PROFIBUS在纸浆白度控制应用

1.前言

　　我们新研制出一种用于纸浆白度测定的智能白度仪，该仪表采用西门子公司生产的S7-224 CPU结合软件功能进行数据处理，具有较好的可靠性、重复性、精确度和稳定性。为了使其能与其它智能设备之间实现通信，我们将通过现场总线技术把它连接到网络中，使它成为造纸厂现场总线控制系统的一部分。

2.现场总线的选择

　　2.1现场总线技术的选择

　　现场总线集控制技术、计算机技术、通信技术于一体，是当今自动化领域技术发展的热点之一。这项技术可将多个智能控制仪表连接成网络系统，实现分布式计算机控制，提高检测和控制精度，改善系统的动态响应速度，提高系统安全性，从而得到了广泛的应用。

　　近年来，几种有影响的现场总线技术已在一些特定的应用领域里显示出各自的优势。在此，我们选定了现为德国和欧洲标准的PROFIBUS（Process Fieldbus）现场总线。一方面由于它是目前数据传输率最快的一种现场总线，传输率最高可达12Mbps，另一方面它能够很好的与西门子的传动设备相配合，并与西门子PLC（Programmable Logic Controller）结合紧密且组态简便。

　　2.2 PROFIBUS现场总线简介

　　参照ISO/OSI参考模型,PROFIBUS现场总线只包含物理层、数据链路层和应用层。由PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS， PROFIBUS-PA组成PROFIBUS系列。

　　PROFIBUS-DP：经过优化的高速、廉价的通信连接，专为自动控制系统和设备级分散I/O之间通信设计，使用PROFIBUS-DP模块可取代价格昂贵的24V或0～20mA并行信号线。用于分布式控制系统的高速数据传输。

　　PROFIBUS-FMS ：解决车间级通用性通信任务，提供大量的通信服务，完成中等传输速度的循环和非循环通信任务，用于纺织工业、楼宇自动化、电气传动、传感器和执行器、可编程序控制器、低压开关设备等一般自动化控制。

　　PROFIBUS-PA专为过程自动化设计，标准的本质安全的传输技术，实现了IEC1158-2中规定的通信规程，用于对安全性要求高的场合及由总线供电的站点。

　　本设计中采用的是PROFIBUS-DP标准，PROFIBUS-DP（或DP标准）是由欧洲标准EN50170定义的一种远程I/O通信协议。DP表示分布式外围设备，亦即远程I/O。PROFIBUS-DP还用到了应用层接口（ALI），ALI将过程对象转换为通信对象。

3.智能白度仪原理简介

　　智能白度仪在结构上主要由光学通路和测量电路两大部分组成。光学通路部

　　分主要包括光源、聚光镜、滤光片、光电池、光纤等光学元器件，采用了差动测量光路，用双光路进行补偿。在光源照射下输出两路光电流，一路作为测量光电流IX，另一路为补偿光电流IR。测量电路部分由西门子公司的S7-200 PLC系列的CPU 224、模拟量扩展模块EM 235、显示部分组成。工作时传感器直接装在洗浆机上，通过测量洗浆机上浆饼的白度来获得纸浆白度。CPU 224对传感器的输出进行数据处理，结果送入显示器，同时，为达到对纸浆白度的监控，把仪表接入PROFIBUS网络中。整个仪表框图如图1所示。

4.网络组成

　　4.1 硬件配置

　　选用S7-315-2DP作为PROFIBUS主站，EM 277作PROFIBUS的从站。EM 277经过串行I/O总线连接到S7-224 CPU。PROFIBUS网络经过其DP通信端口，连接到EM 277 PROFIBUS-DP模块。HMI通过EM 277监控S7-224。编程器或PC通过EM 277对S7-224编程，编程软件选用STEP 7-Micro/WIN。此网络支持9.6K到12M的波特率。同时S7-315-2DP连接到以太网完成人机交互控制、数据监视记录和报表统计等工作。系统结构如图2所示。

　　4.2 软件组成

　　DP从站主要是完成各自独立的控制程序，在这不作介绍;DP主站则以组态为主，完成主从站之间的数据交换、数据处理及主站对从站的监控。在本设计中，EM 277用DP主站组态，以接受从主站来的输出数据，并将输入数据返回给主站。输出和输入数据缓冲区驻留在S7-224 CPU的变量存储器（V存储器）内。组态软件用STEP 7编程软件。在组态DP主站时，定义V存储器偏移为1000，输出数据缓冲区从V1000开始;输入缓冲区紧紧跟随输出缓冲区，并在V1016处开始。输出数据（从主站来）放置在V存储器中的V1000。输入数据（传送到主站）取自V存储器的V1016。同时，定义了16输出字节和16输入字节的一种I/O配置，它是写入到S7-224 CPU的输出数据总量和从S7-224 CPU返回的输入数据总量。EM 277从I/O配置确定输入和输出缓冲区的大小。DP主站将参数赋值和I/O配置信息写入到EM 277 PROFIBUS-DP模块，然后，EM 277将V存储器地址和输入及输出数据长度传送给S7-224 CPU。主站部分的软件结构框图如图3所示。

5.结束语

　　使用EM 277将智能白度仪作为DP从站连接到网络，使此仪表具有了与其它智能设备进行通信的能力。对纸浆白度的控制会更加及时、精确，将显著提高纸的质量。从而使得造纸工业原有的现场总线控制系统更加完善。

参考文献

　　1. SIMATIC S7-200可编程序控制器系统手册.西门子（中国）有限公司.2002，4.

　　2. 阳宪惠.现场总线技术及其应用.清华大学出版社.1999.

　　3. 郭 强.PROFIBUS-DP在自控系统中的应用.自动化博览.2002,5.

　　4. Lavigne J.R..An Introduction to Paper Industry Instrumentation .1997.