基于Profibus现场总线的煤矿井下胶带监控系统（doc5)(1)dkam.docx

基于Prrofiibuss现场总总线的煤煤矿井下下胶带监监控系统统现场总线线是200世纪880年代代中期在在国际上上发展起起来的。它它应用在在生产现现场，实实现微机机化测量量设备之之间的双双向串行行多节点点数字通通信，它它适应了了工业控控制系统统向分散散化、网网络化、智智能化方方向的发发展，一一经产生生便成为为全球工工业自动动化技术术的热点点，受到到全世界界的普遍遍关注。自自80年年代末以以来，几几种现场场总线技技术如FFF、LLonwworkks、CCanbbus、PProffibuus等已已逐渐成成熟并对对工业自自动化进进程形成成影响。PProffibuus是PProccesss FiielddBuss的缩写写，是一一种用于于工厂自自动化车车间级监监控和现现场设备备层数据据通信与与控制的的现场总总线技术术，可实实现现场场设备层层到车间间级监控控的分散散式数字字控制和和现场通通信，从从而为实实现工厂厂综合自自动化和和现场设设备智能能化提供供可行的的解决方方案。胶胶带运输输是煤矿矿生产中中十分重重要的环环节，监监控系统统在该环环节的投投入是煤煤矿现代代化生产产的趋势势。本文文以皖北北矿务局局祁东煤煤矿的井井下胶带带监控系系统为例例，简介介Proofibbus现现场总线线技术在在监控系系统中的的应用。 一、Prrofiibuss现场总总线技术术 1、Prrofiibuss概貌 Proffibuus是一一种国际际化、开开放式、不不依赖于于生产商商的现场场总线标标准，广广泛应用用于工业业自动化化。Prrofiibuss根据应应用特点点分为PProffibuus-DDP、PProffibuus-FFMS、PProffibuus-PPA三个个兼容版版本。其其中Prrofiibuss-DPP是一种种高速(数据传传输速率率9.66kbiit/ss122Mbiit/ss)的经经济的设设备级网网络，主主要用于于现场控控制器与与分散II/O之之间的通通信，可可满足交交直流调调速系统统快速响响应的时时间要求求；Prrofiibuss-PAA采用IIECIII588-2标标准，传传输速率率为311.255kbiit/ss，并提提供本质质安全特特性，适适用于安安全性要要求较高高以及由由总线供供电的场场合；PProffibuus-FFMS主主要解决决车间级级通信问问题，完完成中等等传输速速度的循循环或非非循环数数据交换换任务。 2、总线线拓朴结结构 根据现场场设备到到控制器器的连接接方式，现现场总线线的拓扑扑结构可可有多种种形式，通通常采用用以下三三种：线线形、树树形和环环形。PProffibuus采用用的是线线形结构构，其特特点是简简明，用用一根总总干线从从控制器器连接到到机械装装置(控控制对象象)，总总线电缆缆从主干干电缆分分支到现现场设备备处，控控制器扫扫描所有有I/OO站上的的输入，必必要时还还可发送送信息到到输出通通道。在在这种总总线结构构下，可可实现多多主式和和对等式式通信，可可以两个个控制器器共享同同一个系系统中的的信息和和I/OO站。另另外，不不需关闭闭总线系系统就可可以把一一个I/O设备备从总线线上拆下下，这给给总线系系统的维维修带来来了很大大方便。 3、Prrofiibuss-DPP的设备备类型 根据实际际设计需需要，本本系统采采用Prrofiibuss-DPP。每个个Proofibbus-DP系系统包括括以下三三种不同同类型的的设备： （1）DDP主站站类型11 它是Prrofiibuss-DPP应用的的中心部部件，在在一个规规定的、重重复的信信息周期期内，中中央控制制器或PPC机与与分布式式从站(DP从从站)交交换信息息。非循循环传输输的数据据与循环环的测量量值相比比不是经经常变动动的，因因此这种种数据与与快速循循环的有有用数据据一起传传输，但但它以较较低的优优先级传传输。主主站中的的中断确确认保证证由DPP从站来来的中断断可靠传传输。 （2）DDP主站站类型22 这种类型型的设备备(如编编程器、组组态设备备或操作作设备)用于DDP系统统的启动动、组态态或用于于正常运运行过程程（如诊诊断）中中的系统统操作。此此类型的的主站可可以读取取由设备备来的输输入、输输出、诊诊断和组组态数据据。 （3）DDP从站站 一个DPP从站是是一个II/O设设备，它它读取输输入信息息并向II/O提提供输出出信息，输输入和输输出信息息数取决决于设备备类型，最最大为2244字字节。 4、Prrofiibuss-DPP的通信信协议 Proffibuus现场场总线采采用了OOSI模模型的物物理层、数数据链路路层，如如图1所所示。其其传输速速率为99.6kkbpss122Mbpps，最最大传输输距离在在12MMbpss时为1100mm，在11.5MMbpss时为4400mm，可用用中继器器延长至至10kkm。其其传输介介质既可可以是双双绞线，也也可以是是光缆，最最多可挂挂接1227个站站点。  Proffibuus-DDP物理理层与IISO/OSII参考模模型的第第一层相相同，采采用EIIA-RRS4885协议议，根据据数据传传输速率率的不同同，可选选用双绞绞线和光光纤两种种传输介介质。 Proffibuus-DDP数据据链路层层协议媒媒体访问问控制(MALL)部分分采用受受控访问问的令牌牌总线(Tokken Buss)和主主从方式式。令牌牌总线与与局域网网IEEEE80024协协议一致致，令牌牌在总线线上的各各主站间间传递，持持有令牌牌的主站站获得总总线控制制权，该该主站依依照关系系表与从从站或与与其它主主站进行行通信。主主从方式式的数据据链路协协议与局局域网标标准不同同，它符符合HDDLC中中的非平平衡正常常响应模模式(NNRM)。该模模式的工工作特点点是：总总线上一一个主站站控制着着多个从从站，主主站与每每一个从从站建立立一条逻逻辑链路路；主站站发出命命令，从从站给出出响应；从站可可以连续续发送多多个帧，直直到无信信息发送送、达到到发送数数量或被被主站停停止为止止。数据据链路中中帧的传传输过程程分为三三个阶段段：数据据链路建建立、帧帧传输和和链路释释放。正正常响应应模式主主站与从从站之间间传输帧帧的格式式如图22所示。  F为帧标标志字段段(8位位)。AA为从站站地址字字段。控控制字段段C表示示帧类型型、编号号、命令令和控制制信息，它它将HDDLC帧帧分为三三种类型型：信息息帧、监监控帧和和无编号号帧。其其中信息息帧用于于应用数数据的传传输并捎捎带应答答；监控控帧用于于监视链链路上的的正常操操作，对对链路状状态作出出各种响响应(如如认可帧帧、请求求重传或或暂停等等)；无无编号帧帧(不含含信息字字段)用用于传输输各种无无编号命命令和响响应，例例如建立立链路工工作模式式、释放放链路及及报告特特殊情况况等。信信息字段段由PKKW+PPZD的的应用数数据构成成，PKKW用于于读写参参数值，如如写入控控制字或或读出状状态字等等，一般般为4BB长，而而PZDD用于存存放控制制器的具具体控制制值、设设置站点点或状态态字的参参数，一一般为22100B长，如如PZDD的第二二个字节节可设为为0#7#设设备的起起停控制制位。FFCS是是帧校验验字段，它它对整个个帧的内内容进行行循环冗冗余码(CRCC)校验验。HDDLC帧帧最长可可达244B。 Proffibuus-DDP并未未采用IISO/OSII的应用用层，而而是自行行设置一一用户层层。该层层定义了了DP的的功能、规规范与扩扩展要求求等。 综上所述述可知， Proofibbus-DP的的实时性性远高于于其它局局域网，因因而特别别适用于于工业现现场。 二、井下下胶带监监控系统统的硬件件结构 Proffibuus-DDP被应应用于皖皖北矿务务局祁东东煤矿井井下胶带带监控系系统，硬硬件系统统如图33所示，整整个系统统由上位位机、PProffibuus-DDP主站站、Prrofiibuss-DPP从站及及其现场场设备组组成。PProffibuus-DDP总线线将所有有设备连连接起来来。其中中，Prrofiibuss-DPP主站、PProffibuus-DDP从站站均采用用SIMMATIICS77-3000的模模块系列列，主站站为CPPU3115-22DP系系列模块块，从站站为相应应I/OO模块。 （1）分分布式II/O系系统 本本系统采采用ETT2000通讯模模块与PProffibuus-DDP相连连接，EET2000充分分利用了了SIMMATIICS77-3000的模模块系列列，将所所有的SS7-3300II/O模模块通过过接口模模板IMM1533与现场场总线相相连。II/O模模块下的的执行器器和传感感器连接接到现场场设备，II/O模模块按主主/从模模式向现现场设备备提供输输出数据据并向CCPU或或上位机机馈送输输入数据据。I/O模块块属于DDP从站站。 （2）CCPU作作为DPP类型11主站，CCPU位位于控制制中心，本本系统采采用CPPU3115-22DP模模块化中中型PLLC，它它具有强强大的处处理能力力，并集集成了PProffibuus-DDP现场场总线接接口装置置，同时时还具有有0.33ms处处理10024个个语句的的速度。PPLC程程序在上上位机的的编程工工具STTEP77中编译译完成后后下载到到CPUU3155，并存存储在CCPU3315中中。CPPU3115可自自动运行行该程序序，根据据程序内内容读取取总线上上的所有有I/OO模块的的状态字字，控制制硬件设设备。 （3）上上位机是是DP类类型2主主站。本本系统采采用研华华工控机机作为上上位机，通通过现场场总线接接口卡CCP56611使使工控机机与现场场总线相相连。这这样工业业PC机机与现场场总线网网段就连连接为能能完成组组态、运运行、操操作等功功能的完完整的控控制网络络系统。为为了保证证系统的的稳定性性，系统统运用了了双机冗冗余，将将另一台台工控机机通过同同样的现现场总线线接口卡卡CP556111与现场场总线相相连，若若其中一一台工控控机发生生故障，另另一台可可继续运运行。  三、井下下胶带监监控系统统的软件件结构 软件结构构部分包包括Wiindoows NT 操作系系统、下下位机编编程软件件、上位位机监控控软件。 1、下位位机编程程软件本本系统采采用SIIMATTICSS7-3300的的配套编编程工具具STEEP7完完成硬件件组态、参参数设置置、PLLC程序序编制、测测试、调调试和文文档处理理。通常常，用户户程序由由组织块块(OBB)、功功能块(FB、FFC)和和数据块块(DBB)构成成。其中中，OBB是系统统操作程程序与应应用程序序在各种种条件下下的接口口界面，用用于控制制程序的的运行。FFB、FFC是用用户子程程序。DDB是用用户定义义的用于于存取数数据的存存储区，本本系统中中它是上上位机监监控软件件与STTEP77程序的的数据接接口点。在在MPII中配置置与其相相对应的的DB块块就可实实现上位位机监控控软件FFIX与与STEEP7程程序的数数据接口口。 2、上位位机监控控软件 FIX工工控组态态软件是是由美国国 Inntellluttionn公司开开发的基基于Wiindoows99X&NNT的大大型应用用软件，它它集控制制技术、人人机界面面技术、图图形技术术、数据据库技术术、网络络技术于于一身，包包含动态态显示、报报警、趋趋势、控控制策略略、控制制网络通通信等组组件，提提供一个个友好的的用户界界面，使使用户可可根据实实际生产产需要生生成相应应的应用用软件。 （1）与与Proofibbus现现场总线线的接口口 数据流流程FIIX运用用I/OO驱动程程序从设设备中读读写数据据，每个个I/OO驱动程程序支持持其特定定硬件。对对于本系系统的PPROFFIBUUS网络络，采用用MPII驱动程程序获取取其上数数据。FFIX组组态软件件首先通通过MPPI驱动动程序软软件接口口从现场场的过程程硬件中中获取数数据，存存入DIIT驱动动程序映映象表中中(驱动动程序映映象表在在系统运运行时实实际上是是一块内内存区)，FIIX的内内部数据据库(PPDB)通过SSAC程程序从DDIT表表中获取取它所需需的数据据，应用用软件(如FIIX的画画面运行行程序、报报表生成成程序等等)都通通过内部部数据库库访问软软件从FFIX内内部数据据库中获获取来自自过程硬硬件的信信息，这这样就可可以实现现在工业业流程画画面上动动态地显显示现场场各过程程硬件的的运行状状态，数数据也可可以按相相反的顺顺序写回回现场过过程硬件件，执行行控制操操作。相相应的数数据采集集流程如如图4所所示。  MPII配置MMPI驱驱动程序序的应用用中很重重要的问问题是SSTEPP7和FFIX的的地址转转换问题题，在SSTEPP7中设设置的DDB块应应转换为为MPII的DBB块，这这需要在在MPII配置中中实现。对对MPII进行配配置包括括通道、设设备、起起始地址址及其它它一些参参数，令令MPII的DBB块与SSTEPP7中设设置的DDB块相相对应，FFIX的的应用程程序才能能获取现现场数据据。 （2）用用户界面面开发 本控制系系统开发发的人机机接口界界面有以以下几种种： 信息显显示画面面信息显显示画面面主要显显示各胶胶带当前前运行状状态信息息值，如如当前胶胶带带速速、储煤煤仓的仓仓位以及及一些故故障信息息，如胶胶带跑偏偏、堵塞塞、打滑滑等，并并可用不不同的颜颜色来表表示当前前状态为为正常还还是异常常。 设备控控制画面面尽管下下位机程程序能实实现在现现场总线线上的数数据采集集和控制制信号的的输出，并并实现PPID控控制等一一些简单单的控制制算法，但但复杂的的控制功功能仍需需要在上上位机上上实现人人工控制制，在画画面中点点击相应应设备按按钮就可可对该设设备进行行单独控控制。 实时报报警处理理对系统统实时采采集的数数据进行行判断，发发出报警警信号，并并按技术术要求进进行处理理并自动动进行相相应的设设备控制制，如对对胶带故故障信号号的解锁锁及其恢恢复等。 报表打打印利用用FIXX的DDDE功能能开发出出实时报报表并具具有随时时打印功功能。 实时数数据曲线线显示 监视设备备重要参参数的变变化趋势势曲线，从从而可以以了解设设备在一一段时间间的运行行状况。 历史趋趋势画面面功能与与实时数数据曲线线类似，只只是它显显示的是是过去一一段时间间设备的的运行参参数值。皖皖北矿务务局祁东东煤矿井井下胶带带监控系系统现已已投入运运行，设设备运转转情况良良好，经经济效益益显著，深深受用户户好评。