基于Profibus-DP的閘門控制系統(tǒng)

ainet.cn 2007年03月27日

1 引言

現(xiàn)場總線融合了計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和自動化技術(shù),使各種檢測、控制系統(tǒng)元件或裝置直接掛在總線上，可大量降低控制系統(tǒng)的安裝成本、維修成本和運行費用。其中Profibus有較廣的制造基礎(chǔ)和較多的使用經(jīng)驗，它的應(yīng)用領(lǐng)域包括加工制造、過程和建筑自動化，已成為國際化的開放式現(xiàn)場總線標準。與以前的集散型控制系統(tǒng)(DCS)相比，基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)(FCS)具有突出的技術(shù)優(yōu)勢。FCS采用雙絞線、光纜或無線電方式傳送數(shù)字信號，從而大量削減現(xiàn)場儀表與控制室之間一對一連接的導(dǎo)線，節(jié)省安裝費用，提高可靠性和抗干擾能力，增強控制精度。由于采用了統(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，使系統(tǒng)具有開放性，這對用戶的操作、維修、擴展都是十分有利的。由于現(xiàn)場設(shè)備本身可完成自動控制的基本功能，導(dǎo)致現(xiàn)場總線已構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。

&nb

sp; 旋轉(zhuǎn)編碼器位置測量精度高、使用簡單，在檢測及控制轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等方面得到了廣泛的應(yīng)用。絕對位置旋轉(zhuǎn)編碼器可直接測量參數(shù)的絕對值，抗干擾能力強;在系統(tǒng)掉電及再上電后，絕對位置旋轉(zhuǎn)編碼器仍可保持輸出位置量不變。

2 系統(tǒng)控制方案與網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

2.1 閘門系統(tǒng)過程參數(shù)及對監(jiān)控的要求

閘門由兩臺電機驅(qū)動卷揚機拖動;監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有現(xiàn)場/遠方可切換控制模式;通過改變電機轉(zhuǎn)子回路中的串接電阻可使閘門以三種速度升降;閘門提升離開底坎200mm時，電機停，等到閘門前后的水位平衡后，電機再重新啟動提升閘門至希望位置。在閘門升降過程中，監(jiān)控系統(tǒng)要隨時檢測閘門的位置，并應(yīng)有較高的檢測和控制精度;同時，閘門監(jiān)控系統(tǒng)要監(jiān)視負載電流;在電機或閘門啟閉機械過載時，應(yīng)有相應(yīng)的報警輸出，并在現(xiàn)場和遠方兩種方式下都能實現(xiàn)相應(yīng)的監(jiān)控。

2.2 電氣原理設(shè)計

根據(jù)閘門的控制要求，系統(tǒng)主回路和部分控制回路設(shè)計如圖1所示。

圖1 閘門系統(tǒng)主回路、部分控制回路

項目選用了西門子公司的S7-300PLC控制器，CPU用CPU315-2DP，配置一個通信處理器CP342-5作為Profibus-DP系統(tǒng)的主站;旋轉(zhuǎn)編碼器選用德國ifm公司的絕對位置型旋轉(zhuǎn)編碼器RM3005，不僅具有普通多轉(zhuǎn)編碼其性能，而且保持相同的最大分辨率(8192脈沖/轉(zhuǎn)，4096轉(zhuǎn))，增添了Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)的特性，作為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的從站可省去閘門監(jiān)控系統(tǒng)常規(guī)設(shè)計中的多個輸入/輸出接口,如:閘門上升和下降檢測，閘門的上下限檢測,閘門到位檢測等。選用觸摸屏TP170A作為現(xiàn)場操作站，方便顯示工藝參數(shù)、系統(tǒng)狀態(tài)。其控制網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)的總線拓撲結(jié)構(gòu)

通信處理器CP342-5設(shè)置為“DP Master”主站工作模式，RM3005為從站，CP342-5通過Profibus-DP1與旋轉(zhuǎn)編碼器RM3005進行通訊。另外，遠程控制站通過Profibus-DP2與集成在CPU315-2DP上的DP接口建立通訊，遠程監(jiān)控閘門控制系統(tǒng)的運行。

3 PLC與旋轉(zhuǎn)編碼器之間通信的實現(xiàn)

德國ifm公司的旋轉(zhuǎn)編碼器RM3005相對Siemens公司的PLC來說是屬于第三方產(chǎn)品，但是由于它支持Profibus-DP協(xié)議，攜帶設(shè)備數(shù)據(jù)庫文件GSD，因此它們中間通信的實現(xiàn)就非常容易，只需要在Siemens公司STEP7的硬件狀態(tài)環(huán)境中把旋轉(zhuǎn)編碼器RM3005攜帶的設(shè)備數(shù)據(jù)庫文件GSD導(dǎo)入進STEP7后，進行一些簡單的組態(tài)工作，就可以象使用Siemens公司自己的支持協(xié)議的旋轉(zhuǎn)編碼器那樣使用旋轉(zhuǎn)編碼器RM3005了，不需要為了實現(xiàn)Profibus-DP協(xié)議而進行任何的編程工作。

PLC與旋轉(zhuǎn)編碼器RM3005之間的通信主要完成兩方面的任務(wù):一是RM3005數(shù)據(jù)初始化時，根據(jù)閘門全關(guān)時的實際位置設(shè)定旋轉(zhuǎn)編碼器的初值。二是系統(tǒng)正常運行過程中，需要將測量的閘門位置及時報告給PLC以進行處理。通過通信功能塊“DP_SEND”來實現(xiàn)RM3005數(shù)據(jù)初始化，使用通信功能塊“DP_RECV”來實現(xiàn)由PLC的CPU通過CP342-5實現(xiàn)閘門的位置實時處理，如圖3所示。需要注意的是，RM3005初值的設(shè)定和閘門位置的讀取是兩個互鎖的過程。

圖3 PLC與RM3005之間的通訊