基于PROFIBUS總線的硝化反應(yīng)綜合網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)構(gòu)建

張光騰　孫琳

摘 要：由于現(xiàn)場總線技術(shù)的不斷發(fā)展，使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。本文針對中小型化工廠自身特點(diǎn)，以硝化反應(yīng)控制為實(shí)例，對以PROFIBUS- DP總線為主的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建立進(jìn)行介紹和分析，為類似設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)提供參考。

關(guān)鍵詞：PROFIBUS總線；硝化反應(yīng)；平臺(tái)構(gòu)建

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

1 引言

現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場總線技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，使得構(gòu)建一種全數(shù)字、全分散、全開放的控制系統(tǒng)成為可能，導(dǎo)致了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革。

2 項(xiàng)目簡介

本文以硝化反應(yīng)車間生產(chǎn)項(xiàng)目為例，介紹其網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的構(gòu)建。硝化反應(yīng)是一種較為劇烈的放熱反應(yīng)，硝化劑主要由濃硝酸、發(fā)煙硝酸、濃硝酸和濃硫酸的混酸等組成，通過在反應(yīng)釜中硝化劑的滴加，使硝化反應(yīng)逐漸完成，并且需要均勻的攪拌（需要調(diào)速）和溫度、壓力的控制。同時(shí)系統(tǒng)還需要一套制冷裝置，用于進(jìn)行反應(yīng)釜的冷卻控制。

本系統(tǒng)采用1套S7-300PLC，用于硝化反應(yīng)控制；采用1套S7-200PLC，用于完成輔助的制冷裝置及其他設(shè)備的控制。同時(shí)為了更好的進(jìn)行操作和管理，配置一臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)和一臺(tái)管理計(jì)算機(jī)作為監(jiān)控層。

3 基于PROFIBUS的綜合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

為保證系統(tǒng)具有更高可靠性，控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用冗余結(jié)構(gòu)，即通過Profibus-DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場設(shè)備組成一個(gè)主從通訊網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成現(xiàn)場控制層。將各設(shè)備的控制器及現(xiàn)場總線設(shè)備（變頻器、總線儀表及其它總線執(zhí)行器等）相連，大大降低系統(tǒng)布線工作量，并將控制任務(wù)下放到各個(gè)從站中，減輕主站PLC的工作負(fù)擔(dān)，提高控制的實(shí)時(shí)性，也提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（1）工業(yè)以太網(wǎng)的構(gòu)建。系統(tǒng)上層采用的是德國西門子公司研發(fā)的SIMATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)，它是目前應(yīng)用最為廣泛的工業(yè)以太網(wǎng)之一，它提供開放的、適用于工業(yè)環(huán)境下各種級(jí)別的控制系統(tǒng)，符合國家及國際標(biāo)準(zhǔn)和ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型。SIMATIC NET主要體系結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)硬件、網(wǎng)絡(luò)部件、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通行處理器和SIMATIC NET軟件等。工業(yè)以太網(wǎng)將控制器及計(jì)算機(jī)連接構(gòu)成局域網(wǎng)絡(luò)，通訊速率可達(dá)100MBIT/S；（2） Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。Profibus是一種開放式的現(xiàn)場總線，廣泛的應(yīng)用于制造業(yè)、智能樓宇、工業(yè)生產(chǎn)等自動(dòng)化領(lǐng)域。它實(shí)現(xiàn)了工廠自動(dòng)化車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制，為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場設(shè)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(chǎn)的MM440變頻器具有體積小、功能強(qiáng)、操作簡便、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)接口通信方式。MPI是當(dāng)通信速率要求不高，通信數(shù)據(jù)量不大時(shí)可以采用的一種簡單經(jīng)濟(jì)的通信方式。通過MPI可以組成小型的PLC通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)PLC之間的少量數(shù)據(jù)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(diǎn)對點(diǎn)接口通信方式。它是西門子公司開發(fā)的一種專用于本公司相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行信息交換的通訊協(xié)議，具有連接簡單、成本較低等特點(diǎn)。本項(xiàng)目用PPI通訊方式將西門子公司TP177系列觸摸屏與S7-200 PLC進(jìn)行連接，只要設(shè)置觸摸屏與PLC的地址與通訊速率等參數(shù)，便非常容易的實(shí)現(xiàn)兩者的相連，無需其他硬件通訊設(shè)備。

本項(xiàng)目以PROFIBUS總線網(wǎng)絡(luò)為主，介紹了多種網(wǎng)絡(luò)融合的設(shè)計(jì)思想，不僅使系統(tǒng)通訊具有冗余結(jié)構(gòu)，保證系統(tǒng)的安全可靠性，同時(shí)也可以將其作為參考模型廣泛應(yīng)用于其他控制領(lǐng)域。通過現(xiàn)場長時(shí)間實(shí)際運(yùn)行測試，該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)表現(xiàn)出良好的運(yùn)行性能，穩(wěn)定性、可靠性都有了很好的保障。因此，該網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)具有很好的參考價(jià)值。

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課題來源：山東省高等學(xué)校科技計(jì)劃項(xiàng)目J14LN58《化工行業(yè)低成本安全連鎖及自動(dòng)控制系統(tǒng)》和山東協(xié)和學(xué)院科技計(jì)劃項(xiàng)目XHXY201432《化工行業(yè)低成本安全連鎖及自動(dòng)控制系統(tǒng)》。

作者簡介：張光騰（1980-），男，山東濟(jì)寧人，講師，研究方向：機(jī)械自動(dòng)化。