1.前言
　　我們新研制出一種用于紙漿白度測定的智能白度儀，該儀表采用西門子公司生產(chǎn)的S7-224 CPU結(jié)合軟件功能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，具有較好的可靠性、重復(fù)性、精確度和穩(wěn)定性。為了使其能與其它智能設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)通信，我們將通過現(xiàn)場總線技術(shù)把它連接到網(wǎng)絡(luò)中，使它成為造紙廠現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的一部分。
2.現(xiàn)場總線的選擇
　　2.1現(xiàn)場總線技術(shù)的選擇
　　現(xiàn)場總線集控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)于一體，是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。這項(xiàng)技術(shù)可將多個(gè)智能控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分布式計(jì)算機(jī)控制，提高檢測和控制精度，改善系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)安全性，從而得到了廣泛的應(yīng)用。
　　近年來，幾種有影響的現(xiàn)場總線技術(shù)已在一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域里顯示出各自的優(yōu)勢。在此，我們選定了現(xiàn)為德國和歐洲標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS（Process Fieldbus）現(xiàn)場總線。一方面由于它是目前數(shù)據(jù)傳輸率最快的一種現(xiàn)場總線，傳輸率最高可達(dá)12Mbps，另一方面它能夠很好的與西門子的傳動設(shè)備相配合，并與西門子PLC（Programmable Logic Controller）結(jié)合緊密且組態(tài)簡便。
　　2.2 PROFIBUS現(xiàn)場總線簡介
　　參照ISO/OSI參考模型,PROFIBUS現(xiàn)場總線只包含物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。由PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS， PROFIBUS-PA組成PROFIBUS系列。
　　PROFIBUS-DP：經(jīng)過優(yōu)化的高速、廉價(jià)的通信連接，專為自動控制系統(tǒng)和設(shè)備級分散I/O之間通信設(shè)計(jì)，使用PROFIBUS-DP模塊可取代價(jià)格昂貴的24V或0～20mA并行信號線。用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸。
　　PROFIBUS-FMS ：解決車間級通用性通信任務(wù)，提供大量的通信服務(wù)，完成中等傳輸速度的循環(huán)和非循環(huán)通信任務(wù)，用于紡織工業(yè)、樓宇自動化、電氣傳動、傳感器和執(zhí)行器、可編程序控制器、低壓開關(guān)設(shè)備等一般自動化控制。
　　PROFIBUS-PA專為過程自動化設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)安全的傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了IEC1158-2中規(guī)定的通信規(guī)程，用于對安全性要求高的場合及由總線供電的站點(diǎn)。
　　本設(shè)計(jì)中采用的是PROFIBUS-DP標(biāo)準(zhǔn)，PROFIBUS-DP（或DP標(biāo)準(zhǔn)）是由歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170定義的一種遠(yuǎn)程I/O通信協(xié)議。DP表示分布式外圍設(shè)備，亦即遠(yuǎn)程I/O。PROFIBUS-DP還用到了應(yīng)用層接口（ALI），ALI將過程對象轉(zhuǎn)換為通信對象。
3.智能白度儀原理簡介
　　智能白度儀在結(jié)構(gòu)上主要由光學(xué)通路和測量電路兩大部分組成。光學(xué)通路部
　　分主要包括光源、聚光鏡、濾光片、光電池、光纖等光學(xué)元器件，采用了差動測量光路，用雙光路進(jìn)行補(bǔ)償。在光源照射下輸出兩路光電流，一路作為測量光電流IX，另一路為補(bǔ)償光電流IR。測量電路部分由西門子公司的S7-200 PLC系列的CPU 224、模擬量擴(kuò)展模塊EM 235、顯示部分組成。工作時(shí)傳感器直接裝在洗漿機(jī)上，通過測量洗漿機(jī)上漿餅的白度來獲得紙漿白度。CPU 224對傳感器的輸出進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，結(jié)果送入顯示器，同時(shí)，為達(dá)到對紙漿白度的監(jiān)控，把儀表接入PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中。整個(gè)儀表框圖如圖1所示。

圖1 智能白度儀結(jié)構(gòu)框圖
4.網(wǎng)絡(luò)組成
　　4.1 硬件配置
　　選用S7-315-2DP作為PROFIBUS主站，EM 277作PROFIBUS的從站。EM 277經(jīng)過串行I/O總線連接到S7-224 CPU。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過其DP通信端口，連接到EM 277 PROFIBUS-DP模塊。HMI通過EM 277監(jiān)控S7-224。編程器或PC通過EM 277對S7-224編程，編程軟件選用STEP 7-Micro/WIN。此網(wǎng)絡(luò)支持9.6K到12M的波特率。同時(shí)S7-315-2DP連接到以太網(wǎng)完成人機(jī)交互控制、數(shù)據(jù)監(jiān)視記錄和報(bào)表統(tǒng)計(jì)等工作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)配置圖
　　4.2 軟件組成
　　DP從站主要是完成各自獨(dú)立的控制程序，在這不作介紹;DP主站則以組態(tài)為主，完成主從站之間的數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)處理及主站對從站的監(jiān)控。在本設(shè)計(jì)中，EM 277用DP主站組態(tài)，以接受從主站來的輸出數(shù)據(jù)，并將輸入數(shù)據(jù)返回給主站。輸出和輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)駐留在S7-224 CPU的變量存儲器（V存儲器）內(nèi)。組態(tài)軟件用STEP 7編程軟件。在組態(tài)DP主站時(shí)，定義V存儲器偏移為1000，輸出數(shù)據(jù)緩沖區(qū)從V1000開始;輸入緩沖區(qū)緊緊跟隨輸出緩沖區(qū)，并在V1016處開始。輸出數(shù)據(jù)（從主站來）放置在V存儲器中的V1000。輸入數(shù)據(jù)（傳送到主站）取自V存儲器的V1016。同時(shí)，定義了16輸出字節(jié)和16輸入字節(jié)的一種I/O配置，它是寫入到S7-224 CPU的輸出數(shù)據(jù)總量和從S7-224 CPU返回的輸入數(shù)據(jù)總量。EM 277從I/O配置確定輸入和輸出緩沖區(qū)的大小。DP主站將參數(shù)賦值和I/O配置信息寫入到EM 277 PROFIBUS-DP模塊，然后，EM 277將V存儲器地址和輸入及輸出數(shù)據(jù)長度傳送給S7-224 CPU。主站部分的軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖3 DP主站主程序流程圖
5.結(jié)束語
　　使用EM 277將智能白度儀作為DP從站連接到網(wǎng)絡(luò)，使此儀表具有了與其它智能設(shè)備進(jìn)行通信的能力。對紙漿白度的控制會更加及時(shí)、精確，將顯著提高紙的質(zhì)量。從而使得造紙工業(yè)原有的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)更加完善。
參考文獻(xiàn)
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