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類型分類：: 科普知識

數據分類：: 現場總線/網關

PROFIBUS現場總線在潤滑油包裝線上的應用

發布日期：2022-04-18 點擊率：65

    1  引言
    現場總線是安裝在生產過程區域的現場設備/儀表與控制室內的自動控制裝置/系統之間的一種串行，數字式，多點通信的數據總線。它位于生產控制和網絡結構的底層，亦稱為底層控制網絡。它與工廠現場設備直接連接，一方面將現場測量控制設備互聯為通信網絡，實現不同網段，不同現場通信設備的信息共享;另一方面又將現場運行的各種信號傳到遠離現場的控制室，并進一步與操作終端，上層控制管理網絡連接和信息共享。即可以將一個現場設備的運行參數，狀態以及故障信息等送往控制室，又可將各種控制，維護，組態命令甚至現場設備的工作電源等送往各相關的現場設備。從而溝通了生產過程現場控制設備之間及其更高控制管理層之間的聯系。現場總線在制造業、流程工業、冶金、電力、交通、樓宇等自動化系統中有著廣泛的應用前景。
    2  PROFIBUS總線技術
    PROFIBUS是一種不依賴廠家的開放式現場總線標準，采用PROFIBUS的標準系統后，不同廠商所生產的設備不需要對其接口進行特別調整就可通信。PROFIBUS為多主從結構，可方便地構成集中式，集散式和分布式控制系統。針對不同的場合,它分為三
個系列:
    （1） PROFIBUS-DP用于傳感器和執行器級的高速數據傳輸,它以德國標準DIN1924的第一部分為基礎,根據其所需要達到的目標對通信功能加以擴充,DP的傳輸速率可達12Mbps,一般構成單主站系統.主站,從站間采用循環數據傳送方式工作.PROFIBUS-DP的設計旨在用與設備級的高速數據傳送。中央控制器（PLC/PC）通過高速串行線同分散的現場設備（如I/O、驅動器、閥門等）進行通信，同這些分散的設備進行數據交換多數是周期性的。
    （2） PROFIBUS-PA適用于安全性要求較高的場合。PA具有本質安全特性，其實現了IEC1158-2（物理層）規定的通信的規程。PROFIBUS-PA的過程自動化解決方案中PA將自動化系統和過程控制系統與現場設備（壓力,溫度和液位變送器等）連接起來,代替了4～20mA模擬信號傳輸技術，節約成本,并大大提高了系統功能和安全可靠性，因此PA尤其適用于化工、石油、冶金等行業的過程自動化控制系統。
    （3） PROFIBUS-FMS旨在解決車間級通用性通信任務。FMS提供大量的通信服務，用以完成以中等傳送速度進行的循環交換，因此它考慮的主要是系統功能而不是系統響應時間，應用中通常要求的是隨機的信息交換（如改變設定參數等）。強有力的FMS服務向人們提供了廣泛的應用范圍和更大的靈活性，可用于大范圍和復雜的通信系統。
    PROFIBUS協議的結構定向是根據ISO7498國際標準以開放式系統互聯網（OSI）作為參考模型的。
    PROFIBUS-DP使用第一層，第二層和用戶接口。這種結構確保了數據傳輸的快速和有效進行,直接數據鏈路映象（DDLM）為用戶接口提供第二層功能映象，用戶接口規定了用戶系統以及不同設備可以調用的應用功能,并詳細說明了各種不同PROFIBUS-DP設備的設備行為。
    PROFIBUS-PA使用PROFIBUS-DP的基本功能傳送測量值和狀態，并用擴展的PROFIBUS-DP功能制定現場設備的參數和進行設備操作。另外它使用了描述現場設備行為的PA行規，根據IEC1158-2的標準，這種傳輸技術可確保其本質安全性并使現場設備通過總線供電。
    PROFIBUS-FMS對第一，第二和第七層均加以定義,其中應用層包括了現場總線信息規格（Fieldbus Message Specification, FMS）和低層接口（Lower interface, LLI）。FMS向用戶提供了廣泛的通信服務功能，LLI則向FMS提供了不依賴設備訪問第二層（現場總線數據鏈路層）的能力，第二層主要完成總線訪問控制和保持數據的可靠性。
    PMS服務是ISO9506 MMS（Manufacturing Message Specification，加工制造信息規范）服務項目的子集，這些服務項目在現場總線應用中被優化，而且還加上了通信目標和網絡管理功能。
    PROFIBUS-DP和PROFIBUS-FMS系統使用了同樣的傳輸技術和統一的總線訪問協議，因而這兩套系統可在同一電纜上同時操作。

    3 PROFIBUS-DP在潤滑油包裝生產線上的應用
    某廠于2002年從意大利引進一條4立升潤滑油灌裝生產線。它是由灌裝機、稱重機、封箱機、碼垛機組成。控制系統為西門子S7-300 PLC。用PROFIBUS-DP與四個PLC聯系。在設備調試中本系統起到很大作用。每班在正常開機時均可在上位機上完成重量設定等功能。提高了自動化程度。
    （1）灌裝機聯在 SIEMENS RS485 轉換器、封箱機和碼垛機聯在轉換器上。轉換器上端通過西門子CP5611連接在計算機上，它們都是通過兩芯電纜連接。
    （2）稱重機通過西門子變換器聯到計算機的COM1端，計算機內裝調制解調器可以與電話線相連。完成與互聯網的相連。通過互聯網可以監視本條生產線的運行情況，并可以進行遠程修改程序。
    （3）計算機可以調整灌裝機的運行參數，可以顯示本線各機器的運行效率。可以對所發生的故障進行顯示。提高了生產自動化程度。
    （4）本系統運行兩年來，情況良好。曾經通過計算機對碼垛機的PLC程序進行修改。已滿足生產的要求。
    （5）上位機是由DELL奔騰4計算機構成。配置了Windows 2000 STEP 7 、MOVE控制軟件。畫面打開后,動態顯示整個包裝線情況。下部有顯示的灌裝機、封箱機、碼垛機、稱重機圖標;還可顯示產品圖表、網絡狀況、報警記錄，并可選擇語言（英語/意大利語）顯示系統時間。當正常生產時有8個圖標分別表示:
    l 由于容器入口不足停車;
    l 由于容器出口太多停車;
    l 由于操作工停車;
    l 由于內部故障停車;
    l 由于原材料故障停車;
    l 由于外部故障停車;
    l 由于容器在第二入口少停車;
    l 由于容器在第二出口太多停車。
    觀察這些指示可以直觀看到生產線情況。
    4  結束語
    （1） PROFIBUS-DP在該廠成功運用以來,提高了該廠潤滑油包裝線的自動化水平。提高了設備的穩定性。提高了勞動生產率。
    （2）目前使用的PROFIBUS網絡，以后可以以此為基礎，把其它生產線的PLC聯在這個網上，使自動化水平整體提高。
    （3）還可以利用此網絡將條形碼掃描儀聯上，生產的成品的時間、品種、批次均可自動記錄在計算機內。

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