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的S7-224 CPU結合軟件功能進行數據處理，具有較好的可靠性、重復性、精確度和穩定性。為了使其能與其它智能設備之間實現通信，我們將通過現場總線技術把它連接到網絡中，使它成為造紙廠現場總線控制系統的一部分。
2.現場總線的選擇
2.1現場總線技術的選擇
現場總線集控制技術、計算機技術、通信技術于一體，是當今自動化領域技術發展的熱點之一。這項技術可將多個智能控制儀表連接成網絡系統，實現分布式計算機控制，提高檢測和控制精度，改善系統的動態響應速度，提高系統安全性，從而得到了廣泛的應用。
近年來，幾種有影響的現場總線技術已在一些特定的應用領域里顯示出各自的優勢。在此，我們選定了現為德國和歐洲標準的PROFIBUS（Process Fieldbus）現場總線。一方面由于它是目前數據傳輸率最快的一種現場總線，傳輸率最高可達12Mbps，另一方面它能夠很好的與西門子的傳動設備相配合，并與西門子PLC（Programmable Logic Controller）結合緊密且組態簡便。
2.2 PROFIBUS現場總線簡介
參照ISO/OSI參考模型,PROFIBUS現場總線只包含物理層、數據鏈路層和應用層。由PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS， PROFIBUS-PA組成PROFIBUS系列。
PROFIBUS-DP：經過優化的高速、廉價的通信連接，專為自動控制系統和設備級分散I/O之間通信設計，使用PROFIBUS-DP模塊可取代價格昂貴的24V或0～20mA并行信號線。用于分布式控制系統的高速數據傳輸。
PROFIBUS-FMS ：解決車間級通用性通信任務，提供大量的通信服務，完成中等傳輸速度的循環和非循環通信任務，用于紡織工業、樓宇自動化、電氣傳動、傳感器和執行器、可編程序控制器、低壓開關設備等一般自動化控制。
PROFIBUS-PA專為過程自動化設計，標準的本質安全的傳輸技術，實現了IEC1158-2中規定的通信規程，用于對安全性要求高的場合及由總線供電的站點。
本設計中采用的是PROFIBUS-DP標準，PROFIBUS-DP（或DP標準）是由歐洲標準EN50170定義的一種遠程I/O通信協議。DP表示分布式外圍設備，亦即遠程I/O。PROFIBUS-DP還用到了應用層接口（ALI），ALI將過程對象轉換為通信對象。
3.智能白度儀原理簡介
智能白度儀在結構上主要由光學通路和測量電路兩大部分組成。光學通路部
分主要包括光源、聚光鏡、濾光片、光電池、光纖等光學元器件，采用了差動測量光路，用雙光路進行補償。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、模擬量擴展模塊EM 235、顯示部分組成。工作時傳感器直接裝在洗漿機上，通過測量洗漿機上漿餅的白度來獲得紙漿白度。CPU 224對傳感器的輸出進行數據處理，結果送入顯示器，同時，為達到對紙漿白度的監控，把儀表接入PROFIBUS網絡中。整個儀表框圖如圖1所示。
圖1 智能白度儀結構框圖
4.網絡組成
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經過串行I/O總線連接到S7-224 CPU。PROFIBUS網絡經過其DP通信端口，連接到EM 277 PROFIBUS-DP模塊。HMI通過EM 277監控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。此網絡支持9.6K到12M的波特率。同時S7-315-2DP連接到以太網完成人機交互控制、數據監視記錄和報表統計等工作。系統結構如圖2所示。
圖2 PROFIBUS-DP網絡配置圖
4.2 軟件組成
DP從站主要是完成各自獨立的控制程序，在這不作介紹;DP主站則以組態為主，完成主從站之間的數據交換、數據處理及主站對從站的監控。在本設計中，EM 277用DP主站組態，以接受從主站來的輸出數據，并將輸入數據返回給主站。輸出和輸入數據緩沖區駐留在S7-224 CPU的變量存儲器（V存儲器）內。組態軟件用STEP 7編程軟件。在組態DP主站時，定義V存儲器偏移為1000，輸出數據緩沖區從V1000開始;輸入緩沖區緊緊跟隨輸出緩沖區，并在V1016處開始。輸出數據（從主站來）放置在V存儲器中的V1000。輸入數據（傳送到主站）取自V存儲器的V1016。同時，定義了16輸出字節和16輸入字節的一種I/O配置，它是寫入到S7-224 CPU的輸出數據總量和從S7-224 CPU返回的輸入數據總量。EM 277從I/O配置確定輸入和輸出緩沖區的大小。DP主站將參數賦值和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據長度傳送給S7-224 CPU。主站部分的軟件結構框圖如圖3所示。
圖3 DP主站主程序流程圖
5.結束語
使用EM 277將智能白度儀作為DP從站連接到網絡，使此儀表具有了與其它智能設備進行通信的能力。對紙漿白度的控制會更加及時、精確，將顯著提高紙的質量。從而使得造紙工業原有的現場總線控制系統更加完善。
參考文獻
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