1、 畢 業(yè) 論 文（2008屆）題 目PROFIBUS-DP在多臺交流電機控制系統(tǒng)中應(yīng)用 學(xué) 院 專 業(yè) 電氣自動化技術(shù) 班 級 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師完成日期 目錄緒論 現(xiàn)場總線Profibus的引入 文章主要的工作 第一章 PROFIBUE-DP系統(tǒng)工作過程 1.1 主站和從站的初始化1.2 總線令牌環(huán)的建立1.3 主站與從站通信的初始化第二章 Profibus-DP通信協(xié)議規(guī)范2.1 PROFIBUS-DP（RS-485）物理層數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)與連接2.2PROFIBUS-DP（光纜）物理層 OLM技術(shù) OLP技術(shù) 集成光纜連接 第三章 Profibus-DP通信數(shù)據(jù)連接層規(guī)范 3.1 幀

2、的結(jié)構(gòu)與幀格式 第四章 PROFIBUS-DP多電機交流控制系統(tǒng) 4.1 多電機交流控制系統(tǒng)的硬件組構(gòu)及其現(xiàn)場 4.2 多電機交流控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 4.2.0 多電機交流控制系統(tǒng)的軟件流程 4.2.1 多電機交流控制系統(tǒng)的邏輯控制原理 4.3 變頻器的閉環(huán)控制原理 第五章 組態(tài)監(jiān)控 5.1 電機組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng) 5.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)計 5.3 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控實現(xiàn) 結(jié)束語參考文獻緒論信息技術(shù)的飛速發(fā)展導(dǎo)致了自動化領(lǐng)域的深刻變革，并逐步形成了網(wǎng)絡(luò)化的、全開放式的自動化控制體系結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)場總線正是這場深刻變革中最核心的技術(shù)?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS是繼基地式氣動儀表控制系統(tǒng)、電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、

3、DDC、DCS之后的新一代控制系統(tǒng)，它代表著工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展方向。由于它適應(yīng)了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的方向，給自動化系統(tǒng)的最終用戶帶來了更大的實惠和方便，并促使了目前生產(chǎn)的自動化儀表、集散控制系統(tǒng)、可編程控制器產(chǎn)品面臨體系結(jié)結(jié)構(gòu)、功能方面的重大變革，導(dǎo)致工業(yè)自動化產(chǎn)品的又一次更新?lián)Q代。因此它成了全球工業(yè)自動化技術(shù)的熱點，并使行業(yè)產(chǎn)品的變革，該項技術(shù)的開發(fā)，可以帶動工業(yè)控制、樓宇自動化、儀表制造、計算機軟硬件等產(chǎn)品更新?lián)Q代，被譽為跨世紀的自控新技術(shù)。所謂的現(xiàn)場總線是指將現(xiàn)場設(shè)備（數(shù)字傳感器、變送器、儀表與執(zhí)行機構(gòu)）與工業(yè)過程控制單元、現(xiàn)場操作站等互聯(lián)而成的計算機網(wǎng)絡(luò)，它具有

4、全數(shù)字化、分散、開放、雙向傳輸和多分支等特點。是工業(yè)現(xiàn)場級的產(chǎn)物。PROFIBUS是唯一全集成H1（過程）和H2（工廠自動化）的現(xiàn)場總線解決方案，是一種國際化的不依賴于設(shè)備制造商的開放式現(xiàn)場總線標(biāo)準。它是廣泛應(yīng)用于制造工業(yè)自動化，流程自動化，樓宇自動化以及交通、電力等其他自動化領(lǐng)域采用PROFIBUE標(biāo)準系統(tǒng)，不同制造商所生產(chǎn)的設(shè)備不須對其接口進行特別的調(diào)整就可通訊，PROFIBUE可用于高速并對時間有苛刻要求的數(shù)據(jù)傳輸，也可以用于大范圍的復(fù)雜通訊場合。 現(xiàn)場總線Profibus的引入標(biāo)準場總線ProfibusDP的硬件由主設(shè)備、從設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)路等三部分組成。其中主設(shè)備用以控制總線上的數(shù)據(jù)傳輸

5、，且在沒有提供外部請求時發(fā)送信息和被授權(quán)可訪問總線；從設(shè)備是相對于主設(shè)備而言較為簡單的外部設(shè)備，且未被授權(quán)訪問總線；網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)路如傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)鏈接器，前者如屏蔽雙絞電纜構(gòu)成電氣網(wǎng)絡(luò)、用塑料或玻璃纖維光纜構(gòu)成的光纖網(wǎng)絡(luò)、或是基于兩種媒介之間由OLM轉(zhuǎn)換的混合網(wǎng)絡(luò)，后者如RS485總線連接器、RS485總線終端、RS485中繼器、光鏈路模塊OLM等。在多電機交流控制系統(tǒng)中，存在著電機控制點、各交流變頻器分布線長而且分散的特點，采用現(xiàn)場總線技術(shù)可以在控制室內(nèi)和現(xiàn)場操作臺各裝設(shè)分布式I/O模塊，聯(lián)成總線網(wǎng)絡(luò)，以數(shù)字方式來進行控制數(shù)據(jù)的串行傳輸，這樣一來，控制系統(tǒng)將具有更佳的抗干擾能力，所提供給變頻器的參

6、考值亦比較精確。文章主要的工作1.PROFIBUS-DP系統(tǒng)工作的過程以及內(nèi)部原理2.PROFIBUS-DP對多臺電機控制以及組態(tài)監(jiān)控第一章 PROFIBUE-DP系統(tǒng)工作過程1.1 主站和從站的初始化上電后，主站和從站進入Offline狀態(tài)，執(zhí)行自檢。當(dāng)所需要的參數(shù)的被初始化后，主站開始監(jiān)聽總線令牌，而從站開始等待主站對其設(shè)置參數(shù)。1.2 總線令牌環(huán)的建立主站準備好進入總線令牌環(huán)，處于聽令牌狀態(tài)。在一定的時間內(nèi)總線上沒有信號的傳遞，就開始生成自己的令牌并初始化。然后對該全方面的地址的狀態(tài)詢問。根據(jù)收到的應(yīng)答的結(jié)果確定主站表和本主站所管理的范圍GAP。1.3 主站與從站通信的初始化DP系統(tǒng)工作

7、的過程如下圖所示，在主站可以與DP從站設(shè)備交換用戶數(shù)據(jù)之前，主站必須設(shè)置DP從站的參數(shù)并配置此從站的通信接口，因此主站首先檢查DP從站是否在總線上。如果在，則主站檢查從站準備的情況。如果DP從站報告它已準備好接受參數(shù)，則主站給DP從站設(shè)置參數(shù)數(shù)據(jù)并檢查通信接口的配置，DP從站將分別給予確認。收到從站的確認回答后，主站再請求從站診斷數(shù)據(jù)以查明從站是否準備好進行用戶數(shù)據(jù)交換。只有這些正確完成后，主站才能開始循環(huán)地與DP從站交換用戶數(shù)據(jù)。在上述過程中，交換了下述3中數(shù)據(jù)。 參數(shù)數(shù)據(jù) 參數(shù)數(shù)據(jù)包括預(yù)先給DP從站的一些本地和全局參數(shù)以及一些特征和功能。參數(shù)報文的結(jié)構(gòu)除了包括標(biāo)準的規(guī)定以外，必要的時還包括

8、DP從站和制造商特有的部分。參數(shù)不能超過244個字節(jié)，重要的參數(shù)包括狀態(tài)參數(shù)、看門口定時器參數(shù)、從站制造商的標(biāo)示、從站分組及用戶定義的從站參數(shù)等。 通信接口配置數(shù)據(jù) DP從站的輸入/輸出數(shù)據(jù)的格式通過標(biāo)識符來描述。標(biāo)識符指定可在用戶數(shù)據(jù)交換的輸入/輸出字節(jié)的長度以及數(shù)據(jù)的一致刷新要求。在檢查通信接口配置時主站發(fā)送表示付給DP主站，以檢查在從站中實際存在的輸入/輸出區(qū)域是否與標(biāo)識符所設(shè)定的一致。如果一致。則可以進入主站從用戶數(shù)據(jù)交換階段。 診斷數(shù)據(jù) 在啟動階段，主站使用診斷請求報文來檢查是否存在DP從站和從站是否準備接收報文。由DP從站提交的診斷數(shù)據(jù)包括符合標(biāo)準的診斷部分以及此DP從站專用的外部

9、診斷信息。DP從站發(fā)送診斷報文告知DP主站它的運行狀態(tài)、出錯時間以及原因等。用戶的交換數(shù)據(jù)通信 如果前面所說的過程沒有錯誤而且DP從站的通信接口配置與主站的請求相符，則DP從站提交的診斷報文報告它已為循環(huán)地交換用戶數(shù)據(jù)做好準備。DP從站報告出現(xiàn)診斷報文的流程如下圖。 第二章 Profibus-DP通信協(xié)議規(guī)范 PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498國際標(biāo)準，以O(shè)SI作為參考模型的。如下圖PROFIBUS-DP定義了第1、2層和用戶接口。第3到7層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細說明了各種不同PROFIBUS-DP系統(tǒng)的設(shè)備行為特性。PROFIBUS-

10、DP的協(xié)議結(jié)構(gòu) 用戶層PROFIBUS-DP設(shè)備行規(guī)PROFIBUS-DP基本功能和擴展功能PROFIBUS-DP用戶接口（直接數(shù)據(jù)鏈路映射程序DDLM）第37層空第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層（FDL）FMA1/2第一層物理層物理層（PHY）2.1 PROFIBUS-DP（RS-485）物理層 根據(jù)EIA-485標(biāo)準，下表所列出符合PROFIBUS-DP規(guī)范的兩種電纜規(guī)格。 電纜規(guī)格電纜參數(shù)A型B型阻抗135165(f=3MHz20MHz)135130(f100kHz)電容30pF/m QW0(Receiver buffer);IW0 -V5008 (Sender buffer)。（

11、5）WIN側(cè)的組態(tài)。 打開WINCC在“tag manage ment”中添加Profibus-DP協(xié)議，如圖5.5所示:圖5.5 組態(tài)WINCC(6) 在DP協(xié)議下，添加新的連接，設(shè)置連接DP從站地址。(7) 配置系統(tǒng)參數(shù)。選擇CP5412(A2)board 1，在右鍵菜單中選擇“system parameters”設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，如圖5.6所示:圖5.6 設(shè)置系統(tǒng)參數(shù) (8) 添加變量Tag，連接輸入地址，如圖5.7所示:圖5.7 添加變量Tag這樣，就完成了WINCC與ET200之間的連接Profibus-DP連接。 5.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控實現(xiàn) 基于Profibus DP組成網(wǎng)絡(luò)，通過WIN

12、CC進行系統(tǒng)組態(tài)實現(xiàn)車間并條機的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，可以對生產(chǎn)過程中的棉條的喂入速度、輸出速度、自調(diào)勻整率和棉條的條干歷史趨勢圖進行顯示。并對主電機、伺服電機、換筒電機、風(fēng)機，以及運行各種故障進行報警。由于監(jiān)視屏上的流程圖是根據(jù)生產(chǎn)流程而畫出的，可以使操作人員一目了然，給維護人員也帶來了方便。該監(jiān)控系統(tǒng)主要可實現(xiàn)以下功能:(1) 遠程控制功能:通過在上位機上的簡操作，可以實現(xiàn)對每臺機的重要參數(shù)進行修改。(2) 實時監(jiān)控:實時顯示車間各臺并條機運行狀態(tài)，同時能實時顯示生產(chǎn)產(chǎn)量狀況。(3) 實時數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析功能:上位機實時地進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，并經(jīng)算法處理把結(jié)果顯示在監(jiān)控見面。尤其能實時顯示每臺并條

13、機左右眼輸出棉條的條干分析趨勢圖。(4) 報表生成功能:能自動生成事件報表和產(chǎn)量報表，方便用戶查看數(shù)據(jù)。(5) 打印功能:能對每臺并條機輸出棉條的條干曲線、事件報表和產(chǎn)量報表等用戶所關(guān)心的數(shù)據(jù)和信息進行打印。 (6) 故障報警功能:能立即顯示并條機當(dāng)前產(chǎn)生的故障，同時在事件報表中能查詢歷史故障信息。(7) 緊急應(yīng)急處理，如果有機臺發(fā)生嚴重危險故障時，且來不及到車間去處理，可以在監(jiān)控畫面操作急停按鈕停止系統(tǒng)工作以保證重要設(shè)備及人身安全。5結(jié)束語本系統(tǒng)用Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)了分布式監(jiān)控系統(tǒng)，大大降低了現(xiàn)場信號連接的工作量和費用，提高了信號傳輸精度和靈活性，降低了系統(tǒng)成本，給安裝、調(diào)試和設(shè)備維護帶來了方便。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)、計算機技術(shù)和自動化控制技術(shù)的不斷發(fā)展，相信基于PROFIBUS-DP的現(xiàn)場總線技術(shù)不僅會為本系統(tǒng)中生產(chǎn)效益的提高做出貢獻，更會為多工廠實現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度全集中監(jiān)控和整個企業(yè)的全集成自動化帶來更廣闊的前景。通過對本系統(tǒng)的建構(gòu)，能廣泛應(yīng)用于小型漿紙廠、粉末加工廠、樓宇水泵控制、傳送帶控制等領(lǐng)域。由于它通過一種開放式、具有IEC標(biāo)準的現(xiàn)場總線Profibus系統(tǒng)進行組構(gòu)，因此具有（1）低柔性的修改和擴展功能；（2）實現(xiàn)分布式控制，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高控制精度