基于PROFIBUS总线的硝化反应综合网络平台构建

张光腾　孙琳

摘 要：由于现场总线技术的不断发展，使其应用领域不断扩大。本文针对中小型化工厂自身特点，以硝化反应控制为实例，对以PROFIBUS- DP总线为主的网络平台建立进行介绍和分析，为类似设备的电气控制系统提供参考。

关键词：PROFIBUS总线；硝化反应；平台构建

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.022

1 引言

现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线技术的出现和发展，使得构建一种全数字、全分散、全开放的控制系统成为可能，导致了传统控制系统结构的变革。

2 项目简介

本文以硝化反应车间生产项目为例，介绍其网络平台的构建。硝化反应是一种较为剧烈的放热反应，硝化剂主要由浓硝酸、发烟硝酸、浓硝酸和浓硫酸的混酸等组成，通过在反应釜中硝化剂的滴加，使硝化反应逐渐完成，并且需要均匀的搅拌（需要调速）和温度、压力的控制。同时系统还需要一套制冷装置，用于进行反应釜的冷却控制。

本系统采用1套S7-300PLC，用于硝化反应控制；采用1套S7-200PLC，用于完成辅助的制冷装置及其他设备的控制。同时为了更好的进行操作和管理，配置一台监控计算机和一台管理计算机作为监控层。

3 基于PROFIBUS的综合网络构建

为保证系统具有更高可靠性，控制系统网络采用冗余结构，即通过Profibus-DP现场总线网络将现场设备组成一个主从通讯网络，构成现场控制层。将各设备的控制器及现场总线设备（变频器、总线仪表及其它总线执行器等）相连，大大降低系统布线工作量，并将控制任务下放到各个从站中，减轻主站PLC的工作负担，提高控制的实时性，也提高系统的安全性和可靠性。整个系统网络结构如图1所示。

（1）工业以太网的构建。系统上层采用的是德国西门子公司研发的SIMATIC NET工业以太网，它是目前应用最为广泛的工业以太网之一，它提供开放的、适用于工业环境下各种级别的控制系统，符合国家及国际标准和ISO/OSI网络参考模型。SIMATIC NET主要体系结构是网络硬件、网络部件、拓扑结构、通行处理器和SIMATIC NET软件等。工业以太网将控制器及计算机连接构成局域网络，通讯速率可达100MBIT/S；（2） Profibus-DP网络的构建。Profibus是一种开放式的现场总线，广泛的应用于制造业、智能楼宇、工业生产等自动化领域。它实现了工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制，为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案；（3）S7-300与西门子变频器的通信。西门子公司生产的MM440变频器具有体积小、功能强、操作简便、性价比高等优点，通过Profibus-DP总线模块，可以方便的挂接到Profibus-DP总线中（4）S7-300与触摸屏的通信。S7-300 PLC与触摸屏之间采用MPI（Multi Point Interface）多点接口通信方式。MPI是当通信速率要求不高，通信数据量不大时可以采用的一种简单经济的通信方式。通过MPI可以组成小型的PLC通信网络，实现PLC之间的少量数据交换；（5）S7-200与触摸屏的通信。S7-200 PLC与西门子触摸屏之间采用PPI（Point to Point Interface），即点对点接口通信方式。它是西门子公司开发的一种专用于本公司相关产品进行信息交换的通讯协议，具有连接简单、成本较低等特点。本项目用PPI通讯方式将西门子公司TP177系列触摸屏与S7-200 PLC进行连接，只要设置触摸屏与PLC的地址与通讯速率等参数，便非常容易的实现两者的相连，无需其他硬件通讯设备。

本项目以PROFIBUS总线网络为主，介绍了多种网络融合的设计思想，不仅使系统通讯具有冗余结构，保证系统的安全可靠性，同时也可以将其作为参考模型广泛应用于其他控制领域。通过现场长时间实际运行测试，该系统的网络平台表现出良好的运行性能，稳定性、可靠性都有了很好的保障。因此，该网络平台具有很好的参考价值。

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课题来源：山东省高等学校科技计划项目J14LN58《化工行业低成本安全连锁及自动控制系统》和山东协和学院科技计划项目XHXY201432《化工行业低成本安全连锁及自动控制系统》。

作者简介：张光腾（1980-），男，山东济宁人，讲师，研究方向：机械自动化。