基于PROFIBUS-DP的在尾矿脱水自动化

1 引言

　　随着制造业自动化和过程自动化中分散化结构的迅速增长，现场总线技术应用日益广泛，它实现了数字和模拟输入输出模块、过程调节装置于可编程序控制器plc和pc之间的数据传输，把i/o通道分散到实际需要的现场设备附近，从而使整个系统的工程费用、装配费用、硬件成本、设备调试和维修成本大为降低。现场总线profibus(中国国家标准gb/t 20540-2006 profibus规范)具有单元级领域的所有网络通讯功能，并能满足生产过程现场级数据可存取性的重要要求。笔者参与某铁精矿尾矿脱水处理系统生产自动化设计，本系统的特点是设备分布区域广，要求各设备既能单独控制完成自动循环，主控室主站也要能够给各设备发送控制数据，并采集各设备的运行数据便于分析和储存。根据系统特点要求采用profibus-dp高速现场总线通讯网络来构建整个系统，从而保证了系统的可靠运行。

2 系统组成

　　profibus-dp主要应用于现场级，是一种高速(可达12mbit/s) 和便宜的通信连接，它被设计为设备级自动控制系统与分散的外围设备之间的通信，可以承担现场控制与监控的通信任务，具有较高的性价比，是当今实现自动控制系统理想的总线技术。profibus-dp的网络协议采用了osi参考模型的第一层物理层，第二层数据链路层和用户自己定义的用户层，这种精简的结构保证了数据的高速传送，特别适合plc与现场分散的i/o设备之间的通讯。profibus-dp是一个主站/从站(master/ slave)总线系统，主站决定总线的数据通信，当主站得到总线控制权时，没有外界请求也可以主动发送信息，主站可以是plc、pc 等；从站为外围设备(典型的从站包括输入/输出装置、阀门、驱动器和测量发送器等)，从站没有总线控制权，仅当接受到信息给予确认或当主站发出请求时向它发送信息。profibus-dp有多种网络拓扑结构：总线形，星形，环形等。该系统采用总线形拓扑结构。

　　2.1 尾矿脱水处理自动化系统

　　该尾矿脱水处理系统由5台过滤设备和泵类风机等多台设备组成。自动化系统设计方案采用上位机+profibus-dp主站+从站的网络控制方式。上位机采用研祥工业控制计算机监控，组态软件采用simatic wincc6.2。上位机中插有通讯卡cp5611,通讯卡加入profibus驱动程序就可以作profibus网卡并支持profibus协议。采用s7-300系列plc的cpu315-2dp为主站，通过profibus通讯模块em277和分站s7-200交换信息，协调各单台压滤设备连锁和工艺步序排队。

　　系统中的五台过滤设备各为一套完整的控制系统，采用s7-200 plc (cpu 224xp) +i/o模块 +em277+现场人机界面siemens mp277 +10.4”触摸屏等组成分站，负责控制立式压滤机的运行、模拟量信号处理、报警等本体设备控制，并通过profibus-dp现场总线网络实现对整个设备网监控系统的通信，用于实现实际生产中的典型流水线工艺。基于profibus-dp现场总线的网络监控系统的组成如图1所示。

图1 尾矿脱水控制监控系统网络图

　　2.2 profibus dp 配置

　　(1) s7-300与s7-200通过em277进行profibus dp通讯，需要在step7中进行s7-300站组态，再在硬件组态窗口中的菜单 optionàinstall new gsd，导入siem089d.gsd文件，安装em277从站配置文件。

　　(2)在s7-200中不需要对通讯进行组态和编程，只需要将要进行通讯的数据整理存放在v存储区与s7-300的组态em277从站时的硬件i/o地址相对应就可以了。对于本工程控制系统的profibus dp 配置为在s7-300站组态五个em277子站，每个em277子站分别对应一套压滤设备。根据控制程序需要将每个子站的通讯字节数为8字节输入和8字节输出。五个em277子站的profibus dp 地址分别是：3，4，5，6，7。我们配置后的profibus-dp系统如图2所示。

图2 profibus-dp系统配置图

　　3)组态完系统的硬件配置后，将硬件信息下载到s7-300的plc，当中下载完成后，将em277模块上的拨位开关拨到与硬件组态的设定值相一致。在s7-200中编写程序将进行交换的数据存放在与s7-300 plc的外设输入/输出存储区pi和pq相对应的v存储区中，打开step7中的变量表和step7 micro/win32的状态表可监控s7-300与s7-200通过em277的数据通讯。