摘 要：將Pmfibus-DP現(xiàn)場總線應(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)場總線；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)場總線技術(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)場總線技術(shù)主要有：Profibus、基金會現(xiàn)場總線FF 等。Profibus是一種國際的、開放的、不依賴于生產(chǎn)廠商的總線標(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的方式通訊，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)和分散式I／O的通訊；②ProNaus-PA，電源和通訊數(shù)據(jù)通過總線并行傳輸，可使得傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過一根總線相連接，主要用于單元級和現(xiàn)場級通訊；③Profibus—FMS，用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個令牌結(jié)構(gòu)、實(shí)時多主站網(wǎng)絡(luò)。 　　近年來Profibus在眾多總線控制技術(shù)應(yīng)用中已經(jīng)占據(jù)首位，廣泛應(yīng)用于加工制造自動化、過程控制自動化、樓宇自動化等領(lǐng)域。在開發(fā)設(shè)計造紙廠堿回收車間燃燒工段的自動控制系統(tǒng)中，考慮到目前的自動化水平和成本，將Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(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)工段送來的濃黑液進(jìn)入圓盤蒸發(fā)器，經(jīng)過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)熱器和爐膛周圍的余熱再次加熱，并按照一定比例送入爐膛。三次風(fēng)被直接送人爐膛，爐膛出來的煙氣經(jīng)過圓盤蒸發(fā)器和靜電除塵器后通過引風(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，通過分汽缸送往各個工段，送上汽包軟化水經(jīng)除氧器來補(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 2．1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計[/b][1] 　　針對上述工藝及控制特點(diǎn)，燃燒自動控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場控制級和過程監(jiān)控級（如圖2）兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場控制級采用可靠性很高的可編程控制器（PLC），并基于現(xiàn)場總線和分布式控制技術(shù)，其可靠性不依賴于過程監(jiān)控級計算機(jī)，即使在監(jiān)控級計算機(jī)關(guān)機(jī)或停電的情況下，生產(chǎn)依舊可以正常進(jìn)行。過程監(jiān)控級采用2臺操作站（OP站1和OP站2）實(shí)時監(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)場控制提供安全、可靠的信息互聯(lián)。上位機(jī)采用的是西門子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、氣動閥門等都與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)場總線儀表等設(shè)備（如壓力傳感器等）可以直接與總線相連。 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，必要時還采用第7層。第1層和第2層的導(dǎo)線和傳輸協(xié)議依據(jù)美國標(biāo)準(zhǔn)EIA RS-485、國際標(biāo)準(zhǔn)IEC870．5．1和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 6087O．5．1、總線存取程序、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)議類型：DP、FMS、PA。Profibus．DP使用了第1層、第2層和用戶接口層，第3到第7層未使用，這種精簡的結(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提供對第2層的訪問。在用戶接口中規(guī)定了Profibus-DP設(shè)備的應(yīng)用功能，以及各種類型的系統(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)場級分散I／O設(shè)備之間的通訊。 2．3 現(xiàn)場總線的設(shè)置 　　當(dāng)總線上使用溫度、壓力變送器等現(xiàn)場總線儀表時，終端電阻安裝在每條總線的最后一臺儀表上；當(dāng)沒有使用現(xiàn)場總線儀表并且只使用了ET200M從站，那么在使用的西門子專用的DP通訊接頭上就帶有終端電阻。通過它自帶的開關(guān)可以設(shè)置是否使用終端電阻。 　　現(xiàn)場總線上的每臺總線設(shè)備都必須分別設(shè)置1個不同的站地址。有些設(shè)備通過自帶的軟件進(jìn)行地址設(shè)定設(shè)置，每條總線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（如西門子位置定位器）。 　　所有的總線、支線或者其他信號線都必須單獨(dú)架設(shè)橋架，盡量避免干擾?？梢詫⒖偩€、支線還有信號線的屏蔽線連接在一起，然后在控制柜中集中一點(diǎn)接地。 2．4 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)中的通訊[3] 　　在現(xiàn)場控制級，主站可連接32個從站點(diǎn)，最大傳輸距離可達(dá)1000m。通過中繼器還可增加站點(diǎn)并可延伸通訊距離，便于將來系統(tǒng)擴(kuò)展。需要指出的是，在各站點(diǎn)之間要注意接地點(diǎn)電位的平衡問題。下位機(jī)PIE系統(tǒng)采用的是CPU414．2DP加3個ET200M從站構(gòu)成，主站CPU414．2DP具有1個MPI接口和1個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。 　　有時要求在幾個工段控制系統(tǒng)中有信息交互，即需要幾個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，如果距離過遠(yuǎn)則需要使用中繼器。在程序設(shè)計中，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 ／／返回值存儲在MW102中 　　在采用交互式通訊時，應(yīng)注意收發(fā)雙方通訊速度的匹配。例如：若發(fā)送方速度過快，接收方來不及應(yīng)答（Acknowledge），發(fā)送方會顯示接收方已無接收資源的錯誤代碼，這可通過適當(dāng)降低發(fā)送頻率來解決。 　　PC與PLC間的通訊，在控制室設(shè)置的2臺OP站上各安裝1塊西門子CP5611通訊板卡，監(jiān)控計算機(jī)通過CP56ll通訊板卡與現(xiàn)場控制級的2臺PLC通訊。 　　2臺OP站實(shí)時讀取PLC數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)工藝流程和工藝數(shù)據(jù)實(shí)時顯示。同時，2臺OP站對PIE進(jìn)行監(jiān)督控制和參數(shù)優(yōu)化功能，協(xié)助現(xiàn)場級PLC完成復(fù)雜的控制算法?，F(xiàn)場控制級與過程監(jiān)控級之間的數(shù)據(jù)交換均采用密碼通訊與校驗(yàn)，避免信號傳輸干擾。 3 結(jié)束語 　　通過實(shí)際應(yīng)用可以總結(jié)出Profibus-DP現(xiàn)場總線具有下列優(yōu)點(diǎn)： 　　（1）更新、擴(kuò)充了DCS的功能。傳統(tǒng)的DCS中加入了現(xiàn)場總線，不但保持了DCS的穩(wěn)定性，且引入了現(xiàn)場總線的靈活性；同時可減少硬件數(shù)量，安裝、維護(hù)的工作量隨之減少。 　　（2）提高了系統(tǒng)的靈敏性、精確性。與此現(xiàn)場總線有關(guān)的信號，無需再像傳統(tǒng)的DCS在發(fā)送與接收過程中通過數(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)場總線具有自診斷和簡單的故障處理能力，并通過數(shù)字通訊將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往控制室，用戶可以查詢總線設(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]．化工自動化及儀表，2001，28（2）：63 [2] Jonas Berge．過程控制現(xiàn)場總線—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