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  chenwh78

  楼主 2009/5/5 11:09:26

  1　Profibus现场总线技术
  
  现场总线是用于过程自动化和制造自动化最底层的现场设备或现场仪表互连的通信网络,是现场通信网络与控制系统的集成,而总线仪表是伴随现场总线出现的新型自动化仪表,是自动化仪表的最新进展。
  现场总线控制系统ＦＣＳ（Ｆieldbus Control System）就是将挂接在总线上作为网络节点的智能设备连接为网络系统,并进一步构成自动化系统,实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及管控一体化的综合自动化功能。在技术上具有系统的开放性、互可操作性、互用性、对现场环境的适应性和系统结构的高度分散性等特点。
  Profibus是Process Fieldbus 的简称，它是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN57170的现场总线标准，是一种不依赖厂家的开放式现场总线标准，采用Profibus的标准后，不同厂商所生产的设备不需要对其接口进行特别调整就可通信。Profibus现场总线为多主从结构，可方便地构成集中式、集散式和分布式控制系统。针对不同的应用场合，它分为Profibus－DP（Decentralized Periphery）、Profibus－FMS(Fieldbus
  MessabeSpecification)、和Profibus－PA(Process Automation)三个系列。
  2　Profibus现场总线控制系统构成
  
  我公司ＦＣＳ为混和型控制系统，其信号有：模拟量信号、开关量信号、现场总线Profibus－DP、Profibus－PA信号四种信号类型。控制系统根据组成结构分为三层：第一层为现场总线设备层、第二层为现场控制层、第三层为中央监控层，三层有机地融合为一体，确保通信畅通和系统的安全可靠运行，其硬件配置如图1。
  2.1　第一层为现场总线设备层
  2.1.1　Profibus-PA总线信号：由Profibus-PA智能温度变送器、压力、差压变送器、VEGA雷达料位计、BMH流量阀等现场总线仪表组成。
  2.1.2　Profibus-DP信号：由ABB气体分析仪、BERNARD电动执行器、SCHENCK喂煤科里奥利秤、配料申克秤、SIEMENS变频器等现场总线设备组成。
  2.1.3　模拟量信号：冲板流量计、开关料位计、电流、电压、频率等4~20mA或1～5V的模拟仪表等组成。
  2.1.4　DI、DO开关信号：电动机的运行、备妥和启动等开关量组成。
  2.1.5　第一层其系统硬件具体I/O点数配置见表1。
  2.2　第二层为现场控制层
  根据我公司工艺流程设置窑尾、窑头、煤磨和3台水泥磨系统6个现场控制站（AC800F），进行数据的采集和分析处理。
  现场控制站采用AC800F现场总线控制器，AC800F现场控制器的以太网模件EI作为DigiNet
  S系统总线(Ethernet)通信，通信协议符合IEEE
  802.3以太网标准，通信速率100/10Mb/s，用于过程级与操作级通信，通信介质为光纤或同轴电缆，它由CPU模件、电源模件、电池模件、以太网模件、Profibus-DPV1模件。可完成过程参数、机电设备状态参数的采集与处理、顺序逻辑控制、生产过程控制、参数信息与模件信息的发送，同时对现场总线控制器内部设备进行实时诊断。
  2.3　第三层为中央监控层
  
  在中央控制室配置了4台操作员站（D-OS）和一台工程师站（D-ES）组成中央监控系统。操作员站分别为窑系统、煤粉制备系统、4号、5号、6号水泥磨系统。现场层将来至生产一线的信息送至控制室置入实时数据库，进行控制和计算、动态显示、报警及历史显示。
  
  每个操作员站均可根据工艺流程的需要对不同的子系统进行监视与控制操作，每个操作员站均配置了系统总貌图、工艺流程图、电气联锁控制图。每个操作员站之间可实现互为备用。
  
  工程师站用来开发、编制、在线修改过程控制站和操作员站的应用软件，依据操作的安排，通过软件方面方便实行分区操作、监视、报警管理、档案管理及权限限制控制等。

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  chenwh78

  楼主 2009/5/6 8:30:09

  引言
  　　某公司采用了ABB的800xA系统作为DCS，在电气和纸机传动上面采用了西门子的设备，因此如何为两个不同制造商间设备通讯选择协议就成了关键。如果采用传统的4-20mA信号做为传输手段，那么在电缆和桥架上的费用就会变的相当可怕。采用成熟的现场总线通讯不仅可以避免这些麻烦。当然现场总线带来的便利不仅仅是这么一点。
  　　Profibus通讯

  
  　　现场总线是安装在生产过程区域的离散现场设备与过程控制系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。
  　　Profibus是PROcess FIeldBUS的缩写，广泛用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他领域自动化。Profibus是一种开放的、与制造商无关、无知识产权保护的标准。由现场总线国际标准EN50170/IEC 61158定义的，而国内的Profibus规范的标准号为：GB/T 20540-2006。Profibus定义了主从站的概念：主站对整个总线拥有读写权，在获得总线读写令牌后不需要通过外部请求就可以直接发送数据；从站为离散的外围设备，典型的有I/O设备，阀门、马达以及变送器等，他们没有总线的读写权，只能对收到的消息进行确认或者对主站的请求做出回答，属于被动的设备。
  　　Profibus由三个兼容部分组成，即Profibus-DP（Decentralized Periphery）、Profibus-PA(Process Automation)、Profibus-FMS(Fieldbus Message Specification)
  　　在SV3.1版本前的800XA已经支持DP和PA通讯，因此采用DP这种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信，取代24V DC或4-20mA信号传输是非常合适的。

   

  

  
  图1 ABB Industrial IT 所支持的Profibus设备 

   

  　　系统简介
  　　ABB 800xA系统结构介绍
  　　宁波亚洲浆纸业有限公司的DCS系统为ABB 800xA，采用了AC800M和支持Profibus-DP的CI854A作为系统硬件的核心结构，用CI840和S800 I/O构成完整的DCS硬件基础。在软件上使用4.1版本的800xA系统，采用C/S结构，分区域设置了3对冗余数据连接服务器和多台相互冗余的Aspect服务器。

  

  
  图2 ABB 800xa DCS架构
  

  

  
  图3 PROFIBUS Optional Board

  　　西门子变频器Profibus-DP接口简介
  　　制浆车间的马达绝大部分采用了西门子的变频器，一般以标准传动（SD）为主，采用了MM440。6KV以上中压，中等功率至大型功率采用了MD传动，6SE60，6SE70工程型变频器为主。由于西门子变频器和ABB的DCS系统间采用Profibus-dp通讯，因此所有接入DCS的变频器都购买了通讯接口。
  　　在西门子Profibus通讯模块带的说明书里面很容易的就能找到它所支持的各种通讯方式，以及详细的字段说明，本文对次就不再进行讨论了。
  　　通讯拓扑
  　　由于外围设备的分散性，因此直连的Profibus通讯不可能完全覆盖整个网络，通过有效的OLM拓展是必须的。由于我们在AC800M端直接采用了支持DP网络的CI854A通讯卡，使得整个DCS网络建立在PROFIBUS-DP上，也就是图二里所描述的control network，正是因为采用了统一标准的网络，使得各种产品能够简单有效快速的融合在一起。因此不管马达变频器设备还是分布式I/O设备都可以有效的挂在整个通讯网络上。

  

  
  图4 变频器和AC800M的通讯拓扑
  
  图5 将标准的GSD文件转换成CBM的*.hwd文件
  
  图6 组态后的CBM程序

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  chenwh78

  楼主 2009/5/6 8:31:15

  互连实例
  　　在实例中我们使用了AC800M的下位编程工具Control builder M Professional（以下简称CBM）编写了跟西门子MM440变频器的通讯程序。通过添加Hardware Definition File（ABB定义的HWD文件）文件来支持新的Profibus通讯设备，实际上该文件就是通过ABB GSDimportTool转换后的标准GSD文件。我们将西门子MM440标准的GSD文件，导入到GSDimportTool，然后选择Improt，导出为HWD文件。
  　　例如图六中的Masterdriver我们就仅选择了PPO2：4PKW，6PZD的通讯方式。实际上整个项目中选择合适的通讯方式为最关键，不仅要了解通讯方式中的数据格式，还要了解数据所包涵的信息。（注：这些信息可以参考《MICROMASTER PROFIBUS Optional Board 操作说明》订购号6SE6400-5AK00-0BP0）
  　　打开CBM，新建一个以AC800M PM864/TB830为控制器的程序，通过导入Micromaster以及Masterdriver的hwd文件。增加CI854 Profibus-DP V1的通讯卡。
  　　设备添加完成后就可以对相应设备进行编址和命名，打开“4 PKW，6PZD （PPO2）”属性后看到如下对话框，如图八。通过图片，可以清楚的看到，本例通讯中并没有用到全部的通讯字段，而是根据需要对其进行了取舍。在回写slave设备的时候只设定控制字（STW）以及转速/频 率（HSW）

  

  
  图7 对PPO2：4PKW.6PZD的通讯方式的数据类型进行定义
  

  

  
  图8 报警信息

  在库里建立定义一个新的功能块（FBD）：MM440。接下来就是编写一定的程序对来自/写入西门子设备的数据进行分解。比如对input8 ZSW、PZD5状态字以及实际转速input9进行分解。通过模块将4个字节十进制的数据分解为16位二进制数据，使用标准的结构化文本语言进行编程，如下所示。
  　　ZSW_status( C2 := 1,
  　　(* ZSW_Status需定义为CONV_IB模块 *)

  
  　　Set := 1,           
  　　L := 0,
  　　Reset := 0,
  　　I := Input_8,  
  　　(* 对input8 ZSW分解 *)
  　　O[1] => DrvRdy,
  　　(* Ready for ON, power supply switched on *)
  　　O[2] => Diag.B12,
  　　(* FC ready to run *)
  　　O[3] => DrvRun,     
  　　(* Running information *)
  　　O[4] => Diag.B13,   
  　　(* Summary fault *)
  　　O[8] => Diag.B6,   
  　　(* Alarm is active *)
  　　O[9] => Diag.B14,   
  　　(* Setpoint/act. val deviation OK *)
  　　O[10] => Diag.B15,  
  　　(* Master control requested *)
  　　O[11] => Diag.B16,
  　　(* Min frequency reached *)
  　　O[12] => Diag.B17,  
  　　(* Alarm : Motor at current limit *)
  　　O[13] => Diag.B18,  
  　　(* Motor holding brake*)
  　　O[14] => Diag.B1,   
  　　(* Motor overload*)
  　　O[15] => Diag.B19,  
  　　(* Rotation direction *)
  　　O[16] => Diag.B20 ); 
  　　(* Converter overload *)
  　　if Input_9 > 32768 then
  　　MV := MaxSpeedValue 
  　　*( -(65535-Input_9) )/ 16384;      
  　　else
  　　MV := MaxSpeedValue 
  　　* Input_9 / 16384;
  　　end_if;
  　　通过对输入信息的判读，转换成马达的当前信息：处于停止状态，还是运行状态；电流是多少，线圈温度是多少等等。这样通过数据总线获得了比传统硬连接更多的信号以及节省了更多的连接线，在此基础上获得更多的报警信息，对变频器的诊断也起到了一定的帮助；通过对这些数据的判读和编程，极大的方便了维护人员的作业。
  　　结合具体的编程，比如操作员通过人机界面输入的启动/停止等指令，马达由DCS手/自动控制切换到现场点动控制模式等等，将这些信号或者指令一起写入程序中。最后将通过程序输出的多位二进制数据转换成4字节的十进制输出。
  　　MainCmd  (
  　　C2 := 1,
  　　Set := 1,
  　　L := 0,
  　　Reset := 0,
  　　Sign := 0,
  　　O => DrivePar.Output_14,
  I[1] := SO1,  (* On/Off *)
  　　I[2] := 1,    
  　　(* OFF2 not used, constant “1” is transferred *)
  　　I[3] := 1,
  　　(* OFF3 not used, constant “1” is transferred *)
  　　I[4] := Enable,  
  　　(* Enable operation, constant “1” is transferred *)
  　　I[5] := 1,   
  　　(* Ramp function generation, constant “1” is transferred *)
  　　I[6] := 1,     
  　　(* Enable RFG, constant “1” is transferred *)
  　　I[7] := 1,      
  　　(* Enable setpoint, constant “1” is transferred *)
  　　I[8] := ResetFlt,
  　　(* Acknowledge fault
  　　I[9] := JogStart,  
  　　(* CW inching="jog" forward, "1"=jog *)
  　　I[10] := JogRev,  (* CW inching="jog" reverse, "1"=jog *)
  　　I[11] := 1,       
  　　(* Setpoint valid, constant “1” is transferred *)
  　　I[12] := RevSP, 
  　　I[13] := Not RevSP,
  　　I[14] := 0,       
  　　(* Motor potentiometer UP, not used *)
  　　I[15] := 0       
  　　(* Motor potentiometer DOWN, not used *)
  　　);
  　　同样，除了DCS端的通讯设置外还需要对变频器进行I/O设置。通过装有DriveMonitor软件的PG利用Mircomaster 4 PC-invertr通讯面板，将I/O设置好后下装到变频器上去。

  

  　　结论
  　　在后续的工作中笔者还添加了西门子的ET200M分布式I/O。在整个过程中，翻阅了大量的PDF资料以及在因特网上寻求帮助，解决了ABB AC800M设备与第三方Profibus-DP设备的通讯问题。一般的，在下位组态的时候只需要导入相应的GSD文件，相对来说比较简单；而绝大部分的工作是在第三方设备上展开的：了解产品，熟悉产品的通讯原理，熟悉数据格式等等。在本例中，ABB端的CBM组态相当的简单，90%的工作是放在MM440等西门子设备上的：通讯字分析， Profibus-DP通讯卡I/O设置，只有对这些设备的有很深的了解，才能在下位组态软件中编写出有效的通讯、控制程序。

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  chenwh78

  楼主 2009/5/6 8:33:57

  1 引言

  随着近年来工业的发展，以及对于生产效率和产品质量要求的逐渐提高，分别对每台电机进行单独控制在某些场合已经不能满足生产工艺的要求，而需要同时对多台电机进行控制，让其更好地协调运行，因此多电机同步传动控制应运而生。最早的同步控制方法有模拟放大器同步控制和电动式连锁同步控制等方式，前者有抗干扰差和漂移等缺陷，而后者有调整不方便和体积庞大等不足。从90年代中期国外现场总线技术开始进入工业化实用阶段，采用现场总线通讯方式的多电机同步控制系统开始广泛应用。在纸机传动系统中，随着车速的提高和生产工艺的要求，也逐步地引进多电机同步控制方法，现代纸机的多分部传动系统采用总线通讯同步控制的已经占到了90%以上。

  现场总线种类很多, 但由于大多交直流传动装置可以采用PROFIBUS（ Process Field Bus）现场总线通讯，所以PROFIBUS现场总线在传动控制领域占有较大的市场份额，并且在逐年地增加。另外PROFIBUS总线标准包括3个方面的内容：FMS、DP、PA，可以适用于不同的应用领域。PROFIBUS现场总线技术就是实现现场级设备数字化的工业现场层网络通信技术，它具有较强的现场信息集成能力，可靠性好，维护性好，且总线协议是开放的。这样，如果给现场设备接入具有现场总线网络功能的接口，不仅可以利用现场总线网络来管理分布的设备，还可以克服目前普通控制方式的缺点。

  2 造纸机控制系统介绍

  本系统为造纸车间传动控制系统，系统采用PC机作为上位机，PLC作为中心控制器，并由ABB公司的ACS600变频器通过PROFIBUS-DP通讯转换接口与PLC构成PROFIBUS-DP控制系统来同时驱动负载，如图1所示。系统由PC机发送控制信息、设定运行参数以及读取运行状态的作用；数字测速部件采用高分辨率的旋转编码器PG，由PG分别测量造纸传动中各单元的实际速度，送入PLC中；PLC把收集到的各单元的实际速度与设定运行参数综合，按既定的同步控制策略进行运算和控制，得到各单元电机的运行速度设定值，通过PROFIBUS-DP现场总线写入变频器执行。由于PLC直接通过数字通讯模式，按照一定采样周期进行信息的输入、处理和输出，简化了系统外围模块，缩短了控制周期，同时提高了在线监测、运算和驱动能力，控制精度和工作可靠性也进一步提高。另外，可以通过通信接口将变频器相关参数读到PC机，供操作人员监视，并可根据实际情况做出相关的判断和调整，使操作更加简单、直观。系统运行参数的设定也可以通过远程通信实现，从而降低操作故障，减少劳动力的投入。

  图1 系统结构图

  由于高速造纸机多电机同步传动系统必须具备高速的总线通讯能力，以保证各传动点实时同步。PROFIBUS-DP采用两种传输技术：RS485与光纤。其数据传输速率最高可达到12Mbps/s，比其它主要的现场总线速率都高，可以满足多电机同步传动的要求，实现系统的高速通讯能力。

  3  PROFIBUS-DP总线通讯转换接口

  从系统结构图中我们可以看出，PLC通过PROFIBUS-DP总线与变频器进行通讯的过程中，PROFIBUS-DP通讯转换接口是信号通讯的关键部分，如图2所示。在我研究所设计的通讯接口中使用的是PROFIBUS通信专用ASIC结合单片机来完成设计。其中PROFIBUS通信专用ASIC选用的是西门子公司的SPC3，系统的控制核心选用Intel公司的MCS-51系列单片机中的80C31。

  图2   通讯接口结构图

  PROFIBUS-DP接口主要有处理器接口和串行总线接口两部分组成。在处理器接口电路中80C31通过P0口和P2口扩展外部存储器，将SPC3内部的双口RAM作为自己的外部RAM，通过对双口RAM的读写来完成对SPC3的初始化和有关数据的交换。SPC3芯片通过请求发送信号（RTS），发送数据信号（TXD），接收数据信号（RXD）,通过高速光耦HCPL7720和总线收发器SN75ALS176相连，构成串行总线接口。

  PROFIBUS-DP网络接口在物理上与RS-485网络接口相近，PROFIBUS-DP总线驱动一侧和主站连接，另一侧通过光耦与SPC3连接，采用光耦主要是为了消除来自零线上的干扰。在本设计中选用是SN75ALS176总线驱动芯片和HCPL7720光耦，HCPL7720光耦是一种比较特殊的光耦，它是双电源供电，速度最高达25Mbit。另外在本设计中PROFIBUS-DP总线电缆采用的是A类型的屏蔽双绞线，有助于改善电磁兼容性，其特征阻抗为130～165Ω，截面积>0.3 。

  PROFIBUS-DP的AS芯片SPC3IC集成了PROFIBUS-DP协议，能够处理PROFIBUS-DP状态机构，因此80C31不用参与处理PROFIBUS-DP状态机。80C31的主要任务是对SPC3进行合理的配置、初始化及对各种报文的处理。

   

  图3 通讯转换接口主程序流程图

  由于用于现场的设备要特别考虑抗干扰能力，因此在设备硬件抗干扰技术的基础上，软件方面采用指令冗余，设置软件陷阱，系统的自检及软硬件相结合的看门狗技术，保证软件出轨的自动恢复，从而进一步提高系统的抗干扰能力。

  4 结束语

  基于PROFIBUS-DP现场总线的造纸机多电机同步传动系统的研究与开发，提高了传动系统的可靠性和控制的精度，增强了系统的抗干扰能力。利用PROFIBUS-DP现场总线使系统各设备件具有通讯能力，形成网络系统，同时强大的软件功能可缩短工程时间，提高系统的智能化程度，实现复杂的控制功能，并应用于大中型纸机传动控制系统中，降低对进口产品和软件的依赖性,加大了造纸行业中国内相关产品和技术所占的比重,提高具有自主知识产权的产品在市场中的竞争力。在实际中，用它对造纸系统进行改造，完成了预期的通信和控制功能，大大提高了生产效率，取得了满意的效果,这对国家的经济建设和经济安全都具有重要意义。

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  ynyqlan

  楼主 2011/3/30 10:20:06

  这位老师能把S7300与ATV71现场总线用在四台粗沙机的序（发给我吗）？

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  kmcoolb

  楼主 2011/3/30 10:29:35

  文章很不错，但插图怎么都不见了？

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  mexon

  楼主 2011/3/31 11:28:49

  文章不错，学习了，有新的资料还要提供哦。

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  mexon

  楼主 2011/3/31 11:29:49

  文章不错，学习了，有新的资料还要提供哦。

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  saitouchiwa1

  楼主 2012/8/27 16:10:13

  研究公司 来客登记薄是在互联网上企业与顾客交流的重要工具和手段。电子邮件可以附有HTML表单，访问者可在表单界面上点击相关主题并且填写附有收件人电子邮件地址的有关信息

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  endresssh

  楼主 2014/12/19 15:33:23

  E+H：

  E+H罐旁指示仪NRF590是一个监测单元，与E+H办事处生产的Micropilot M和Micropilot S系列雷达，以及其他 HART 兼容仪表配套使用。E+H　NRF590 安装在罐旁，不仅能显示测量数据，还能够对安装在罐上仪表进行配置并提供本安供电，支持多种工业标准数字式仪表通信协议，可以集成在开放式罐区存量管理系统中。

  皮尔兹：

  pilz是一家全球运营的完整自动化技术供应商。我们供应安全自动化组件、系统及服务。皮尔兹生产的产品众多,主营产品pilz继电器,皮尔兹传感器,皮尔兹伺服电机等,任何有关pilz问题可以联系pile工作人员。

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