SmartPro 系統(tǒng)是北京 Hollysys 公司新近推出的新一代基于 PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有快速、高效、組態(tài)靈活多樣、信號(hào)處理功能強(qiáng)大、方便、系統(tǒng)開(kāi)放性好、可升級(jí)等特點(diǎn)。下面結(jié)合其在某紙廠拷貝紙生產(chǎn)過(guò)程的具體應(yīng)用做一介紹。 

 SmartPr

    SmartPro 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。各控制站與操作員站之間采用 TCP／IP 協(xié)議的以太網(wǎng)絡(luò)，其控制層采用了工業(yè)控制上較為流行的 PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線。

該系統(tǒng)的硬件配置說(shuō)明：

    1）操作員站及工程師采用 Dell 計(jì)算機(jī) Pentium  Ⅳ1.8G/128M/30G/21"雙冗余。

    2）操作站與主控單元之間采用冗余配置的 100M 以太網(wǎng)絡(luò)，使系統(tǒng)有較好的開(kāi)放性，利用雙絞線通信（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況也可以選用光纖通信電纜提高通信速率）。

    3）電源也采用冗余配置。

    4）主控單元與 I／O 模塊之間的數(shù)據(jù)通信采用了 PROFIBUS 總線結(jié)構(gòu)。主控單元其實(shí)就是一臺(tái) PC 機(jī)，CPU選用 MMX233，內(nèi)存 32Mbyte/168-Pin DRAM，SSD（固態(tài)盤）為 8Mbyte DiskOnChip，所有 I／O模塊均采用有 8 位地址撥碼開(kāi)關(guān)的 FM131 普通端子模塊作為底座。因打漿車間 I／O點(diǎn)數(shù)較多，所以主控單元裝在 1#I／O柜置于漿間，抄紙車間 I／O點(diǎn)數(shù)較少，2#I／O柜置于抄紙車間，1#、2#柜之間也采用了 PROFIBUS-DP 總線中繼器將 I／O 信號(hào)處理部分?jǐn)U展到現(xiàn)場(chǎng)，從而可以節(jié)省大量的信號(hào)電纜，充分利用了現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)勢(shì)。 5）I／O模塊的選用：該系統(tǒng)選用了 19 個(gè) FM148八通道模擬量輸入模塊、1 個(gè) FMI62八通道脈沖／頻率輸入模塊、8 個(gè) FM161 十六通道數(shù)字量輸入模塊、7 個(gè) FM151 八通道模擬量輸出模塊、信號(hào)選用了 9 個(gè) FM171 十六通道數(shù)字量輸出模塊，1 個(gè) 6ES7972 中繼器。用于控制回路的輸入／輸出信號(hào)模塊采用了冗余配置。每個(gè)模塊就算作該段 PROFIBUS-DP總線上的一個(gè)站。

    2.1  PROFIBUS 是一種國(guó)際化、開(kāi)放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，廣泛用于電力、化工過(guò)程、造紙過(guò)程等自動(dòng)化領(lǐng)域。

    2.2  PROFIBUS 由 PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）、PROFIBUS-PA（Process Automation）、PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification）三個(gè)兼容部分組成。

    2.3  PROFIBUS-DP 是一種高速低成本 I／O 的通信。使用 PROFIBUS-DP 可以取代 24VDC、4～20mA 的信號(hào)傳輸。PROFIBUS-DP 定義了開(kāi)放式系統(tǒng)互連網(wǎng)絡(luò)（Open System Interconnection）參考模型的第一、二以定義。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(xì)說(shuō)明了各種不同 PROFIBUS-DP 設(shè)備的設(shè)備行為。

    2.4  PROFIBIJS-DP 采用了 RS-485 傳輸協(xié)議。其特點(diǎn)是：線性總線、兩端由有源的總線終端電阻、傳輸速率在 9.6kbps～12MbpS之間、每個(gè)分段 32 個(gè)站（無(wú)中繼器）、最多可到 127個(gè)站（通過(guò)中繼器連接）。

    2.5  PROFIBUS-PA 專為過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，它提供了標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)安全的傳輸技術(shù)IEC1158-2 中規(guī)定的通信標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)到控制器的連接（通過(guò) DP／PA Link 耦合器），用于安全性較高的場(chǎng)合以及由總線供電的站點(diǎn)。

    2.6  PROFIBUS-FMS用于車間級(jí)監(jiān)控，是一個(gè)令牌結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò)。PROFIBUS-FMS包括應(yīng)用協(xié)議并向用戶提供了廣泛選用的強(qiáng)有力的通信服務(wù)。 3  SmartPro系SmartPro 系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件構(gòu)成包括兩部分：控制方案組態(tài)軟件 ConMaker以及操作人機(jī)界面組態(tài)軟件 FacView。可以在 WinNT 或者 Win98 操作系統(tǒng)下運(yùn)行。 控制方案組態(tài)軟件 ConMaker是在Citect 的基礎(chǔ)上采用 Visual C++語(yǔ)言開(kāi)發(fā)而成，它提供了 ST、IL、FBD、LADDER 等多種方式進(jìn)行工程組態(tài)。其中 ST 是一種類似高級(jí)語(yǔ)言，用起來(lái)特別靈活、方便、功能強(qiáng)大；IL 為一種類似匯編語(yǔ)言，底層功能強(qiáng)大；LADDER 是專為離散變量檢測(cè)控制提供的一種組態(tài)語(yǔ)言，與可編程控制器用梯形圖語(yǔ)言基本 FBD是功能塊組態(tài)方式，每一個(gè)功能塊均是采用 ST 編程，用戶在使用時(shí)可以直接進(jìn)行調(diào)用，當(dāng)然用戶也可以根據(jù)需要編程新的功能塊，作為用戶自定義的功能塊，它和庫(kù)中的功能塊的作用完全一樣可以進(jìn)行調(diào)用，非常方便。總之，SmartPro 控制系統(tǒng)為過(guò)程控制提供了一個(gè)充分發(fā)展的平臺(tái)。控制方案軟件的組態(tài)是在操作站上進(jìn)行編程然后下裝到主控單元之中的。每一個(gè)（冗余的配置算一個(gè)）主控單元組態(tài)軟件中包含且只能包含一個(gè)以 MACS-PRG（）為名稱的主程序，其它控制組態(tài)程序須作為子程序包含在主程序中。

    該拷貝紙生產(chǎn)線有 AI141 個(gè)點(diǎn)、AO47 點(diǎn)、DI120點(diǎn)、DO131點(diǎn)。其中打漿工藝采用回流式循環(huán)打漿，既有回流比控制，也有打漿度軟測(cè)量控制，打漿度采用串級(jí)控制。流漿箱采用解耦控制。其他控制回路均采用常規(guī) PID 控制。其打漿度控制系統(tǒng)如圖 2 所示。流漿箱上控制方案通常情況下全部采用 SmartPro 庫(kù)中的功能塊來(lái)搭建實(shí)施起來(lái)較為繁瑣，在 SmartPro 系統(tǒng)中，由于提供了多種組態(tài)工具軟件，可以根據(jù)各種組態(tài)工具軟件的的特點(diǎn)選擇性地使用。無(wú)論是采用的何種組態(tài)工具，只要將這些程序作為子程序，包含在該工程下的主程序中即可。另外不同的子程序之間還可以設(shè)定不同的運(yùn)行周期。大部分程序均利用SmartPro 自帶的功能塊（FBD）及結(jié)構(gòu)化文本（ST）編寫，但在流漿箱控制中，總壓和液位是相互影響而耦合在一起的，需要采用解耦控制，圖 2中的解耦網(wǎng)絡(luò)就是利用 ST 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的功能塊。還有一些其他的功能塊是利用 ST 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的，定義后的模塊就可以像庫(kù)中的能模塊一樣在各子程序中進(jìn)行調(diào)用。詳細(xì)程序略。FacView人機(jī)對(duì)話操作界面組態(tài)軟件的功能非常強(qiáng)大，其作用就是在操作站與主控單元之間建立數(shù)據(jù)聯(lián)系，方便操作人員的監(jiān)視與控制操作。它含有與生產(chǎn)過(guò)程實(shí)際相近的許多立體圖形庫(kù)、平面圖形庫(kù)，使用非常方便。用戶也可以自己創(chuàng)建一些適用于本存放到圖形庫(kù)中，使圖形庫(kù)得到不斷地補(bǔ)充和完善。另外，用戶還可根據(jù)習(xí)慣創(chuàng)建一些顯示畫面模板、彈出窗口等。在操作員站還可以將控制站、控制網(wǎng)絡(luò)、I／O 模塊的狀態(tài)動(dòng)態(tài)地進(jìn)行顯示。

    SmartPro 系統(tǒng)的標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立也非常方便。用戶只需要在進(jìn)行工程組態(tài)前，用 Excel 軟件按數(shù)據(jù)庫(kù)中的各字段（包括變量名、描述、控制器名、模塊地址、通道號(hào)、工程單位、量程范圍、轉(zhuǎn)變方式、趨勢(shì)變量等）的要求填寫完整，然后使用MACSDBLOAD 工具將 Excel 表格轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)庫(kù)格式。轉(zhuǎn)化過(guò)程中將生成標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史趨勢(shì)標(biāo)簽庫(kù)、ConMaker 硬件配置框架、全局變量定義、變量值的轉(zhuǎn)換程序等，并且生成的這些內(nèi)容均可以在工程目錄下進(jìn)行保存和修改。值得注意的是：在 FacView中參與監(jiān)視與控制的標(biāo)簽名一定要在 ConMaker工程下有定義，也就是說(shuō)，上層的標(biāo)簽一定要在下層的硬件配置上找到淵源，其地址務(wù)必對(duì)應(yīng)起來(lái)，并且變量名最好不要重復(fù)，哪怕是來(lái)自兩個(gè)不同的主控單元，否則在線編譯運(yùn)行時(shí)會(huì)出錯(cuò)。在一個(gè)主控單元監(jiān)控程序中，要想引用另一個(gè)主控單元的標(biāo)簽變量則必須采用 EVENT（事件）來(lái)進(jìn)行定義。
 
    SmartPro 系統(tǒng)的報(bào)表采用 Excel 填寫時(shí)，功能也非常完善。用戶可依據(jù)生產(chǎn)過(guò)程的要求生成不同的報(bào)表。同時(shí) SmartPro 系統(tǒng)也支持 Excel 實(shí)時(shí)讀寫功能，據(jù)此用戶可增加一些高級(jí)控制功能模塊，如過(guò)程優(yōu)化控制、配方自適應(yīng)控制等功能。
SmartPro 系統(tǒng)該造紙過(guò)程中，充分發(fā)揮了總線結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，不僅節(jié)約了資金的投入（僅電纜一項(xiàng)就節(jié)約資金 4 萬(wàn)余元），很理想地完成了數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，而且使得該廠的產(chǎn)品質(zhì)量有了顯著的提高，大幅度降低了生產(chǎn)成本。除完成目前控制任務(wù)以外，該控系統(tǒng)的發(fā)展留有了一定的空間，為今后將控制網(wǎng)絡(luò)容入企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)
 
[1]  ConMaker 使用手冊(cè)

[2]  FacView 使用手冊(cè)

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[4]   唐濟(jì)揚(yáng).PROFIBUS 技術(shù).自動(dòng)化博覽，2001（4）：38～40