基于Profibus現(xiàn)場總線的煤礦井下膠帶臨控系統(tǒng)

　　Profibus-DP并未采用ISO/OSI的應用層，而是自行設(shè)置一用戶層。該層定義了DP的功能、規(guī)范與擴展要求等。

　　綜上所述可知，Profibus-DP的實時性遠高于其它局域網(wǎng)，因而特別適用于工業(yè)現(xiàn)場。

　　二、井下膠帶監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

　　Profibus-DP被應用于皖北礦務局祁東煤礦井下膠帶監(jiān)控系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)如圖3所示，整個系統(tǒng)由上位機、Profibus-DP主站、Profibus-DP從站及其現(xiàn)場設(shè)備組成。Profibus-DP總線將所有設(shè)備連接起來。其中，Profibus-DP主站、Profibus-DP從站均采用SIMATIC S7-300的模塊系列，主站為CPU315-2DP系列模塊，從站為相應I/O模塊。

　　1．分布式I/O系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用ET200通訊模塊與Profibus-DP相連接，ET200充分利用了SIMATIC S7-300的模塊系列，將所有的S7-300 I/O模塊通過接口模板IM153與現(xiàn)場總線相連。I/O模塊下的執(zhí)行器和傳感器連接到現(xiàn)場設(shè)備，I/O模塊按主/從模式向現(xiàn)場設(shè)備提供輸出數(shù)據(jù)并向CPU或上位機饋送輸入數(shù)據(jù)。I/O模塊屬于DP從站。

　　2．CPU 作為DP類型1主站，CPU位于控制中心，本系統(tǒng)采用CPU315-2DP模塊化中型PLC，它具有強大的處理能力，并集成了Profibus-DP現(xiàn)場總線接口裝置，同時還具有0.3ms處理1024個語句的速度。PLC程序在上位機的編程工具STEP7中編譯完成后下載到CPU315，并存儲在CPU315中。CPU315可自動運行該程序，根據(jù)程序內(nèi)容讀取總線上的所有I/O模塊的狀態(tài)字，控制硬件設(shè)備。

　　3．上位機 是DP類型2主站。本系統(tǒng)采用研華工控機作為上位機，通過現(xiàn)場總線接口卡CP5611使工控機與現(xiàn)場總線相連。這樣工業(yè)PC機與現(xiàn)場總線網(wǎng)段就連接為能完成組態(tài)、運行、操作等功能的完整的控制網(wǎng)絡系統(tǒng)。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)運用了雙機冗余，將另一臺工控機通過同樣的現(xiàn)場總線接口卡CP5611與現(xiàn)場總線相連，若其中一臺工控機發(fā)生故障，另一臺可繼續(xù)運行。

　　三、井下膠帶監(jiān)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

　　軟件結(jié)構(gòu)部分包括Windows NT 操作系統(tǒng)、下位機編程軟件、上位機監(jiān)控軟件。

　?。ㄒ唬┫挛粰C編程軟件

　　本系統(tǒng)采用SIMATIC S7-300的配套編程工具STEP7完成硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、PLC程序編制、測試、調(diào)試和文檔處理。通常，用戶程序由組織塊（OB）、功能塊（FB、FC）和數(shù)據(jù)塊（DB）構(gòu)成。其中，OB是系統(tǒng)操作程序與應用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運行。FB、FC是用戶子程序。DB是用戶定義的用于存取數(shù)據(jù)的存儲區(qū)，本系統(tǒng)中它是上位機監(jiān)控軟件與STEP7程序的數(shù)據(jù)接口點。在MPI中配置與其相對應的DB塊就可實現(xiàn)上位機監(jiān)控軟件FIX與STEP7程序的數(shù)據(jù)接口。

　　（二）上位機監(jiān)控軟件

　　FIX工控組態(tài)軟件是由美國 Intellution公司開發(fā)的基于 Windows9XNT的大型應用軟件，它集控制技術(shù)、人機界面技術(shù)、圖形技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)于一身，包含動態(tài)顯示、報警、趨勢、控制策略、控制網(wǎng)絡通信等組件，提供一個友好的用戶界面，使用戶可根據(jù)實際生產(chǎn)需要生成相應的應用軟件。

　　1．與Profibus現(xiàn)場總線的接口

　　（1）數(shù)據(jù)流程 FIX運用I/O驅(qū)動程序從設(shè)備中讀寫數(shù)據(jù)，每個I/O驅(qū)動程序支持其特定硬件。對于本系統(tǒng)的PROFIBUS網(wǎng)絡，采用MPI驅(qū)動程序獲取其上數(shù)據(jù)。FIX組態(tài)軟件首先通過MPI驅(qū)動程序軟件接口從現(xiàn)場的過程硬件中獲取數(shù)據(jù)，存入DIT驅(qū)動程序映象表中（驅(qū)動程序映象表在系統(tǒng)運行時實際上是一塊內(nèi)存區(qū)），F(xiàn)IX的內(nèi)部數(shù)據(jù)庫（PDB）通過 SAC程序從DIT表中獲取它所需的數(shù)據(jù)，應用軟件（如FIX的畫面運行程序、報表生成程序等）都通過內(nèi)部數(shù)據(jù)庫訪問軟件從FIX內(nèi)部數(shù)據(jù)庫中獲取來自過程硬件的信息，這樣就可以實現(xiàn)在工業(yè)流程畫面上動態(tài)地顯示現(xiàn)場各過程硬件的運行狀態(tài)，數(shù)據(jù)也可以按相反的順序?qū)懟噩F(xiàn)場過程硬件，執(zhí)行控制操作。相應的數(shù)據(jù)采集流程如圖4所示。

　?。?）MPI配置 MPI驅(qū)動程序的應用中很重要的問題是STEP7和FIX的地址轉(zhuǎn)換問題，在STEP7中設(shè)置的DB塊應轉(zhuǎn)換為MPI的DB塊，這需要在MPI配置中實現(xiàn)。對MPI進行配置包括通道、設(shè)備、起始地址及其它一些參數(shù)，令MPI的DB塊與STEP7中設(shè)置的DB塊相對應，F(xiàn)IX的應用程序才能獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

　　2．用戶界面開發(fā)

　　本控制系統(tǒng)開發(fā)的人機接口界面有以下幾種：

　?。?）信息顯示畫面

　　信息顯示畫面主要顯示各膠帶當前運行狀態(tài)信息值，如當前膠帶帶速、儲煤倉的倉位以及一些故障信息，如膠帶跑偏、堵塞、打滑等，并可用不同的顏色來表示當前狀態(tài)為正常還是異常。

　　（2）設(shè)備控制畫面

　　盡管下位機程序能實現(xiàn)在現(xiàn)場總線上的數(shù)據(jù)采集和控制信號的輸出，并實現(xiàn)PID控制等一些簡單的控制算法，但復雜的控制功能仍需要在上位機上實現(xiàn)人工控制，在畫面中點擊相應設(shè)備按鈕就可對該設(shè)備進行單獨控制。

　　（3）實時報警處理

　　對系統(tǒng)實時采集的數(shù)據(jù)進行判斷，發(fā)出報警信號，并按技術(shù)要求進行處理并自動進行相應的設(shè)備控制，如對膠帶故障信號的解鎖及其恢復等。

　?。?）報表打印

　　利用FIX的DDE功能開發(fā)出實時報表并具有隨時打印功能。

　?。?）實時數(shù)據(jù)曲線顯示

　　監(jiān)視設(shè)備重要參數(shù)的變化趨勢曲線，從而可以了解設(shè)備在一段時間的運行狀況。

　　（6）歷史趨勢畫面

　　功能與實時數(shù)據(jù)曲線類似，只是它顯示的是過去一段時間設(shè)備的運行參數(shù)值。

　　皖北礦務局祁東煤礦井下膠帶監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)已投入運行，設(shè)備運轉(zhuǎn)情況良好，經(jīng)濟效益顯著，深受用戶好評。