基于PROFIBUS现场总线技术的PLC控制系统研究

基于PROFIBUS现场总线技术的PLC控制系统研究1过程控制与现场总线技术课程设计—基于PROFIBUS现场总线技术的PLC控制系统研究学院：机械与电气工程学院专业：电气工程及其自动化班级：电气2008级姓名：王金学号：081401010047指导教师：吴志坚2011年12月27日基于PROFIBUS现场总线技术的PLC控制系统研究2目录1.课程设计目的····················································31.1当今现状分析··············································31.2未来的发展趋势·····················31.3现场总线系统在企业网络中的作用与地位·············41.4本课题研究对象的意义················52.课程设计任务和要求···········································62.1设计任务·························62.2设计要求·························73.设计内容··························································83.1课程设计各版块的选取················103.11总线标准的选取···················113.12PLC型号的选取···················123.2控制系统组网······················134、设计总基于PROFIBUS现场总线技术的PLC控制系统研究3结··························································145、参考书目··························································14一．设计目的1、当今现状分析当今社会，工厂及各种生产控制现场对控制系统的精度、复杂度、适时性的进一步提高，无疑就对控制系统的要求更加苛刻；随着控制、计算机、网络等技术及发展，控制系统在历经了组合式模拟控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统，发展到当前的现场总线控制系统。控制系统正由封闭的集中体系向分散化、网络化、智能化方向发展。基于以上背景，在工业控制领域中，现场总线技术将成为主流。然而在控制领域PLC的普及已经是上个世纪的事情，然而随着组网PLC的出现，又加快了控制系统的发展。在控制系统分散化、网络化、智能化高度发展的今天，由于PLC具有实时性、高可靠性、系统配置简单灵活、丰富的I/O卡件、安装维修方便等诸多优点，所以PLC仍然是将来控制系统中的主体。现场总线原本是指现场设备间公用的信号传输线，早期又被叫做工业电话线。现被定义为应用在生产现场，在测量控制设备之间实现双向、串行、多节点数字通信的技术。可见现场总线已经是一类技术的总称了。而如今，各种现场总线技术出现了百花齐放、兴盛发展的态势。2003年4月，IEC61158Ed.3现场总线标准第3版正式成为国际标准，规定10种类型的现场总线。Type1TS61158现场总线Type2ControlNet和Ethernet/IP现场总线Type3Profibus现场总线基于PROFIBUS现场总线技术的PLC控制系统研究47CC-LinkType4P-NET现场总线Type5FFHSE现场总线Type6SwiftNet现场总线Type7WorldFIP现场总线Type8Interbus现场总线Type9FFH1现场总线Type10PROFInet现场总线2、未来的发展趋势随着计算机、信息技术的飞速发展，20世纪末世界最重大的变化是全球市场经济的逐渐形成，从而导致了竞争空前加剧，产品技术含量高、更新换代快处于全球市场中的工业生产必须加快产品的开发。随着计算机与计算机网络技术的迅速发展，使计算机集成制造系统具备了良好的实施基础。处于企业生产过程底层的测控自动化系统，如果继续采用模拟仪表，采用DCS模拟数字混合系统，就难以与外界交换信息，难以支持计算机集成制造的系统的实施。现场总线系统是实现整个生产过程信息集成，实施综合自动化的重要基础，它适应了信息时代自动化系统智能化、网络化、综合自动化的发展需要。所以任然是未来自动化领域的主流。3、现场总线系统在企业网络中的作用与地位现场总线系统在企业网络中的作用主要是为自动化系统传递数字信息，借助现场总线的控制设备连接成控制网络。它所传递的数字信息主要包括生产运行参数的测量值、控制值、阀门的工作位置、开关状态、报警状态、设备的资源与维护信息、系统组态、参数改、零点量程调校信息等。它们是企业信息的重要组成部分。企业的管理控制一体化系统需要控制信息的参与，生产的优化调度需要实现装置间上网数据交换，需要集成不同生产装置的数据。这些都要求在现场控制层内部，在FCS与MES、ERP各层之间，能实现数据传输与信息共享。现场总线系统在设施生产过程控制、为企业网络提供、传输、集成生产数据方面，发挥着重要作用。所以现场总线技术是实现企业网络化、智能化必需的技术。4、本课题研究对象的意义本课题的研究对象为：基于PROFIBUS现场总线技术的PLC控制系统研究。契合了未来发展的主流，很有研究意义。二、课程设计的任务和要求基于PROFIBUS现场总线技术的PLC控制系统研究51、设计任务设计一个基于PROFIBUS现场总线的PLC控制系统指出其中的主站（一类主站、二类主站），从站系统中各元件的介绍2、设计要求在本设计中要求有PROFIBUS总线的体现在本设计中要求有一类主站、二类主站在本设计中要求有多个从站三、设计内容1、课程设计各版块的选取（1）、总线标准的选取现场总线是近年来自动化领域中发展很快的互连通信网络，具有协议简单开放、容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点。目前，国际上各种各样的现场总线有几百种之多，统一的国际标准尚未建立，出现了百花齐放、兴盛发展的态势。各种总线在其特定的领域显示出了各自的特点及优势，这也是标准尚未形成的原因。其中较著名的有基金会现场总线（FF）、HART现场总线、CAN现场总线、LONWORKS现场总线、PROFIBUS现场总线、MODBUS、PHEONIX公司的INTERBUS、AS－INTERFACE总线等。基金会现场总线FF（FoundationFieldbus）：是由现场总线基金会组织开发的，已被列入IEC61158标准。这是为了适应自动化系统，特别是过程自动化系统在功能、环境与技术上得需要而专门设计的。FF适合在流程工业的生产现场工作，能适应本质安全防爆的要求，还可以通过通信总线为现场设备提供工作电源。在1996年正式颁布了通信速率为31.2kb/s的低速总线H1标准。1988年又组织开发了通信速率为10/100Mb/s的高速网段HSE。CAN总线：是控制器局域网的简称，是德国Bosch公司在1986年为解决现代汽车中众多测量控制部件之间的数据交换而开发的一种串行数据通信线。已成为ISO国际标准ISO11898。虽然在航天、电力、石化、冶金、纺织、造纸等领域有所应用，但还是主要用在现代化汽车系统中。LONWORKS现场总线：是一个开放的控制网络平台技术，是国际上普遍用来连接日常设备的标准之一。采用了分布式的智能设备组建网络，同时也支持主从式网络结构。它支持各种通信介质，包括双绞线、电力线、光缆等，该基于PROFIBUS现场总线技术的PLC控制系统研究6控制网络的核心部分LonTalk通信协议固化在神经元芯片（neuronchip）中。主要用于各种家用电器上。PROFIBUS现场总线：是ProcessFieldbus的缩写，是面向工厂自动化和流程自动化的一种国际性的现场总线标准。它已被广泛应用于制造业自动化（汽车制造、装瓶系统、仓库系统）、过程自动化（石油化工、造纸和纺织品工业企业）、楼宇自动化（供热空调系统）、交通管理自动化、电子工业和电力输送等行业。在可编程控制器、传感器、执行器、低压电器开关等设备之间传输数据信息，承担控制网络的各项任务。到2005年12月，在全世界安装的PROFIBUS节点已达1540万个。仅仅2005年一年中，PROFIBUS的节点数就增加了280万个之多。PROFIBUS中包含有PROFIBUS—DP、PROFIBUS—FMS、PROFIBUS---PA三个子集，以满足工厂网络中的多种应用需要。这三个子集在企业网络中的应用层次如下图：PROFIBUS—DP主要是面向工厂现场层应用的。DP主要用于完成包括驻如可编程控制器、自动控制设备、传感器、执行器间的快速可靠的通信任务。其网络的传输速度可达12Mb/s。可建成单主站或多主站系统。截止到目前，DP的应用占整个PROFIBUS的80%，代表了PROFIBUS的技术精华和特点，因而有时也会把PROFIBUS—DP泛指为PROFIBUS。由于本课程设计主要是针对的是工厂现场层应用，可编程控制器、自动控制设备、传感器、执行器间的通信与数据交换任务，所以在本课程设计中选用PROFIBUS—DP现场总线技术。（2）、PLC型号的选取基于PROFIBUS现场总线技术的PLC控制系统研究7PLC（ProgrammableLogicController），是可编程逻辑控制器。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。德国西门子公司：它有SS系列的产品。有SS－95U、100U、115U、135U及155U。135U、155U为大型机，控制点数可达6000多点，模拟量可达300多路。最近还推出S7系列机，有S7-200（小型）、S7-300（中型）及S7-400机（大型）。性能比S5大有提高。日本OMRON公司：它有CPM1A型机，P型机，H型机，CQM1、CVM、CV型机，Ha型、F型机等，大、中、小、微均有，特别在中、小、微方面更具特长，在中国及世界市场，都占有相当的份额。美国GE公司、日本FANAC合资的GE－FANAC的90－70机也是很吸引人的。据介绍。它具有25个特点。诸如，用软设定代硬设定，结构化编程，多种编程语言，等等。它有914、781／782、771／772、731／732等多种型号。另外，还有中型机90－30系列，其型号有344、331、323、321多种；还有90－20系列小型机，型号为211。美国莫迪康公司(施奈德)的984机也是很有名的。其中E984－785可安31个远程站点，总控制规模可达63535点。小的为紧凑型的，如984-120，控制点数为256点，在最大与最小之间，共20多个型号。美国AB（Alien－Bradley）公司创建于1903年，在世界各地有20多个附属机构，10多个生产基地。可编程控制器也是它的重要产品。它的PLC－5系列是很有名的，其下有PLC－5/10，PLC－5/11，……PLC－5/250多种型号。另外，它也有微型PLC，SLC－500即为其中一种。有三种配置，20、30及40I/O配置选择，I/O点数分别为12/8、18/12及24/16三种。日本三菱公司的PLC也是较早推到我国来的。其小型机FI前期在国内用得很多，后又推出FXZ机，性能有很大提高。它的中、大型机为A系列。AIS、AZC、A3A等。日本日立公司也生产PLC，其E系列为箱体式的。基本箱体有E-20、E-28、E－40、E－64。其I/O点数分别为12/8、16/12、24/16及40/24。另外，还有扩展箱体，规格与主箱体相同其EM系列为模块式的，可在16～160之间组合。日本东芝公司也生产PLC，其EX小型机及EX－PLUS小型机在国内也用得很多。它的编程语言是梯形图，其专用的编程器用梯形图语言编程