摘 要：將Pmfibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)應(yīng)用到堿回收燃燒工段的控制中，實(shí)現(xiàn)了PC與PLC、PLC與PLC之間的通訊，提高了系統(tǒng)的安全性，擴(kuò)展了DCS的功能。 關(guān)鍵詞：Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)；堿回收；燃燒工段 Application of PROFIBUSS -DP Field Bus Technology in Combustion Stage of Chemical Recovery Plant （Shaanxi University ofScienm and Tchnology，Xianyang，Shaanxi Province，712081） Abstract：The PROFIBUS-DP field bus technology was app～ed to the control ofthe combustion stage of alkali recovery plant，the communication between the PC and the PIE ，and the communication between the PIE and the PIE weTe realized，the safety ofthe control system was enhanced，andthe function of the DCS was extended． Key words：PROFIBUS field bus；alkali recovery；combustion stage 　　現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是目前正在興起的一種全新的控制技術(shù)。目前比較流行的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)主要有：Profibus、基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)FF 等。Profibus是一種國(guó)際的、開(kāi)放的、不依賴(lài)于生產(chǎn)廠(chǎng)商的總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。它由互相兼容的3部分組成：①Profibus-DP；主站和從站之間采用輪換查詢(xún)的方式通訊，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)和分散式I／O的通訊；②ProNaus-PA，電源和通訊數(shù)據(jù)通過(guò)總線(xiàn)并行傳輸，可使得傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)一根總線(xiàn)相連接，主要用于單元級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通訊；③Profibus—FMS，用于車(chē)間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)令牌結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)多主站網(wǎng)絡(luò)。 　　近年來(lái)Profibus在眾多總線(xiàn)控制技術(shù)應(yīng)用中已經(jīng)占據(jù)首位，廣泛應(yīng)用于加工制造自動(dòng)化、過(guò)程控制自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域。在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)造紙廠(chǎng)堿回收車(chē)間燃燒工段的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，考慮到目前的自動(dòng)化水平和成本，將Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用與DCS技術(shù)相結(jié)合，取得了良好的應(yīng)用效果。 1 燃燒工段控制需求 　　堿回收燃燒工段的工藝流程如圖1所示。蒸發(fā)工段送來(lái)的濃黑液進(jìn)入圓盤(pán)蒸發(fā)器，經(jīng)過(guò)爐膛煙氣的再次蒸發(fā)濃縮后送到人爐黑液槽。濃黑液經(jīng)過(guò)加熱器加熱后，由噴槍噴人堿爐燃燒，熔融物送人溶解槽后形成綠液并被送往苛化工段。一、二次風(fēng)經(jīng)預(yù)熱器和爐膛周?chē)挠酂嵩俅渭訜?，并按照一定比例送入爐膛。三次風(fēng)被直接送人爐膛，爐膛出來(lái)的煙氣經(jīng)過(guò)圓盤(pán)蒸發(fā)器和靜電除塵器后通過(guò)引風(fēng)機(jī)送往煙囪。黑液在堿爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生大量的熱量，此熱量使汽包中的一部分水生成蒸汽，通過(guò)分汽缸送往各個(gè)工段，送上汽包軟化水經(jīng)除氧器來(lái)補(bǔ)充汽包水量，將汽包水位穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。 [b]2 燃燒工段控制設(shè)計(jì) 2．1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[/b][1] 　　針對(duì)上述工藝及控制特點(diǎn)，燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)（如圖2）兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)采用可靠性很高的可編程控制器（PLC），并基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和分布式控制技術(shù)，其可靠性不依賴(lài)于過(guò)程監(jiān)控級(jí)計(jì)算機(jī)，即使在監(jiān)控級(jí)計(jì)算機(jī)關(guān)機(jī)或停電的情況下，生產(chǎn)依舊可以正常進(jìn)行。過(guò)程監(jiān)控級(jí)采用2臺(tái)操作站（OP站1和OP站2）實(shí)時(shí)監(jiān)督生產(chǎn)狀況。操作站配置成雙機(jī)系統(tǒng)，有效實(shí)現(xiàn)故障切換，提高系統(tǒng)監(jiān)控的可靠性和數(shù)據(jù)記錄的準(zhǔn)確性，為現(xiàn)場(chǎng)控制提供安全、可靠的信息互聯(lián)。上位機(jī)采用的是西門(mén)子WinCC6．0軟件，下位機(jī)采用的是Step 75．2。如圖2所示，輸入輸出為模擬量的外部設(shè)備如壓力計(jì)、氣動(dòng)閥門(mén)等都與EI‘200M上的模擬量輸入模塊（SM331）、模擬量輸出模塊（SM332）相連；電機(jī)的啟、停等信號(hào)與Eq‘200M上的數(shù)字量模塊SM321（數(shù)字量輸入模塊）、SM322（數(shù)字量輸出模塊）相連?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)儀表等設(shè)備（如壓力傳感器等）可以直接與總線(xiàn)相連。 2．2 Profibus的協(xié)議結(jié)構(gòu)[2] 　　Profibus協(xié)議結(jié)構(gòu)采用了ISO／OSI模型中的第1層、第2層，必要時(shí)還采用第7層。第1層和第2層的導(dǎo)線(xiàn)和傳輸協(xié)議依據(jù)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)EIA RS-485、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC870．5．1和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 6087O．5．1、總線(xiàn)存取程序、數(shù)據(jù)傳輸和管理服務(wù)基于DIN19241標(biāo)準(zhǔn)的第1至第3部分和ⅢC955標(biāo)準(zhǔn)。管理功能（FMA7）采用ISO DIS 7498-4（管理框架）的概念。 　　Profibus提供了3種通信協(xié)議類(lèi)型：DP、FMS、PA。Profibus．DP使用了第1層、第2層和用戶(hù)接口層，第3到第7層未使用，這種精簡(jiǎn)的結(jié)構(gòu)確保高速數(shù)據(jù)傳輸。直接數(shù)據(jù)鏈路映像程序DDLM提供對(duì)第2層的訪(fǎng)問(wèn)。在用戶(hù)接口中規(guī)定了Profibus-DP設(shè)備的應(yīng)用功能，以及各種類(lèi)型的系統(tǒng)和設(shè)備的行為特性。由于Profibus-DP是為高速傳輸用戶(hù)數(shù)據(jù)而優(yōu)化的Profibus協(xié)議特別適用于可編程控制器與現(xiàn)場(chǎng)級(jí)分散I／O設(shè)備之間的通訊。 2．3 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的設(shè)置 　　當(dāng)總線(xiàn)上使用溫度、壓力變送器等現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)儀表時(shí)，終端電阻安裝在每條總線(xiàn)的最后一臺(tái)儀表上；當(dāng)沒(méi)有使用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)儀表并且只使用了ET200M從站，那么在使用的西門(mén)子專(zhuān)用的DP通訊接頭上就帶有終端電阻。通過(guò)它自帶的開(kāi)關(guān)可以設(shè)置是否使用終端電阻。 　　現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)上的每臺(tái)總線(xiàn)設(shè)備都必須分別設(shè)置1個(gè)不同的站地址。有些設(shè)備通過(guò)自帶的軟件進(jìn)行地址設(shè)定設(shè)置，每條總線(xiàn)上的物理地址必須和軟件組態(tài)中的地址相同；有些設(shè)備上帶有設(shè)置地址的撥碼開(kāi)關(guān)（例如ET200M）。就可以按照8421碼進(jìn)行地址的設(shè)置；也有的可以在操作面板上進(jìn)行設(shè)置（如西門(mén)子位置定位器）。 　　所有的總線(xiàn)、支線(xiàn)或者其他信號(hào)線(xiàn)都必須單獨(dú)架設(shè)橋架，盡量避免干擾?？梢詫⒖偩€(xiàn)、支線(xiàn)還有信號(hào)線(xiàn)的屏蔽線(xiàn)連接在一起，然后在控制柜中集中一點(diǎn)接地。 2．4 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的通訊[3] 　　在現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)，主站可連接32個(gè)從站點(diǎn)，最大傳輸距離可達(dá)1000m。通過(guò)中繼器還可增加站點(diǎn)并可延伸通訊距離，便于將來(lái)系統(tǒng)擴(kuò)展。需要指出的是，在各站點(diǎn)之間要注意接地點(diǎn)電位的平衡問(wèn)題。下位機(jī)PIE系統(tǒng)采用的是CPU414．2DP加3個(gè)ET200M從站構(gòu)成，主站CPU414．2DP具有1個(gè)MPI接口和1個(gè)DP接口，可以與MPI網(wǎng)絡(luò)和DP網(wǎng)絡(luò)連接。MPI網(wǎng)絡(luò)的通訊速率設(shè)置為187．5kbps，Profibus．DP網(wǎng)絡(luò)的通訊速率設(shè)置為1．5Mbps。 　　有時(shí)要求在幾個(gè)工段控制系統(tǒng)中有信息交互，即需要幾個(gè)CPU之間進(jìn)行通訊，而且在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中并不需要增加額外的通訊模塊，如果距離過(guò)遠(yuǎn)則需要使用中繼器。在程序設(shè)計(jì)中，可以使用Profibus網(wǎng)絡(luò)通訊的系統(tǒng)功能（SFC）和系統(tǒng)功能塊（SFB）。下面列舉了作為主站的CPU的通信程序。 　　CAIJ．SFC14 ／／接收數(shù)據(jù)子程序 　　LADDR ： =W #16#3E8 ／／輸入?yún)^(qū)的起始地址 · 　　RET vAL ： ：MW100 ／／返回值存儲(chǔ)在MW100中 　　RECORD ：P#DB5．DBX0．0 BYTE 10 ／／指向存放輸入數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)指針 　　CA1& SFC15 ／／發(fā)送數(shù)據(jù)子程序lADDR ： =W#16#3E8 ／／輸出區(qū)的起始地址 　　RECORD ：P#DB6．DBX0．0 BYTE 10 ／／指向存放輸出數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)指針 　　RET_VAL ： =MW102 ／／返回值存儲(chǔ)在MW102中 　　在采用交互式通訊時(shí)，應(yīng)注意收發(fā)雙方通訊速度的匹配。例如：若發(fā)送方速度過(guò)快，接收方來(lái)不及應(yīng)答（Acknowledge），發(fā)送方會(huì)顯示接收方已無(wú)接收資源的錯(cuò)誤代碼，這可通過(guò)適當(dāng)降低發(fā)送頻率來(lái)解決。 　　PC與PLC間的通訊，在控制室設(shè)置的2臺(tái)OP站上各安裝1塊西門(mén)子CP5611通訊板卡，監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)CP56ll通訊板卡與現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)的2臺(tái)PLC通訊。 　　2臺(tái)OP站實(shí)時(shí)讀取PLC數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)工藝流程和工藝數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示。同時(shí)，2臺(tái)OP站對(duì)PIE進(jìn)行監(jiān)督控制和參數(shù)優(yōu)化功能，協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)級(jí)PLC完成復(fù)雜的控制算法?，F(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)與過(guò)程監(jiān)控級(jí)之間的數(shù)據(jù)交換均采用密碼通訊與校驗(yàn)，避免信號(hào)傳輸干擾。 3 結(jié)束語(yǔ) 　　通過(guò)實(shí)際應(yīng)用可以總結(jié)出Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)具有下列優(yōu)點(diǎn)： 　?。?）更新、擴(kuò)充了DCS的功能。傳統(tǒng)的DCS中加入了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，不但保持了DCS的穩(wěn)定性，且引入了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的靈活性；同時(shí)可減少硬件數(shù)量，安裝、維護(hù)的工作量隨之減少。 　?。?）提高了系統(tǒng)的靈敏性、精確性。與此現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)有關(guān)的信號(hào)，無(wú)需再像傳統(tǒng)的DCS在發(fā)送與接收過(guò)程中通過(guò)數(shù)模／模數(shù)反復(fù)轉(zhuǎn)換，而是直接進(jìn)行CPU間的通訊，從而提高了信號(hào)采集的品質(zhì)和系統(tǒng)的控制質(zhì)量。 　?。?）降低了DCS的負(fù)荷，提高了系統(tǒng)的控制品質(zhì)。由于一部分調(diào)節(jié)任務(wù)分配到現(xiàn)場(chǎng)智能儀表或者執(zhí)行機(jī)構(gòu)的CPU上去實(shí)現(xiàn)，DCS中相關(guān)自動(dòng)處理單元中的CPU的負(fù)載得到降低，相關(guān)設(shè)備的調(diào)節(jié)品質(zhì)得到提高。 　?。?）由于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)具有自診斷和簡(jiǎn)單的故障處理能力，并通過(guò)數(shù)字通訊將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往控制室，用戶(hù)可以查詢(xún)總線(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)與診斷維護(hù)信息。 參考文獻(xiàn) [1] 鄒彤．WinCC組態(tài)軟件的編程技巧[J]．化工自動(dòng)化及儀表，2001，28（2）：63 [2] Jonas Berge．過(guò)程控制現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)—工程運(yùn)行與維護(hù)[M]．北京：清華大學(xué)出版社。2003 [3] 廖常初．ST-300／400 PLC應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005