基于Ｐｒｏｆｉｂｕｓ現場總線的自動化物流系統

李東方　宋恩華

摘要：Profibus現場總線實現了工廠管理與控制一體化。在自動化物流系統中，現場總線也發揮著重要作用。

關鍵間：現場總線、自動化物流系統

現場總線系統(簡稱FCS)是連接智能現場設備和自動化系統的全數字、雙向、多站的通信系統，主要解決工業現場的智能化儀器儀表、控制器、執行機構等現場設備間的數字通信，以及這些現場控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問題?，F場總線是信息技術、網絡技術的發展在控制領域的體現，既可以與同層網絡互聯，也可與不同層網絡互聯，還可以實現網絡數據庫的共享，為開放式互聯網絡，因其具有數字化、開放性、分散性以及對現場環境的適應性等特點而獲得了廣泛的應用，已成為自動化技術發展的熱點之一。

在自動化物流系統中，現場總線有著重要的應用領域，如青島卷煙廠自動化物流系統中就應用了西門子公司的Profibus現場總線技術。

自動化物流系統拓撲結構

自動化物流系統控制網絡可分為三層結構：設備控制層、集中監控層、信息管理層，現場總線是工廠底層設備之間的通信網絡。

最底層(設備控制層)：采用Profibus-DP連接各動力控制站、I/O站、智能儀表、操作員面板等，通過具備現場總線接口的主控制器實現對整個系統設備的組合和單機控制，以此滿足生產要求。

中間層(集中監控層)：作為控制系統的人機交互接口。通過中央監控計算機實現對物流系統的自動操作、狀態監控、故障診斷定位和報警顯示、記錄等。

最高層(信息管理層)：負責統一協調全系統的生產。處理全系統運行過程中的綜合信息，是整個系統的后臺數據存儲和管理系統，具有對整個系統的數據信息進行管理的功能。

現場總線的拓撲結構通常采用線形、樹形和環形三種方式。ProfiBus采用線形結構，用一根總干線從控制器連接到受控對象，總線電纜從主干電纜分支到現場設備處，控制器掃描所有I/O站上的輸入，必要時還可發送信息到輸出通道，實現多主式和對等式通信。

電控系統總體設計方案

根據青島卷煙廠煙絲自動化物流系統項目總體方案，系統的控制網絡采用Profibus現場總線；采用帶Profibus-DP接口的S7-400系列PLC作為系統的過程控制主站，將分布在現場的智能設備與各種分布式I/O從站通過Profibus總線進行連接并實現數字信息交換(如數據采集、參數設定等)及過程控制。Profibus站的分布式I/O選用Phoenix公司現場I/O系列模塊；操作員終端、條碼設備等都帶有Profibus-DP接口。作為Profibus-DP的從站。

控制系統可以獨立完成高架立體庫設備的運行、停機、故障報警等各種過程控制。通過現場操作員終端，可以實現單機/自動切換、對每臺設備進行手動操作及狀態指示等功能。通過上位監控系統，可以監控整個自動化物流系統所有設備的運行狀況、貨物的所在位置及數據等。

煙絲庫作為一個獨立的系統，采用一套PLC系統。由于高架立庫區出入庫的設備比較集中，因此將現場設備按平面布置劃分為若干片(段)，每片設一個電控箱，采用Phoenix公司IP20防護等級的電機啟動器，置于電控箱內，配置一個現場總線子站，完成設備的全部控制。

上位機

系統采用IBM X3650 PC SERVER應用服務器作上位機，通過CP5611接口卡使工控機與Profibus-DP相連，應用服務器與現場總線連接成能完成組態、運行、操作等功能的完整的控制網絡系統。上位機監控軟件采用Intellution公司FIX組態軟件，可實現動態顯示、報警、趨勢、控制策略、控制網絡通信等功能，并提供了友好的用戶界面，使用戶根據實際生產需要生成相應的應用軟件。設備控制層的組成及功能

設備控制層電控設備由主控制柜、配電柜、現場控制柜、分布式I/O控制站、特殊控制箱(用于復雜功能設備的控制)、智能設備控制器、現場操作員終端、現場總線組件等組成。

設備控制層的主要控制功能包括：

1、手動控制：電控系統應提供手動操作功能，在手動方式下，由人工對各電機進行正、反轉啟動/停止操作。手動操作在現場操作員終端上實現。

2、自動控制：電控系統在自動方式下與上位計算機離線，通過現場操作員終端輸入所輸送貨物的起始地址和目標地址碼，實現對各輸送設備的自動控制，包括電機啟/停、執行機構的動作等，并實現對物流和數據流的自動傳輸，最終滿足與上位計算機離線時的輸送任務。

3、在線控制：在線控制方式下，電控系統在上位計算機的命令下，實現對各輸送設備的自動控制，包括電機啟/停、執行機構的動作等，實現對物流和數據流的自動傳輸，最終滿足各工藝流程的要求。

4、緊急停止及故障報警：電控柜和現場操作員終端上具有緊急停止操作功能。當按下急停按鈕后，該段內控制系統所控制的設備全部停止運行，并在電控柜上急停按鈕切斷動力電源。解除緊急情況后，系統須故障確認后方可正常工作。系統所控制的設備出現故障時，能自動診斷并產生相應的聲光報警信號。

5、現場操作員終端：完成控制設備的分段監視、分段控制、故障報警、主要工藝參數及物流信息的查詢與設定等。用于監視所控工藝流程段中的設備狀況、物流信息及故障指示等，并可對控制設備進行手動操作，便于系統的調試和維護。

用戶界面開發

基于Profibus-DP網絡的控制系統主要包含以下幾種人機接口界面。

1、信息顯示畫面：主要顯示當前運行狀態信息，如電機的速度、變頻器的運行頻率以及一些故障信息。

2、設備控制畫面：在上位機上實現人工控制，在界面中點擊相應設備按鈕即可對設備如電機等進行單獨控制。

3、實時報警處理：對系統實時采集的數據進行判斷，發出報警信號，并按技術要求進行處理、自動進行相應設備控制。

4、報表打印及數據曲線顯示等。

Profibus現場總線體現了控制領域對降低成本、提高可靠性、增強可維護性和提高數據采集智能化的要求。在系統中間層或不同層的總線設備之間均采用數字信號進行通信，替代了模擬信號，因而可實現一對電線上傳輸多個信號(包括多個運行參數值、多個設備狀態、故障信息)同時又為多個設備提供電源，不再需要A/D、D/A轉換部件。大量減少了導線和連接附件，提高了系統的可靠性和抗干擾能力。現場總線技術使用了將控制邏輯分散到整個系統的全新理念，最大限度地提高了生產效率，實現了工廠管理與控制一體化，必將成為自動化物流系統控制領域的主流方向。