现场总线在厂务监控系统系统中的应用

曹 石 王伟东

（保定职业技术学院 机电工程系，河北 保定071000）

0 引言

国内某大型企业，以生产汽车、计算机等电器所需的二极管为主。虽然二极管结构简单、体积小、价格低，但是在实际的工业生产中，生产工工艺却比较复杂，并且在生产过程中对环境的要求十分严格，比如温度、湿度等，一旦这些条件不满足，不合格产品率很高。但是由于二极管的物理结构所限很难全部精确检验，一旦这些不合格产品流入到下一级生产市场中，会导致其他产品的质量问题。因此为了确保生产质量，加强本公司产品的市场竞争力，设计并部署一套厂务监控系统是很有必要的。该监控系统可以将生产设备和生产环境的参数集中监控起来，使工作人员能够实时的了解生产过程的状态，一旦出现问题能够及时做出响应，排除隐患，提高产品的合格率。

1 信号组成

厂务监控系统主要服务对象是生产辅助设备及辅助条件,这里不包括元器件的生产设备。该厂半导体生产主要需要的一些辅助设备及条件包括：

工厂配电设备；

负责在冬天保持环境温度的锅炉供水系统；

负责在夏天平抑环境温度的空调系统；

冷却水及冰水系统；

为保持空气温度及相对湿度而建立的新风系统；

生产设备所需的压缩空气；

生产设备所需的高压水；

消防系统。

以上系统所需采集的信号大致可分为以下几种：

压力信号；

流量信号；

液位信号；

温度信号；

湿度信号；

露点信号；

电压,电流信号；

功率,功率因数,电量信号。

2 硬件组成

根据生产要求及现场情况,决定采用西门子公司S7-400型PLC承担信号采集工作,又根据现场将要采集的信号位置分散的特点,采用了西门子公司Profibus现场总线中的远程I/O即DP技术。各传感器信号就近接入Profibus子站,这样可以最大限度的减少现场接线工作,并且因为走线距离短,可以减少信号衰减和各种干扰对信号的影响。

作为监控系统的核心的人机交互系统,采用西门子工业控制计算机和工业显示器作为人机交流的物理介质,计算机上除运行Windows NT操作系统外还运行西门子公司WinCC组态软件作为人机界面,通过计算机屏幕将组态的信息以文本,画面,报警等多种形式呈现给管理人员。

3 网络结构及网络特性

监控系统的主干网络采用Profibus网络,Profibus现场总线网络共有三种协议方式,分别为FMS,DP和PA。我们本次应用的为DP方式。DP网络结构为主从结构,一条DP网可包含一个主站和最多126个从站,网络传输距离在不使用中继器的情况下可 达到1000米,传输速率从9.6Kbit/S-12Mbit/S可选。

本监控系统的Profibus DP主站为S7-400PLC,从站是分布于全厂的8个ET200M子站,它们之间通过标准的屏蔽双绞线连接,其中由于第5与第6和第7号站之间的距离比较远,为保证通讯速率及可靠性,我们在这三个子站之间增加了两个中继器以确保设计传输速率1.5M。在所监控的设备中包含有ATLAS公司的空压机和施耐德公司的中压控制器,此两种设备中预装有施耐德公司的MODBUS通讯模板,为在实现功能的前提下尽量减少用户的负担,我们采用西门子公司的CP341通讯模板直接与此两种设备通过MODBUS协议进行通讯,MODBUS网络结构与Profibus DP网络结构类似也为主从结构,一个主站可以连接32个从站,通讯速率为9.6Kbit/S-38.4Kbit/S可选。

整个监控系统的网络结构见图1：

图1

4 通讯网络配置

——网络配置分为软件配置和硬件配置两部分,软件部分通过STEP7编程软件对S7-400 CPU414-2DP进行配置包括通讯速率,子站数量及站地址等。当软件配置完成后,各接入的监控信号在CPU中的对应地址将会自动生成。硬件配置主要是将各ET200M子站的接口模块IM153上的地址拨码开关设置成与软件设置相同。MODBUS的软件设置较复杂,除了要设置通讯地址及通讯速率外,因为是用CP341做主站,因此还要对CP341做特殊的设置,包括对CP341进行驱动程序下载。此监控系统中的MODBUS网络在物理介质上也采用了屏蔽双绞线,在总线的末端接入120欧姆做为终端电阻。

5 监控功能简介

本监控系统将监控内容按照所接入的Profibus分站分为八个部分。每个分站均含有一幅或几幅画面用来显示要监视的信号,这些信号有些把实际数值直接显示在屏幕上。

系统提供了全部被监视信号在最近半年或一年的过程值的连续记录,并可以通过连续曲线图表现于历史查询画面中,每个画面中均有一个或几个曲线图窗口,窗口包括过程值的数值坐标,时间坐标,在当前时间坐标内的变化曲线,并有趋势图设置菜单条，包括模板调整、时间范围设定、局部放大等功能。

本监控系统为用户提供了及时与详尽的故障报警,报警共分为三个等级,按照故障的主次程度排列,与生产关系最紧密的设备故障或最重要的过程值超过设定值被列为一级报警。二级、三级报警依次类推。对于一级报警，系统除在报警画面中作出相应提示外，还以警铃与警灯提醒用户报警的严重性。如果发生第二级报警，系统除在报警画面中作出相应提示外，还以警灯提醒用户这是次一级的报警。对于第三级报警，系统只在报警画面中作出相应提示。

系统提供方便的打印功能,能够将监控值的瞬时值按照顺序打印出来,也可将某一过程值在某一时间段内的变化曲线打印出来。

6 结束

本厂务监控系统信号采集可靠,网络传输稳定,人机界面清晰明确,为设备管理人员把握设备状况,及时发现设备隐患及总结设备管理经验提供了极大的帮助。该系统适于其它设备分散，又需要对设备及生产环境进行长期监控的场合。

［1］西门子公司 SIMATIC HMI WinCC使用操作手册 V5.0 2001[Z].

［2］西门子公司 SIMATIC NET PROFIBUS使用操作手册 2001[Z].