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    1  引言

    我廠新建的硫磺回收裝置是一個規模較小的裝置，出于建設成本方面的考慮，我們設計將mtl公司的基于過程i/o的現場總線模塊與foxboro公司的dcs控制系統結合，達到了較高的費效比。

    現將系統的設計思路簡述如下:

    mtl公司的i/o模塊是符合profibus標準的過程i/o模塊，它的特點是在現場安裝，從而節省電纜、降低成本，而且防爆、耐腐蝕。

    foxboro公司的i/a｀s是功能強大的dcs系統，其micro-i/a工作站提供了與其它廠商協議的通訊接口。

    將兩家的產品集成，實現優勢互補，組成一個造價低、功能強的集中分散控制系統是我們的目標。

    2  profibus總線技術

    2.1 profibus的主要特點

    （1） profibus是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產商的現場總線標準。廣泛適用于制造業自動化、流程工業自動化和樓宇、交通電力等其他領域自動化。

    （2） profibus由三個兼容部分組成，即profibus-dp（ decentralized periphery）、profibus-pa（process automation）和profibus-fms （field bus message specification）。

    （3） profibus - dp:是一種高速低成本通信，用于設備級控制系統與分散式i/o的通信。使用profibus-dp可取代辦24vdc或4-20ma信號傳輸。

    （4） profibus是一種用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術?？蓪崿F現場設備層到車間級監控的分散式數字控制和現場通信網絡，從而為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供了可行的解決方案。

    （5） 與其它現場總線系統相比，profibus的最大優點在于具有穩定的國際標準en50170作保證，并經實際應用驗證具有普遍性。目前已應用的領域包括加工制造、過程控制和自動化等。profibus開放性和不依賴于廠商的通信的設想，已在10多萬成功應用中得以實現。市場調查確認，在德國和歐洲市場中profibus占開放性工業現場總線系統的市場超過40％。

    profibus有國際著名自動化技術裝備的生產廠商支持，它們都具有各自的技術優勢并能提供廣泛的優質新產品和技術服務。

    2.2 profibus協議結構

    profibus協議結構是根據iso7498國際標準，以開放式系統互聯網絡（osi）作為參考模型。該模型共有七層。

    profibus－dp:定義了第一、二層和用戶接口，第一層為物理層，第二層為數據鏈路層，第三～六層末使用，第七層為應用層。第三到七層未加描述。用戶接口規定了用戶及系統以及不同設備可調用的應用功能，并詳細說明了各種不同profibus－dp設備的設備行為。

    2.3 profibus傳輸技術

    （1） profibus提供了三種數據傳輸類型:

    （a） 用于dp和fms的rs485傳輸。

    （b） 用于pa的iec1158-2傳輸。

    （c） 光纖

    （2） 用于dp/fms的rs485傳輸技術

    rs-485傳輸是profibus最常用的一種傳輸技術。這種技術通常稱之為h2。采用的電纜是屏蔽雙絞銅線。

    2.4 rs－485傳輸設備安裝要點

    （1） 全部設備均與總線連接。

    （2） 每個分段上最多可接32個站（主站或站）。

    （3） 每段的頭和尾各有一個總線終端電阻，確保操作運行不發生誤差。兩個總線終端電阻必須永遠有電源。

    （4） 當分段站超過32個時，必須使用中繼器連接各段總線。串聯的中繼器一般不超過3個。中繼器沒有站地址，但被計算在每段的最多站數中。

    （5） 電纜最長長度取決于傳輸速率。如使用a型電纜，則傳輸速率與長度如表

    （6） a型電纜參數: 阻抗:135-165ω 電容:＜30 pf/m 回路電阻:110ω;導線面積:0.64mm2＞0.34mmω

    （7） rs-485的傳輸技術的profibus網絡最好使用9針d型插頭。　　

    （8） 當連接各站時，應確保數據線不要擰絞，系統在高電磁發射環境（如汽車制造業）下運行應使用帶屏蔽的電纜，屏蔽可提高電磁兼容性（emc）。

    （9） 如用屏蔽編織線和屏蔽箔，應在兩端與保護接地連接，并通過盡可能的大面積屏蔽接線來覆蓋，以保持良好的傳導性。另外建議數據線必須與高壓線隔離。

    （10） 超過500k bit/s的數據傳輸速率時應避免使用短截線段，應使用市場上現有的插頭可使數據輸入和輸出電纜直接與插頭連接，而且總線插頭連接可在任何時候接通或斷開而并不中斷其它站的數據通信。

     2.5 profibus控制系統組成

    （1） 一類主站:指plc、pc或可做一類主站的控制器。主要完成總線通信控制與管理。

    （2） 二類主站 a） 分散式i/o（非智能型i/o）:通常由電源部分、通信適配器部分和接線端子部分組成。分散式i/o不具有程序存儲和程序執行功能，通信適配器部分接收主站指令，按主站指令驅動i/o，并將i/o輸入及故障診斷等住處返回給主站。通常分散型i/o是由主站統一編址，這樣在主站編程時使用分散式i/o與使用主站的i/o沒有什么區別。

    b） 驅動器、傳感器、執行機構等現場設備:即帶profibus接口的現場設備，可由主站在線完成系統配置、參數修改數據交換等功能。至于那些參數可進行通信及參數格式由profibus行規決定。

    3  mtl的過程i/o模塊

    3.1 過程i/o的概念

    傳統的過程控制系統是由一個控制器與和之相連的控制室里的i/o子系統組成的，與現場儀表的連接是通過多芯電纜及接線盒。如圖1所示，圖1中為現場接線盒、2為多芯電纜、3為安全柵、4為i/o子系統、5為過程i/o機柜、6為現場總線電纜。 

    對現場總線來說，控制器通過開放的總線直接與現場儀表柜里的i/o節點進行通訊，模塊化的組件可以使你從小規模節點到大規模高密度的應用之間任意搭配。

    使用過程i/o的好處:

    過程i/o比“遠程i/o”和“分布式i/o”節約時間和資金。而且它還有精確、可靠、耐用等適于連續操作的過程環境，它通過開放的現場總線連接不同的現場儀表（傳統設備和危險場合的特殊設備）。過程i/o最顯著的好處是節約成本，因為它用單根或一對通訊總線電纜來取代幾百對的不同電纜。系統設計、安裝和調試都更便捷。由于把i/o移到現場，控制室就不需要龐大的空間了。再有節約成本的地方就是低級信號傳感器只連接到現場節點上，消除了為每路輸入的傳送。間接的節約來自于提高診斷、在線維護和便于集成商設計方案。

    3.2 mtl8000系統的主要特點

    mtl的過程控制i/o符合國際公認的安全要求。能在zone 2/division 2和zone 1/division 1安裝使用。mtl被認為是世界上最安全最現代的防爆保護技術的領導者。mtl的產品可以經受住極端的溫度和振動及危險的、有腐蝕性氣體等常規輸入輸出卡件不能應用的環境考驗。由于輸入輸出卡件不再局限于控制室內，而且多線回路減少為幾對雙絞線，這為你在設計方案時擺脫布線限制提供了很大空間。

    4  foxboro的micro ia

    micro-i/a系列產品提供了一個可組態的、適合各種分布的和現場自動功能的可組態、可擴展的處理器的通用處理平臺。根據不同硬、軟件，可以實現控制、設備集成、現場通訊網絡集成、用戶監視和管理功能。

    micro-i/a是被設計來運行各種各樣的連續、批處理及離散控制的實時控制軟件包的，集成各種現場設備及現場總線技術的工作站。第一個軟件包是集成了控制軟件的foxblock，它允許選擇各種i/o子系統其中包括profibus-dp。其中心處理器有以下特點:

    基于pcmcia技術的可堆疊可擴展的開放架構，可適配不同的網絡通訊規范，提高了兼容性。

    可在不同的系統和現場通訊之間進行選擇。通過10base2 或10baset接口方式可連接到i/a｀s的以太網控制總線上，這就為構建中小規模的系統提供可能。還可再掛接到i/a｀s的節點總線上，來構成大規模系統。

    它壓縮的封裝外型使它適合安裝在現場。

    適應從小到大的系統規模，支持不同的操作系統平臺（unix或windows nt），小系統一般采用windows nt平臺。

    5  應用實例

    我廠的系統構架如下:

    （1） 一臺aw70，在系統軟件是采用的是基于windows nt的i/a｀s 的6.3版，應用軟件上用aim＊at（包括historian歷史庫、datalink遠程通訊工具）。

    （2） 一個micro-i/a。有profibus接口，能與mtl的卡件連接。

    （3） 上位的dcs系統的站之間用以太網hub相聯。在控制室安裝。下位的控制卡件及i/o模塊在模塊房安裝。如圖1所示。

    （4） 三個mtl的bim卡件，下掛47個i/o模塊（包括模擬輸入、模擬輸出、觸點輸入、觸點輸出、熱電阻、熱電偶模塊）。共269個回路。

    （5） 組態分為兩個層次:mtl的硬件參數設置和i/a｀s軟件組態。

    利用mtl的軟件通過串行接口直接對bim進行組態，同時可以監視模塊運行狀態及實時數據。在i/a｀s方面，除了i/o通道的編址不同外，其它功能照舊。

    6  結束語

    這個系統的優點功能齊全且成本很低。但由于是集成兩家的產品，所以在模塊監測上還不能完全一體化，這是系統的缺點?？傮w說來，對于小系統，尤其是現場環境惡劣的應用提供了一個很好的思路。