基于profibus的预混料自动配料控制系统的研究与开发

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1、武汉理T人学硕十学位论文在预混料工业起步的前期，国内的工厂的生产设备和工艺多是引进国外的，包括瑞士、意大利等。目前国内很多专业机构在研究预混料生产和配方设计等方面做了大量的研究，并具备了自主设计开发用于预混料生产机电设备的能力。但工艺大多是模仿国外的生产工艺。配料生产控制系统的发展主要经历了人工手动控制、继电器手动控制、单片机控制、工控机板卡控制、FCS控制等几个阶段。在第一阶段中，配料设备庞大，各设备之间互不联系，或联系甚少，由现场的操作人员决定是否要调整控制器。一个操作人员只能监视和操作一个至两个计

2、量秤，并且手工记录配料的相关数据，在很大程度上产品的质量取决于操作员的熟练程度，工作强度很大且可靠性较低。第二阶段的继电器手动控制曾于上世纪60年代非常流行，它在很大程度上降低了工人的劳动强度，但是大量的中间继电器和时间继电器组成的电控系统非常繁杂，可靠性低，而且调试、改装的难度很大，往往一个小的改动就要增加很大的成本。’第三阶段的单片机配料是伴随着大规模集成芯片技术发展起来的。单片机配料系统较之前两种配料系统设计电路复杂程度降低，可靠性大大的提高。而且满足了用户实用性的要求。所以迄今为止，单片机配料系

3、统仍然在一定程度上占据了中小型企业配料生产的主控地位。第四阶段的工控机板卡配料系统较单片机配料系统整体结构简单，人机界面更加美观，交互功能更加强大，设计和调试难度相对降低。但是由于配料生产现场往往距控制室较远，强、弱模拟信号混杂，必须采取较完善的屏蔽抗干扰措施才能保证系统的稳定运行。集中控制对主机及其测控电路要求较高，整个系统的通用性和灵活性较差，成本较高，而且系统整体风险大，一旦计算机出现故障，将造成整个系统瘫痪，影响生产正常进行【24I。基于上述情况提出了基于工控机、可编程控制器、现场总线的FCS控

4、制系统。这不仅大大简化线路结构，便于系统制造与安装维护，显著提高系统的灵活性，同时使配料系统整体故障风险分散，数据管理与过程控制分离，人机接口更加完善，满足了企业管理人员远离控制现场实时监视整个配料系统工作情况的需求，进一步提高了配料系统的可靠性。2武汉理．1：火学硕+学位论文1．3课题目的、意义及来源本课题来源于江苏牧羊集团和武汉科谷自控技术公司联合开发的年产15万吨的预混料工厂项目。本文以预混料生产中的控制系统部分为研究对象，在深入了解配料系统的工艺要求、分析现有控制方式的基础上，提出了新控制系统的

5、整体方案，并对系统的实现进行研究。由于预混料行业的特殊性，所以本课题开发的控制系统必须具有高可靠性、低故障率、故障修复快等特点。其最终目的是利用变频调速技术、计算机控制技术，设计一套高性价比的控制系统，对预混料工厂的生产线进行自动控制M】。1．4研究内容项目研究内容主要包括：(1)基于PROFIBUS现场总线的预混料自动配料控制系统总体方案设计；(2)预混料自动配料控制系统硬件和软件设计：(3)控制系统的大型机电设备的变频调速控制；(4)预混料自动配料的精度控制研究。论文内容主要包括计算机控制系统的硬件

6、选型和电气设计；下位机的软件设计；上位机、终端人机界面的设计。3武汉理工大学硕士学位论文第2章系统总体结构方案设计21现场总线技术现场总线系统是现场仪表和数字控制系统输入端之问的全数字化、双向、多站通信的系统。它将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线．把多个测量控制仪表连接成网络系统，并按公l丌、规范的通信协议．在位于现场的多个微机化测量控制设各之间以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输和信息交换．形成各种适应实际需要

7、的自动控制系统。211现场总线控制系统的特点现场总线系统打破了传统控制系统的结构形式。图2-1为现场总线控制系统与传统控制系统的结构对比。图2-1传统控制系统结构与现场总线控制系统结构在传统模拟控制系统中采用一对一的设各连线，按控制回路分别进行连接，位于现场的测量变送器与位于控制室的控制器之唰，控制器与位于现场的执行器、开关之间均为一对一的物理连接。而现场总线系统可以将它们简单地串行4武汉理工人学硕十学位论文连接在一起，它的全分布特点为系统的大量信息集成提供了基础，全数字特点消除了4-20mA信号传输的

8、瓶颈现象。除此之外，现场总线还具有智能和自治能力，提高了系统的精度和自诊断功能，降低了设计、安装的软硬件费用和系统的维护费用171。2．1．2PROFIBUS-DP的总线协议结构PROFIBUS为多主从结构，可方便地构成集中式、集散式和分布式控制系统。从图2．2可以看出，PROFIBUS．DP使用了第1、2层和用户接口层，第3到7层未使用，这种精简的结构确保高速数据传输。这种为高速传输用户数据而优化的协议特别适用于可编程序控制器与现场级的分