基于Profibus现场总线的CIPS在制浆造纸工业中的应用方案

度与统计、生产过程成本控制、产品质量控制与管理、物料流控制与管理、设备安全控制与管理、生产数据采集与处理等工作。

　　3）PCS 聚焦于生产过程的设备，监控生产设备的运行状况，控制整个生产过程。一般包括基础自动化系统和过程自动化系统。

4 基于现场总线的造纸厂CIPS方案

　　本课题组与国内某大型造纸厂合作,根据该厂提出的各项技术经济指标,以上述制浆造纸工业CIPS三层体系结构图为基架,为该厂设计了一种基于Profibus现场总线的造纸厂CIPS方案。

　　4.1 造纸企业的网络层次

　　综合自动化是现代工业自动化的发展方向，在完整的企业网构架中，现场总线控制网络模型应涉及从底层现场设备网络到上层信息网络数据传输过程。基于上述考虑，统一的现场总线控制网络模型应具有三层结构（如图5）所示，从底层向上依次为：过程控制层（PCS）、制造执行层（MES）、企业资源规划层（ERP）。

　　（1）企业资源规划层: 该层又称为信息层。它是实现企业信息集成和管、控一体化的重要组成部分。它的网络节点主要有高性能计算机、工作站、PC 机等，包括各类管理、计算用客户机、服务器、数据库等。其主要目的是在分布式网络环境下构建一个安全的远程监控系统。

　　（2）制造执行层：由担任监控任务的工作站、PC 机、或控制器作为网络节点构成的局域网段。负责从现场设备中获取数据，完成各种控制、运行参数的监测、报警和趋势分析等功能，另外还包括控制组态的设计和下载。这一层处于以太网中，其关键技术是实现现场总线协议与以太网协议的转换，保证数据包的正确解释和传输。制造执行层除了上述功能外，还为实现先进控制和远程操作优化提供支撑环境。例如实时数据库，工艺流程监控、先进控制以及设备管理等。

　　（3）过程控制层：现场总线是将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互联的实时控制通信网络，又称之为工厂的底层网络 Infranet，遵循 ISO 的 OSI 开放互联参考模型的全部或部分协议。这一层可能包含有基金会现场总线 FF 的 HI 网段，或 HART, Profibus, LonWorks 等网段，同种通信协议的网段可采用网桥、中继器连接，各不同通信协议的网段之间则采用网关相连，或直接在操作站的计算机内交换信息。

　　以现场总线为基础的过程控制层计算机网络是企业信息集成的物质基础和运行环境，是实现资源共享和作业分布处理的工具与工作环境。它的设计与实施直接影响整个CIPS系统的性能与功能。

　　4.2 基于Profibus现场总线的过程控制层

　　该部分以Profibus现场总线为网络平台（如图5），以SIMATIC PCS7自动化系统为控制平台，将企业所有过程高效率地、全范围地集成到完整的企业环境中来，主要包括过程监控、先进控制、过程优化等。此外，质量、储运、公用工程、环境监控等也是过程级控制管理的重要组成部分。具体实现为：

　　分散过程控制装置 主要由S7-400 PLC自动化系统和分布式I/O组成，它不但可以完成复杂的控制任务，而且还可以作为一个系统部件通过网络与操作员站OS和工程站ES相连接。分布式I/O模块插入ET200M分布式I/O站内，通过Profibus-DP连接到中央单元。

　　操作员站（OS） 操作员站通过通信处理器与工厂级的工业以太网相连， 采用了世界通用的数据/接口标准，包括OPC、OCX、ODBC以及WEB访问函数，即使是非常特殊的需求，PCS7中也能满足。操作员通过上位机的Wincc对各个车间生产线进行监视和操作控制， WinCC人机界面软件是各操作站操作控制和监控的基础，可以保证数据的可靠性，它能使PC成为高效能的监控系统，其集成数据管理系统可以优化控制回路,并在调试过程中解决问题。

　　工程师站（ES） 工程师站（也称为工程师系统）是由工程师根据上述制浆造纸工艺流程和各条生产线过程控制要求，为PCS7的操作员站、自动化系统以及分布式I/O提供全厂范围的编程。它包括一个带有Windows NT Workstation操作系统的SIMATIC RI45 Desktop工业PC，增加了OS控制系统软件、OS工程软件、S7/PMC、工程师工具集、“基本块”库和“技术块”库，用于Profibus或工业以太网的组态软件，以及带有驱动软件的匹配接口模块和与终端总线连接的接口。其通用的数据库和相互兼容的工具在很大程度上防止了多重导入和可能的错误;使用工艺分级配置，工厂可以按照功能的不同进行组态;用户只需处理所选择的与过程任务一致的对象;使用来自CAE工具的工艺数据，使预先配置好的数据可以自动重复使用。

通讯系统 SIMATIC PCS7的通讯系统包括系统总线和现场总线。系统总线是系统的主干，用来连接过程控制系统（自动化系统AS、工程师站ES、操作员站OS）的