　　通過對以上兩種設計法的分析比較，我們自然采用順序控制法進行程序編寫。</p><p>　　基于現(xiàn)場總線的PLC 控制系統(tǒng)的

60、構(gòu)成</p><p>　　PLC全稱Programmable Logic Controller，即可編程邏輯控制器，是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有可靠性高、環(huán)境適應性強、靈活通用、使用方便、維護簡單等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據(jù)統(tǒng)計，可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應用最多的一種設備。</p><p>　

61、　PLC是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計，它采用一類可編程的存貯器，用于其內(nèi)部存貯程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式輸入輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程，可編程控制器具備高可靠性、編程方便、易于使用、環(huán)境要求低、與其他裝置配置連接方便的特點。</p><p>　　隨著計算機硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展，自動化產(chǎn)品呈現(xiàn)出小型化、網(wǎng)絡化、PC化、開

62、放式和低成本的發(fā)展趨勢，作為一個控制系統(tǒng)，如何對其進行有效的管理和應用，而又不必有過多的投入，充分利用現(xiàn)代計算機技術(shù)的應用和發(fā)展，減小一些硬件的投入，通過軟件實現(xiàn)硬件的功能，這就產(chǎn)生了“組態(tài)”這種技術(shù)，它充分的利用了計算機技術(shù)，又對硬件進行了有效的管理。同時也減小了一些硬件的投入。以這種“組態(tài)”技術(shù)為依托，人們發(fā)明了“組態(tài)”軟件。組態(tài)軟件構(gòu)成的網(wǎng)絡可以聯(lián)網(wǎng)，它的兼容性比較強，不像專業(yè)PLC構(gòu)</p><p>　　

63、成的網(wǎng)絡，組態(tài)軟件可以充分利用電腦的資源。在立體倉庫的設計中，為了實現(xiàn)較好的監(jiān)控功能，建立完善的人機交互界面，組態(tài)軟件已經(jīng)成為其中的橋梁和紐帶，是自動化系統(tǒng)集成中不可缺少的關(guān)鍵組成部分</p><p>　　第4章 PROFIBUS現(xiàn)場總線的PLC通信</p><p>　　在工業(yè)控制中,可編程控制器(簡稱PLC ,下同)作為工業(yè)控制裝置已得到廣泛的應用。由于控制的復雜程度增加和規(guī)模擴大,單

64、臺PLC 已難以滿足生產(chǎn)對自動控制的要求。根據(jù)生產(chǎn)工藝的特點、控制對象的分布等因素適當?shù)嘏渲萌舾膳_PLC 就能較好地解決這一問題。工業(yè)生產(chǎn)本身的系統(tǒng)性決定了各臺PLC 之間必然有各種信息要進行交換,因而PLC 除了完成各自的控制任務之外,還要進行彼此之間的通信。采用高度實時性、高可靠性的PLC 通信技術(shù),就成為構(gòu)成性能優(yōu)異的自動控制系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。</p><p>　　4.1 串行通信與并行通信</p&g

65、t;<p>　　PLC 聯(lián)網(wǎng)通信在數(shù)據(jù)傳輸方式上有兩種基本方式,即并行通信和串行通信。并行通信傳輸速度快,能保證傳輸?shù)膶崟r性和可靠性,常用于近距離的通信,在遠距離傳輸?shù)那闆r下,并行通信會導致通信線路復雜,硬件成本提高。串行通信則恰好相反。串行通信發(fā)展到目前其通信</p><p>　　的實時性、可靠性、穩(wěn)定性有了明顯的提高。因此實際上目前各類PLC 的聯(lián)網(wǎng)通信主要采用的是串行通信,并行通信一般僅發(fā)生在

66、PLC 的內(nèi)部,例如模塊式PLC 中的CPU 單元與各種工作模塊之間的通信。</p><p><b>　　簡單協(xié)議與復雜協(xié)議</b></p><p>　　這里所說的通信協(xié)議的“簡單”與“復雜”是相對OSI/ RM 模型而言的。圖4 中對一臺西門子小型PLC(S7 —200) 利用自由口方式與一臺IPC 進行串行通信。在IPC 一方,利用VB 中的Mscomm 控件完成

67、對其串口的讀寫。VB 程序中Mscomm. setting =“9600 ,N ,8 ,1”就是一種“簡單協(xié)議”的規(guī)定(即波特率是9 600 ,無奇偶校驗,8 位數(shù)據(jù)位,1 位停止位) 。這種“簡單協(xié)議”通信能適應單主站—單從站的通信需要,能實現(xiàn)較為單一的功能,如果通信的情形復雜了就有很大的局限性。例如在RS485 上可以增加PLC ,但所有的PLC 都是通信從站,因為“簡單協(xié)議”決定了這里只允許存在一個通信主站(即IPC) ,而且所有

68、的通信從站要想互通信息只有通過主站中轉(zhuǎn)才能實現(xiàn)。“復雜協(xié)議”(如現(xiàn)場總線技術(shù)中的通信協(xié)議) 是以OSI/ RM模型為基礎的。通過多層次的協(xié)議,能夠解決諸如總線控制、沖突檢測、鏈路維護等問題。通信中可無“主、從”之分或允許“多主(多個主站) ”存在。顯然本文所述的PLC 通信就屬于“多主”或“對等”的通信。圖4 所示為基于“簡單協(xié)議”的通信網(wǎng)絡</p><p>　　圖4 　基于“簡單協(xié)議”的通信網(wǎng)絡</p&g

69、t;<p>　　4.3 　專用協(xié)議與開放協(xié)議</p><p>　　專用協(xié)議是PLC 開發(fā)商提供的本廠商特定的通信協(xié)議。其特點是通信協(xié)議不公開,必須使用該廠商提供的支持相應協(xié)議的硬、軟件。如西門子公司S7 —200 系列PLC 的PPI 協(xié)議和AB 公司DH + 網(wǎng)絡中的協(xié)議等。專用協(xié)議是封閉的,各廠商在通信方面從硬件到軟件都是自成體系,不能互連在一起,難以實現(xiàn)互換與互操作。開放協(xié)議是基于公開化、標準

70、化,即各廠商、各種產(chǎn)品、各種硬軟件都必須遵守同一協(xié)議規(guī)范?，F(xiàn)場總線技術(shù)中的通信協(xié)議就是以OSI/ RM 模型為基礎,以開放、互聯(lián)為目的。2000 年1 月公布的現(xiàn)場總線國際標準IEC61158 雖然包括了八種類型的現(xiàn)場總線而非單一標準,但它們都是開放的,通信的功能及參數(shù)都是規(guī)范化的。用戶可按自己的需要和考慮把不同的廠商的產(chǎn)品組成遵循同一協(xié)議的通信系統(tǒng),不會為在系統(tǒng)中不兼容的協(xié)議、接口而一籌莫展,這樣自動控制系統(tǒng)的構(gòu)建、擴展的主動權(quán)就掌握

71、在用戶手中。</p><p>　　4.4 P LC 通信的實現(xiàn)</p><p>　　根據(jù)上述的方案選擇, 構(gòu)成基于現(xiàn)場總線的PLC 控制系統(tǒng)如圖5 所示。圖中PLC 采用德國西門子公司的S7 - 300 型(CPU315 - 2DP) ,PLC 均通過西門子CP343 - 5 通信模塊與PROFIBUS 現(xiàn)場總線相連。IPC 采用臺灣研華公司的工控機(P2 型) 并通過西門子CP5412

72、A 通信適配卡與PROFIBUS 現(xiàn)場總線相連。另外各PLC 通過其CPU 上集成的PROFIBUS—DP 接口連接若干個遠程I/ O 從站(西門子ET200) 。</p><p>　　圖5 　基于現(xiàn)場總線的PLC 控制系統(tǒng)的構(gòu)成</p><p>　　PROFIBUS 是Process Fieldbus 的縮寫。它是一種串行的、開放的工業(yè)現(xiàn)場總線, 符合國際標準( IEC61158 TYP

73、E3 ) 。針對不同的范圍和功能,PROFIBUS 又分為三個兼容的組成部分。其中PROFIBUS —FMS 主要解決車間級的通用型通信任務, 它可以提供靈活而大量的通信服務;PROFIBUS —DP 以其較快的傳輸速度和較強的抗干擾能力,廣泛應用于設備級控制系統(tǒng)與分散式I/ O之間的通信; PROFIBUS —PA 專為過程自動化設計,它可實現(xiàn)總線供電并且符合本征安全規(guī)范。PROFIBUS 通信協(xié)議根據(jù)ISO7498 國際標準以開放式

74、系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(OSI) 作為參考模型。在總線訪問協(xié)議上PROFIBUS 在數(shù)據(jù)鏈路層采用了混合介質(zhì)存取方式,即主站間按令牌方式、主站和從站間按主從方式工作。得到令牌的主站可在一定的時間內(nèi)</p><p>　　執(zhí)行本站的工作。這種方式保證了在任一時刻只能有一個站點收發(fā)數(shù)據(jù),并且任一主站在一個特定的時間片內(nèi)都可以得到總線控制權(quán),這就完全避免了沖突。利用這種方式可以實現(xiàn):純主從(一主多從) 、純主站(多主) 和混合方式

75、(多主多從) 。</p><p>　　PROFIBUS 現(xiàn)場總線功能十分強大,一旦圖5所示的系統(tǒng)構(gòu)成后,僅就PLC 之間的通信而言就有四種方式可以實現(xiàn),即S7 通信(功能) 、FDL 連接、DP方式、FMS 方式等。綜合系統(tǒng)開發(fā)成本和功能適用性等多方面指標和要求,選用FDL 連接方式進行PLC 之間的通信。FDL ( fieldbus data link 現(xiàn)場數(shù)據(jù)鏈接) 由PROFIBUS 的第二層協(xié)議實現(xiàn)。適合

76、于工業(yè)中等容量的通信任務(240 字節(jié)) 。實際應用FDL 方式時主要進行組態(tài)和編程二個步驟。FDL 編程比較簡單,因為PLC 通信的功能已經(jīng)在軟件程序上集成為二個功能模塊FC5 和FC6 ,即</p><p>　　AG-SEND(FC5) 和AG-RECV ( FC6) 。AG-SEND 功能是發(fā)送數(shù)據(jù),即將數(shù)據(jù)從PLC 指定的發(fā)送緩沖區(qū)傳送至通信方。發(fā)送緩沖區(qū)的指針可以指向一個過程映像區(qū)、一個位存儲器區(qū)或一個

77、數(shù)據(jù)塊。要發(fā)送的數(shù)據(jù)長度不能超過240 字節(jié);AS-RECV 功能為接收數(shù)據(jù),即從通信方接收的數(shù)據(jù)傳送到PLC 指定的接收緩沖區(qū)。接收緩沖區(qū)可以是一個過程映像區(qū)、一個位存儲器區(qū)或一個數(shù)據(jù)塊。接收緩沖區(qū)應有足夠的長度。實際應用時可根據(jù)控制任務采取各種方法調(diào)用FC5 和FC6。圖6為PLC1 和PLC3 通信調(diào)用的示意圖。</p><p>　　圖6　PLC1 和PLC3 的通信示意圖</p><p

78、>　　應用FDL 方式的關(guān)鍵是通信的組態(tài)。運行PROFIBUS NCM S7 組態(tài)軟件后,在STEP7 (PLC 的標準工具軟件) 中進行硬件組態(tài)(CP343 - 5) 和通信組態(tài)(FDL 連接) 。PLC1 的組態(tài)參數(shù)(與PLC3 通信) 如下:</p><p>　　Local ID : (HEX) 　　0002 A000</p><p>　　Partner ID : (HEX)

79、0001 A000</p><p>　　Local Module : SIMATIC 300(1) / CPU315 - 2 DP</p><p>　　Partner Module : SIMATIC 300(3) / CPU315 - 2 DP</p><p>　　Connection Type : FDL Connection</p><p&

80、gt;　　Connection Name : FDL Connection 3</p><p>　　Partner L2 Address : 8</p><p>　　Local LSAP : 8</p><p>　　Remote LSAP : 4</p><p>　　Status : OK</p><p>　　Via

81、CP : CP 343 - 5 - (R0/ S4)</p><p>　　ID(Dec. ) : 2</p><p>　　LADDR : W# 16 # 0100</p><p>　　S7 - 300 PLC 的程序采用結(jié)構(gòu)化編程:將所有的用戶編寫的程序和程序所需的數(shù)據(jù)放置在各種類型的程序塊中,在一個塊或塊之間能類似子程序那樣進行調(diào)用,使用戶程序結(jié)構(gòu)化成為可能。這些

82、程序塊有:用于控制程序運行的組織塊(OB) ;用戶常用的功能程序———功能(FC) ;存儲用戶數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)———數(shù)據(jù)塊(DB) ;實際的用戶功能程序——功能塊(FB) 以及集成到CPU 的操作系統(tǒng)中的系統(tǒng)功能(SFC) 、系統(tǒng)功能塊(SFB) 和系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊(SDB) 等等。如圖4 ,為了向PLC3 定時地發(fā)送數(shù)據(jù),在PLC1 的程序中編寫了OB35 組織塊(循環(huán)中斷, 循環(huán)周期設為100ms) , 調(diào)用FC5 (AG-SEND) , 即

83、PLC1 每100 ms 向PLC3 發(fā)送一次數(shù)據(jù)。同理,在OB35 組織塊中調(diào)用FC6 (AG-RECV) ,PLC 每100 ms 接收一次PLC3 的數(shù)據(jù)。PLC1 與其他PLC 以及其他PLC 與PLC 的數(shù)據(jù)通信和上述情形完全類似。</p><p>　　4.5 基于Profibus的PLC控制系統(tǒng)中的網(wǎng)絡組態(tài)</p><p>　　上位機通過內(nèi)插式CP 5412(A2)通信卡與P

84、rofibus—s7網(wǎng)絡建立聯(lián)接。在安裝CP5412之前，首先應將它的DIL開關(guān)(缺省為oooo)設定成與網(wǎng)絡組態(tài)中的“I／O范圍”一致。IJ2電纜通過Profibus總線連接器將CP342—5DP的Profibus口與CP5412上的9針D型口相連，從而將上位機與PLC連接在一起，組成Profibus網(wǎng)絡。當然，如果想構(gòu)建MPI網(wǎng)絡的話，可以將CPU314的MPI口與CP5412相連。最后，將網(wǎng)絡始末節(jié)點的總線連接器上的DIP開關(guān)撥至

85、ON，其余節(jié)點的DIP開關(guān)撥至OFF，以保證只有終端節(jié)點接通終端電阻。</p><p>　　在安裝通信卡驅(qū)動程序后，首先進行網(wǎng)絡部件安裝及參數(shù)設定。啟動“設置PG／PC接口”程序，點擊“安裝”，選擇“CP5412(A2)通信處理器”進行安裝。通信卡參數(shù)，如“內(nèi)存”、“I／O范圍”及“中斷地址”等列在“資源”對話框中一般情況下無需重新設定。在硬件參數(shù)設定完成后，對CP5412進行網(wǎng)絡組態(tài)，主要是進行“應用程序訪問點

86、”和“模板參數(shù)集”的設定。本系統(tǒng)使用STEP7編程軟件進行PIE控制程序設計，因此“應用程序訪問點”選項選擇“s7online(step7)”，使上位機與PIE 進行通信。在使用WinCC監(jiān)控軟件進行人機接口畫面調(diào)試時，“應用程序訪問點”選為“CP—IJ2一 ”，其中 為系統(tǒng)中安裝CP5412的數(shù)目。運行WinCC的上位機的缺省設備名CP—I，因此WinCC軟件“系統(tǒng)設定”中的邏輯設備名也應為“CP一1．2一X”?？刂葡到y(tǒng)采用的是Pro

87、fibus網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，故“模板參數(shù)集”選擇“CP5412 A2(Profibus)”。如果是MPI網(wǎng)絡的話，則應選擇“CP5412 A2(MPI)”。</p><p>　　進入“屬性”窗口，可以修改Profibus的相關(guān)參數(shù)，如本站地址、單主站或多主站系統(tǒng)選擇以及波特率、最大站地址、網(wǎng)絡協(xié)議等網(wǎng)絡參數(shù)。其中，網(wǎng)絡參數(shù)適用于整個Pro6bus，所以應與Pr06bus上所有節(jié)點的網(wǎng)絡參數(shù)相匹配，這一點在進行硬件組態(tài)時應

88、予以注意。</p><p>　　網(wǎng)絡協(xié)議有DP，Standard，Universal及User—defined四種選擇。Standard協(xié)議用于多主站模式；Universal協(xié)議為缺省設定，用于不能運行DP或Standard協(xié)議的情況，如果網(wǎng)絡上除了西門子的S，設備外，還有S 系列設備或第三方設備。則可選擇Universal；如果是Profibus—DP網(wǎng)絡，則選擇DP；如果用戶希望自己定義總線參數(shù)，則選擇Use

89、r—defined。</p><p>　　各個站點的網(wǎng)絡地址應在STEP'／軟件中，通過硬件組態(tài)予以分配。</p><p>　　現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈接(fieldbus data link，F(xiàn)DL)位于IS0參考模型的第2層，可提供Profibus上較大量的數(shù)據(jù)傳送服務，并可完成與任何通信伙伴(如西門子S5設備或Pc)的通信任務。</p><p>　　安裝NCM

90、s7 for Profibus軟件包，然后進行FDL鏈接組態(tài)。連鑄控制系統(tǒng)只需在公用PIJC和流用PIJC之間進行數(shù)據(jù)傳送工作，而流用PLC之間操作彼此獨立，無交換數(shù)據(jù)的要求，所以僅建立公用PIE 和8臺流用PLC之間的R)L鏈接。應當注意的是，由于使用R)L鏈接，在硬件組態(tài)中進行Profibus CP屬性設定時，CP模式只能選擇No DP，DP Master或DP Slave Active，而不能選擇DP Slave Passive模

91、式，否則將導致該站點在Profibus上失效。</p><p>　　保存組態(tài)，將PIE 切至STOP狀態(tài)，下載鏈接數(shù)據(jù)至CPU中。如果CP342—5的位置在下載之后發(fā)生變化，則鏈接組態(tài)數(shù)據(jù)自動更新，此時需要重新下載。在FDL鏈接建立完畢后，設計FDL接口軟件。圖7和圖8所示為FDL接口程序框圖。</p><p>　　圖7 數(shù)據(jù)發(fā)送站點FDL接口程序</p><p&g

92、t;　　圖8 數(shù)據(jù)接收站點FDL接口程序</p><p>　　在FDL鏈接中，為完成數(shù)據(jù)傳送任務，需要編制f℃5(AG—SEND)和FC6(AG—RECV)功能塊。在數(shù)據(jù)發(fā)送站點中，f℃5功能塊將CPU用戶數(shù)據(jù)區(qū)中的用戶數(shù)據(jù)傳送到通信處理器中，然后發(fā)送到Profibus上。而數(shù)據(jù)接收點的通信處理器接收來自于Profibus的數(shù)據(jù)，并通過F℃6傳送至CPU的用戶數(shù)據(jù)區(qū)中。2個功能塊</p><

93、;p>　　都有只讀參數(shù)II)和LADDR，它們代表的是與本站進行鏈接的站點地址以及本地通信處理器的16進制地址。此外，兩個功能塊均需要定義發(fā)送(或接收)數(shù)據(jù)包的地址及長度，這些對于數(shù)據(jù)的順利通信都是非常關(guān)鍵。</p><p>　　基于PROFIBUS - DP 總線的溫度控制系統(tǒng)</p><p>　　5.1 溫度控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　該溫度控

94、制系統(tǒng)主要由S7 - 300 PLC 和人機界面TP270 -10 構(gòu)成。人機界面完成智能化的后臺管理、各種退火參數(shù)的設定及退火狀況的監(jiān)視和報警。由CPU315、數(shù)字量輸入模塊SM321、數(shù)字量輸出模塊SM322、模擬量輸入模塊SM331 和模擬量輸出模塊SM332 組成的PLC 主要完成系統(tǒng)中各種信號的采集、設定參數(shù)的處理、各個電機的控制和溫度的控制。</p><p>　　由于在退火爐與控制室之間大約有50 m

95、 的距離,因此選用了帶從站功能的CPU 315 - 2 DP ,其具有大中規(guī)模的程序容量,對二進制和浮點數(shù)有較高的處理性能,有2 個PROFIBUS -DP 主站/ 從站接口,可用于建立分布式I/ O 結(jié)構(gòu)和大規(guī)模的I/ O配置。根據(jù)系統(tǒng)要求,主站擴展了2 個數(shù)字量輸入模塊、2 個數(shù)字量輸出模塊和2模擬量輸出模塊,用來控制風機的轉(zhuǎn)速和溫度。從站采用通用性較好的ET200M分布式I/ O ,配置了開關(guān)量輸入模塊和輸出模塊和模擬量輸入模塊,

96、用來控制爐門的升降、爐門氣缸的動作,爐門安全的動作,爐體上各種儀表或傳感器的檢測以及采集爐氣溫度和料溫。從站的使用一方面減少了爐體和控制柜間電纜的使用;另一方面避免了溫度模擬量信號在長距離傳輸過程中的干擾。</p><p>　　另外,由于系統(tǒng)要求實現(xiàn)PLC 與ACS510 系列變頻器和智能電度表PD194E 的通信。變頻器和智能電度表都采用MODBUS 通訊協(xié)議,不能直接連入組建的PROFIBUS - DP 網(wǎng)。

97、選用了PB - B - MODBUS協(xié)議總線橋,它可以將具有MODBUS 專用通信協(xié)議的接口設備連接到PROFIBUS 總線上,使設備成為PROFIBUS 總線上的一個從站。接口在PROFIBUS 一側(cè)是DP 從站,在MODBUS 一側(cè)是主站,并通過RS - 485 連接到MODBUS從站設備。</p><p>　　基于PROFIBUS - DP 總線的退火溫度控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖9所示</p>

98、<p>　　圖9　 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　控制系統(tǒng)原理和設計思想</p><p>　　對于像退火爐這樣的滯后大、慣性大和時變性的溫度控制系統(tǒng),采用傳統(tǒng)的PID 控制,同一組控制參數(shù)很難兼顧不同退火工藝的控制要求,控制的超調(diào)大,調(diào)節(jié)時間長,控制效果較差。為了降低超調(diào)量,提高控制精度,采用模糊推理,實現(xiàn)對PID 參數(shù)KP 、TI 和TD 的在線自整定,使其具有魯棒性強、

99、適應性強、控制精度高等特點。</p><p>　　該控制系統(tǒng)主要由參數(shù)可調(diào)整PID 和模糊調(diào)節(jié)器組成,如圖10所示</p><p>　　圖10 控制系統(tǒng)原理</p><p>　　由參數(shù)可調(diào)節(jié)PID 來完成對溫度系統(tǒng)的控制,模糊調(diào)節(jié)器實現(xiàn)對PID 的3 個參數(shù)的自動校正。</p><p>　　數(shù)字PID 控制的位置式算法為</p>

100、;<p>　　u ( n) = Kp{ e ( n) +TS/TI +TD/TS×[ e ( n) - e ( n - 1) ]} (1)</p><p>　　式中: KP 為比例系數(shù); u ( n) 為控制器的輸出; e ( n) 為偏差值;</p><p>　　TS 為采樣周期; TI 為積分時間; TD 為微分時間。</p><p>　

101、　PID控制模塊FB41 中, KP 、TI、TD 分別對應于輸入?yún)?shù)GAIN、TI、TD.</p><p><b>　　KP 的影響</b></p><p>　　比例控制能迅速產(chǎn)生與誤差成正比的調(diào)節(jié)作用,從而減少穩(wěn)態(tài)誤差。但是,比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。KP 的加大會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定,容易產(chǎn)生振蕩,使調(diào)節(jié)時間延長。相反,若KP 太小會使系統(tǒng)動作緩慢,靈敏度降低。在系

102、統(tǒng)穩(wěn)定的情況下,如果加大KP ,可提高控制精度,減小誤差。</p><p><b>　　TI 的影響</b></p><p>　　積分控制主要用于消除靜差。若TI 太小,積分作用強,系統(tǒng)將不穩(wěn)定;若TI 偏小, 振蕩次數(shù)較多, 超調(diào)量較大;若TI 太大,積分作用弱,對系統(tǒng)性能的影響減小;當TI 合適時,過渡過程特性比較理想。在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下,當TI 太大時,消除靜差

103、太慢;當TI 太小時,系統(tǒng)不穩(wěn)定。</p><p><b>　　TD 的影響</b></p><p>　　微分控制可以根據(jù)誤差變化的速度提前給出較大的調(diào)節(jié)作用。微分部分反映了系統(tǒng)變化的趨勢,它較比例調(diào)節(jié)更及時,所以微分部分具有超前和預測的特點。TD 增大時,超調(diào)量減少,動態(tài)性能得到改善。但是TD 太大時,會引起過大的超調(diào),系統(tǒng)不穩(wěn)定; TD 太小,調(diào)節(jié)質(zhì)量改善不大。&