基于Profibus-DP的闸门控制系统
日期：2007-3-22 18:26:09 来源：本文摘自《PLC&FA》
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现场总线融合了计算机技术、网络通讯技术和自动化技术,使各种检测、控制系统元件或装置直接挂在总线上，可大量降低控制系统的安装成本、维修成本和运行费用。其中Profibus有较广的制造基础和较多的使用经验，它的应用领域包括加工制造、过程和建筑自动化，已成为国际化的开放式现场总线标准。与以前的集散型控制系统(DCS)相比，基于现场总线的控制系统(FCS)具有突出的技术优势。FCS采用双绞线、光缆或无线电方式传送数字信号，从而大量削减现场仪表与控制室之间一对一连接的导线，节省安装费用，提高可靠性和抗干扰能力，增强控制精度。由于采用了统一的国际标准，不同厂家的产品在硬件、软件、通信规程、连接方式等方面互相兼容，使系统具有开放性，这对用户的操作、维修、扩展都是十分有利的。由于现场设备本身可完成自动控制的基本功能，导致现场总线已构成一种新的全分布式控制系统的体系结构。从根本上改变了现有DCS集中与分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了可靠性。
旋转编码器位置测量精度高、使用简单，在检测及控制转速、转角等方面得到了广泛的应用。绝对位置旋转编码器可直接测量参数的绝对值，抗干扰能力强;在系统掉电及再上电后，绝对位置旋转编码器仍可保持输出位置量不变。
闸门由两台电机驱动卷扬机拖动;监控系统应具有现场/远方可切换控制模式;通过改变电机转子回路中的串接电阻可使闸门以三种速度升降;闸门提升离开底坎200mm时，电机停，等到闸门前后的水位平衡后，电机再重新启动提升闸门至希望位置。在闸门升降过程中，监控系统要随时检测闸门的位置，并应有较高的检测和控制精度;同时，闸门监控系统要监视负载电流;在电机或闸门启闭机械过载时，应有相应的报警输出，并在现场和远方两种方式下都能实现相应的监控。
2.2 电气原理设计
根据闸门的控制要求，系统主回路和部分控制回路设计如图1所示。
项目选用了西门子公司的S7-300PLC控制器，CPU用CPU315-2DP，配置一个通信处理器CP342-5作为Profibus-DP系统的主站;旋转编码器选用德国ifm公司的绝对位置型旋转编码器RM3005，不仅具有普通多转编码其性能，而且保持相同的最大分辨率(8192脉冲/转，4096转)，增添了Profibus-DP网络的特性，作为现场总线控制系统的从站可省去闸门监控系统常规设计中的多个输入/输出接口,如:闸门上升和下降检测，闸门的上下限检测,闸门到位检测等。选用触摸屏TP170A作为现场操作站，方便显示工艺参数、系统状态。其控制网络拓扑结构如图2所示。
通信处理器CP342-5设置为“DP Master”主站工作模式，RM3005为从站，CP342-5通过Profibus-DP1与旋转编码器RM3005进行通讯。另外，远程控制站通过Profibus-DP2与集成在CPU315-2DP上的DP接口建立通讯，远程监控闸门控制系统的运行。
1 引言
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现场总线融合了计算机技术、网络通讯技术和自动化技术,使各种检测、控制系统元件或装置直接挂在总线上，可大量降低控制系统的安装成本、维修成本和运行费用。其中Profibus有较广的制造基础和较多的使用经验，它的应用领域包括加工制造、过程和建筑自动化，已成为国际化的开放式现场总线标准。与以前的集散型控制系统(DCS)相比，基于现场总线的控制系统(FCS)具有突出的技术优势。FCS采用双绞线、光缆或无线电方式传送数字信号，从而大量削减现场仪表与控制室之间一对一连接的导线，节省安装费用，提高可靠性和抗干扰能力，增强控制精度。由于采用了统一的国际标准，不同厂家的产品在硬件、软件、通信规程、连接方式等方面互相兼容，使系统具有开放性，这对用户的操作、维修、扩展都是十分有利的。由于现场设备本身可完成自动控制的基本功能，导致现场总线已构成一种新的全分布式控制系统的体系结构。从根本上改变了现有DCS集中与分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了可靠性。
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旋转编码器位置测量精度高、使用简单，在检测及控制转速、转角等方面得到了广泛的应用。绝对位置旋转编码器可直接测量参数的绝对值，抗干扰能力强;在系统掉电及再上电后，绝对位置旋转编码器仍可保持输出位置量不变。
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2 系统控制方案与网络拓扑结构WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
2.1 闸门系统过程参数及对监控的要求
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闸门由两台电机驱动卷扬机拖动;监控系统应具有现场/远方可切换控制模式;通过改变电机转子回路中的串接电阻可使闸门以三种速度升降;闸门提升离开底坎200mm时，电机停，等到闸门前后的水位平衡后，电机再重新启动提升闸门至希望位置。在闸门升降过程中，监控系统要随时检测闸门的位置，并应有较高的检测和控制精度;同时，闸门监控系统要监视负载电流;在电机或闸门启闭机械过载时，应有相应的报警输出，并在现场和远方两种方式下都能实现相应的监控。
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2.2 电气原理设计
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根据闸门的控制要求，系统主回路和部分控制回路设计如图1所示。
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图1 闸门系统主回路、部分控制回路
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项目选用了西门子公司的S7-300PLC控制器，CPU用CPU315-2DP，配置一个通信处理器CP342-5作为Profibus-DP系统的主站;旋转编码器选用德国ifm公司的绝对位置型旋转编码器RM3005，不仅具有普通多转编码其性能，而且保持相同的最大分辨率(8192脉冲/转，4096转)，增添了Profibus-DP网络的特性，作为现场总线控制系统的从站可省去闸门监控系统常规设计中的多个输入/输出接口,如:闸门上升和下降检测，闸门的上下限检测,闸门到位检测等。选用触摸屏TP170A作为现场操作站，方便显示工艺参数、系统状态。其控制网络拓扑结构如图2所示。
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图2 控制系统的总线拓扑结构
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通信处理器CP342-5设置为“DP Master”主站工作模式，RM3005为从站，CP342-5通过Profibus-DP1与旋转编码器RM3005进行通讯。另外，远程控制站通过Profibus-DP2与集成在CPU315-2DP上的DP接口建立通讯，远程监控闸门控制系统的运行。
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3 PLC与旋转编码器之间通信的实现WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
德国ifm公司的旋转编码器RM3005相对Siemens公司的PLC来说是属于第三方产品，但是由于它支持Profibus-DP协议，携带设备数据库文件GSD，因此它们中间通信的实现就非常容易，只需要在Siemens公司STEP7的硬件状态环境中把旋转编码器RM3005携带的设备数据库文件GSD导入进STEP7后，进行一些简单的组态工作，就可以象使用Siemens公司自己的支持协议的旋转编码器那样使用旋转编码器RM3005了，不需要为了实现Profibus-DP协议而进行任何的编程工作。
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