基于PROFIBUS總線的溫度控制系統

許連閣　于曉云

遼寧機電職業技術學院（丹東　118009）

基于PROFIBUS總線的溫度控制系統

許連閣于曉云

遼寧機電職業技術學院（丹東118009）

提出了基于PROFIBUS總線的溫度控制系統的實現，給出了該系統的總體結構、功能及軟硬件的設計，實現了數據通訊、分散控制及數據管理功能。

PROFIBUS；PLC；溫度控制；分散控制系統

在現代化的工業生產中，液位、溫度、流量、壓力、速度等許多模擬量是常用的主要被控參數。其中溫度的控制尤為普遍，在諸如化工、電力、冶金、食品、造紙、微波應用、機械制造行業等多個領域中，都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制。比如微波場溫度控制，陶瓷窯溫度控制，回轉窯分解爐溫度控制，火電廠蒸汽溫度的控制，智能大廈、蔬菜大棚、恒溫廠房、大中型糧倉、庫房等多點溫度控制。

1　溫度監控管理系統的現狀及存在的問題

在過去的控制系統中，一般采用組合儀表分散控制方式，其特點是每一個溫度控制點自己都獨占一套控制回路，通過操作臺或控制盤上的開關或按鈕來實現對現場進行操作，各個控制回路之間在控制上無任何聯系。這種方法最大的優點是：相對比較安全，當一路控制回路出現故障后，并不影響其他回路正常工作。但是，隨著現代化的生產工藝系統日趨大型化，復雜化，仍采用常規儀表面對大量信息量和指令量，獨立工作的控制裝置和控制開關是很難勝任的，將需用很多很長的監控儀表盤、臺。重要的是，在信息化、數字化、標準化的今天，仍然面向儀表的管理方式己不符合當前技術發展的主流趨勢。隨后有的企業采用計算機集中控制，用一臺計算機實現溫度測量、顯示以及控制算法，反饋控制信號的輸出都是由該計算機完成，而且還要在這臺計算機上實現一些簡單的管理功能，如圖表的顯示，報表的打印等，但是，由于所有的控制及管理功能都要由一臺計算機完成，可靠性便成為非常突出的問題。而且這種控制方法，一般都沒有冗余設計，一旦計算機死機或出現其它問題，會導致整個系統被迫停止運行。為了將計算機的故障減小，使危險分散，現在的企業多數采用DCS控制系統，即計算機集散控制。其核心思想是集中管理、分散控制，即管理與控制相分離，上位機用于集中監視管理功能，若干臺下位機下放分散到現場實現分布式控制，各上下位機之間用控制網絡互連以實現相互之間的信息傳遞，使系統的可靠性有了極大的提高。由于不同的DCS廠家為達到壟斷經營的目的而對其控制通訊網絡采用各自專用的封閉形式，難以實現設備之間以及系統與外界之間的信息交換，使自動化系統成為“信息孤島”。在各種通信方式中，面向工業控制的現場總線技術從根本上突破了傳統的“點對點”式的模擬或數字-模擬信號控制的局限性，為真正的“分散式”控制，“集中式”管理提供了技術保證。基于現場總線的計算機控制采用現場總線的通訊方式，使通信的線路減少，成本更低，可靠性更高。

2　系統結構

系統總體結構如圖1所示，系統采用西門子全集成自動化產品，由SIEMENS的S7-300系列的CPU314作為主站，利用CP342-5通訊模塊，通過profibus總線與三臺遠程分布式I/O相連，其中S7-314通過MPI編程口用profibus電纜（屏蔽雙絞線）與一臺IPC上位機連接，組成典型的單主站分布式監控網絡。系統以上位機IPC作為監控中心，利用組態王工業組態軟件設計界面系統及實時數據監控系統，實現強大完善的監控功能。其中三個遠程I/O站ET200M分別設在不同的車間，完成各自不同的功能。第一個站選用的是SM331兩路12位輸入模擬量模塊和SM332兩路12位輸出模擬量模塊，其中SM331兩路12位輸入模擬量模塊負責實時檢測來自一號車間的溫度和液位值，SM332兩路12位輸出模擬量模塊用于控制一號車間的加熱棒的可控硅調壓器，通過PID運算構成閉環控制系統，完成一號車間的恒溫控制功能。第二個站選用的是SM331兩路12位輸入模擬量模塊和SM332兩路12位輸出模擬量模塊，其中SM331兩路12位輸入模擬量模塊負責實時檢測來自二號車間的溫度和液位值，SM332兩路12位輸出模擬量模塊用于控制二號車間加熱棒的可控硅調壓器及連續調節閥，并通過PID運算構成閉環控制系統，完成二號車間的恒溫度、恒液位控制功能。第三個站選用的是SM331兩路12位輸入模擬量模塊，SM332兩路12位輸出模擬量模塊和SM323八入八出數字量模塊，其中SM331兩路12位輸入模擬量模塊，負責實時檢測來自三號車間的壓力和液位值，SM332兩路12位輸出模擬量模塊用于控制三號車間的連續調節閥，完成三號車間的恒液位控制功能，并通過PID運算構成閉環控制系統，根據自三號車間的壓力值，通過變頻器實時調節電機轉速，完成三號車間恒壓供水的功能。SM323的八個輸入點用于實現現場手動控制功能，在對系統進行維修和一旦發生緊急狀況時，可以手動控制三個車間的電機起停及加熱棒的開關。

圖1　系統總體結構

3　系統軟件設計

3.1PLC程序設計

PLC程序設計的主要任務是實現主站與從站之間的通訊，三個車間系統功能的完成，現場手動部分控制功能的實現以及報警功能的完成。

（1）主站與從站之間的通訊功能是依靠兩個通訊用的數據塊和STEP7提供的FC1和FC2來實現。程序如下：

（2）三個車間系統功能的完成主要在三個子程序FB1，FB2，FB3中完成，其中每個車間都要通過PID算法實現閉環控制功能，利用四個背景數據塊和STEP7提供的SFC41完成相應的功能。

（3）現場手動部分控制功能的實現以及報警功能的完成分別在FB4和FB5中完成，其中報警主要包括壓力超限報警、溫度超限報警、液位超限報警、無水時加熱報警等。

3.2監控軟件設計

監控部分是在上位機上通過組態王工業組態軟件實現的，設計主要任務是界面部分、控制部分和與PLC通訊部分。通過組態王提供的工具，對現場的情況用形象的圖形描繪出來，并用相應的命令語言實現動畫及控制功能，把現場所有的可控部分全部用逼真的圖形及動畫顯示出來，并可以方便的實現三個車間的切換及控制，曲線的實時監測、數據報表的查詢和打印。其中一個車間的設計界面如圖2所示：

圖2　監控系統界面

4　結語

本系統投入運行使用，系統性能可靠、運行穩定、操作維護簡單方便、抗干擾能力強，用戶非常滿意，具有較好的應用前景。

［1］王立琦，張禮勇.基于CAN總線的通用多點溫度控制系統［［J］.哈爾濱商業大學學報，2004，（1）.

［2］薛菲.基于PROFIBUS-DP總線技術的PLC與主從站間的通信［［J］.PLC&FA，2004，（3）：54.

（責任編輯：文婷）

TM921.5

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1003-3319（2016）03-00003-02

10.19469/j.cnki.1003-3319.2016.03.0003