谈PROFIBUs-DP现场总线在饮料超净灌装机上的应用

摘要：文章介绍了现场总线PROFIBus DP系统的组成以及基本概念出发，对基于SlMATICS7-/300系列PLC控制的法国西德乐(sIDEL)超净饮料灌装机控制系统的硬件组成和软件设计进行了阐述。从现场应用表明PRO―FIBUS_DP现场总线控制的系统运行可靠方便。

关键词：现场总线；PROFIBUs_DP系统i超净饮料灌装机；PLC控制：变频器

中图分类号：TP336　文献标识码：A　文章编号：1009-2374(2011)01-0048-03

现场总线的应用是现代工业生产中自动控制系统中最为广泛和实用的技术之一。饮料灌装机是饮料生产的关键设备，将直接影响到生产的效率与产品的品质。全自动超净饮科灌装机系统是一个多环节、多辅机的组合机组，设备每部分有序协调的配合，准确地对料位、温度、压力等关键参数进行控制。整个灌装生产过程中，按设定的工艺要求对设备环境进行控制，对包装材料进行消毒处理，并连续稳定的进行产品的灌注、密封和输出。利用可编程控制器PLc结合PROFIBUs-DP现场总线对整个灌装和输送过程进行监控，并对系统故障进行记录、显示及警报输出。

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PRoFlBUS_DP网络的特点及硬件基础

PROFlBUS是现在广泛应用的最早的现场总线之一，PROF旧Us是PROcess Fleld BUs的缩写，和现在使用的众多其他总线系统一样，PROFlBus的目的也是用DCS系统代替原先的集中自动控制系统。

在集中自动控制系统中，主PLC和每一个现场设备(如传感器、电机、控制器等)有直接的物理连接，随着系统复杂程度的增加，现场电缆线路会大量增加。设备的现场安装，调试及维护的成本会大量增加。

在DCS控制系统中，用一条电缆贯穿主PLC和每一个现场设备，这条通讯线可以连通单机、整条自动流水线一甚至整个工厂。理论上这样的结构会有利于更快的设备安装、调试与维护。极大降低成本，提高系统可靠性。

PROF旧US总线又分成三部分：(1)PROF旧US―PA(PROCEsS AUTOMATl0N)主要倾向与安全场合的过-程控制；(2)PROF旧US DP DECENTRALlZED PER JPHERY主要倾向于工厂自动化：[3)PROFlBus―FMS(FieIdbusMessage Specofication)主要倾向于数据交换量大实时性要求较低的控制系统网络。

PROF旧US_DP目的是提供现场水平上的快速的数据收发。规则比较简单，他的用途就是大的设备I如PC、PLc等)和多数的小设备(如传感器、驱动器、电磁阀等)交换信息。

现在还演变有其他的PROF旧US，像PROFIsafe用于故障安全设备的通讯，PROFIdrive用于电气驱动的通讯，例如伺服控制。这些都建立在PROFlBUS―DP的基础上。

PRODIBus-DP使用Rs-485串行数据接口标准进行数据通讯，它使用屏蔽双绞线，数据传送速度可达到最高12Mbit/sec(受电缆长度限制)。

1.1　传输特点

每个PROF旧US段的最大长度可达到12D0米。总线的长度与通讯速度有以下的对应关系(Kbits／se c)：

9.6，19.2，45.45，或93.75

大1200米:

187.5――最大1000米：

500――最大400米：

1500――最大200米：

3000，6000，12000-N大100米：

传输速度越高，传输的距离越短。

1.2　电缆接头的定义

电缆接头的定义如图1所示，RS485的9针D型连接器的针脚分配立如下：针脚号

信号规定1 ShieId

屏蔽，保护地

2 M2424V

输出电压的地

3 R×D／TxD-P

接收数据／传输数据阳极(+)

4 CNTR-P

中继器控制信号(方向控制)

5 DGND

数据传输势位对地5V-

6VP

终端电阻p的供给电压，(P5v)

7 P24

输出电压24V

8 RxD／TxD-N

接收数据传输数据阴极一

9 CNTR-N

中继器控制信号方向控制

如果采用专用的PROFlBUs_DP连接头，双绞线直接连接A，B即可。

PROFlBUS使用主从关系的通讯配置，单网络段最多可连接32个独立的设备(主或从)。通过中继器连接的站点可以扩展到126个，一个网络最多允许9个网络段。但是网络的级联不能超过3个中继器。DP网络是一个主干网，所有的设备都是连到主干网上的分支。

在网络的起点和终端必须配有电源供给的终端电阻，用来维持总线的电气平衡(图2)。

1.4　协议

协议如图4所示：每一个从设备必须用一个GSD文件描述特性，以便于被主设备识别。

PROFlBUS-DP设备的GSD-文件：(1)在GSD文件中描述每一个PROFIBUS-DP设备的特性：(2)每个设备的GSD文件用设备的电子数据单来表示：(3)GSD文件包含所有设备的特定参数如：支持的波特率、支持的信息长度、输八/输出的数据量、诊断信息的含义、对模拟设备有效的选择；(4)GSD文件由设备制造商建立：(5)每一个设备类型分别需要一个GSD文件：(6)PROFlBUS用户组织提供GSD编辑程序它使得建立GSD文件非常容易，(7)GSD编辑程序包括GSD检查程序它确保GSD文件符合PROFiBUS标准；(8)在PROFIBUS网页httpWwww 中构成了一个GSD文件库。

1.5　信号电平

信号电平如图5所示，

2　法国西得乐(sIDE L)的全自动超净灌装机组控制系统组成

西得乐超净灌装机由灌装输送系统，无菌隔离系统，机器内部空间清洗与消毒系统几部分组成。组合机组的网络配置如下：

该控制系统是一个典型的PROFIBUs_DP的现场总线控制系统。人机界面为B&R工控机，通过一个RS232至PROFIBUS―DP的网关与主控制器CPU通讯。

首先，组合机组是一个双主网络的PROFlBUs_DP系统(图6)。

网络系统一：主可编程控制器是西门子$7317-2DP CPU，主要控制灌装和输送等关键工艺过程。网络的通讯波特率为1.5MB/S。从站包括有西门子ET200S和ET200L模块，电机驱动为DANFOSS带DP协议的FC300系列变频器，气动阀采用FESTO的紧凑型DP协议阀岛cPV系列。从站30#TB70-Spmy co?trol是西门子lMl51―7CPU，用于控制机器内部环境的清洗于消毒。从站31#1CB―WMe Room西门子lMl 51―7CPU主要控制控制机器内部环境的层流与正压：同时31#从站也是第二个阳OFlBUS DP主系统的主站(图7)。

网络系统二：主可编程控制器是西门子『M151―7cPU。其作为从站的DP网络地址是31#，作为主站的DP网络地址是40#。网络的通讯波特率也是1 5MB／S。现场模块主要是驱动电机的DANF0ss带DP协议的FC300系列变频器和集成安装的DANFOSS变频器FCD300(图8)。

由于网络二的主控制器同时又是网络一的从站，因此需要在网络一的硬件配置中，对该站点进行配置，这样两个cPU之间就可以通过输入输出点的方式进行数据交换(图9)。

系统根据以上的模块化设计，使各块工艺流程和自控系统相对独立，可以满足复杂系统的多任务协同安装调试工作，提高了工作效率。3结语

采用了PROFjBUS DP现场总线的控制系统，具有布线简单，现场安装调试方便，运行可靠，维护方便快捷的优点，不仅降低了成本，而且提高了设备的运行效率，提高整个系统的高效稳定运行，减少后期维护。

参考文献

[1]唐济杨.PROFIBUS现场总线应用大全[M]2002。

[2]李百煌PROFIBUS介绍与技术手册[M].1999

[3]同志敏，纪爱华Profibus总线系统设计与应用[M].中国电力出版社2009

[4]DANFOSS.丹佛斯FC300编程指南MG.33 M4.41[M1.2007，

[5]刘泽祥现场总线技术[M].机械工出版社，2005.

作者简介：吴爱丽(1964-).女.杭州娃哈哈集团有限公司工程部工程师，研究方向，工控系统设计、研究及设备自控维护。