现场总线技术的工业以太网在制药业中应用

2010-06-04 14:38:47来源: 互联网

      现场总线技术自80年代末问世,就出现了以不同实体倡导的标准,典型代表有:基金会LONWOKS、PROFIBUS、CAN、HART等。其中PROFIBUS是由德国西门子公司提出并极力倡导,已经先后成为德国国家标准DIN19245和欧洲标准EU50170。在中国也组建了PROFIBUS现场总线专业委员会。本文以西门子的PLC为例,以生物制药工程为背景,阐述了现场总线技术在生物制药行业实际应用中所解决的一些问题。

      一、现场总线技术

    现场总线是80年代末、90年代初国际上形成的,用于生产现场、在微机化测量控制设备之间的实现双向串行多节点数字通信的系统,也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。

    现场总线系统FCS称为第五代控制系统,人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代,把4~20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代,把数字计算机集中式控制系统称为第三代,而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统,一方面,突破了DCS系统采用通信专用网络的局限,采用了基于公开化、标准化的解决方案,克服了封闭系统所造成的缺陷;另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构,变成了新型全分布式结构,把控制功能彻底下放到现场。现场总线技术的出现,实现了工程自动化,制造自动化,信息采集自动化等领域的现场智能设备之间的互联通信,实现了生产过程现场控制设备与更高信息管理层互联通信,此外,FCS还可以通过网关与企业的上级管理网络相连,以便管理者掌握第一手资料,为决策提供依据。为彻底打破自动化系统的信息孤岛创造了条件。

    1.现场总线PROFIBUS的分类

    目前世界流行的现场总线及总线标准有很多种,其中PROFIBUS现场总线是欧洲标准,其产品在世界市场上已被普遍接受,在中国也组建了PROFIBUS现场总线专业委员会,它是目前世界上最成功的现场总线之一。

    在兽研所疫苗工程的工厂自动化控制系统中,不涉及车间级通信任务和本安型过程自动化,因此重点应用PROFIBUS-DP。

    2.西门子S7-300系列PLC的PROFIBUS有关产品。

    西门子PLC为PROFIBUS通信提供了多种CP通讯功能模块,针对兽研所口蹄疫疫苗工程的具体情况,分区域、分功能选用了7台PLC-300,CPU为315-ZDP,涉及到的通讯处理器为组成现场级PROFIBUS的DP从站ET200M;用于PLC之间通讯及人机接口的CP342-5;用于PROFIBUS-PA到PG/PC系统接口的CP-5613。现将其分述如下:

    1)DP从站ET-200M

    ET-200M以PROFIBUSDPslave拼成主从式的I/O分布式PLC现场总线系统。

    由于其可做为CPU的远程分布式I/O,通过现场总线与CPU的通信距离长达1.2KM,因此可根据现场实际情况将具体为从站设置在控制设备附近,然后通过总线与中央CPU相连通信。这样做的最大好处就是大大减少了现场信号传至中央控制柜的距离,降低了I/O布线的成本,提高了工程施工效率,同时由于PROFIBUS-DP的总线循环时间不到10ms,它的控制实时性决不会因此而降低,在兽研所疫苗工程PLC控制系统中,冷站与动力站位于生产厂房的最北端,主要工艺设备集中于北端的冷站机房内,但还有相当一部分现场信号是在生产厂房的南端车间,如工艺温度、压力信号,和地下技术夹层,如冷站和4台冷却水泵。为了解决这一矛盾,为将PLC的CPU中央控制柜设置在北端的冷站机房内,又在生产厂房南端的地下技术夹层设置其DP站ET200M,将所有有关的现场信号先送到DP站处理,DP站通过总线连接与冷站内的中央控制柜实现通讯。其间的通信距离约为120m,处理的现场信号在50点左右,用ET200M远程分布式I/O,很好的解决了这一问题,大大降低了工程施工成本。

    2)CP342-5通讯处理器

    CP342-5是连接西门子S7-300到PROFIBUS-DP总线系统的通讯处理器,他可作为DP主站式从站为系统提供PROFIBUS-DP、S7通讯、S5单元通讯,编程器和HMI系统通讯等功能,在疫苗工程的PLC控制系统中,它主要为S7-300与HMI系统的通讯组网服务。

    3)CP-5613通讯处理器

    CP5613用于在具有PCI槽内的WINDOWSNT4.0(WINDOWS200)下,将SIMATICPG/PC和AT兼容PC连接到PROFIBUS。由于CP5613是作为PROFIBUS-DP主站运行的,它将过程图象存储在DPRAM内(CP上的存储区),且硬件自律地处理高性能的数据传输,因此其可减轻计算机主机的CPU负荷,提高计算机主机用于其他计算机或网络处理器的性能,在兽研所口蹄疫疫苗工程的PLC控制系统中,将其作为HMI/SCADA系统主机与S7300PLC系统之间的通讯处理器。

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关键字:现场  现场总线  现场总线技术  总线技术

编辑:金继舒 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/2010/0604/article_876.html
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