基于Profibus-DP總線技術的閘門控制系統(tǒng)
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Profibus有深遠的制造業(yè)應用基礎和使用經驗，它的應用領域包括加工制造、過程和建筑自動化，如今已成為國際化的開放式現(xiàn)場總線標準，即EN50170歐洲標準和IEC61158國際標準的一部分,并且在2006年轉化為中國GB現(xiàn)場總線標準。
Profibus由Profibus-FMS（Fieldbus Message Specification），Profibus-PA（Process Automation）和Profibus-DP（Distributive Peripheral）三部分組成。其中，Profibus-DP具有高速傳輸、價格低廉等特點，實現(xiàn)起來比較簡單，主要用于分散設備間的數(shù)據(jù)高速傳輸。該總線物理層采用RS485傳輸方式，傳輸速率可由9.6kbps至12Mbps。一般用于自動化控制系統(tǒng)和現(xiàn)場設備級間的開關量的通信。因而可滿足全數(shù)字交直流調速系統(tǒng)對于快速的時間相應要求。目前80%以上的Profibus應用是基于Profibus-DP。
基于Profibus-DP現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)與以前的集散型控制系統(tǒng)DCS相比,具有很多優(yōu)越性，如：
（1）采用雙絞線、光纜或無線電方式傳送數(shù)字信號，從而大量削減現(xiàn)場儀表與控制室之間一對一連接的導線，節(jié)省安裝費用，提高可靠性和抗干擾能力，增強控制精度，信息傳輸速率可達1-12Mb/s，傳輸距離可達數(shù)公里。
（2）由于采用了統(tǒng)一的國際標準，不同廠家的產品在硬件、軟件、通信規(guī)程、連接方式等方面互相兼容，使系統(tǒng)具有開放性，這對用戶的操作、維修、擴展都是十分有利的。
（3）由于現(xiàn)場設備本身可完成自動控制的基本功能，導致現(xiàn)場總線已構成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結構。從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結合的集散控制系統(tǒng)體系，簡化了系統(tǒng)結構，提高了可靠性。許多控制功能從控制室移至現(xiàn)場儀表，大量過程檢測與控制的信息就地采集、就地處理、就地使用，在新的技術基礎上實施就地控制，使過程控制基本分散到現(xiàn)場，而控制室內的儀表裝置主要完成數(shù)據(jù)處理、監(jiān)督控制、優(yōu)化控制、協(xié)調控制和管理自動化功能。
（4）開放式系統(tǒng)，系統(tǒng)分層分級集成，設計靈活，網絡可采用多種拓撲結構。
旋轉編碼器測量精度高、使用簡單，在檢測及控制轉速、轉角等方面得到了廣泛的應用。絕對位置旋轉編碼器可直接測量參數(shù)的絕對值，抗干擾能力強；在系統(tǒng)掉電及再上電后，絕對位置旋轉編碼器仍可保持輸出位置量不變。
根據(jù)以上特點，在設計水庫閘門監(jiān)控系統(tǒng)時，我們采用帶有總線標準接口的絕對位置旋轉編碼器測量閘門的實際直線位移，以西門子S7-300系列PLC為控制核心的監(jiān)控系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)控制結構設計
2.1 閘門監(jiān)控電氣設計
閘門由兩臺電機驅動卷揚機拖動。監(jiān)控系統(tǒng)應具有現(xiàn)場/遠方可切換控制模式；通過改變電機轉子回路中的串接電阻可使閘門以三種速度升降。當閘門提升離開底坎200mm時，電機停，等到閘門前后的水位平衡后，電機再重新啟動提升閘門至希望位置。在閘門升降過程中，監(jiān)控系統(tǒng)要隨時檢測閘門的位置，并應有較高的檢測和控制精度，同時，閘門監(jiān)控系統(tǒng)要監(jiān)視負載電流，在電機或閘門啟閉機械過載時應有相應的報警輸出，并在現(xiàn)場和遠方兩種方式下都能實現(xiàn)相應的監(jiān)控。根據(jù)閘門的控制要求，系統(tǒng)主回路和部分控制回路電氣設計如圖1所示。
圖1 閘門系統(tǒng)主回路、部分控制回路
2.2 閘門監(jiān)控PLC設計
項目選用Siemens公司S7-300PLC系列CPU315-2DP，配置一個通信處理器CP342-5作為Profibus-DP系統(tǒng)的主站；旋轉編碼器選用德國ifm公司的絕對位置型旋轉編碼器RM3005，不僅具有普通多轉編碼其性能，而且保持相同的最大分辨率（8192脈沖/轉，4096轉），增添了Profibus-DP網絡的特性，作為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的從站可省去閘門監(jiān)控系統(tǒng)常規(guī)設計中的多個輸入/輸出接口,如：閘門上升和下降檢測，閘門的上下限檢測,閘門到位檢測等。選用觸摸屏TP170A作為現(xiàn)場操作站，方便顯示工藝參數(shù)、系統(tǒng)狀態(tài)。其控制網絡拓撲結構如圖2所示。
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