現(xiàn)場(chǎng)總線模塊與DCS軟件的集成

 1 引言

我廠新建的硫磺回收裝置是一個(gè)規(guī)模較小的裝置，出于建設(shè)成本方面的考慮，我們?cè)O(shè)計(jì)將mtl公司的基于過程i/o的現(xiàn)場(chǎng)總線模塊與foxboro公司的dcs控制系統(tǒng)結(jié)合，達(dá)到了較高的費(fèi)效比。

現(xiàn)將系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)述如下:

mtl公司的i/o模塊是符合profibus標(biāo)準(zhǔn)的過程i/o模塊，它的特點(diǎn)是在現(xiàn)場(chǎng)安裝，從而節(jié)省電纜、降低成本，而且防爆、耐腐蝕。

foxboro公司的i/a`s是功能強(qiáng)大的dcs系統(tǒng)，其micro-i/a工作站提供了與其它廠商協(xié)議的通訊接口。

將兩家的產(chǎn)品集成，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，組成一個(gè)造價(jià)低、功能強(qiáng)的集中分散控制系統(tǒng)是我們的目標(biāo)。

2 profibus總線技術(shù)

2.1 profibus的主要特點(diǎn)

(1) profibus是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。

(2) profibus由三個(gè)兼容部分組成，即profibus-dp( decentralized periphery)、profibus- pa(process automation)和profibus-fms (field bus message specification)。

(3) profibus - dp:是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式i/o的通信。使用profibus-dp可取代辦24vdc或4-20ma信號(hào)傳輸。

(4) profibus是一種用于工廠自動(dòng)化車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。

(5) 與其它現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)相比，profibus的最大優(yōu)點(diǎn)在于具有穩(wěn)定的國際標(biāo)準(zhǔn)en50170作保證，并經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證具有普遍性。目前已應(yīng)用的領(lǐng)域包括加工制造、過程控制和自動(dòng)化等。profibus開放性和不依賴于廠商的通信的設(shè)想，已在10多萬成功應(yīng)用中得以實(shí)現(xiàn)。市場(chǎng)調(diào)查確認(rèn)，在德國和歐洲市場(chǎng)中profibus占開放性工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的市場(chǎng)超過40%。profibus有國際著名自動(dòng)化技術(shù)裝備的生產(chǎn)廠商支持，它們都具有各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)并能提供廣泛的優(yōu)質(zhì)新產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)。

2.2 profibus協(xié)議結(jié)構(gòu)

profibus協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)iso7498國際標(biāo)準(zhǔn)，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(osi)作為參考模型。該模型共有七層。

profibus-dp:定義了第一、二層和用戶接口，第一層為物理層，第二層為數(shù)據(jù)鏈路層，第三～六層末使用，第七層為應(yīng)用層。第三到七層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細(xì)說明了各種不同profibus-dp設(shè)備的設(shè)備行為。

2.3 profibus傳輸技術(shù)

(1) profibus提供了三種數(shù)據(jù)傳輸類型:

(a) 用于dp和fms的rs485傳輸。

(b) 用于pa的iec1158-2傳輸。

(c) 光纖

(2) 用于dp/fms的rs485傳輸技術(shù)

rs-485傳輸是profibus最常用的一種傳輸技術(shù)。這種技術(shù)通常稱之為h2。采用的電纜是屏蔽雙絞銅線。

2.4 rs-485傳輸設(shè)備安裝要點(diǎn)

(1) 全部設(shè)備均與總線連接。

(2) 每個(gè)分段上最多可接32個(gè)站(主站或站)。

(3) 每段的頭和尾各有一個(gè)總線終端電阻，確保操作運(yùn)行不發(fā)生誤差。兩個(gè)總線終端電阻必須永遠(yuǎn)有電源。

(4) 當(dāng)分段站超過32個(gè)時(shí)，必須使用中繼器連接各段總線。串聯(lián)的中繼器一般不超過3個(gè)。中繼器沒有站地址，但被計(jì)算在每段的最多站數(shù)中。

(5) 電纜最長長度取決于傳輸速率。如使用a型電纜，則傳輸速率與長度如表

(6) a型電纜參數(shù): 阻抗:135-165ω 電容:<30 pf/m 回路電阻:110ω;導(dǎo)線面積:0.64mm2>0.34mmω

(7) rs-485的傳輸技術(shù)的profibus網(wǎng)絡(luò)最好使用9針d型插頭。

(8) 當(dāng)連接各站時(shí)，應(yīng)確保數(shù)據(jù)線不要擰絞，系統(tǒng)在高電磁發(fā)射環(huán)境(如汽車制造業(yè))下運(yùn)行應(yīng)使用帶屏蔽的電纜，屏蔽可提高電磁兼容性(emc)。

(9) 如用屏蔽編織線和屏蔽箔，應(yīng)在兩端與保護(hù)接地連接，并通過盡可能的大面積屏蔽接線來覆蓋，以保持良好的傳導(dǎo)性。另外建議數(shù)據(jù)線必須與高壓線隔離。

(10) 超過500k bit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率時(shí)應(yīng)避免使用短截線段，應(yīng)使用市場(chǎng)上現(xiàn)有的插頭可使數(shù)據(jù)輸入和輸出電纜直接與插頭連接，而且總線插頭連接可在任何時(shí)候接通或斷開而并不中斷其它站的數(shù)據(jù)通信。

2.5 profibus控制系統(tǒng)組成

(1) 一類主站:指plc、pc或可做一類主站的控制器。主要完成總線通信控制與管理。(2) 二類主站

a) 分散式i/o(非智能型i/o):通常由電源部分、通信適配器部分和接線端子部分組成。分散式i/o不具有程序存儲(chǔ)和程序執(zhí)行功能，通信適配器部分接收主站指令，按主站指令驅(qū)動(dòng)i/o，并將i/o輸入及故障診斷等住處返回給主站。通常分散型i/o是由主站統(tǒng)一編址，這樣在主站編程時(shí)使用分散式i/o與使用主站的i/o沒有什么區(qū)別。

b) 驅(qū)動(dòng)器、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備:即帶profibus接口的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，可由主站在線完成系統(tǒng)配置、參數(shù)修改數(shù)據(jù)交換等功能。至于那些參數(shù)可進(jìn)行通信及參數(shù)格式由profibus行規(guī)決定。

3 mtl的過程i/o模塊

3.1 過程i/o的概念

傳統(tǒng)的過程控制系統(tǒng)是由一個(gè)控制器與和之相連的控制室里的i/o子系統(tǒng)組成的，與現(xiàn)場(chǎng)儀表的連接是通過多芯電纜及接線盒。如圖1所示，圖1中為現(xiàn)場(chǎng)接線盒、2為多芯電纜、3為安全柵、4為i/o子系統(tǒng)、5為過程i/o機(jī)柜、6為現(xiàn)場(chǎng)總線電纜。

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線來說，控制器通過開放的總線直接與現(xiàn)場(chǎng)儀表柜里的i/o節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，模塊化的組件可以使你從小規(guī)模節(jié)點(diǎn)到大規(guī)模高密度的應(yīng)用之間任意搭配。

使用過程i/o的好處:

過程i/o比“遠(yuǎn)程i/o”和“分布式i/o”節(jié)約時(shí)間和資金。而且它還有精確、可靠、耐用等適于連續(xù)操作的過程環(huán)境，它通過開放的現(xiàn)場(chǎng)總線連接不同的現(xiàn)場(chǎng)儀表(傳統(tǒng)設(shè)備和危險(xiǎn)場(chǎng)合的特殊設(shè)備)。過程i/o最顯著的好處是節(jié)約成本，因?yàn)樗脝胃蛞粚?duì)通訊總線電纜來取代幾百對(duì)的不同電纜。系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都更便捷。由于把i/o移到現(xiàn)場(chǎng)，控制室就不需要龐大的空間了。再有節(jié)約成本的地方就是低級(jí)信號(hào)傳感器只連接到現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)上，消除了為每路輸入的傳送。間接的節(jié)約來自于提高診斷、在線維護(hù)和便于集成商設(shè)計(jì)方案。

3.2 mtl8000系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

mtl的過程控制i/o符合國際公認(rèn)的安全要求。能在zone 2/division 2和zone 1/division 1安裝使用。 mtl被認(rèn)為是世界上最安全最現(xiàn)代的防爆保護(hù)技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者。mtl的產(chǎn)品可以經(jīng)受住極端的溫度和振動(dòng)及危險(xiǎn)的、有腐蝕性氣體等常規(guī)輸入輸出卡件不能應(yīng)用的環(huán)境考驗(yàn)。由于輸入輸出卡件不再局限于控制室內(nèi)，而且多線回路減少為幾對(duì)雙絞線，這為你在設(shè)計(jì)方案時(shí)擺脫布線限制提供了很大空間。

4 foxboro的micro ia

micro-i/a系列產(chǎn)品提供了一個(gè)可組態(tài)的、適合各種分布的和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)功能的可組態(tài)、可擴(kuò)展的處理器的通用處理平臺(tái)。根據(jù)不同硬、軟件，可以實(shí)現(xiàn)控制、設(shè)備集成、現(xiàn)場(chǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)集成、用戶監(jiān)視和管理功能。

micro-i/a是被設(shè)計(jì)來運(yùn)行各種各樣的連續(xù)、批處理及離散控制的實(shí)時(shí)控制軟件包的，集成各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的工作站。第一個(gè)軟件包是集成了控制軟件的foxblock，它允許選擇各種i/o子系統(tǒng)其中包括profibus-dp。其中心處理器有以下特點(diǎn):

基于pcmcia技術(shù)的可堆疊可擴(kuò)展的開放架構(gòu)，可適配不同的網(wǎng)絡(luò)通訊規(guī)范，提高了兼容性。

可在不同的系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)通訊之間進(jìn)行選擇。通過10base2 或10baset接口方式可連接到i/a`s的以太網(wǎng)控制總線上，這就為構(gòu)建中小規(guī)模的系統(tǒng)提供可能。還可再掛接到i/a`s的節(jié)點(diǎn)總線上，來構(gòu)成大規(guī)模系統(tǒng)。

它壓縮的封裝外型使它適合安裝在現(xiàn)場(chǎng)。

適應(yīng)從小到大的系統(tǒng)規(guī)模，支持不同的操作系統(tǒng)平臺(tái)(unix或windows nt)，小系統(tǒng)一般采用windows nt平臺(tái)。

5 應(yīng)用實(shí)例

我廠的系統(tǒng)構(gòu)架如下:

(1) 一臺(tái)aw70，在系統(tǒng)軟件是采用的是基于windows nt的i/a`s 的6.3版，應(yīng)用軟件上用aim*at(包括historian歷史庫、datalink遠(yuǎn)程通訊工具)。

(2) 一個(gè)micro-i/a。有profibus接口，能與mtl的卡件連接。

(3) 上位的dcs系統(tǒng)的站之間用以太網(wǎng)hub相聯(lián)。在控制室安裝。下位的控制卡件及i/o模塊在模塊房安裝。如圖1所示。

(4) 三個(gè)mtl的bim卡件，下掛47個(gè)i/o模塊(包括模擬輸入、模擬輸出、觸點(diǎn)輸入、觸點(diǎn)輸出、熱電阻、熱電偶模塊)。共269個(gè)回路。

(5) 組態(tài)分為兩個(gè)層次:mtl的硬件參數(shù)設(shè)置和i/a`s軟件組態(tài)。

利用mtl的軟件通過串行接口直接對(duì)bim進(jìn)行組態(tài)，同時(shí)可以監(jiān)視模塊運(yùn)行狀態(tài)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在i/a`s方面，除了i/o通道的編址不同外，其它功能照舊。

6 結(jié)束語

這個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)功能齊全且成本很低。但由于是集成兩家的產(chǎn)品，所以在模塊監(jiān)測(cè)上還不能完全一體化，這是系統(tǒng)的缺點(diǎn)?？傮w說來，對(duì)于小系統(tǒng)，尤其是現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣的應(yīng)用提供了一個(gè)很好的思路。