基于PROFIBUS現場總線技術的鈷-60集裝箱檢查控制系統(tǒng)

作為當前自動化領域最熱門的技術之一，現場總線仍處在不斷的發(fā)展中，現在已經出現了許多種現場總線標準，如PROFIBUS、LonWorks、CAN、HART等。由不同行業(yè)發(fā)展起來的現場總線產品技術水平各不一樣，應用范圍和前景也各不相同，現在仍沒有國際統(tǒng)一的現場總線標準。因此，在采用該技術進行實際的控制系統(tǒng)設計時，必須綜合考慮各方面的因素，使所選擇的產品滿足系統(tǒng)的實際需要，并符合技術發(fā)展的主流。

鈷－60集裝箱檢查系統(tǒng)是一種利用數字輻射成像原理的大型射線無損檢測設備，為了保證環(huán)境的輻射安全和系統(tǒng)穩(wěn)定運行，對控制系統(tǒng)的安全性和可靠性要求非常高。綜合比較世界上幾種較為流行的現場總線，選用了德國西門子公司基于PROFIBUS總線的S7系列PLC產品，建立起功能完備、技術先進的集裝箱檢查控制系統(tǒng)。

一、PROFIBUS概述

PROFIBUS作為符合歐洲標準EN50170的現場總線系統(tǒng)，是一種國際性的開放式的現場總線標準，由西門子、ABB等十幾家公司和德國技術部共同推出，是目前國際上推廣速度最快、用戶最多、應用范圍最廣、最有發(fā)展前景的現場總線.PROFIBUS總線對ISO/OSI模型的七層通信體系結構進行了優(yōu)化，只有物理層、數據鏈路層和應用層，這種流體型結構確保了數據傳輸的快速性和有效性。PROFIBUS總線包括PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA三個兼容版本。其中DP協(xié)議主要用于分布式控制系統(tǒng)的高速數據傳輸，最高傳輸速度可達1.5Mbps，尤其適合自動化控制領域的應用。

PROFIBUS可使分散式數字化控制器從現場底層到車間級網絡化，系統(tǒng)分為主站和從站，是一種單主站、多從站的網絡結構。主站決定總線的數據通信，可以主動發(fā)送信息。從站為外圍設備，如輸入輸出設備、驅動器等，它們沒有總線控制權，僅對接收到的信息給予確認或當主站發(fā)出請求時向它發(fā)送信息。

二、系統(tǒng)結構

由清華大學核能技術設計研究院開發(fā)研制的鈷－60集裝箱檢查系統(tǒng)利用了γ射線與物質相互作用的原理，以移動式60Co工業(yè)γ照相機作為放射源。放射源發(fā)射出的γ射線束穿過被檢物體后，進入陣列探測器轉化為與射線強度成正比的電信號，經過前置放大器放大、信號采集電路完成A/D變換后送到數據采集機，得到反映集裝箱內物體分布情況的二維投影圖像。鈷－60集裝箱檢查系統(tǒng)包括射線源、準直器、陣列探測器、電子學系統(tǒng)、數據采集機、圖像處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部分組成如圖1所示。

控制系統(tǒng)是鈷－60集裝箱檢查站的重要組成部分之一，它協(xié)調各子系統(tǒng)的運作，并保證整個鈷－60集裝箱檢查系統(tǒng)的正常運行?？刂葡到y(tǒng)主要包括拖車的運行控制、圖像數據采集控制、射線源快門控制、安全聯(lián)鎖控制和系統(tǒng)運行監(jiān)控等部分?？刂葡到y(tǒng)按功能可劃分為三個層次：現場設備層、設備控制層和管理監(jiān)控層，其結構圖如圖2所示。下面對這三個層次進行具體介紹。

1、現場設備層：由各種傳感器和執(zhí)行機構組成，主要包括光電傳感器、地感線圈、行程開關等現場信號輸入設備和變頻器、電機、數據采集機等運行設備。這些輸入輸出設備作為S7-215的I/O點接入現場總線。