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    SmartPro 系统是北京 Hollysys 公司新近推出的新一代基于 PROFIBUS 现场总线结构的控制系统。该系统具有快速、高效、组态灵活多样、信号处理功能强大、方便、系统开放性好、可升级等特点。下面结合其在某纸厂拷贝纸生产过程的具体应用做一介绍。 

 SmartPr

    SmartPro 控制系统的结构如图 1 所示。各控制站与操作员站之间采用 TCP／IP 协议的以太网络，其控制层采用了工业控制上较为流行的 PROFIBUS 现场总线。

该系统的硬件配置说明：

    1）操作员站及工程师采用 Dell 计算机 Pentium  Ⅳ1.8G/128M/30G/21"双冗余。

    2）操作站与主控单元之间采用冗余配置的 100M 以太网络，使系统有较好的开放性，利用双绞线通信（根据现场实际情况也可以选用光纤通信电缆提高通信速率）。

    3）电源也采用冗余配置。

    4）主控单元与 I／O 模块之间的数据通信采用了 PROFIBUS 总线结构。主控单元其实就是一台 PC 机，CPU选用 MMX233，内存 32Mbyte/168-Pin DRAM，SSD（固态盘）为 8Mbyte DiskOnChip，所有 I／O模块均采用有 8 位地址拨码开关的 FM131 普通端子模块作为底座。因打浆车间 I／O点数较多，所以主控单元装在 1#I／O柜置于浆间，抄纸车间 I／O点数较少，2#I／O柜置于抄纸车间，1#、2#柜之间也采用了 PROFIBUS-DP 总线中继器将 I／O 信号处理部分扩展到现场，从而可以节省大量的信号电缆，充分利用了现场总线的优势。 5）I／O模块的选用：该系统选用了 19 个 FM148八通道模拟量输入模块、1 个 FMI62八通道脉冲／频率输入模块、8 个 FM161 十六通道数字量输入模块、7 个 FM151 八通道模拟量输出模块、信号选用了 9 个 FM171 十六通道数字量输出模块，1 个 6ES7972 中继器。用于控制回路的输入／输出信号模块采用了冗余配置。每个模块就算作该段 PROFIBUS-DP总线上的一个站。

    2.1  PROFIBUS 是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准，广泛用于电力、化工过程、造纸过程等自动化领域。

    2.2  PROFIBUS 由 PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）、PROFIBUS-PA（Process Automation）、PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification）三个兼容部分组成。

    2.3  PROFIBUS-DP 是一种高速低成本 I／O 的通信。使用 PROFIBUS-DP 可以取代 24VDC、4～20mA 的信号传输。PROFIBUS-DP 定义了开放式系统互连网络（Open System Interconnection）参考模型的第一、二以定义。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同 PROFIBUS-DP 设备的设备行为。

    2.4  PROFIBIJS-DP 采用了 RS-485 传输协议。其特点是：线性总线、两端由有源的总线终端电阻、传输速率在 9.6kbps～12MbpS之间、每个分段 32 个站（无中继器）、最多可到 127个站（通过中继器连接）。

    2.5  PROFIBUS-PA 专为过程自动化设计，它提供了标准的本质安全的传输技术IEC1158-2 中规定的通信标准，可以实现传感器和执行机构到控制器的连接（通过 DP／PA Link 耦合器），用于安全性较高的场合以及由总线供电的站点。

    2.6  PROFIBUS-FMS用于车间级监控，是一个令牌结构、实时多主网络。PROFIBUS-FMS包括应用协议并向用户提供了广泛选用的强有力的通信服务。 3  SmartPro系SmartPro 系统的系统软件构成包括两部分：控制方案组态软件 ConMaker以及操作人机界面组态软件 FacView。可以在 WinNT 或者 Win98 操作系统下运行。 控制方案组态软件 ConMaker是在Citect 的基础上采用 Visual C++语言开发而成，它提供了 ST、IL、FBD、LADDER 等多种方式进行工程组态。其中 ST 是一种类似高级语言，用起来特别灵活、方便、功能强大；IL 为一种类似汇编语言，底层功能强大；LADDER 是专为离散变量检测控制提供的一种组态语言，与可编程控制器用梯形图语言基本 FBD是功能块组态方式，每一个功能块均是采用 ST 编程，用户在使用时可以直接进行调用，当然用户也可以根据需要编程新的功能块，作为用户自定义的功能块，它和库中的功能块的作用完全一样可以进行调用，非常方便。总之，SmartPro 控制系统为过程控制提供了一个充分发展的平台。控制方案软件的组态是在操作站上进行编程然后下装到主控单元之中的。每一个（冗余的配置算一个）主控单元组态软件中包含且只能包含一个以 MACS-PRG（）为名称的主程序，其它控制组态程序须作为子程序包含在主程序中。

    该拷贝纸生产线有 AI141 个点、AO47 点、DI120点、DO131点。其中打浆工艺采用回流式循环打浆，既有回流比控制，也有打浆度软测量控制，打浆度采用串级控制。流浆箱采用解耦控制。其他控制回路均采用常规 PID 控制。其打浆度控制系统如图 2 所示。流浆箱上控制方案通常情况下全部采用 SmartPro 库中的功能块来搭建实施起来较为繁琐，在 SmartPro 系统中，由于提供了多种组态工具软件，可以根据各种组态工具软件的的特点选择性地使用。无论是采用的何种组态工具，只要将这些程序作为子程序，包含在该工程下的主程序中即可。另外不同的子程序之间还可以设定不同的运行周期。大部分程序均利用SmartPro 自带的功能块（FBD）及结构化文本（ST）编写，但在流浆箱控制中，总压和液位是相互影响而耦合在一起的，需要采用解耦控制，图 2中的解耦网络就是利用 ST 语言开发的功能块。还有一些其他的功能块是利用 ST 语言开发的，定义后的模块就可以像库中的能模块一样在各子程序中进行调用。详细程序略。FacView人机对话操作界面组态软件的功能非常强大，其作用就是在操作站与主控单元之间建立数据联系，方便操作人员的监视与控制操作。它含有与生产过程实际相近的许多立体图形库、平面图形库，使用非常方便。用户也可以自己创建一些适用于本存放到图形库中，使图形库得到不断地补充和完善。另外，用户还可根据习惯创建一些显示画面模板、弹出窗口等。在操作员站还可以将控制站、控制网络、I／O 模块的状态动态地进行显示。

    SmartPro 系统的标签数据库、历史趋势数据库的建立也非常方便。用户只需要在进行工程组态前，用 Excel 软件按数据库中的各字段（包括变量名、描述、控制器名、模块地址、通道号、工程单位、量程范围、转变方式、趋势变量等）的要求填写完整，然后使用MACSDBLOAD 工具将 Excel 表格转化为数据库格式。转化过程中将生成标签数据库、历史趋势标签库、ConMaker 硬件配置框架、全局变量定义、变量值的转换程序等，并且生成的这些内容均可以在工程目录下进行保存和修改。值得注意的是：在 FacView中参与监视与控制的标签名一定要在 ConMaker工程下有定义，也就是说，上层的标签一定要在下层的硬件配置上找到渊源，其地址务必对应起来，并且变量名最好不要重复，哪怕是来自两个不同的主控单元，否则在线编译运行时会出错。在一个主控单元监控程序中，要想引用另一个主控单元的标签变量则必须采用 EVENT（事件）来进行定义。
 
    SmartPro 系统的报表采用 Excel 填写时，功能也非常完善。用户可依据生产过程的要求生成不同的报表。同时 SmartPro 系统也支持 Excel 实时读写功能，据此用户可增加一些高级控制功能模块，如过程优化控制、配方自适应控制等功能。
SmartPro 系统该造纸过程中，充分发挥了总线结构控制系统的优势，不仅节约了资金的投入（仅电缆一项就节约资金 4 万余元），很理想地完成了数据采集与监控，而且使得该厂的产品质量有了显著的提高，大幅度降低了生产成本。除完成目前控制任务以外，该控系统的发展留有了一定的空间，为今后将控制网络容入企业管理网络奠定了基础。

参考文献
 
[1]  ConMaker 使用手册

[2]  FacView 使用手册

[3]   何衍庆、马   欣等.盘磨打浆过程的控制.中国造纸，1997（2）：35～37

[4]   唐济扬.PROFIBUS 技术.自动化博览，2001（4）：38～40