基于proteus的现场总线的控制系统设计论文

摘要作为自动化领域的热点之一，现场总线己成为自动化系统与分散的现场设备间信息交换的主要技术。PROFIBUS是国际上应用十分广泛的工业过程现场总线，主要应用于加工自动化、过程自动化、楼宇自动化等领域。文章从结合所研究的水厂的实际需要出发，将先进的现场总线技术、以太网技术与传统的机械电气技术相结合，并应用到水厂控制系统的实际设计过程中。在电气控制系统的设计过程中，采用了上位机加下位机的设计模式，组建了远程集中控制与现地控制相结合的控制网络。上位机选用功能强大的工控组态软件——组态王和操作方便灵活的触摸屏。下位机则采用可靠性高的可编程控制器和先进的PROFIBUS现场总线完成对现场设备的控制。关键词：可编程控制器，现场总线，PROFIBUS-DP，监控系统TheControlSystemBasedonFieldbusAbstractNowadays,thetechnologyofFieldbushasbecomethehotspotintheresearchfieldofautomationandbecomethemainmethodofcommunicationandexchangeofinformationintheDCSsystems.AndtheProfibusisakindofFieldbusbroadlyusedinmanysituationsofprocesscontrolofindustrysuchasautomationofprocessing,automationofmachiningandautomationofbuilding.Accordingtotheactualityofthestudiedwaterstation,thethesiscombinetheadvancedFieldbustechnique,Ethernetandthetraditionalmachineandelectrictechniquetogether,andusethemtodesignthesupervisecontrollingsystemofthewaterstation.Duringthedesigningoftheelectricitycontrolsystem,thethesisusedthemodethatmadeupofmonitorsystemandcontrolsystem,formattedanetworkthatiscombinedbyfarconcentratescontrolsystemandnearlycontrolsystem.Themonitorsystemchoosesthefunctionalmonitoringsoftware—thekingmonitorandtheman-machineinterface,whichoperatedconveniently.AndthecontrolsystemchoosesdependablyprogrammablelogiccontrollerandadvanceProfibusFieldbustocompletelycontrolthespotequipments.Keyword：PLC,Fieldbus,PROFIBUS-DP,SuperviseControllingSystem目录1概论1.1现场总线的产生与发展控制论的创始人NorbetWiener说，“如果一门科学是真正具有生命力的，它的引人兴趣的中心就必须而且应该随着岁月而转移。”自动控制技术的历史，就是从简单形式到复杂形式，从局部自动化到全局自动化，从低级智能化到高级智能化的发展过程。现场总线控制系统是在自动检测控制技术和计算机网络技术飞速发展的推动下形成的，它是现代计算机技术和通信技术和检测控制技术的集成，人们称之为3C（ComputerCommunicationControl）技术。现场总吸纳控制系统（FCS,FieldbusControlSystem）是继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、数字计算机集中控制系统和集散式控制系统（DCS，DistributedControlSystem）后的新一代控制系统。FCS是信息数字化、控制功能分散化、开放式可互操作的工业自动化控制系统，同时也是智能化、数字化、网络化向生产过程现场的发展。现代工业控制思想的核心是“分散控制，集中监控”，使得“危险分散，控制分散”。现场总线控制系统吧控制彻底的下放到现场，由现场的智能仪表完成诸如数据采集、数据处理、控制运算和数据输出等大部分功能，只有一些现场仪表无法完成的高级控制功能才有上位机完成，而且现场节点之间可以相互通信实现互操作，现场节点也可以把自己的诊断数据传给上位机，有益于设备管理[1]。在发达国家，现场总线技术从20世纪80年代开始出现并被逐步推广，现在已经被广泛接受和使用。2002年欧洲有40%自动化工程项目采用了现场总线控制系统。在国内，现场总线首先用在外国公司在华投资的生产线，如外资汽车生产企业的生产线大多用到了现场总线技术，后来啤酒灌装、烟草加工、机械装配、产品包装等生产线也大量使用现场总线。此外，市政工程、楼宇、智能化小区建设也开始使用现场总线。可以预见，随着现场总线技术发展及其在工业自动化领域的不断深入，传统的DCS必将被FCS所全面取代。现场总线技术的推广虽然只有短短二三十年，但其技术的先进性已经带到了工业界的广泛认可，其良好的应用前景和广阔的市场受到诸如Siemens、Motorola、Honeywell等诸多世界大公司的高度重视。就国内而言，自二十世纪末以来，现场总线技术的研究开始进入起步阶段，1997年5月中国现场总线（FF）专业委员会建立，并筹建FF现场总线产品认证中心；同年7月中国现场总线（Profibus）专业委员会组建，同时开始筹建现场总线（Profibus）产品演示及认证实验室。此后，包括清华大学、浙江大学在内的许多高校、科研院先后建立自己的现场总线实验室，用于现场总线控制技术的教学实践与研究开发。2001年11月，国家发展计划委员会在《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2001年度）》中将现场总线技术及其智能仪表的研究、开发及推广应用列为优先发展的高科技重点领域之一。作为新一代的过程控制系统，现场总线控制系统无疑具有十分广阔的发展前景。它的出现，必将对控制领域产生深刻的变革，并对社会生产力的发展起到极大的促进作用。对于我国这样的发展中国家而言，其意义更为重大。必须抓住有利条件，积极开展对现场总线控制系统的跟踪研究，用于尝试这项先进技术，尽早提高我国企业自动化水平。1.2现场总线的技术优势现场总线技术的发展，促使工厂底层自动化系统及信息集成技术产生变革，新一代、基于现场总线的自动化监控系统已初露端倪，图1所示为基于现场总线技术的现场级与车间级自动化监控系统模式，该模式的系统具有以下优点：图1现场级与车间级自动化监控系统（1）增强了现场级信息集成能力现场总线可从现场设备获取大量丰富信息，能够更好的满足工厂自动化及CIMS系统的信息集成要求。现场总线是数字化通信网络，它不单纯取代4-20mA操作员监控站操作员接口交换机I/O连线控制器或智能化现场设备现场总线现场总线信号，还可实现设备状态、故障、参数信息传送。系统除完成远程控制，还可完成远程参数化工作。（2）开放式、互操作性、互换性、可集成性不同厂家产品只要使用同一总线标准，就具有互操作性、互换性，因此设备具有很好的可集成性。系统为开放式，允许其它厂商将自己专长的控制技术，如控制算法、工艺流程、配方等集成到通用系统中去，因此，市场上将有许多面向行业特点的监控系统。（3）系统可靠性高、可维护性好基于现场总线的自动化监控系统采用总线连接方式替代一对一的I/O连线，对于大规模I/O系统来说，减少了由接线点造成的不可靠因素。同时，系统具有现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能，可完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化工作，也增强了系统的可维护性。（4）降低了系统及工程成本对大范围、大规模I/O的分布式系统来说，省去了大量的电缆、I/O模块及电缆敷设工程费用，降低了系统及工程成本。1.3流行现场总线简介现场总线技术得以实现的一个关键问题，是要在自动化行业中形成一个制造商们共同遵守的现场总线通信协议技术标准，制造商们能按照标准生产品，系统集成商门能按照标准将不同产品组成系统。这就提出了现场总线标准的问题。国际上著名自动化产品及现场设备生产厂家，意识到现场总线技术是未来发展方向，纷纷结成企业联盟，推出自己的总线标准及产品，在市场上培养用户、扩大影响，并积极支持国际标准组织制定现场总线国际标准。能否使自己总线技术标准在未来国际标准中占有较大比例成份，关系到该公司相关产品前途、用户的信任及企业的名誉。而历史经验证明：国际标准都是采用一个或几个市场上最成功的技术为基础。因此，各大国际公司在制定现场总线国际标准中的竞争，体现了各公司在技术领先地位上的竞争，而其最终还是要归结到市场实力的竞争。据说目前国际上现有各种总线及总线标准不下二百多种。具有一定影响和已占有一定市场份额的总线有如下几种：1.3.1PROFIBUS现场总线1996年3月15日批准为欧洲标准，即DIN50170V.2。PROFIBUS产品在世界市场上已被普遍接受，市场份额占欧洲首位，年增长率25%。目前支持PROFIBUS标准的产品超过1500多种，分别来自国际上250多个生产厂家。在世界范围内已安装运行的PROFIBUS设备已超过200万台，到1998年5月，适用于过程自动化的PROFIBUS-PA仪表设备在19个国家的40个用户厂家投入现场运行。1985年组建了PROFIBUS国际支持中心；1989年12月建立了PROFIBUS用户组织（PNO）。目前在世界各地相继组建了20个地区性的用户组织，企业会员近650家。1997年7月组建了中国现场总线（PROFIBUS）专业委员会，并筹建现场总线PROFIBUS产品演示及认证的实验室。PROFIBUS主要应用领域有：制造业自动化：汽车制造（机器人、装配线、冲压线等）、造纸、纺织。过程控制自动化：石化、制药、水泥、食品、啤酒。电力：发电、输配电。楼宇：空调、风机、照明。铁路交通：信号系统1.3.2FF现场总线1994年由ISP基金会和WorldFIP(北美)两大集团合并成立FF基金会，其宗旨在于开发出符合IEC和ISO标准的、唯一的国际现场总线（FundationFieldbus）。低速总线（H1）协议已于1996年发表。已完成开发的高速总线（H2）拟于1998年内表。1997年5月建立了中国现场总线（FF）专业委员会，并筹建FF现场总线产品认证中心。目前，FF现场总线的应用领域以过程自动化为主。如：化工、电力厂实验系统、废水处理、油田等行业。1.3.3LONWORKS总线LONWORKS现场总线全称为LONWORKSNetWorks，即分布式智能控制网络技术，希望推出能够适合各种现场总线应用场合的测控网络。目前LONGWORKS应用范围广泛，主要包括工业控制、楼宇自动化、数据采集、SCADA系统等。国内主要应用于楼宇自动化方面。1.3.4CANBUS现场总线CANBUS现场总线已由ISO/TC22技术委员会批准为国际标准IOS11898（通讯速率小于1Mbps）和ISO11519（通讯速率小于125Kbps）。CANBUS主要产品应用于汽车制造、公共交通车辆、机器人、液压系统、分散型I/O。另外在电梯、医疗器械、工具机床、楼宇自动化等场合均有所应用。1.3.5WorldFIP现场总线90—91年FIP现场总线成为法国国家安全标准。96年成为欧洲标准（EN50170V.3）。下一步目标是靠近IEC标准，现在技术上已做好充分准备。WorldFIP国际组织在北京设有办事处，即WorldFIP中国信息中心，负责中国的技术支持。WorldFIP现场总线采用单一总线结构来适应不同应用领域的需求，