Profibus—DP在堿回收燃燒工段的應用

1、ProfibusDP在堿回收燃燒工段的應用    摘要：將Pmfibus-DP現(xiàn)場總線應用到堿回收燃燒工段的控制中，實現(xiàn)了PC與PLC、PLC與PLC之間的通訊，提高了系統(tǒng)的安全性，擴展了DCS的功能。關鍵詞：Profibus現(xiàn)場總線；堿回收；燃燒工段ApplicationofPROFIBUSS-DPFieldBusTechnologyinCombustionStageofChemicalRecoveryPlantLIUGuo-dongWANGMeng-xiaoJIANGU-bo（ShaanxiUniversityofScienmandTchnology

2、，Xianyang，ShaanxiProvince，712081）Abstract：ThePROFIBUS-DPfieldbustechno摘 要：將Pmfibus-DP現(xiàn)場總線應用到堿回收燃燒工段的控制中，實現(xiàn)了PC與PLC、PLC與PLC之間的通訊，提高了系統(tǒng)的安全性，擴展了DCS的功能。關鍵詞：Profibus現(xiàn)場總線；堿回收；燃燒工段Application of PROFIBUSS -DP Field Bus Technology in Combustion Stage of&

3、#160;Chemical Recovery PlantLIU Guo-dong WANG Meng-xiao JIANG U-bo（Shaanxi University ofScienm and Tchnology，Xianyang，Shaanxi Province，712081）Abstract：The PROFIBUS-DP field bus technology was apped to 

4、;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

5、，the safety ofthe control system was enhanced，andthe function of the DCS was extendedKey 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。Pr

6、ofibus是一種國際的、開放的、不依賴于生產(chǎn)廠商的總線標準。它由互相兼容的3部分組成：Profibus-DP；主站和從站之間采用輪換查詢的方式通訊，用于設備級控制系統(tǒng)和分散式IO的通訊；ProNaus-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；ProfibusFMS，用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡，是一個令牌結(jié)構(gòu)、實時多主站網(wǎng)絡。近年來Profibus在眾多總線控制技術(shù)應用中已經(jīng)占據(jù)首位，廣泛應用于加工制造自動化、過程控制自動化、樓宇自動化等領域。在開發(fā)設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Prof

7、ibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)應用與DCS技術(shù)相結(jié)合，取得了良好的應用效果。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、二次風經(jīng)預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機送往煙囪。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)除氧器來補充汽包水量，將汽包水位穩(wěn)定

8、在一定的范圍內(nèi)。2 燃燒工段控制設計21 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計1針對上述工藝及控制特點，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，即使在監(jiān)控級計算機關機或停電的情況下，生產(chǎn)依舊可以正常進行。過程監(jiān)控級采用2臺操作站（OP站1和OP站2）實時監(jiān)督生產(chǎn)狀況。操作站配置成雙機系統(tǒng)，有效實現(xiàn)故障切換，提高系統(tǒng)監(jiān)控的可靠性和數(shù)據(jù)記錄的準確性，為現(xiàn)場控制提供安全、可靠的信息互聯(lián)。上位機采用的是西門子WinCC60軟件，下位機采用的是Step

9、0;752。如圖2所示，輸入輸出為模擬量的外部設備如壓力計、氣動閥門等都與EI200M上的模擬量輸入模塊（SM331）、模擬量輸出模塊（SM332）相連；電機的啟、停等信號與Eq200M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)場總線儀表等設備（如壓力傳感器等）可以直接與總線相連。22 Profibus的協(xié)議結(jié)構(gòu)2Profibus協(xié)議結(jié)構(gòu)采用了ISOOSI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層的導線和傳輸協(xié)議依據(jù)美國標準EIA RS-485、國際標準IEC87051和歐洲標準EN 6087O51、總線存取程

10、序、數(shù)據(jù)傳輸和管理服務基于DIN19241標準的第1至第3部分和C955標準。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。ProfibusDP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設備的應用功能，以及各種類型的系統(tǒng)和設備的行為特性。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IO設備之間的通

11、訊。23 現(xiàn)場總線的設置當總線上使用溫度、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。通過它自帶的開關可以設置是否使用終端電阻?，F(xiàn)場總線上的每臺總線設備都必須分別設置1個不同的站地址。有些設備通過自帶的軟件進行地址設定設置，每條總線上的物理地址必須和軟件組態(tài)中的地址相同；有些設備上帶有設置地址的撥碼開關（例如ET200M）。就可以按照8421碼進行地址的設置；也有的可以在操作面板上進行設置（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架設

12、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接地。24 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡中的通訊3在現(xiàn)場控制級，主站可連接32個從站點，最大傳輸距離可達1000m。通過中繼器還可增加站點并可延伸通訊距離，便于將來系統(tǒng)擴展。需要指出的是，在各站點之間要注意接地點電位的平衡問題。下位機PIE系統(tǒng)采用的是CPU4142DP加3個ET200M從站構(gòu)成，主站CPU4142DP具有1個MPI接口和1個DP接口，可以與MPI網(wǎng)絡和DP網(wǎng)絡連接。MPI網(wǎng)絡的通訊速率設置為1875kbps，ProfibusDP網(wǎng)絡的通訊速率設置為15Mbps。有時要求在幾個工段控制系統(tǒng)中有信息

13、交互，即需要幾個CPU之間進行通訊，而且在實際應用當中并不需要增加額外的通訊模塊，如果距離過遠則需要使用中繼器。在程序設計中，可以使用Profibus網(wǎng)絡通訊的系統(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。CAIJSFC14 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#DB5DBX00 BYTE 10 指向存

14、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#DB6DBX00 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，這可通過適當降低發(fā)送頻率來解決。PC與PLC間的通訊，在控制室

15、設置的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站實時讀取PLC數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)工藝流程和工藝數(shù)據(jù)實時顯示。同時，2臺OP站對PIE進行監(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，避免信號傳輸干擾。3 結(jié)束語通過實際應用可以總結(jié)出Profibus-DP現(xiàn)場總線具有下列優(yōu)點：（1）更新、擴充了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)反復轉(zhuǎn)換，而是直接進行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。 （3）降低了DCS的負荷，提高了系統(tǒng)的控制品質(zhì)。由于一部分調(diào)節(jié)任務分配到現(xiàn)場智能儀表或者執(zhí)行機構(gòu)的CPU上去實現(xiàn)，DCS中相關自動處理單元中的CPU