基于PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)的鈷-60集裝箱檢查控制系統(tǒng)

作為當(dāng)前自動化領(lǐng)域最熱門的技術(shù)之一，現(xiàn)場總線仍處在不斷的發(fā)展中，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了許多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，如PROFIBUS、LonWorks、CAN、HART等。由不同行業(yè)發(fā)展起來的現(xiàn)場總線產(chǎn)品技術(shù)水平各不一樣，應(yīng)用范圍和前景也各不相同，現(xiàn)在仍沒有國際統(tǒng)一的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。因此，在采用該技術(shù)進(jìn)行實(shí)際的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，必須綜合考慮各方面的因素，使所選擇的產(chǎn)品滿足系統(tǒng)的實(shí)際需要，并符合技術(shù)發(fā)展的主流。

鈷－60集裝箱檢查系統(tǒng)是一種利用數(shù)字輻射成像原理的大型射線無損檢測設(shè)備，為了保證環(huán)境的輻射安全和系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，對控制系統(tǒng)的安全性和可靠性要求非常高。綜合比較世界上幾種較為流行的現(xiàn)場總線，選用了德國西門子公司基于PROFIBUS總線的S7系列PLC產(chǎn)品，建立起功能完備、技術(shù)先進(jìn)的集裝箱檢查控制系統(tǒng)。

一、PROFIBUS概述

PROFIBUS作為符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，是一種國際性的開放式的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，由西門子、ABB等十幾家公司和德國技術(shù)部共同推出，是目前國際上推廣速度最快、用戶最多、應(yīng)用范圍最廣、最有發(fā)展前景的現(xiàn)場總線.PROFIBUS總線對ISO/OSI模型的七層通信體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，只有物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，這種流體型結(jié)構(gòu)確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖傩院陀行浴ROFIBUS總線包括PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA三個兼容版本。其中DP協(xié)議主要用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸，最高傳輸速度可達(dá)1.5Mbps，尤其適合自動化控制領(lǐng)域的應(yīng)用。

PROFIBUS可使分散式數(shù)字化控制器從現(xiàn)場底層到車間級網(wǎng)絡(luò)化，系統(tǒng)分為主站和從站，是一種單主站、多從站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。主站決定總線的數(shù)據(jù)通信，可以主動發(fā)送信息。從站為外圍設(shè)備，如輸入輸出設(shè)備、驅(qū)動器等，它們沒有總線控制權(quán)，僅對接收到的信息給予確認(rèn)或當(dāng)主站發(fā)出請求時向它發(fā)送信息。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由清華大學(xué)核能技術(shù)設(shè)計(jì)研究院開發(fā)研制的鈷－60集裝箱檢查系統(tǒng)利用了γ射線與物質(zhì)相互作用的原理，以移動式60Co工業(yè)γ照相機(jī)作為放射源。放射源發(fā)射出的γ射線束穿過被檢物體后，進(jìn)入陣列探測器轉(zhuǎn)化為與射線強(qiáng)度成正比的電信號，經(jīng)過前置放大器放大、信號采集電路完成A/D變換后送到數(shù)據(jù)采集機(jī)，得到反映集裝箱內(nèi)物體分布情況的二維投影圖像。鈷－60集裝箱檢查系統(tǒng)包括射線源、準(zhǔn)直器、陣列探測器、電子學(xué)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集機(jī)、圖像處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部分組成如圖1所示。

控制系統(tǒng)是鈷－60集裝箱檢查站的重要組成部分之一，它協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)的運(yùn)作，并保證整個鈷－60集裝箱檢查系統(tǒng)的正常運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)主要包括拖車的運(yùn)行控制、圖像數(shù)據(jù)采集控制、射線源快門控制、安全聯(lián)鎖控制和系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控等部分?？刂葡到y(tǒng)按功能可劃分為三個層次：現(xiàn)場設(shè)備層、設(shè)備控制層和管理監(jiān)控層，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。下面對這三個層次進(jìn)行具體介紹。

1、現(xiàn)場設(shè)備層：由各種傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，主要包括光電傳感器、地感線圈、行程開關(guān)等現(xiàn)場信號輸入設(shè)備和變頻器、電機(jī)、數(shù)據(jù)采集機(jī)等運(yùn)行設(shè)備。這些輸入輸出設(shè)備作為S7-215的I/O點(diǎn)接入現(xiàn)場總線。