PROFIBUS 总线技术及在啤酒酿造中的应用

【前言】PROFIBUS 总线技术及在啤酒酿造中的应用由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。二、PROFIBUS现场总线系统介绍 PROFIBUS是目前国际上通用的现场总线标准之一，以其独特的技术特点、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规，已成为最重要的和应用最广泛的现场总线标准。 PROFIBUS现场总线通讯协议包括三个主要部分： PROFI...

摘要：本文讨论了profibus现场总线的技术特点和结构，并以西门子PLC为基础，介绍了PROFIBUS总线在啤酒酿造系统中的应用。

关键词：PROFIBUS 场总线 LC

一、前言

随着啤酒工艺的飞速发展和逐渐成熟，啤酒设备的自动化水平越来越高，对啤酒品质的影响也比工艺大，因而，啤酒行业的竞争，最直接的表现在啤酒企业对装备的快速更新和自动控制技术提升。由于现场总线技术的出现，推动了现场智能设备和智能仪表的发展，促进了传统DCS系统和PLC系统的融合，并推动了FCS（以现场设备为基础形成的网络集成式全分布控制系统)的出现、发展和广泛应用。

自现场总线概念提出以来，全球各大知名自控和仪表公司开发了数拾种现场总线，目前在全球范围内被广泛认可的现场总线系统包括：PROFIBUS、FF、ControlNet、PROFINET、P-NET等十大总线系统。

二、PROFIBUS现场总线系统介绍

PROFIBUS是目前国际上通用的现场总线标准之一，以其独特的技术特点、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规，已成为最重要的和应用最广泛的现场总线标准。

PROFIBUS现场总线通讯协议包括三个主要部分：

PROFIBUSDP：主站和从站之间采用轮循的通讯方式，主要应用于自动化系统中单元级和现场级通信。

PROFIBUSPA：电源和通信数据通过总线并行传输，主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯。

PROFIBUSFMS：定义了主站和主站之间的通讯模型，主要用于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换。

采用PROFIBUS现场总线的自动化系统结构图如下：

采用PROFIBUS现场总线的控制系统可以分成现场控制层、监控层和企业管理层三层。

1.现场控制层

现场控制层由现场智能设备、现场智能仪表、远程I/O和网络设备构成。现场控制涉及PROFIBUS协议PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA两个部分。

PROFIBUS-DP是高速网络，通讯速率达到12M。PROFIBUS-DP可以连接远程I/O、执行机构、智能马达控制器、人机界面HMI、阀门定位器、变频器等智能设备,一条PROFIBUS-DP总线可以最多连接123个从站设备。

PROFIBUS-DP的拓扑结构可以是总线型、星型和树型，通讯介质可以是屏蔽双绞线、光纤，也支持红外传输，采用双绞线时，不加中继器最远通讯距离可达1.2公里，最多可以采用9个中继器，最远通讯距离可达9公里。采用光纤时，最远通讯距离可达100公里以上，其中采用多膜光纤，两点间最远距离可达3公里，采用单膜光纤时，两点间最远距离可达3公里。

2.监控层

监控层由高速工业以太网以及连接在总线上的担任监控作务的工作站或显示操作站、工程师站、PLC/DCS控制器组成。随着网络技术的不断发展，工业以太网的通讯速率也在不断提高，目前工业级的千兆以太网已经在工业自动化领域大量应用。

3.管理层

管理层由各种服务器和客户机组成，主要由SIS、MIS和ERP系统构成。其主要目的是在分布式网络环境下，将电厂各工艺段(例如DCS系统、辅机程控系统等）的数据和信息(如过程数据、报警信息和设备状态等)进行汇总，从而集成企业的各种信息，实现与Internet的连接，完成管理、决策和商务应用的各种功能。通过管理层,公司和集团领导可以实时监控现场设备，并通过授权还可以对各系统进行组态。

三、PROFIBUS现场总线系统的技术特点

1.系统的开放性

PROFIBUS是一个完全开放的、与制造商无关的、无知识产权保护的现场总线标准，全球有超过250家公司可以生产超过2000种支持PROFIBUS的系统和设备。

2.可靠性和准确性

与传统的模拟信号相比，现场总线设备的智能化，数字化从根本上提高了测量和控制的准确度，减少了信号传输的误差。因为系统结构简化，设备与连线减少，所以提高了系统的可靠性。

3.对现场环境的适应性

由于PROFIBUS现场总线是专为在现场环境下工作而设计的，故它支持双绞线，光缆，射频，红外线灯通讯介质。所以，PROFIBUS现场总线科适应各种工业现场环境，具有较高的抗干扰能力。

4.实时性

采用PROFIBUS总线的系统具有很高的实时性，这是由PROFIBUS总线系统的数据传输速率高所决定的。PROFIBUS-DP总线的传输速率可达12M，是目前通讯速率最高的现场总线。

四、PROFIBUS在啤酒发酵及过滤中的应用

湛江珠江啤酒有限公司厂内的啤酒发酵及过滤自动控制系统中，采用了PROFIBUS技术。该系统以S7-417作为主站，通过CPU417的DP口，利用屏蔽双绞铜线电缆，把分布在车间不同地点的现场设备连接起来，构成一个PROFIBUS-DP现场总线的控制系统。现场设备主要包括各子站的系统。这是单主从控制系统，可以获得最短的总线循环时间，从而保证系统反映的快速性。该系统有以下的特点：

1.总线传输速率设置为1.5Mbit/s,在主站持有令牌时，平均总线循环时间为6.5ms，而主站的PLC程序的循环时间大约为45ms,所以，尽管系统带有的从站比较多，但由于采用了传输率较高，故可以做到总线循环时间比主站PLC程序循环时间短。

2.整个PROFIBUS现场总线系统设备种类多样，结构复杂。根据工艺要求，整个发酵过滤系统由西门子S7-417做主站，ET200M和西门子其他独立系统做子站的结构。主站是由S7-417系列电源模块、CPU模块、CP模块组成，模块支持热插,从站系统由15个ET200和6个独立CPU从站组成。主站通过PROFIBUS总线电缆和接口模块与从站通讯，这样的构架既保证了PLC系统的先进性又为用户节省了成本。

3.从站具有看门狗的监控功能，其监控时间为120ms。如果在这个时间间隔内，从站发现没有和主站进行数据通讯，则使从站自动输出进人故障安全状态。

五、结束语

由于在各行各业的控制工程中都普遍使用PROFIBUS现场总线技术，故其已经显示出强大的生命力。PROFIBUS现场总线由于其系统结构简单，从而实现了彻底的分散控制，使得设计，安装，调试和维护工作极大的方便，节省了大量的硬件和成本。同时，利用其开放性，可以自由选择不同厂商提供的现场设备来集成系统，使其应用更加广泛。事实证明，PROFIBUS现场总线是最佳和最经济的现场总线，已经被全世界所接受，被广泛应用于自动化领域的各个方面，发挥着越来越大的作用，为社会带来了巨大的经济效益和社会效益。湛江珠江啤酒有限公司的发酵和过滤由于采用了先进的PROFIBUS总线控制系统，提高了设备的自动化水平，节约了大量的操作和维护成本。还使得啤酒的品质得到进一步的提高。取得非常好的经济效益。

参考文献：

1高鸿斌，孔美静，赫孟合，西门子PLC与工业控制网络应用，电子工业出版社2006.3,

2西门子公司，S7-300系统手册,

3李利，现场总线技术PROFIBUS在电厂的应用，西门子自动化专家会议论文集。