基于Profibus现场总线的自动化物流系统

摘要：Profibus现场总线实现了工厂管理与控制一体化。在自动化物流系统中，现场总线也发挥着重要作用。

关键间：现场总线、自动化物流系统

现场总线系统(简称FCS)是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统，主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信，以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。现场总线是信息技术、网络技术的发展在控制领域的体现，既可以与同层网络互联，也可与不同层网络互联，还可以实现网络数据库的共享，为开放式互联网络，因其具有数字化、开放性、分散性以及对现场环境的适应性等特点而获得了广泛的应用，已成为自动化技术发展的热点之一。

在自动化物流系统中，现场总线有着重要的应用领域，如青岛卷烟厂自动化物流系统中就应用了西门子公司的Profibus现场总线技术。

自动化物流系统拓扑结构

自动化物流系统控制网络可分为三层结构：设备控制层、集中监控层、信息管理层，现场总线是工厂底层设备之间的通信网络。

最底层(设备控制层)：采用Profibus-DP连接各动力控制站、I/O站、智能仪表、操作员面板等，通过具备现场总线接口的主控制器实现对整个系统设备的组合和单机控制，以此满足生产要求。

中间层(集中监控层)：作为控制系统的人机交互接口。通过中央监控计算机实现对物流系统的自动操作、状态监控、故障诊断定位和报警显示、记录等。

最高层(信息管理层)：负责统一协调全系统的生产。处理全系统运行过程中的综合信息，是整个系统的后台数据存储和管理系统，具有对整个系统的数据信息进行管理的功能。

现场总线的拓扑结构通常采用线形、树形和环形三种方式。ProfiBus采用线形结构，用一根总干线从控制器连接到受控对象，总线电缆从主干电缆分支到现场设备处，控制器扫描所有I/O站上的输入，必要时还可发送信息到输出通道，实现多主式和对等式通信。

电控系统总体设计方案

根据青岛卷烟厂烟丝自动化物流系统项目总体方案，系统的控制网络采用Profibus现场总线；采用带Profibus-DP接口的S7-400系列PLC作为系统的过程控制主站，将分布在现场的智能设备与各种分布式I/O从站通过Profibus总线进行连接并实现数字信息交换(如数据采集、参数设定等)及过程控制。Profibus站的分布式I/O选用Phoenix公司现场I/O系列模块；操作员终端、条码设备等都带有Profibus-DP接口。作为Profibus-DP的从站。

控制系统可以独立完成高架立体库设备的运行、停机、故障报警等各种过程控制。通过现场操作员终端，可以实现单机/自动切换、对每台设备进行手动操作及状态指示等功能。通过上位监控系统，可以监控整个自动化物流系统所有设备的运行状况、货物的所在位置及数据等。

烟丝库作为一个独立的系统，采用一套PLC系统。由于高架立库区出入库的设备比较集中，因此将现场设备按平面布置划分为若干片(段)，每片设一个电控箱，采用Phoenix公司IP20防护等级的电机启动器，置于电控箱内，配置一个现场总线子站，完成设备的全部控制。

上位机

系统采用IBM X3650 PC SERVER应用服务器作上位机，通过CP5611接口卡使工控机与Profibus-DP相连，应用服务器与现场总线连接成能完成组态、运行、操作等功能的完整的控制网络系统。上位机监控软件采用Intellution公司FIX组态软件，可实现动态显示、报警、趋势、控制策略、控制网络通信等功能，并提供了友好的用户界面，使用户根据实际生产需要生成相应的应用软件。设备控制层的组成及功能

设备控制层电控设备由主控制柜、配电柜、现场控制柜、分布式I/O控制站、特殊控制箱(用于复杂功能设备的控制)、智能设备控制器、现场操作员终端、现场总线组件等组成。

设备控制层的主要控制功能包括：

1、手动控制：电控系统应提供手动操作功能，在手动方式下，由人工对各电机进行正、反转启动/停止操作。手动操作在现场操作员终端上实现。

2、自动控制：电控系统在自动方式下与上位计算机离线，通过现场操作员终端输入所输送货物的起始地址和目标地址码，实现对各输送设备的自动控制，包括电机启/停、执行机构的动作等，并实现对物流和数据流的自动传输，最终满足与上位计算机离线时的输送任务。

3、在线控制：在线控制方式下，电控系统在上位计算机的命令下，实现对各输送设备的自动控制，包括电机启/停、执行机构的动作等，实现对物流和数据流的自动传输，最终满足各工艺流程的要求。

4、紧急停止及故障报警：电控柜和现场操作员终端上具有紧急停止操作功能。当按下急停按钮后，该段内控制系统所控制的设备全部停止运行，并在电控柜上急停按钮切断动力电源。解除紧急情况后，系统须故障确认后方可正常工作。系统所控制的设备出现故障时，能自动诊断并产生相应的声光报警信号。

5、现场操作员终端：完成控制设备的分段监视、分段控制、故障报警、主要工艺参数及物流信息的查询与设定等。用于监视所控工艺流程段中的设备状况、物流信息及故障指示等，并可对控制设备进行手动操作，便于系统的调试和维护。

用户界面开发

基于profibus-DP网络的控制系统主要包含以下几种人机接口界面。

1、信息显示画面：主要显示当前运行状态信息，如电机的速度、变频器的运行频率以及一些故障信息。

2、设备控制画面：在上位机上实现人工控制，在界面中点击相应设备按钮即可对设备如电机等进行单独控制。

3、实时报警处理：对系统实时采集的数据进行判断，发出报警信号，并按技术要求进行处理、自动进行相应设备控制。

4、报表打印及数据曲线显示等。

Profibus现场总线体现了控制领域对降低成本、提高可靠性、增强可维护性和提高数据采集智能化的要求。在系统中间层或不同层的总线设备之间均采用数字信号进行通信，替代了模拟信号，因而可实现一对电线上传输多个信号(包括多个运行参数值、多个设备状态、故障信息)同时又为多个设备提供电源，不再需要A/D、D/A转换部件。大量减少了导线和连接附件，提高了系统的可靠性和抗干扰能力。现场总线技术使用了将控制逻辑分散到整个系统的全新理念，最大限度地提高了生产效率，实现了工厂管理与控制一体化，必将成为自动化物流系统控制领域的主流方向。