Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在啤酒生產(chǎn)中的應(yīng)用

科技學(xué)院課程名稱：集散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)告名稱：profibus現(xiàn)場(chǎng)總線在啤酒生產(chǎn)中的應(yīng)用專業(yè)名稱：電子信息工程班級(jí)學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：[摘要]計(jì)算機(jī)數(shù)字通信技術(shù)及信息技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步。它的發(fā)展將促使自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變革，是傳統(tǒng)的基于PLC及DCS控制技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展的必然歸宿。采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以有效地解決現(xiàn)有采用PLC系統(tǒng)生產(chǎn)線存在的問(wèn)題，給企業(yè)帶來(lái)巨大的利益。[關(guān)鍵詞]現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)；Profibus；GSD；PLC計(jì)算機(jī)數(shù)字通信技術(shù)及信息技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步，特別是進(jìn)十年來(lái)興起的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（Fieldbus）是計(jì)算機(jī)數(shù)字通信技術(shù)向工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的延伸，它的發(fā)展將促使自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變革，是傳統(tǒng)的基于PLC及DCS控制技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展的必然歸宿?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是其開(kāi)放性，允許并鼓勵(lì)不同廠家按照現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，自主開(kāi)發(fā)具有其特點(diǎn)及專有技術(shù)的產(chǎn)品。依照現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)規(guī)范，不同廠家產(chǎn)品可以方便完成組態(tài)與集成，構(gòu)成面向行業(yè)、適合行業(yè)特點(diǎn)的自主控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)以其先進(jìn)性、實(shí)用性、可靠性、開(kāi)放性的優(yōu)點(diǎn)，必然成為未來(lái)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的主流。我公司為啤酒生產(chǎn)企業(yè)，有三條南京輕機(jī)的生產(chǎn)線和一條進(jìn)口KRONES啤酒灌裝生產(chǎn)線。2條南京輕機(jī)線自控系統(tǒng)采用三菱PLC系統(tǒng)，一條40000B/H南京輕機(jī)線采用S7PLC系統(tǒng)；而進(jìn)口KRONES生產(chǎn)線大部分設(shè)備采用SIMENSS5系統(tǒng)，有2臺(tái)設(shè)備（驗(yàn)瓶機(jī)、紙箱裝箱機(jī)）采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn)應(yīng)用，采用PLC系統(tǒng)的設(shè)備經(jīng)常性出現(xiàn)PLC、電器線路故障，并且太多的線路使得維修難度大大增加，隨著使用年限的增加，電器問(wèn)題越來(lái)越突出，對(duì)生產(chǎn)效率造成了巨大的影響，并直接導(dǎo)致能源（氣、電、水等）成本的增加。采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以有效地解決現(xiàn)有采用PLC系統(tǒng)的生產(chǎn)線存在的問(wèn)題，給企業(yè)帶來(lái)巨大的利益。1、PROFIBUS概況PROFIBUS是一種國(guó)際化的、開(kāi)放的、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)廠商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS是由西門子公司等13家工業(yè)企業(yè)和5家科研機(jī)構(gòu)在德國(guó)聯(lián)邦研究部的資助下，于1987年開(kāi)始聯(lián)合開(kāi)發(fā)的生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范?，F(xiàn)在，PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線已成為國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的一個(gè)組成部分。PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品在歐洲現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品市場(chǎng)占有率第一，超過(guò)40%。在國(guó)內(nèi)PROFIBUS組織機(jī)構(gòu)是CPO，成立于1997.7.3。目前，國(guó)內(nèi)至少有50家企業(yè)運(yùn)用PROFIBUS-DP成功地實(shí)現(xiàn)了從食品、機(jī)械、樓宇、煙草、鋼鐵、電站直至環(huán)保工程的自動(dòng)化，為企業(yè)贏得了效益。2、PROFIBUS總線技術(shù)概要①\o"Profibus包括ProfibusDP和ProfibusPA以及ProfiNet"Profibus由3個(gè)兼容部分組成，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。PROFIBUS-DP是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。PROFIBUS-PA專為過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，并有本征安全技術(shù)規(guī)范。PROFIBUS-FMS用于車間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)令牌結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò)。

②PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)IS07498國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（OpenSystemInterconnection-SIO）作為參考模型。PROFIBUS-DP、FMS、PA定義了第12、7層和用戶接口。第3到6層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，定義了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備行為的行規(guī)。

③PROFIBUS提供了4種數(shù)據(jù)傳輸類型：用于DP和FMS的RS485傳輸、用于PA的IEC1158-2傳輸及光纖、紅外傳輸。

④設(shè)備類型2類主站（DPM2）指可進(jìn)行編程、組態(tài)、診斷的設(shè)備。1類主站（DPM1）是可編程序控制器，如\o"PLC專題"PLC、PC等。從站是指帶開(kāi)關(guān)量或模擬量的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如驅(qū)動(dòng)器、閥門等。

⑤電子設(shè)備數(shù)據(jù)文件（GSD）:為了將不同廠家生產(chǎn)的\o"Profibus包括ProfibusDP和ProfibusPA以及ProfiNet"Profibus產(chǎn)品集成在一起，廠家必須提供GSD文件（電子設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)文件），描述產(chǎn)品的功能參數(shù)。PROFIBUS組態(tài)工具可根據(jù)將廠商提供的GSD文件將其設(shè)備集成在同一總線系統(tǒng)中。3、基于現(xiàn)場(chǎng)總線（\o"Profibus包括ProfibusDP和ProfibusPA以及ProfiNet"Profibus）的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成采用現(xiàn)場(chǎng)總線（\o"Profibus包括ProfibusDP和ProfibusPA以及ProfiNet"Profibus）的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：PCPC工作站顯示操作站人機(jī)界面PLCPLC流量變送器變頻器現(xiàn)場(chǎng)PLC閥島液位傳感器現(xiàn)場(chǎng)PLCPLCPLC現(xiàn)場(chǎng)PLC閥門定位器人機(jī)界面氣動(dòng)薄膜閥現(xiàn)場(chǎng)PLC光電開(kāi)關(guān)監(jiān)控層現(xiàn)場(chǎng)控制層從圖中可以看出，采用現(xiàn)場(chǎng)總線（\o"Profibus包括ProfibusDP和ProfibusPA以及ProfiNet"Profibus）的控制系統(tǒng)可以分成現(xiàn)場(chǎng)控制層和監(jiān)控層。①現(xiàn)場(chǎng)控制層：由現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)智能儀表、遠(yuǎn)程I/O和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成。現(xiàn)場(chǎng)控制涉及\o"Profibus包括ProfibusDP和ProfibusPA以及ProfiNet"Profibus協(xié)議PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA兩個(gè)部分。PROFIBUS-DP是高速網(wǎng)絡(luò)，通訊率達(dá)到12M。它可以連接PLC、遠(yuǎn)程I/O、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、智能馬達(dá)控制器、人機(jī)界面、閥門定位器、變頻器等只能設(shè)備，一條PROFIBUS-DP總線可以連接123個(gè)從站。它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是總線型、星形和樹(shù)形，介質(zhì)可以是屏蔽雙絞線、光纖，也支持紅外傳輸。PROFIBUS-PA是低速現(xiàn)場(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)。支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接、總線型、混合型、樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它主要用于連接現(xiàn)場(chǎng)智能儀表，如壓力、溫度、液位、流量等變送器及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)。可以采用屏蔽雙絞線，也可采用非屏蔽雙絞線，可通過(guò)總線供電。②監(jiān)控層：由高速工業(yè)以太網(wǎng)以及連接在總線上的擔(dān)任監(jiān)控任務(wù)的工作站或顯示操作站、PLC/DCS控制器組成。監(jiān)控層還可以與工廠管理系統(tǒng)進(jìn)行連接，公司和集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)真正意義上的信息化。4、PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是具有國(guó)際性的領(lǐng)先和開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，它給用戶帶來(lái)的好處是很多的，利益是巨大的。PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：開(kāi)放性：PROFIBUS是一個(gè)完全開(kāi)放的、與制造商無(wú)關(guān)的、無(wú)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，全球有250家公司生產(chǎn)超過(guò)2000種支持PROFIBUS的系統(tǒng)和設(shè)備。PROFIBUS的開(kāi)放性保證了不同制造廠商的產(chǎn)品的互連?？煽啃裕篜ROFIBUS總線上的數(shù)據(jù)傳輸是完全基于數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)的，可以大幅提高信號(hào)的抗干擾能力；直接連接現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備，可以減少大量接線點(diǎn)；減少A/D轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)；支持冗余總線系統(tǒng)。靈活擴(kuò)展：采用PROFIBUS總線結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，擴(kuò)展方便靈活。實(shí)時(shí)性：PROFIBUS總線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率高，PROFIBUS-DP總線的傳輸率可達(dá)12M，是目前通訊率最高的現(xiàn)場(chǎng)總線。5、PROFIBUS在啤酒生產(chǎn)應(yīng)用中比傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)越性節(jié)省線路及硬件，簡(jiǎn)化安裝環(huán)節(jié)：當(dāng)今的大型啤酒包裝線，從管理、防護(hù)、參觀等角度出發(fā)，都把電器控制柜集中在一個(gè)抽濕恒溫的中央控制室內(nèi)，以保證電器元件的使用壽命。但這樣以來(lái)，動(dòng)力、信號(hào)、控制線路又必然增長(zhǎng)，故障點(diǎn)增多，安裝和維護(hù)的工作量大，影響設(shè)備的正常運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用很好地解決了這個(gè)問(wèn)題，它將數(shù)量龐大的信號(hào)、控制線由一根總線包辦，由此節(jié)省了大量線材和安裝工人。以KRONES包裝車間（36,000瓶/時(shí)）為例：從中央控制室到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制臺(tái)，經(jīng)橋架走向平均為100米的長(zhǎng)度。一條生產(chǎn)線擁有設(shè)備13臺(tái)（套）以上，以每臺(tái)（套）設(shè)備有80條信號(hào)、控制、備用線計(jì)算，將出現(xiàn)1,040條信號(hào)電線。折成標(biāo)準(zhǔn)的24芯控制電纜，即有44條、共4,400米的控制電纜需設(shè)置，此外還有眾多的動(dòng)力電纜，可想而知這是一筆費(fèi)用龐大的耗資。應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，這4,400條的24芯控制電纜只需由一條100米長(zhǎng)的雙絞線屏蔽電纜取代，同時(shí)也使電纜橋架的尺寸大為減小，這充分體現(xiàn)出現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)省線、省時(shí)、省人工的優(yōu)越性?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)還可以減少硬件組成，如：I/O模塊、終端塊和隔離柵等，實(shí)現(xiàn)快捷、容易、低成本的安裝。同時(shí)由于只需用一套工具對(duì)所有的設(shè)備進(jìn)行組態(tài)，保養(yǎng)和維修變得容易，系統(tǒng)的啟動(dòng)也更加容易、快捷。

并且保養(yǎng)和維修也變得容易。生產(chǎn)應(yīng)用極為便利：眾所周知，36,000瓶/時(shí)生產(chǎn)線的各設(shè)備信號(hào)連鎖、數(shù)據(jù)交換繁多，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常會(huì)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況（如更換瓶型、技術(shù)改造、增加系統(tǒng)功能等）臨時(shí)增減檢測(cè)元件、控制按鈕等。這樣一來(lái)在生產(chǎn)線設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師需要為PLC預(yù)留20%的輸入輸出備用端口。由于實(shí)際情況難于預(yù)料，標(biāo)準(zhǔn)配置與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際又有差異，在生產(chǎn)應(yīng)用中這20%的預(yù)留備用輸入輸出端口有可能閑置或數(shù)量不夠。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將很方便地在現(xiàn)場(chǎng)增減系統(tǒng)功能，而不受PLC備用輸入輸出端口的限制。具有極大的制造靈活性：現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可準(zhǔn)確無(wú)誤、快速可靠地診斷數(shù)據(jù)，同時(shí)可靠地傳輸數(shù)據(jù)，帶給系統(tǒng)極大的靈活性。傳輸距離遠(yuǎn)：PROFIBUS具有五種有效的傳輸技術(shù)，并且可以混合使用，構(gòu)成靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。目前，國(guó)內(nèi)各行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈。企業(yè)逐步認(rèn)識(shí)到只有不斷引人新技術(shù)才能使企業(yè)得到持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展。企業(yè)有追求新技術(shù)、改造現(xiàn)有系統(tǒng)的需求?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是未來(lái)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展主流，基于Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)以其明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在分布式控制系統(tǒng)市場(chǎng)中將逐步替代\o"PLC專題"PLC產(chǎn)品?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)以其標(biāo)準(zhǔn)化、開(kāi)放性使參與其中的企業(yè)收益。Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在國(guó)外的整條啤酒生產(chǎn)