基于PROFIBUS總線的渦輪增壓器生產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計

　　1 引言

　　現(xiàn)場總線是信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展在控制領(lǐng)域的體現(xiàn)，是自動化技術(shù)發(fā)展的熱點之一。因其具有數(shù)字化、開放性、分散性以及對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性等特點而獲得了非常廣泛的應(yīng)用。目前，已逐漸成熟并對工業(yè)自動化進程形成影響的主要有PROFIBUS，HART，LONWORKS，F(xiàn)F等等。其中PROFIBUS總線是最為流行的現(xiàn)場總線技術(shù)之一，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)、電力、能源、交通等自動化領(lǐng)域。PROFIBUS是德國于90年代初制訂的國家工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標準,代號DIN19245。它是一種國際化的開放式現(xiàn)場總線標準,即EN50170歐洲現(xiàn)場總線標準。該標準為供應(yīng)商和用戶的投資提供了最佳的保護并確保供應(yīng)商的獨立自主性。PROFIBUS具體規(guī)定了串行現(xiàn)場總線的技術(shù)和功能特性,它可使分散式數(shù)字化控制器從現(xiàn)場底層到車間及網(wǎng)絡(luò)化。PROFIBUS分為主設(shè)備(主站)和從設(shè)備(從站)。主站決定總線上的數(shù)據(jù)通信。當(dāng)主站得到總線控制權(quán)時,不用外界請求就可以主動發(fā)送信息。從站為外圍設(shè)備,典型的從站包括:輸入/輸出裝置、閥門、驅(qū)動器和測量變送器。它們沒有總線控制權(quán),僅對接收到的信息給予確認或當(dāng)主站發(fā)出請求時向它發(fā)送信息。

　　2 方案分析

　　渦輪增壓器實際上是一種空氣壓縮機，通過廢氣壓縮進入空氣來增加進氣量。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速增快，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應(yīng)增加燃料量和調(diào)整一下發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，就可以增加發(fā)動機的輸出功率。由于渦輪增壓器安裝在發(fā)動機的進排氣歧管上，處在高溫，高壓和高速運轉(zhuǎn)的工作狀況下，其工作環(huán)境非常惡劣，工作要求又比較苛刻，因此對增壓器的裝配技術(shù)要求很高。其中對壓氣端間隙、渦端間隙、軸向間隙、整體動平衡、整機檢漏和放氣閥開啟壓力和位移幾個參數(shù)的誤差要求控制在十幾個甚至幾個絲之內(nèi)。如用傳統(tǒng)的電氣儀表難以達到精度要求，同時抗干擾能力差;而且讓工人手工記錄并判斷是否在誤差范圍之內(nèi)，將大大降低工作效率。這正給Profibus現(xiàn)場總線提供了用武之地。Profibus 將底層檢測設(shè)備組成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)多點數(shù)字通信，同時和上位機組成網(wǎng)絡(luò)，為上位機提供數(shù)據(jù)支持;上位機將誤差范圍作為各個工位的工藝參數(shù)下載到各個工位，同時將數(shù)據(jù)放入指定的數(shù)據(jù)庫中，供各種查詢和技術(shù)分析之用。下面是某增壓器廠的裝配線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

　　3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　根據(jù)現(xiàn)場情況,我們采用西門子公司S7-400型承擔(dān)信號采集工作,又根據(jù)現(xiàn)場將要采集的信號位置分散的特點,采用了西門子公司Profibus現(xiàn)場總線中的遠程I/O即DP技術(shù)。各傳感器信號就近接入Profibus子站,這樣可以最大限度的減少現(xiàn)場接線工作,并且因為走線距離短,可以減少信號衰減和各種干擾對信號的影響。

　　系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)采用Profibus網(wǎng)絡(luò), Profibus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)共有三種協(xié)議方式,分別為FMS,DP和PA。我們本次應(yīng)用的為DP方式。DP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為主從結(jié)構(gòu),一條DP網(wǎng)可包含一個主站和最多126個從站, 網(wǎng)絡(luò)傳輸距離在不使用中繼器的情況下可達到1000米,傳輸速率從9.6Kbit/S一直到12Mbit/S可選。網(wǎng)絡(luò)傳輸速率達到12Mbit/S 時其傳輸距離最長為100米。

　　3.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)選型

　　考慮到上位機和上位機、上位機和主PLC、主PLC和從PLC進行信息交換，整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由三層組成：

　　管理網(wǎng)絡(luò)(MIS)：采用基于TCP/IP的以太網(wǎng)，上位機和上位機之間的連接。

　　MPI網(wǎng)絡(luò)：采用通訊處理卡將主PLC和上位機相連。

　　DP網(wǎng)絡(luò)：這是最底層的網(wǎng)絡(luò)，將分散的數(shù)據(jù)采集站點連接起來，即主PLC和從PLC、觸摸屏之間的連接。

　　拓撲結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場的服務(wù)器是連接以太網(wǎng)和工控網(wǎng)的橋梁，它通過3COM交換機與以太網(wǎng)連接。

　　圖1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

　　整個監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。