現場總線在廠務監控系統系統中的應用

曹 石 王偉東

（保定職業技術學院 機電工程系，河北 保定071000）

0 引言

國內某大型企業，以生產汽車、計算機等電器所需的二極管為主。雖然二極管結構簡單、體積小、價格低，但是在實際的工業生產中，生產工工藝卻比較復雜，并且在生產過程中對環境的要求十分嚴格，比如溫度、濕度等，一旦這些條件不滿足，不合格產品率很高。但是由于二極管的物理結構所限很難全部精確檢驗，一旦這些不合格產品流入到下一級生產市場中，會導致其他產品的質量問題。因此為了確保生產質量，加強本公司產品的市場競爭力，設計并部署一套廠務監控系統是很有必要的。該監控系統可以將生產設備和生產環境的參數集中監控起來，使工作人員能夠實時的了解生產過程的狀態，一旦出現問題能夠及時做出響應，排除隱患，提高產品的合格率。

1 信號組成

廠務監控系統主要服務對象是生產輔助設備及輔助條件,這里不包括元器件的生產設備。該廠半導體生產主要需要的一些輔助設備及條件包括：

工廠配電設備；

負責在冬天保持環境溫度的鍋爐供水系統；

負責在夏天平抑環境溫度的空調系統；

冷卻水及冰水系統；

為保持空氣溫度及相對濕度而建立的新風系統；

生產設備所需的壓縮空氣；

生產設備所需的高壓水；

消防系統。

以上系統所需采集的信號大致可分為以下幾種：

壓力信號；

流量信號；

液位信號；

溫度信號；

濕度信號；

露點信號；

電壓,電流信號；

功率,功率因數,電量信號。

2 硬件組成

根據生產要求及現場情況,決定采用西門子公司S7-400型PLC承擔信號采集工作,又根據現場將要采集的信號位置分散的特點,采用了西門子公司Profibus現場總線中的遠程I/O即DP技術。各傳感器信號就近接入Profibus子站,這樣可以最大限度的減少現場接線工作,并且因為走線距離短,可以減少信號衰減和各種干擾對信號的影響。

作為監控系統的核心的人機交互系統,采用西門子工業控制計算機和工業顯示器作為人機交流的物理介質,計算機上除運行Windows NT操作系統外還運行西門子公司WinCC組態軟件作為人機界面,通過計算機屏幕將組態的信息以文本,畫面,報警等多種形式呈現給管理人員。

3 網絡結構及網絡特性

監控系統的主干網絡采用Profibus網絡,Profibus現場總線網絡共有三種協議方式,分別為FMS,DP和PA。我們本次應用的為DP方式。DP網絡結構為主從結構,一條DP網可包含一個主站和最多126個從站,網絡傳輸距離在不使用中繼器的情況下可 達到1000米,傳輸速率從9.6Kbit/S-12Mbit/S可選。

本監控系統的Profibus DP主站為S7-400PLC,從站是分布于全廠的8個ET200M子站,它們之間通過標準的屏蔽雙絞線連接,其中由于第5與第6和第7號站之間的距離比較遠,為保證通訊速率及可靠性,我們在這三個子站之間增加了兩個中繼器以確保設計傳輸速率1.5M。在所監控的設備中包含有ATLAS公司的空壓機和施耐德公司的中壓控制器,此兩種設備中預裝有施耐德公司的MODBUS通訊模板,為在實現功能的前提下盡量減少用戶的負擔,我們采用西門子公司的CP341通訊模板直接與此兩種設備通過MODBUS協議進行通訊,MODBUS網絡結構與Profibus DP網絡結構類似也為主從結構,一個主站可以連接32個從站,通訊速率為9.6Kbit/S-38.4Kbit/S可選。

整個監控系統的網絡結構見圖1：

圖1

4 通訊網絡配置

——網絡配置分為軟件配置和硬件配置兩部分,軟件部分通過STEP7編程軟件對S7-400 CPU414-2DP進行配置包括通訊速率,子站數量及站地址等。當軟件配置完成后,各接入的監控信號在CPU中的對應地址將會自動生成。硬件配置主要是將各ET200M子站的接口模塊IM153上的地址撥碼開關設置成與軟件設置相同。MODBUS的軟件設置較復雜,除了要設置通訊地址及通訊速率外,因為是用CP341做主站,因此還要對CP341做特殊的設置,包括對CP341進行驅動程序下載。此監控系統中的MODBUS網絡在物理介質上也采用了屏蔽雙絞線,在總線的末端接入120歐姆做為終端電阻。

5 監控功能簡介

本監控系統將監控內容按照所接入的Profibus分站分為八個部分。每個分站均含有一幅或幾幅畫面用來顯示要監視的信號,這些信號有些把實際數值直接顯示在屏幕上。

系統提供了全部被監視信號在最近半年或一年的過程值的連續記錄,并可以通過連續曲線圖表現于歷史查詢畫面中,每個畫面中均有一個或幾個曲線圖窗口,窗口包括過程值的數值坐標,時間坐標,在當前時間坐標內的變化曲線,并有趨勢圖設置菜單條，包括模板調整、時間范圍設定、局部放大等功能。

本監控系統為用戶提供了及時與詳盡的故障報警,報警共分為三個等級,按照故障的主次程度排列,與生產關系最緊密的設備故障或最重要的過程值超過設定值被列為一級報警。二級、三級報警依次類推。對于一級報警，系統除在報警畫面中作出相應提示外，還以警鈴與警燈提醒用戶報警的嚴重性。如果發生第二級報警，系統除在報警畫面中作出相應提示外，還以警燈提醒用戶這是次一級的報警。對于第三級報警，系統只在報警畫面中作出相應提示。

系統提供方便的打印功能,能夠將監控值的瞬時值按照順序打印出來,也可將某一過程值在某一時間段內的變化曲線打印出來。

6 結束

本廠務監控系統信號采集可靠,網絡傳輸穩定,人機界面清晰明確,為設備管理人員把握設備狀況,及時發現設備隱患及總結設備管理經驗提供了極大的幫助。該系統適于其它設備分散，又需要對設備及生產環境進行長期監控的場合。

［1］西門子公司 SIMATIC HMI WinCC使用操作手冊 V5.0 2001[Z].

［2］西門子公司 SIMATIC NET PROFIBUS使用操作手冊 2001[Z].