基于现场总线的PLC控制系统研究正文.docx

《基于现场总线的PLC控制系统研究正文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于现场总线的PLC控制系统研究正文.docx（29页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、1 基于现场总线的 PLC 掌握系统争论1 概述1.1 简介现场总线Fieldbus是 20 世纪 80 年月末、90 年月初国际上进展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的根底，沟通了生产过程现场及掌握设备之间及其与更高掌握治理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、型全分布掌握系统。这项以智能传感、掌握、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术进展的热点，并将导致自动化系统构造与设备的深刻变革。国际上很多实力、有影响的公司都先后在不同程度上进展了现场总线技术与产品的

2、开发。现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级根底通讯网络，要求具有协议简洁、容错力量强、安全性好、本钱低的特点：具有肯定的时间确定性和较高的实时性要求，还具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。由于上述特点，现场总线系统从网络构造到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。一般把现场总线系统称为第五代掌握系统，也称作 FCS现场总线掌握系统。人们一般把 50 年月前的气动信号掌握系统 PCS 称作第一代，把 420mA 等电动模拟信号掌握系统称为其次代，把数字计算机集中式掌握系统称为第三代，而把 70 年月中期以来的集散式分布掌握系统 DCS 称作第四代。现

3、场总线掌握系统 FCS 作为一代掌握系统，一方面，突破了 DCS 系统承受通信专用网络的局限，承受了基于公开化、标准化的解决方案，抑制了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把 DCS 的集中与分散相结合的集散系统构造，变成了型全分布式构造，把掌握功能彻底下放到现场。可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。1.2 进展历史1984 年美国 Inter 公司提出一种计算机分布式掌握系统-位总线BITBUS，它主要是将低速的面对过程的输入输出通道与高速的计算机总线多MULTIBUS分别， 形成了现场总线的最初概念。80 年月中期，美国 Rosemount 公司开发了一种可寻址的远程传感

4、器HART通信协议。承受在420mA 模拟量叠加了一种频率信号，用双绞线实现数字信号传输。HART 协议已是现场总线的雏形。1985 年由 Honeywell 和Bailey 等大公司发起，成立了 World FIP 制定了 FIP 协议。1987 年，以 Siemens， Rosemount，横河等几家著名公司为首也成立了一个特地委员会互操作系统协议ISP 并制定了 PROFIBUS 协议。后来美国仪器仪表学会也制定了现场总线标准 IEC/ISA 2 陕西科技大学毕业论文设计说明书SP50。随着时间的推移，世界渐渐形成了两个针锋相对的相互竞争的现场总线集团： 一个是以 Siemens、Ros

5、emount，横河为首的ISP 集团；另一个是由Honeywell、Bailey 等公司牵头的 WorldFIP 集团。1994 年，两大集团宣布合并，融合成现场总线基金会Fieldbus Foundation简称 FF。对于现场总线的技术进展和制定标准，基金委员会取得以下共识：共同制定遵循 IEC/ISA SP50 协议标准；商定现场总线技术进展阶段时间表。1.3 技术特点1.3.1 系统的开放性开放系统是指通信协议公开，各不同厂家的设备之间可进展互连并实现信息交换， 现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。这里的开放是指对相关标准的全都、公开性，强调对标准的共识与遵从。

6、一个开放系统，它可以与任何遵守一样标准的其它设备或系统相连。一个具有总线功能的现场总线网络系统必需是开放的，开放系统把系统集成的权利交给了用户。用户可按自己的需要和对象把来自不同供给商的产品组成大小随便的系统。1.3.2 互可操作性与互用性这里的互可操作性，是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进展互换而实现互用。1.3.3 现场设备的智能化与功能自治性它将传感测量、补偿计算、工程量处理与掌握等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动掌握的根本功能，并可随时诊断设备的运行状态。1.3.4 系统构造

7、的高度分散性由于现场设备本身已可完成自动掌握的根本功能，使得现场总线已构成一种的全分布式掌握系统的体系构造。从根本上转变了现有 DCS 集中与分散相结合的集散掌握系统体系，简化了系统构造，提高了牢靠性。1.3.5 对现场环境的适应性工作在现场设备前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为在现场环境工作而设计的，它可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰力量，能承受两线制实现送电与通信，并可满足本质安全防爆要求等。3 基于现场总线的 PLC 掌握系统争论1.4 技术优点1.4.1 节约硬件数量与投资由于现场总线系统中分散在设备前端的智能设备能直接执行多种传感、掌握、报

8、警和计算功能，因而可削减变送器的数量，不再需要单独的掌握器、计算单元等，也不再需要 DCS 系统的信号调理、转换、隔离技术等功能单元及其简单接线，还可以用工控 PC 机作为操作站，从而节约了一大笔硬件投资，由于掌握设备的削减，还可削减掌握室的占地面积。1.4.2 节约安装费用现场总线系统的接线格外简洁，由于一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大削减，连线设计与接头校对的工作量也大大削减。当需要增加现场掌握设备时，无需增设的电缆，可就近连接在原有的电缆上，既节约了投资，也削减了设计、安装的工作量。据有关典型试验工程的测算资料，可节约安装费用 60%以上。1

9、.4.3 节约维护开销由于现场掌握设备具有自诊断与简洁故障处理的力量，并通过数字通讯将相关的诊断维护信息送往掌握室，用户可以查询全部设备的运行，诊断维护信息，以便早期分析故障缘由并快速排解。缩短了维护停工时间，同时由于系统构造简化，连线简洁而削减了维护工作量。1.4.4 用户具有高度的系统集成主动权用户可以自由选择不同厂商所供给的设备来集成系统。避开因选择了某一品牌的产品被“框死”了设备的选择范围，不会为系统集成中不兼容的协议、接口而一筹莫展， 使系统集成过程中的主动权完全把握在用户手中。1.4.5 提高了系统的准确性与牢靠性由于现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，它从根本上提高了测

10、量与掌握的准确度，削减了传送误差。同时，由于系统的构造简化，设备与连线削减， 现场仪表内部功能加强：削减了信号的来回传输，提高了系统的工作牢靠性。此外， 由于它的设备标准化和功能模块化，因而还具有设计简洁，易于重构等优点。4 陕西科技大学毕业论文设计说明书2 Profibus 现场2.1 PROFIBUS 现场总线概述过程现场总线 PROFIUS 是 Process FieldbllS 的缩写，是一种国际性的开放式的现场总线标准，在1996 年被批准成为欧洲标准EN50107。2023 年1 月成为国际标准IEC61 158 的组成局部，用于将分散的现场过程掌握设备与集中掌握系统在底层进展连接

11、， 现己广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化、楼宇自动化等领域。PROFIBUS 以ISO/OSI 的 网 络 参 考 模 型 为 基 础 ， 提 供 了 三 种 兼 容 的 通 信 协 议 类 型 ： PROFIBUS-DP(Decentralized Periphery) 、 PROFIBUS-PA(Process Automation) 和PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Speciation)。这三个相互兼容的协议既有共性，又有共性，应用各有侧重。PROFIBUS 是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与掌握的现场总线技术。可实现现场级到车间级监

12、控的分散式数字掌握和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化供给了可行的解决方案。2.2 PROFIBUS 协议简介PROFIBUS 以 ISO/OSI 的网络参考模型为根底，供给了三种兼容的通信协议类型： PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA 和 PROFIBUS-FMS，协议构造如表 2-1 所示。(1) PROFBUS-DP(Decentralized Periphery)：主要用于现场级的高速数据传输，解决自动掌握系统(如 PLC，PC 等)通过高速串行总线与分散的现场设备(如阀门等)之间的通信任务。它定义了第一、二层和用户接口。承受线形、环形、星形等多种拓扑构

13、造，可实现光纤双环冗余。使用 PROFIBUSDP 可取代现场的 24V 或 4-20mA 信号传输。(2) PROFIBUS-PA(Process Automation)：主要用于过程自动化领域，其数据传输承受扩展的 PROFIBUS-DP 协议，并定义了 PA 行规。它将过程掌握系统与现场设备(如压力变送器、温度变送器等)通过总线连接起来，并解决它们之间的通信任务，本质安全，并通过总线对现场设备供电。(3) PROFlBUS-FMS(Fieldbus Message Speciation)：主要用于车间级监控，定义了第一、二、七层，应用层包括现场总线信息标准(Fieldbus Messag

14、e Specification-FMS) 和低层接口(Lower Layer InterfaceLLI，FMS)包括应用协议，并向用户供给大量的通信任务以及治理及效劳任务。5 基于现场总线的 PLC 掌握系统争论表 2-1 Profibus 协议构造DP 设备行规PA 设备行规用户层第七层应用层 第 3-6 层第 2 层(数据链路层)第 1 层物理层根本功能扩展空能 用户接口 接数据链路DDLM未使用数据链路层现场总线数据链路FDL物理层RS485/LWLFMS 设备行规应用层接口ALT应用层现场总线报文标准FMS 未使用数据链路层现场总线数据链路FDL物理层RS485/LWL根本功能设备功能

15、DP 用户接口接数据链路DDLM 未使用IEC 接口IEC-11852其中PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA 无应用层，PROFIBUS-DP 和PROFIBUS-FMS具有一样的数据链路层和物理层， 物理层承受 EIA( 美国电子工业协会) 标准EIA485(RS485)，传输速率为 9.6kbps-12Mbps PROFIBUS-PA 物理层承受 EIAll58-2 标准，传轴速率为 31-25kbps，总线供电，本质安全。2.3 PROFIBUS 传输技术现场总线系统的应用既要考虑传输距离以及传输速度，又必需经济、牢靠，为了满足简单的工业应用的实际要求，PROFIBUS 供给

16、了 DP 和 FMS 的 RS485 传输、PA 的 IECll58-2 传输以及光纤传输。(1) DP 和 FMS 的 RS485 传输：RS 485 通常称为 H2，传输速度可选用 9.6kbs12Mbps，是PROFIBUS 最常承受的一种传输类型。它承受屏蔽双绞线电缆，共用一根导线对，电缆的最大长度取决于传输速度；网络拓扑为线形总线，两端有有源总线终端电阻；不带转发器，每段 32 个站，带转发器最多可达 127 个站；承受 9 针 D 副插头连接器。(2) 用于 PA 的 IECll58-2 传输技术：IECll58-2 传输技术通常称为 H1，用于 PROFIBUS-PA，能满足化工

17、和石化工业的要求，可保持其本质安全并使现场设备通过总线供电，是一种位同步协议，可进展无 6 陕西科技大学毕业论文设计说明书电流的连续传输。IECll58-2 承受屏蔽或非屏蔽双绞线，传输速度为 31-25kbps；拓扑类型为线形或树形，或两者结合；不带转发器，每段 32 个站，可扩展至 4 台转发器， 最多可达 126 个站。本质安全，总线供电。耦合器可将 RS485 信号与 IECll58-2 信号相适配，从而实现 IECII58-2 传输技术的总线段与 RS485 传输技术的总线段的连接。(3) 光纤传输技术在电磁干扰很大的环境下，可使用光纤以增长高速传物的最大距离，降低干扰。2.4 PR

18、OFIBUS 总线存取协议DP，PA 和 FMS 承受全都的总线存取协议，通过OSI 参考模型的第 2 层实现，包括数据的牢靠性以及传输协议和报文的处理。在 PROFIBUS 中，第 2 层称为现场总线数据链路层(FDL，fieldbus data link) 。介质存取掌握(MAC，medium access contr01) 掌握数据传输的程序，MAC 必需确保在任何时刻只能有一个站点发送数据。PROFIBUS 协议的设计要满足介质存取掌握的根本要求：(a) 在简单的自动化系统(主站)间通信，必需保证在精准限定的时间间隔中，任何一个站点要有足够的时间来完成通信任务。(b) 在简单的程序掌握

19、器和简洁的 I/O 设备(从站)问通信，应尽可能快速又简洁地完成数据的实时传输。因此，PROFIBUS 总线存取协议包括主站之问的令牌传递方式和主站与从站之间的主从方式。令牌程序保证了每个主站在一个精准规定的时间框内得到总线存取权(令牌)，令牌是一条特别的电文，它在全部主站中循环一周的最长时间是事先规定的，在 PROFIBUS 中，令牌只在各主站之间通信时使用。主从方式允许主站在得到总线存取令牌时可与从站通信，每个主站均可向从站发送或索取信息，通过该方法可实现以下几种系统配置方式：(a) 纯主站-从站系统(主-从机制)(b) 纯主站-主站系统(令牌传递机制) (c)混合系统纯主站-从站系统中配

20、有多个从站，而只有一个主站。主站享有掌握权，可以发送信息给从站，并且可以从从站猎取信息。由三个主站和四个从站构成的纯主站-主站系统配置如图 2-1 所示。三个主站构成令牌规律环，当某主站得到令牌电文后，该主站可在肯定的时间内执行主站的工作， 在这段时问内，它可依照主-从关系表与全部从站通信，也可依照主-主关系表与全部主站通信。7 基于现场总线的 PLC 掌握系统争论图 2-1 纯主站-主站系统令牌环是全部主站的组织链，依据主站的地址构成规律环，在这个环中，令牌在规定的时间内安装地址的升序在各主站中依次传递。在总线系统初建时，MAC 的主要任务是制定总线上的站点安排并建立规律环， 在总线运行期间

21、，断电或损坏的主站必需从环中排解，上电的主站必需参加规律环。此外，MAC 保证令牌按地址升序依次在各主站间传送，各主站的令牌具体保持时间长短取决于该令牌配置的循环时问。MAC 的特点是监测传输介质及收发器是否损坏， 检查站点地址是否出错以及令牌错误。数据链路层的另一个重要任务是保证数据的完整性，这是依靠全部电文的海明间距 HD 为 4，依据国际标准 IEC870-5-1 制定的使用特别的起始和完毕定界符、无间距的字节同步传输及每个字节的奇偶校验保证的。数据链路层依据非连续的模式操作， 除供给点一点规律数据传输外，还供给多点通信(播送及有选择播送)功能。8 陕西科技大学毕业论文设计说明书3 Pr

22、ofibus 现场总线实现实时通讯的技术3.1 通信方式及通信类型S7-200PLC 有多种不同的通信方式及接口，根本的有：工业以太网(IEEE 802-3)：工厂级或更广区域联网国际标准。PROFIBUS OEC 61 158/EN50170：现场级和车间级应用国际标准。ASInterface(EN50295)：与相关传感器和执行机构进展通信的国际标准。EIB(EN50090，ANSIEIA776)：楼宇安装系统及楼宇自动化全球标准。MPI 多点接口：共 CPU、PG/PC 以及 TD/OP 相互之间通信使用。S7-200 PLC CPU 支持的通信类型：过程通信：通过总线(PROFIBUS

23、 或 AS-I)对 I/O 模块周期寻址(过程映像交换)。数据通信：自动化系统之间或 HMI 与几个自动掌握系统之间的数据通信，通信按周期或被调用方式实现。3.2 Profibus 现场总线实现PLC 掌握系统中实时通讯3.2.1 选择掌握器PLC 是在计算机技术进展下应运而生的一代规律掌握装置，它特地面对工业环境，可以进展数字运算操作，带有存储器，可编程实现简单掌握功能。优点如下：(a) 功能强，性价比好。(b)各种配套硬件齐全，用户使用便利敏捷。(c)牢靠性高， 抗干扰力量强。PLC 用软件功能取代继电器掌握系统中的中问继电器、时间继电器、计数器等易受干扰牢靠性稍差的硬件，可以削减掌握柜以

24、及装配调试的工作。另外PLC 还实行了一系列软硬件措施来降低因工业环境中的干扰因素造成的影响。 (d)修理便利，自身带有完备的自诊断及报警功能。(e)体积小、能耗低、易于安装调试降低系统设计难度。从上诉的各种优点可以看出以 PLC 为掌握器可以满足系统要求而且适应工业掌握的进展潮流，更能表达掌握系统的优越性。另外，用总线连接PLC 与现场设备，实现了全部设备分散掌握集中治理。另外人机界面更可以集中形象准确的反映现场各种设备的状况，使得治理更加简洁直观。那么在设计 PLC 掌握系统时应遵循怎样的步骤呢?一般状况下我们首先要考虑怎样最大限度的满足被控对象的掌握要求。其次力求掌握系统的简洁、经济、使

25、用维护便利。第三确保系统的安全牢靠。最终为了满足系统改进升级的需要应适当留有裕量。系统设计步骤图如图 3-1：9 基于现场总线的 PLC 掌握系统争论图 3-1 系统设计步骤图不同厂商所生产的各系列 PLC 适用的场合有所不同。目前以西门子，AB，三菱，施耐德公司所生产的PLC 应用较为广泛。但是他们的构造形式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格是作为选择的根本依据。分别要具体考虑如下这几个方面： 选用何种构造 PLC，即选择整体式或模块式，对于大型系统而言选择模块式的较为适合；选用何种功能的PLC，支持怎样的通信样式，掌握量的多寡，一般大型场合需要选用中高档 PLC；以及是否支持在线编程，

26、现场掌握量类型等因素。本掌握系统的掌握量在 200 左右，分别包含有模拟和数字量，利用总线功能实现现场设备分散掌握，所以选则中等规模，模块式支持模拟量以及总线通信的 PLC 为佳。依据这样的状况选择西门子公司 S7-200 系列 PLC，它应用 STEP7 软件进展组态定义并且可以向上与 WinCC 监控软件组成一套完整的西门子工业掌握网络系统。3.2.2 s7-200 PLCS7-200PLC 是 SIEMENS 公司生产的紧凑模块式构造的小型可编程掌握器，拥有功能强、速度快的特点。它承受紧凑、无槽位限制的模块化构造易于扩展，应用型好， 性价比高。3.2.3 系统单元S7-200 PLC 是

27、模块化组成构造，主要组成局部有导轨(RACK)、电源模块(PS)、中10 陕西科技大学毕业论文设计说明书央处理单元模块(CPU)、接口模块(IM)、信号模块(SM)、功能模块(FM)等。电源模块(PS)将SIMATIC S7-200连接到 120/230V 沟通电源，或 24/48/60/1 1 0V直流电源，为系统供电。接口模块(IM)用于多机架配置时连接主机架(CR)和扩展机架(ER)。中心处理单元(CPU) 各种 CPU有各种不同的性能， 包含是否支持PROFIBUS-DP，或集成输入/输出点等。信号模块(SM)数字量和模拟量输入/输出。功能模块(FM)高速计数，定位操作和闭环掌握。3.

28、2.4 s7-200 供给功能高速指令处理：0.60.1 的指令处理时间在中等到较低性能要求范围内开拓了全的应用领域。浮点运算：此功能可以有效地实现更为简单的算术运算，便利用户的参数赋值。人机界面(HMI)便利的人机界面效劳己经集成在 S7-200 操作系统内。人机对话编程要求大大削减。SIMATIC 人机界面(HMI)从 S7-200 中取得数据，S7-200 按用户指定的刷速度传送这些数据。S7-200 操作系统自动处理数据传输。诊断功能：CPU 的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特别系统大事。口令保护：多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的

29、复制和修改。操作方式：选择开关操作方式选择开关通过档相选择可以选择不转变操作方式， 这样可以防止非法删除或改写用户程序。3.3 系统构造及运行流程S7-200 PLC 承受模块化设计，依据不同的掌握坏境将各模块依据 SIEMENS 供给说明按挨次组装即可。在导轨上由左至右依次为 PS 模块，CPU 模块，IM 模块，SM 模块和 FM 模块。通过IM 接口与 MPI 网络连接，与同类CPU、通信模块或其他设备通信。电源模块 PS307 是特地为S7-200 供电的 24V DC 电源，它各型号输出电流有 2A， 5A，10A 三种。工作原理及其他参数一样。S7-200 PLC 中心处理单元中包

30、括有 CPU312IFM，CPU313，CPU314，CPU315，CPU315DP 等。CPU312FM 上集成有 l/O 数字量输入点和 6 个数字量输出点。其余模块无集成 I/O 端口，其存储器容量、指令执行速度、可扩展的 I/O 点数、计数器/定时器数量、软件块的数量等随序号的递增而增加。CPU315DP 除具有现场功能总线扩展功能外，其它特性与 CPU315 一样。11 基于现场总线的 PLC 掌握系统争论S7-200 有多种数字量 I/O 模块供选择，如数字量 I/O 输入模块 SM321、数字量输出模块 SM322，数字量 I/O 模块 SM323，此外还有方针模块 SM374，

31、占位模块 DM370 等。数字量输入模块将现场功能过程送来的数字信号电平转换成 S7-200 内部信号电平。输入信号进入模块后，一般都经过光电隔离和滤波，然后才送入输入缓冲区等待CPU 采样。采样时，信号经过背板总线进入到输入映像区。S7-200 模拟量模块的输入范围很宽，它可以直接输入电压、电流、电阻、热电偶等信号。模拟量输入模块 SM331 有两种规格型号：一种是 8*12 位模块，另一种是 2*12 位模块。前者是 8 通道的输入模块，后者是 2 通道的输入模块。SM331 输入模块主要由 A/D 转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电分别部件、规律电路等组成。模拟量输出模块 S

32、M332 有 2*12 和 4*12 位两种形式的模块。前者是 2 通道的模拟量输出模块(Ao)，后者是 4 通道的模拟量输出模块，SM332 可以输出电压，也可以输出电流。S7-200 的功能模块分别都有特地用途，包含高速布尔处理器 FM352，定位模块FM535，闭环掌握模块 FM 等。系统中必需包含 PS 及CPU 模块，之后再依据现场掌握要求集成其它模块搭建硬件。图 3-2 为 PLC 的运行流程图。3.4 监控系统协作选型中所选的西门子 s7-200PLC，所以使用西门子公司供给的 WinCC 开发软件开发上位机监控软件。这样可以缩短开发周期，降低工作量，充分发挥西门子集成开发系统的

33、优势。上位机与 PLC 进展通信，沟通变量。Wincc 在监控界面上将底层变量变化表达出来，并且将用户通过监控界面进展的设置传达给 PLC，并且 Wince 自身还包含有报替， 数据存储等一系列功能。这样实现了一个集中、可视化、可数据处理的监控端。在硬件上包含有：一台运行 wincc 的上位计算机，选择支持 1024*678 区分率，内存 512M，CPU Intel Dual 1 6G；显示器为 LG 42 寸等离子电视和 15 寸 BENQ 液晶显示器；西门子上位机通信适配卡。12 陕西科技大学毕业论文设计说明书电源初始化处理输入采样处理输入传送、远程I/O 通信效劳外设、CPU、总线效劳

34、 更时钟、特别存放器CPU 运行方式rum执行程序输出自理执行自诊断是PLC 正常否存放自诊断错误结果否严峻错误是PLC 强制STOP图 3-2 PLC 流程图13 基于现场总线的 PLC 掌握系统争论4 基于Profibus 和s7-200 的掌握系统实例4.1 基于PROFIBUS 现场总线的焦炉监控系统设计4.1.1 引言自动监控治理已经成为现代工业生产过程中的一个重要技术手段，兴旺国家的工业生产已实现全自动化掌握和治理，有较好的社会和经济效益。本文以某焦化厂的 160 孔 JNDK43-03F 型复热式、单集气管捣固焦炉为背景，运用现代化的掌握手段对其进展监控治理。PROFIBUS-D

35、P 是用于现场设备级的高速数据传输，具有传输介质简洁、安装维护便利、简洁进展扩展、牢靠性高等优点， PROFIBUS-DP 允许构成单主站或多主站系统，为系统配置供给了高度的敏捷性。焦炉监控系统承受PROFIBUS-DP 现场总线技术，由工控机、PLC 等构成。4.1.2 焦炉监控系统的硬件设计本系统承受分布式 I/OET200的构架方式，系统的组成包括：1 台工程师站， 1 台操作员站，1 个 S7-200 的 PLC 主机架及 I/O 模块，2 个 ET200 分布式 I/O 站以及I/O 模块，1 个 10/100Mbit 的 16 口以太网交换机，2 个前后开门的机柜，2 个操作台，

36、1 个打印台。系统硬件构造如图 4-1 所示。图 4-1 系统硬件构造框图(1) 系统下位机承受 S7-200PLC 掌握系统，中心处理单元承受 CPU315-2PD。 (2)依据焦炉的系统输入/输出点数要求，承受2 个分布式 I/O 以及 Profibus现场总线的通讯方式进展扩展。14 陕西科技大学毕业论文设计说明书(3) 下位机与工程师站和操作员站上位机的通讯承受以太网，主 CPU 中集成了以太网络接口，并支持以太网数据通讯和程序下装等功能。(4) 下位机与上位机之间通过一个以太网络交换机进展连接通讯。掌握站是系统的核心，它由工业掌握计算机内装有 STEP7、WinCC(监控组态软件)

37、及大屏幕显示器、键盘和打印机组成。此外，还有操作记录的查询显示和报表打印等功能。除自动掌握还可以在手动掌握方式下，利用键盘上的按键操作设备。4.1.3 系统软件设计方法系统的软件设计包括在工控机中运行的系统监控软件设计和 S7-200 PLC 掌握程序设计（1） PROFIBUS-DP 通信设置建立主 站系统， 承受 STEP7 V5.2 软件，在 S7-200 的 CPU 中建立一个PROFIBUS-DP 网络，设置网络地址、通信速率、通信方式、通信字节等通信参数， 保存和下载到 S7-200 的 CPU 中。在主站系统下，选择PROFIBUS-DP 网络，组态DP 网络的从站。（2） 系统

38、监控界面设计承受 WinCC 监控组态软件, WinCC 程序是调度室操作员与整个集中掌握系统交互的界面，是掌握中心。它负责监视焦炉运行状态、配置系统模拟量的定标值和显示其当前值和趋势图、捕获并记录设备运行故障等。整个 WinCC 程序界面主要由以下几局部组成：主掌握面板、流程监视、工艺参数、集中手动掌握、报警记录、趋势图、参数设置等。焦炉混烧系统焦炉煤气参数监控画面如图 4-2 所示，反映加热系统中参与混合燃烧的焦炉煤气的各类参数，包括机焦两侧焦炉煤气的压力、流量和温度。图 4-2 混烧系统- 焦炉煤气参数15 基于现场总线的 PLC 掌握系统争论（3） PLC 掌握程序S7-200 PLC

39、 的掌握程序承受 SEP7 V5.2 软件进展编写,承受构造式编程方式,将掌握任务分割为“子程序”，分布在不同的组织块中，PLC 的掌握程序包括：循环执行的主程序块、功能块、循环中断处理组织块等，其主程序流程图如图 4-3 所示。图 4-3 PLC 主程序流程图4.1.4 完毕语承受 Profibus 现场总线结合远程 I/O 模块设计完成的焦炉监控系统，通过对系统硬件及软件进展组态，实现了对各工艺参数的监控和报警功能，不仅能对焦化厂科学有序的组织生产供给真实牢靠的数据，而且提高了监测系统的整体性能，保障了系统的长期安全稳定运行，减轻了操作人员的劳动强度，提升了自动化监控程度，在行业内具有宽阔

40、的应用前景。4.2 基于西门子S7-200PLC 的液位串级掌握系统在化学工业生产中，双容甚至多容的液位掌握是一项格外重要的环节。随着现代工业生产过程向着大型、连续和强化方向进展，对掌握系统的掌握品质提出了日益增长的要求。在这种状况下，传统的单回路液位掌握已经难以满足一些简单的掌握要求。串级掌握系统是过程掌握中的一种多回路掌握系统，是为了提高单回路掌握系统的掌握效果而提出来的一种掌握方案。承受串级掌握对双容甚至多容进展液位掌握，把两个单回路掌握系统以肯定的构造形式串联在一起，它不仅具有单回路掌握系统的全部功能，而且还具有很多单回路掌握系统所没有的优点。本文承受工业中应用广泛的PLC16 陕西科

41、技大学毕业论文设计说明书来实现双容液位串级掌握，并承受组态软件实现动态数据显示和现场设备的实时监控， 取得良好效果。4.2.1 掌握系统工作原理及组成（1） 工作原理双容液位串级掌握实物模型如图 4-4 所示。初始容器是空的，启动 PID 掌握系统， 以下水箱液位作为主调整对象，上水箱液位作为副调整对象；当下水箱液位与给定不全都时，就启动电动调整阀调整上水箱的进水量，通过上水箱向下水箱注入相应的液体，使下水箱的液位到达给定值。（2） 系统组成图 4-4 液位串级掌握系统实物模型该系统主要由上位机、PLC、上/下水箱、传感器、仪表等局部组成。通过点数计算及性能分析，PLC 选择 SIEMENS

42、S7-200 系列 CPU224XP。系统硬件局部主要包括：aPLC 一台；bRS-232/PPI 通信电缆一根；c力控组态软件一套；d液位变送器两个；e电动调整阀一个。该系统掌握程序由主程序及子程序组成。主程序用于程序的总体掌握及初始化，子程序分为手动、PID 调整、报警、通信掌握等四个子程序。4.2.2 软件设计（1） PLC 工作流程17 基于现场总线的 PLC 掌握系统争论依据液位串级掌握的工作原理，PLC 的工作流程图如图 4-5 所示。开头Y是否需要承受手动调整？N手动调整系统启动初始化Y有故障？N效定下水槽液位PID 申请掌握N是否停顿？Y完毕（2） PLC 的 I/O 口安排图

43、 4-5PLC 工作流程PLC 的 I/O 口安排如表 1 所示，接线示意图如图 4-6 所示。18 陕西科技大学毕业论文设计说明书输入/输出IO.0 IO.1 QO.1 QO.2 AIW0 AIW2 AQW0功能系统的起动/停顿PID 自动调整/手动调整系统正常运行指示PID 自动调整指示上水箱液位变送器信号输入下水箱液位变送器信号输入PID 输出，用于掌握电动调整阀开度表 4-1 I/O 口安排表图 4-6 PLC 接线图4.2.4 掌握方式实现掌握系统分为手动、自动两种工作方式。工作方式的选择应在系统起动前通过按钮开关实现，选定工作方式的同时将相应信号送入PLC，并调用相应子程序。手开工

44、作方式下，由人工调整液位；自开工作方式下，由 PLC 接收相应各数字量输入信号、现场采集上、下水箱的液位变送器模拟量输入信号，并经程序计算得到液位值，与主调整器输出值、位给定值进展比较，通过两级 PID 调整后向电动调整阀输出掌握信号， 驱动相应的负载，实现液位准确掌握。掌握系统中承受两个 PID，第一个 PID 作为主调整，其次个 PID 作为副调整。PID 回路运用回路表的输入信息和组态信息，可较为简便地进展PID 运算。本系统主要承受了其中的 9 个参数，用来掌握和监视 PID 运算。这些参数包括：过程变量当前值 PV ， 过程变量当前值 PV ，给定值SP，输出值M ，增益K ，采样时

45、间T ，积分时间T， 微分时间 T 和积分项前值 MX。PID 参数先承受自整定方法整定，然后再依据实际效19 基于现场总线的 PLC 掌握系统争论果进展调整。4.2.5 人机监控界面设计人机监控界面承受力控组态进展开发，其组态高效、开放性及扩展性能好、运行稳定牢靠，响应快，操作便利，其界面如图 4-7 所示。图 4-7 人工监控界面4.2.6 完毕语本系统以双容液位水箱为掌握对象，结合双容液位掌握装置的特点，承受串级掌握方案进展掌握。承受常规PID 掌握算法作为液位掌握系统的掌握算法，承受力控组态软件对监控其掌握过程。实践证明，基于S7-200PLC 液位串级掌握系统，能够高效完成生产任务、

46、实现掌握目的与要求。人机界面稳定、友好、便于操作与观测，也可实现远程监控及诊断，系统安全、牢靠、稳定，具有较高的使用价值与现实意义。20 陕西科技大学毕业论文设计说明书5 现场总线的进展趋势现场总线按不同的标准可以划分成几种不同的类型：依据掌握范围来分，可以分为设备级总线、车间级总线、工厂级总线；依据掌握任务来分，可以分为过程现场总线和自动化现场总线；依据应用领域来分，又可以分成楼宇掌握、交通掌握、电厂掌握、加工制造掌握等等。在设计一个简单的大系统时，需要依据各个局部的要求，选择不同的现场总线，最终又将这几种现场总线整合在一起，进展监控和维护。这样的系统设计不仅本钱高，而凡治理维护相当困难。现场总线的进展趋势是扁平化，一体化，即用一根总线就可以实现各种功能。工业以太网就是将来的进展趋势。工业以太网能够实现一网到底，把设备级总线设备、车间级总线设备、工厂