基于PROFIBUS總線的硝化反應綜合網絡平臺構建

張光騰　孫琳

摘 要：由于現場總線技術的不斷發展，使其應用領域不斷擴大。本文針對中小型化工廠自身特點，以硝化反應控制為實例，對以PROFIBUS- DP總線為主的網絡平臺建立進行介紹和分析，為類似設備的電氣控制系統提供參考。

關鍵詞：PROFIBUS總線；硝化反應；平臺構建

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.022

1 引言

現場總線是連接智能現場設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。現場總線技術的出現和發展，使得構建一種全數字、全分散、全開放的控制系統成為可能，導致了傳統控制系統結構的變革。

2 項目簡介

本文以硝化反應車間生產項目為例，介紹其網絡平臺的構建。硝化反應是一種較為劇烈的放熱反應，硝化劑主要由濃硝酸、發煙硝酸、濃硝酸和濃硫酸的混酸等組成，通過在反應釜中硝化劑的滴加，使硝化反應逐漸完成，并且需要均勻的攪拌（需要調速）和溫度、壓力的控制。同時系統還需要一套制冷裝置，用于進行反應釜的冷卻控制。

本系統采用1套S7-300PLC，用于硝化反應控制；采用1套S7-200PLC，用于完成輔助的制冷裝置及其他設備的控制。同時為了更好的進行操作和管理，配置一臺監控計算機和一臺管理計算機作為監控層。

3 基于PROFIBUS的綜合網絡構建

為保證系統具有更高可靠性，控制系統網絡采用冗余結構，即通過Profibus-DP現場總線網絡將現場設備組成一個主從通訊網絡，構成現場控制層。將各設備的控制器及現場總線設備（變頻器、總線儀表及其它總線執行器等）相連，大大降低系統布線工作量，并將控制任務下放到各個從站中，減輕主站PLC的工作負擔，提高控制的實時性，也提高系統的安全性和可靠性。整個系統網絡結構如圖1所示。

（1）工業以太網的構建。系統上層采用的是德國西門子公司研發的SIMATIC NET工業以太網，它是目前應用最為廣泛的工業以太網之一，它提供開放的、適用于工業環境下各種級別的控制系統，符合國家及國際標準和ISO/OSI網絡參考模型。SIMATIC NET主要體系結構是網絡硬件、網絡部件、拓撲結構、通行處理器和SIMATIC NET軟件等。工業以太網將控制器及計算機連接構成局域網絡，通訊速率可達100MBIT/S；（2） Profibus-DP網絡的構建。Profibus是一種開放式的現場總線，廣泛的應用于制造業、智能樓宇、工業生產等自動化領域。它實現了工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制，為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供了可行的解決方案；（3）S7-300與西門子變頻器的通信。西門子公司生產的MM440變頻器具有體積小、功能強、操作簡便、性價比高等優點，通過Profibus-DP總線模塊，可以方便的掛接到Profibus-DP總線中（4）S7-300與觸摸屏的通信。S7-300 PLC與觸摸屏之間采用MPI（Multi Point Interface）多點接口通信方式。MPI是當通信速率要求不高，通信數據量不大時可以采用的一種簡單經濟的通信方式。通過MPI可以組成小型的PLC通信網絡，實現PLC之間的少量數據交換；（5）S7-200與觸摸屏的通信。S7-200 PLC與西門子觸摸屏之間采用PPI（Point to Point Interface），即點對點接口通信方式。它是西門子公司開發的一種專用于本公司相關產品進行信息交換的通訊協議，具有連接簡單、成本較低等特點。本項目用PPI通訊方式將西門子公司TP177系列觸摸屏與S7-200 PLC進行連接，只要設置觸摸屏與PLC的地址與通訊速率等參數，便非常容易的實現兩者的相連，無需其他硬件通訊設備。

本項目以PROFIBUS總線網絡為主，介紹了多種網絡融合的設計思想，不僅使系統通訊具有冗余結構，保證系統的安全可靠性，同時也可以將其作為參考模型廣泛應用于其他控制領域。通過現場長時間實際運行測試，該系統的網絡平臺表現出良好的運行性能，穩定性、可靠性都有了很好的保障。因此，該網絡平臺具有很好的參考價值。

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課題來源：山東省高等學校科技計劃項目J14LN58《化工行業低成本安全連鎖及自動控制系統》和山東協和學院科技計劃項目XHXY201432《化工行業低成本安全連鎖及自動控制系統》。

作者簡介：張光騰（1980-），男，山東濟寧人，講師，研究方向：機械自動化。