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西門子S7-400HPLC在PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用

文中用西門子S7-400HPLC完成聯(lián)鎖功能，構(gòu)成PROFIBUS-DP/MPI分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這樣整個聯(lián)鎖系統(tǒng)安全可靠。通過介紹DP/MPI網(wǎng)的概念和實(shí)現(xiàn)，結(jié)合唐山鋼鐵公司焦化站聯(lián)鎖實(shí)例，著重闡明用PLC實(shí)現(xiàn)DP/MPI網(wǎng)絡(luò)，以解決該聯(lián)鎖系統(tǒng)中分布式輸入輸出等。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試、安裝，整個網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行良好，安全可靠地實(shí)現(xiàn)和完成車站信號聯(lián)鎖系統(tǒng)的聯(lián)鎖功能，應(yīng)用前景很好。

引言

車站聯(lián)鎖系統(tǒng)是鐵路信號系統(tǒng)中的一個重要組成部分，它的主要任務(wù)是控制車站中的信號機(jī)和道岔，并且對信號燈狀態(tài)進(jìn)行處理和對進(jìn)路進(jìn)行選擇等。隨著鐵路信號系統(tǒng)的信息化發(fā)展，微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)必然取代舊式的電氣聯(lián)鎖系統(tǒng)。

就國內(nèi)外現(xiàn)狀來看，大多采用上、下位機(jī)的辦法來實(shí)現(xiàn)對車站信號的控制；有些微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中，下位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、命令發(fā)送、數(shù)據(jù)輸出等，而把主要的聯(lián)鎖功能置于上位機(jī)，這樣一來，上位機(jī)負(fù)擔(dān)太重，一旦上位機(jī)產(chǎn)生故障，不能保證系統(tǒng)的安全性、可靠性。如果能夠?qū)⒙?lián)鎖功能塊置于下位機(jī)，而且下位機(jī)安全性、可靠性比較高，那么整個系統(tǒng)

的安全性、可靠性就能夠得到有效保證。

在以前的微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中，用工業(yè)控制機(jī)作為下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖功能，但不能保證系統(tǒng)冗余，這樣就不能保證整個系統(tǒng)的安全性、可靠性。因此，就要不斷更新和研究，尋求更完善的、更可靠的硬件、軟件環(huán)境，以提高系統(tǒng)性能和安全系數(shù)。用西門子PLC完成聯(lián)鎖功能，構(gòu)成PROFIBUS-DP/MPI分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這樣整個聯(lián)鎖系統(tǒng)安全可靠。

PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)是隨全數(shù)字信號系統(tǒng)的發(fā)展而產(chǎn)生的，是由德國組織開發(fā)的工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)——PROFIBUS現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)(DIN19254)。

PROFIBUS是近年來上為流行的現(xiàn)場總線，也是目前數(shù)據(jù)傳輸率快的一種現(xiàn)場總線(傳輸率可達(dá)12M波特)，因此在很多領(lǐng)域內(nèi)廣泛應(yīng)用。它是不依賴于生產(chǎn)廠家的、開放式的現(xiàn)場總線，各種各樣的自動化設(shè)備均可通過同樣的接換信息。

PROFIBUS-DP(DistributedI/OS-分布系統(tǒng))是一種經(jīng)過優(yōu)化的模塊，有比較高的數(shù)據(jù)傳輸率，適用于系統(tǒng)和外部設(shè)備之間的通信，遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)尤為適合。它允許高速度周期性的小批量數(shù)據(jù)通信，適用于對時間要求比較高的自動化場合。

筆者將以S7-400HPLC為例，結(jié)合其在鐵路信號中的應(yīng)用，探討實(shí)現(xiàn)PROFIBUS-DP/MPI網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)原理和方法。

PROFIBUS-DP/MPI網(wǎng)的性質(zhì)和特點(diǎn)

PROFIBUS-DP適用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化現(xiàn)場設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報警處理等。

DP網(wǎng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)

PROFIBUS定義了各種數(shù)據(jù)設(shè)備連接的串行現(xiàn)場總線的技術(shù)和功能特性，這些數(shù)據(jù)設(shè)備可以從底層(如傳感器、執(zhí)行器層)到中間層(如車間層)廣泛分布。

PROFIBUS連接的系統(tǒng)由主站和從站組成。主站一般要復(fù)雜些；從站為簡單的外圍設(shè)備，典型的從站為傳感器、執(zhí)行器及變送器，它們沒有總線控制權(quán)，僅對接收到的信息給予回答，或者主站發(fā)出請求時回送給主站相應(yīng)信息。因此，從站只需要協(xié)議的一小部分，實(shí)現(xiàn)起來非常方便。

PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498標(biāo)準(zhǔn)，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(Open System Interconnection，OSI)作為參考模型，該模型共有7層，PROFIBUS-DP定義了其中的、二層和用戶接口。第3到7層未加描述。

圖1為ISO/OSI參考模型與PROFIBUS體系結(jié)構(gòu)比較。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，并詳細(xì)說明了各種不同PROFIBUS-DP設(shè)備的設(shè)備行為。物理層采用EIARS-485雙絞線或光纖，連接器采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)的9針D型插座。數(shù)據(jù)鏈路層提供了介質(zhì)存取控制功能、數(shù)據(jù)的完整性檢查以及傳輸執(zhí)行的協(xié)議，在PROFIBUS中稱第2層為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路(FDL)(包括介質(zhì)訪問存取控制(MAC)子層、現(xiàn)場總線鏈路控制(FLC)子層、現(xiàn)場總線管理(FMA1/2)子層)，采用混合介質(zhì)存取協(xié)議，對應(yīng)于DIN(E)19245，支持單主或多主系統(tǒng)，主或從設(shè)備，大站數(shù)為126。它包括主站之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧钆骗h(huán)方式和從站之間的主-從方式。PROFIBUS第7層包括底層接口(LLI)、現(xiàn)場總線信息規(guī)范(FMS)和現(xiàn)場總線管理(FMA7)。

圖1　ISO/OSI參考模型與PROFIBUS體系結(jié)構(gòu)比較

圖2為PROFIBUS-DP數(shù)據(jù)傳輸示意圖，即主站發(fā)送請求，訪問DP從站，其中包括幀格式；從站收到請求信息后，立即響應(yīng)主站，并回送響應(yīng)幀。

圖2　PROFIBUS-DP用戶數(shù)據(jù)傳輸

S7-1200和S7-1500指令的比較

下圖是博途的STEP7 V12幫助中的指令概覽?？梢钥闯?，S7-1200和S7-1500的指令是兼容的，S7-1200的指令是S7-1500的指令的子集?？梢哉J(rèn)為S7-1200是精簡版的S7-1500。如果暫時沒有條件使用S7-1500，可以先使用S7-1200，為今后使用S7-1500打下基礎(chǔ)。

1．可用的編程語言

S7-1500和S7-1200都能使用梯形圖（LAD）、功能塊圖（FBD）和結(jié)構(gòu)化控制語言（SCL）語言。為了和S7-300/400兼容，S7-1500還可以使用STL語言。

2．指令的比較

1）S7-1500的基本指令比S7-1200多9條指令。

2）擴(kuò)展指令中只有S7-1500有PROFIenergy（使用 PROFINET 進(jìn)行能源管理）指令。此外S7-1500比S7-1200多11條指令。

3）“技術(shù)"類指令S7-1500比S7-1200多5條高速計數(shù)器指令。

4）“通信"類指令S7-1200比S7-1500多3條發(fā)送電子郵件的指令。

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直流母線進(jìn)電適配器

直流母線進(jìn)線適配器，用于寬度50至100 mm的模塊

直流母線進(jìn)線適配器，用于寬度150至300 mm的模塊如果沒有使用電機(jī)模塊內(nèi)部的直流母線母排，就必須通過一個直流母線進(jìn)線適配器從外部提供直流母線電壓，例如書本型模塊和裝機(jī)裝柜型模塊需要通過一個外部直流母排耦合相連。直流母線進(jìn)線適配器安裝在電機(jī)模塊的直流母線母排上。直流母線電纜從上方走線。

直流母線適配器

直流母線適配器（多排結(jié)構(gòu)），適用于所有寬度的模塊針對電機(jī)模塊的多排結(jié)構(gòu)，提供了連接兩組驅(qū)動的直流母線的適配器。直流母線適配器安裝在電機(jī)模塊的直流母線母排的側(cè)面。安裝可在電機(jī)模塊的右側(cè)或左側(cè)進(jìn)行。直流母線適配器上的極性標(biāo)記（DCN和DCP）與所選安裝側(cè)相匹配。直流母線電纜從后方走線。直流母線適配器（多排結(jié)構(gòu)）無法與用于寬度 ≤ 100 mm的電機(jī)模塊的增強(qiáng)型直流母線母排一同使用。直流母線適配器2件一套進(jìn)行供貨。

由于助燃空氣用量較大.當(dāng)環(huán)境溫差較大時對溫度控制將產(chǎn)生非常明顯的影響.為此我們利用余熱從碹頂引來熱空氣.自動控制冷、熱空氣進(jìn)入助燃風(fēng)機(jī)的閥門開度.使得助燃風(fēng)溫度穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。為窯爐溫度控制創(chuàng)造了一定有利的條件。對于上述任何控制回路.根據(jù)需要可以隨時實(shí)現(xiàn)定值控制，增加了控制系統(tǒng)的靈活性。

熔化池壓力控制系統(tǒng)爐壓控制系統(tǒng)一般由測壓裝置、控制器和調(diào)壓機(jī)構(gòu)組成。測壓裝置通常由窯爐后部兩側(cè)的胸墻上插入爐內(nèi)取壓.兩個壓力管道連接后從中間部位引一管到差壓變送器高壓側(cè).同樣在爐內(nèi)取壓管附近取一窯爐外部氣壓信號送至變送器低壓側(cè)，得到的信號傳送給PID控制器.PID輸出去調(diào)節(jié)煙道上的調(diào)節(jié)閥的開度.利用簡單的負(fù)反饋回路把窯爐的壓力穩(wěn)定控制在規(guī)定的范同內(nèi)。