PROFIBUS现场总线在大型液压泵站中的应用

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《机床与液压》:++@=C3=*·DCB·!"#$%&’(现场总线在大型液压泵站中的应用陈四华，陈奎生，罗国超，沈全成（武汉科技大学机械自动化学院，湖北武汉)*++,-）摘要：在简要介绍现场总线技术及现场总线控制系统结构和优点的基础上，着重分析了!"#$%&’(现场总线，并据此阐述了现场总线技术在大型液压泵站中的应用及系统的通信实现。最后使用组态软件./011开发了在线监控程序。实践证明：将现场总线引入泵站控制系统，不仅使安装、调试、维护更加容易，而且提高了系统的可靠性。关键词：!234/567；液压泵站；!81；./011中图分类号：9!:;-<=*->>文献标识码：&>>文章编号：-++-?*,,-（:++@）*?-;*?*!"#$%%&’()*’+,+-./0123451’#&6378’,9):;#?8()&#<=6:)7&’(.7>%’,;5*)*’+,1ABC(/D6E，1ABCF6/7DG0H，8’#I63JDE3，(ABCK6E0JDG0H（.6DE0’0/LG27/MN34(J/G0JGE0O9GJD03P3HN，.6DE0A65G/)*++,-，1D/0E）$?8*:)(*：$/GPO567MGJD03P3HNE0OMDG7M26JM62G344/GPO567J30M23P7N7MGQRG2G/0M23O6JGO，MDGJDE2EJMG2/7M/J34S234/567RE7OG7J2/5GO=9DGESSP/JEM/30344/GPO567/0MDGPE2HG?7JEPGDNO2E6P/JS6QS/0H7MEM/30RE7/0M23O6JGO=9DG30?P/0GQ30/M32/0HS23H2EQRE7OGLGP3SGO5E7GO30./011=!2EJM/JG2G76PM7D3R7MDEMMDGESSP/JEM/3034S234/5674/PGO567QETG7/MQ32GGE7/G2432MDG/07MEPPEM/30，OG56HH/0HE0OQE/0MG0E0JG34MDGJ30M23P7N7MGQ34S6QS/0H7MEM/30，E0O/QS23LG7MDG2GP/E5/P/MN34MDG7N7MGQ=@#=A+:68：!234/567；ANO2E6P/JS6QS/0H7MEM/30；!81；./011!"概述优点：液压系统以其响应快、功率大、性能高及易于远（-）增强了现场级信息集成能力程操作等特点，广泛应用于工业生产领域，尤其在钢现场总线可从现场设备获取大量丰富信息，能够铁冶金行业，其规模与复杂性日益提高。而作为液压更好地满足工厂自动化及1%U(系统的信息集成要系统的“心脏”———泵站的规模与复杂性也在日益求。现场总线是数字化通信网络，它不仅能取代)V提高，且大多数位于地下，环境比较恶劣，给日常维:+QW信号，还可实现设备状态、故障、参数信息传护带来困难。因此，为了提高液压系统运行的可靠性送。系统除完成远程控制，还可完成远程参数化工与安全性，对整个分布式的泵站实施集中在线监控是作。一种有效的手段。（:）开放式、互操作性、互换性、可集成性液压泵站控制系统集监视测量、控制、保护、信不同厂家产品只要使用同一总线标准，就具有互号、管理等于一体。它包括对液压泵、泵站主机运行操作性、互换性，因此设备具有很好的可集成性。系参数的测量、控制、保护，相应的辅助设备、节制阀统为开放式，允许其它厂商将自己专长的控制技术，的控制调度，以及油液油温、液位、污染度等数据的如控制算法、工艺流程、配方等集成到通用系统中收集处理；它能实现室内集中数据显示、分析、处去，因此，市场上将有许多面向行业特点的监控系理，现场分散控制和保护，并能够通过计算机网络将统。泵站运行数据和状态实时地展示在各级管理人员面（*）系统可靠性高、可维护性好前。因此能大大提高泵站的劳动生产率，增强泵站运基于现场总线的自动化监控系统采用总线连接方行的安全可靠性。本文针对液压泵站的特点，提出了式替代一对一的%X#连线，对于大规模%X#系统来一种适合大多数钢铁冶金行业泵站发展要求的现场总说，减少了由接线点造成的不可靠因素。同时，系统线控制系统。具有现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能，#"现场总线技术及其优点可完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化工现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制作，也增强了系统的可维护性。设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被（)）降低了系统及工程成本［-］称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。对大范围、大规模%X#的分布式系统来说，省去或者，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的了大量的电缆、%X#模块及电缆敷设工程费用，降低测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现了系统及工程成本。相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与其常见网络构成框架如图-所示。控制系统。!"#$%&’(是一种用于工厂自动化车间级监控和基于现场总线的自动化监控及信息集成系统主要现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现 ·#"!·《机床与液压》!-->?2@?7现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通济。在泵站监控系统中，传统的网络结构为局域网信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能（包括以太网、令牌网等）一级网络，连接监控计算［!］化提供了可行的解决方案。"#$%&’()产品在世界机、"34等上层监控设备；现场总线连接现场设备构市场上已被普遍接受，市场份额占欧洲首位，年增长成局域网的下层网络。显然，由于现场总线的参与，率!*+。目前支持"#$%&’()标准的产品超过,*--监控系统实现了彻底的分散和分布，并且大量节约了多种，分别来自国际上!*-多个生产厂家。在世界范设备及安装维护费用。围内已安装运行的"#$%&’()设备已超过!--万台。我们采用)&0102))567,*6!8"作为主站，/个泵站的智能仪表、油温和液位等的传感器作为从站，通过"#$%&’()68"总线互连，构成现场控制网络，形成整个泵站的通信体系。通信系统的结构框架如图!所示。在"34网络中，连入了一台"4机，作为工作站，用于完成对/个泵站的油温、液位、各种阀进行集中监控。图,.基于现场总线的自动化监控及信息集成系统!"通信网络的整体框架下面以某钢厂热轧厂为例，来说明液压泵站通信网络的整体框架的构建过程。全厂/个大型泵站设备之间的距离相对较远，整个网络需要连接的现场设备比较多，如果采用原有的控制系统，系统的网络结构复杂，使得泵站控制系统的成本比其他相对集中的工业控制系统要高得多，而网络结构的复杂，使得系统的可靠性大大降低。选择网络方案时，主要考虑以下一些因素：网络构建的简单性和可维护性；尽量少增加新的元件；未图!.泵站通信网络框架图来网络扩展的需求；整个系统直接面向底层控制，需"#$%&’()网的通信协议定义中，要求连入网络要对生产线的工艺数据和生产线运行状况进行实时监的现场装置全部微机化，传输的信号为数字信号，其控，并及时做出处理，因此对网络的通信功能有一定最大传输速率为,!19:;<=。在数据链路层采用令牌控的实时性和可靠性要求；设备为同一公司的产品。综制和主从控制相结合的数据存取控制方式。总线上的合以上一些因素，方案采用)&0102)公司的现场网各控制器作为主站组成逻辑环，通过令牌在主站之间络产品———"#$%&’()网。的浮动实现主站间的通信，而各智能传感器、执行器"#$%&’()控制系统可使分散式数字化控制器从等只能作为从站，当某主站要求时，才同主站按主从［7］现场底层到车间级网络化，系统分为主站和从站。主方式与自己交换信息。8"通信数据交换如图7所站决定总线的数据通信，当主站得到总线控制权示。（令牌）时，没有外界请求也可以主动发信息。从站泵站的现场设备、智能仪表及现场总线构成了现为外围设备，包括泵站的输入输出装置，如阀门、驱场控制层，由于现场设备的智能化，能够将原84)动器和测量变送器等，它们没有总线控制权，对收到系统中处于控制室的控制模块、各输入输出设备置入的信息予以确认或当主站发出请求时向它发送信息。现场设备，加上现场设备的控制系统能够不依赖于控从站只需用总线协议的一小部分，实施起来非常经制室的计算机或控表，直接在现场完成，实现了彻底 《机床与液压》5??B/)H/!·#"!·的分散。通信控制器将来自现场一线的信息送往操作加$789&:;%驱动程序，在其标签项下分别建立对应站，并将操作站的命令发给现场，从而完成现场总线的变量，其地址与$3-的#:、&<8、(区等对应。网段与厂站控制层之间的信息交换控制，实现厂站控（5）人机接口（1(&）软件设计制，而站级再通过局域网和服务器完成与上一级管理人机接口主要用组态软件*+,--./0进行开发。层的通信。网络的连接电缆采用双绞屏蔽线。网络的包括操作监控主画面、泵站监控画面、历史数据保末端要加终端电阻。存、读盘和打印等几个功能模块。液压泵站运行过程中的状态参数通过设备总线传到监视站。工程技术人员可以通过工程师站对系统运行环境、参数进行设定、修改和维护。本监控系统还可以通过扩展，将运行信息保存和发送到厂信息中心，供厂级监视诊断中心和远程监视诊断中心使用。#"结束语上述系统在某钢厂大型液压泵站上投入应用后，图!"#$通信数据交换图将原来单一分散的液压泵站系统实现联网集中监控，!"监控系统的软件设计自动化程度、管理质量和可靠性大大提高，故障诊断在监控软件的设计中，我们选用%&’(’)%公司和处理直观，便于维护和使用，减轻了工人的劳动强的*+,--./0作为主要开发工具。在用于监视和控制度，提高了劳动生产率，取得了良好的经济效果。的1(&（人机接口）产品中，*+,--具有控制自动参考文献化过程的强大功能，它提供成熟可靠的操作和高效的【0】阳宪惠/现场总线技术及其应用［(］/北京：清华组态性能。其预设置的各种软件模块可以非常容易地大学出版社，0===/实现和完成监控层的各项功能，并能很好地与%&’2【5】黄俊/$789&:;%现场总线技术及其应用［>］/制造(’)%系列的$3-无缝连接。用其作为开发工具，具业自动化，5??!，5.（5）：40@44/有开发周期短、灵活等优点。【!】张卫东，屠强/$3-网络及监控系统的应用［>］/电（0）上位机与$3-系统的通信设置气传动，5???（4）：.A@B?/上位机配置西门子通信卡-$.40565；并安装组作者简介：陈四华（0=A0—），湖北武汉人，硕士，态软件*+,--./0，用于开发用户程序，建立人机接主要从事机@电@液一体化系统设计与仿真、智能控制研口。监控软件要获得现场的数据和对现场发出指令，究。电话：?5C@AB.!BC.?，’@DE+F：GHIJKGE,LMHGN/KHD。首先要进行通信组态。在*+,--的变量管理器中添收稿时间：5??4@05@50’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’（上接第0C5页）的数学模型、设计过程简单、意义清晰、鲁棒性好等神经网络前馈控制的控制结果做了分析和比较。如图优点。仿真实验验证了该控制策略的有效性，为开发!OB所示，其中点线代表给定信号，虚线代表误差高精度、高性能交流伺服系统提供了一些借鉴。信息，实线代表响应曲线。由仿真结果可知，7:9参考文献神经网络前馈比传统微分前馈的控制效果有明显提【0】胡佑德/伺服系统原理与设计［(］/北京：北京理高。工大学出版社，0===/【5】陈晨风，蒋静坪/基于不变性原理的伺服系统的神经网络实现方法［>］/控制理论及应用，0==B，0A（4）/【!】PEQER+E,,+M)/:/，7E,SHFIG@T+IM(/(//8,UGJKH,2MUQNKU+H,E,SUQE+,+,VHWQJWHQDNFEUJSQES+EFXEM+MWN,KU+H,,JNQEF,JUYHQZM［>］/)JNQEF)JUYHQZM，&’’’[QE,MEK2图."传统前馈控制三角图B"7:9网络前馈控制三U+H,MH,，5??!，04（4）：A!.@A4B/""波信号响应曲线""角波信号响应曲线作者简介：王瑞明（0=B=—），男，山西太原人，在!"结束语读博士研究生，主要从事智能控制、交流伺服系统、机电本文提出的控制策略将7:9神经网络前馈控制自动化等方面的研究工作。电话：0!C.C00A5C=，?.C0@和$&控制的优点结合起来，构造了一种复合控制器，AC==50B5。’@DE+F：YE,VQN+D+,VL]N/JSN/K,。有效地实现了对不确定对象的控制，具有不需要系统收稿时间：5??4@00@5= PROFIBUS现场总线在大型液压泵站中的应用作者：陈四华，陈奎生，罗国超，沈全成，CHENSihua，CHENKuisheng，LUOGuochao，SHENQuancheng作者单位：武汉科技大学机械自动化学院,湖北武汉,430081刊名：机床与液压英文刊名：MACHINETOOL&HYDRAULICS年，卷(期)：2006，(3)被引用次数：0次参考文献(3条)1.阳宪惠现场总线技术及其应用19992.黄俊PROFIBUS现场总线技术及其应用[期刊论文]-制造业自动化2003(02)3.张卫东.屠强PLC网络及监控系统的应用[期刊论文]-电气传动2000(04)相似文献(1条)1.学位论文高勇基于PROFIBUS-DP技术的恒温智能从站设计2008由于采用现场总线技术将使控制系统结构简单，系统安装费用减少并且易于维护，用户可以自由选择不同厂商、不同品牌的现场设备实现系统集成的最优化等一系列优点，现场总线技术已经成为自动化技术发展的热点。PROFIBUS现场总线已经成为开放的国际标准，并在全世界得到了广泛应用。PROFIBUS-DP是PROFIBUS现场总线的一种，是经过优化的、高速廉价的通信连接，用于自动控制系统和现场级分散的I/O之间进行通信。设计来源于秦皇岛港务局翻车机控制系统改造项目，该生产线在电气化改造过程中提出了在现有总线上加一个液压泵站液压油恒温控制从站的要求，采用恒温控制从站后将优化液压泵站的工作性能。在本设计中介绍了基于PROFIBUS-DP的FCS构成，提出了智能DP从站的实现方案，对使用SPC3实现DP从站做了剖析。并举例开发了一个依靠AT89C52处理器和SPC3协议芯片构成的智能DP恒温从站，完成了从站的硬件选型和电路设计，以及从站软件算法分析和程序实现。本课题从一个应用实例来阐述如何通过PROFIBUS-DP现场总线将一个独立的系统接入一个控制网络，进而连入Intranet这一目的。希望能够为国内以后的实际开发提供一个借鉴。本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jcyyy200603063.aspx授权使用：中国石油天然气股份有限公司锦州石化分公司(zgsytrqjzsh)，授权号：dd120ab4-8a06-4092-b7f7-9e8900cff46b下载时间：2011年2月13日