采用西門子PLC器件和工控機(jī)實(shí)現(xiàn)全連軋棒材生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)

1、 概述

現(xiàn)場總線技術(shù)是當(dāng)今世界各國都在關(guān)注的熱點(diǎn)課題，以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的全數(shù)字控制系統(tǒng)將成為2l世紀(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主流。何謂現(xiàn)場總線？根據(jù)國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場總線基金會(huì)的定義，現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。遵循ISO的OSI（Open System Interconnection）開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型的全部或部分通訊協(xié)議。開放性、分散性、低成本是現(xiàn)場總線最顯著的基本特征．它的出現(xiàn)將使傳統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)產(chǎn)生重大變革。

南昌鋼鐵有限責(zé)任公司（南鋼公司）全連軋棒材生產(chǎn)線是馬鞍山鋼鐵設(shè)計(jì)研究院負(fù)責(zé)總體設(shè)計(jì)的一條全國產(chǎn)化的棒材生產(chǎn)線，其自動(dòng)控制系統(tǒng)就采用了西門子的過程現(xiàn)場總線PROFIBUS（Process Field．bus）網(wǎng)絡(luò)，在硬件配置、軟件編程上充分應(yīng)用了PROFIBUS的資源實(shí)現(xiàn)了工控機(jī)、PLC、遠(yuǎn)程I／O、直流調(diào)速裝置、交流變頻裝置及現(xiàn)場智能儀表的通信連接，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的“三電一體”，是南鋼 司目前最先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線既簡單，又便宜，并且有較高數(shù)據(jù)傳送速度，采用RS485傳輸技術(shù)，其傳輸速度可在9．6 kb～12 Mb范圍內(nèi)選擇，傳輸介質(zhì)為雙絞線或光纜，傳輸距離為1 200～100 In（取決于傳輸速度）。當(dāng)總線啟動(dòng)時(shí)．所有連到總線上的裝置應(yīng)該被設(shè)成相同的速度，總線按令牌方法進(jìn)行存取，即在一個(gè)邏輯環(huán)中，主站取得了在一個(gè)確定時(shí)間窗口的發(fā)送資格，在這個(gè)時(shí)間窗口內(nèi)，主站與其他主站或與下一級(jí)主一從過程中的從站進(jìn)行通訊。

2、 控制系統(tǒng)的組成及硬件配置

2．1 組成

根據(jù)工藝流程，全廠自動(dòng)控制系統(tǒng)分為兩級(jí)：過程控制級(jí)和設(shè)備控制級(jí)。過程控制級(jí)負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理和過程監(jiān)控，設(shè)備控制級(jí)則對軋線上所有傳動(dòng)設(shè)備分區(qū)進(jìn)行控制。

由5臺(tái) 一400 PLC和4臺(tái)工控機(jī)通過高傳輸速度的以太網(wǎng)構(gòu)成了本系統(tǒng)的過程控制級(jí)。每臺(tái)PLC下設(shè)若干ET200M遠(yuǎn)程I／O站及西門子變流傳動(dòng)裝置，它們之間通過PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，構(gòu)成了本系統(tǒng)的設(shè)備控制級(jí)。整個(gè)自控系統(tǒng)共有4條PROFIBUS—DP網(wǎng)線，分別對應(yīng)于1— 4號(hào)PLC。見圖1。

2．2 配置

PLC：西門子 一400系列，其中1號(hào)、5號(hào)PLC的CPU選用414—3 DP；2號(hào)PLC的CPU選用416—2 DP；3號(hào)、4號(hào)PLC的CPU選用414—2 DP；

監(jiān)控站：研華工控機(jī)Intel penTIum ll 450 MHz；

彩色顯示器：48 cm，SVGA；

監(jiān)控軟件：winCC V4．0以上軟件包。

3 、主站

用于主站的PLC全部使用西門子S 一：400系列，該型PLC的CPU數(shù)字處理能力強(qiáng)，帶有內(nèi)部集成的PROFIBUS—DP接口，其特點(diǎn)是組態(tài)靈活，速度快，操作簡潔。整個(gè)系統(tǒng)用了5臺(tái)PLC，1 4號(hào)PLC作為4個(gè)主站，對應(yīng)了4條PROFIBUS—DP網(wǎng)線，5號(hào)PLC用于加熱爐自動(dòng)化儀表的控制與檢測。1號(hào)PLC完成在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下，加熱區(qū)設(shè)備及液壓站的順序控制；2號(hào)PLC完成在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下軋制區(qū)設(shè)備及軋機(jī)的順序控制和閉環(huán)控制（主要有1～6號(hào)活套控制、1～18號(hào)軋機(jī)速度級(jí)聯(lián)控制、速度補(bǔ)償超前控制等）；3號(hào)PLC完成在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下1～3號(hào)飛剪及剪前變頻輥道的順序控制和閉環(huán)控制；4號(hào)PLC完成在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下冷床區(qū)和精整區(qū)設(shè)備的順序控制。

4 、ET200M從站

ET200M是一種應(yīng)用S1—300模塊系列的模塊化分布式的I／O裝置，它通過接口模塊IM153與PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線相連。本系統(tǒng)用屏蔽雙紋線分別將主站CPU的DP接口與各自控制區(qū)域內(nèi)所有ET200M從站DP接口依次串接，在S7一40O硬件配置時(shí)。用STEP7軟件為主站和從站分配總線地址。本系統(tǒng)中，4個(gè)主站的DP地址都是2。

本系統(tǒng)中，1號(hào)PLC主站有l(wèi)2個(gè)ET200M從站，分別控制了1CS，2CS，8CS、推鋼機(jī)液壓站、出鋼機(jī)液壓站、粗軋、中軋、精軋、軋機(jī)液壓站和MCC（一）（低壓配電柜）的I／O點(diǎn)，這些從站的DP地址為3～14；2號(hào)PLC主站有一個(gè)ET200M從站，控制了3CS上l～ 18號(hào)軋機(jī)操作的I／O點(diǎn)，其DP地址為3；3號(hào)PLC主站也只有一個(gè)ET200M從站，控制了3CS上1～3號(hào)飛剪操作的I／O點(diǎn)，其DP地址為3；4號(hào)PLC主站有7個(gè)ET200M 從站，分別控制了4CS，5CS，6CS，7AOC、冷床液壓站、精整液壓站和MCC（二）的I／O點(diǎn)，其DP地址為3～9。每個(gè)ET200M從站可擴(kuò)展8塊S7一300 I／O模塊，在硬件配置時(shí)，STEP7為各個(gè)I／O模塊分配了輸入、輸出地址，而且從站上的I／O模塊地址與主站機(jī)架上的I／O模塊地址具有相同的意義，編程時(shí)無須考慮輸入、輸出點(diǎn)是在主站上還是在從站上，因而ET200M從站分散了主站PLC上的輸入、輸出點(diǎn)，減少了主站基槽上的I／O模塊。因?yàn)镋T200M從站可以安裝在現(xiàn)場、操作臺(tái)等處，所以節(jié)省了大量的電纜，同時(shí)也提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。

5、 直流調(diào)速系統(tǒng)6RA70從站

本系統(tǒng)共有27臺(tái)6RA70系列直流調(diào)速裝置，分別控制了出鋼機(jī)、1 18號(hào)主軋機(jī)、1～3號(hào)飛剪、夾送輥、冷床、冷床移送鏈、冷床升降鏈、3號(hào)精整運(yùn)輸鏈的直流電機(jī)。每臺(tái)6RA70直流調(diào)速裝置通過CBP通訊模板掛接在PROFIBUS—DP網(wǎng)上，作為從站，受S1—400 PLC主站的控制，數(shù)據(jù)在PROFIBUS—DP網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)主站和從站之間的快速、精確傳輸。

PLC通過CBP訪問6RA70從站的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為參數(shù)過程對象PPO（Parameter Precess data Object）形式，有5種類型PPO：無參數(shù)，而過程數(shù)據(jù)為2個(gè)字或6個(gè)字（PPO3和PPO4）；有參數(shù)，且過程數(shù)據(jù)為2個(gè)、6個(gè)或10個(gè)字（PPO1，PPO2和PPO5）。硬件配置時(shí)可以用STEP7軟件根據(jù)系統(tǒng)在PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型、數(shù)量選擇適當(dāng)?shù)腜PO類型。本系統(tǒng)中，1號(hào)PLC主站對應(yīng)的1號(hào)PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線將6RA70從站網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)置為PPO3方式；2號(hào)、4號(hào)PLC主站分別對應(yīng)的2號(hào)、4號(hào)PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線將6RA70從站網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)置為PPO4方式；3號(hào)PLC主站對應(yīng)的3號(hào)PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線將6RA70從站網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)置為PPO1方式。

6、 結(jié)語

綜上所述，南鋼公司棒材廠生產(chǎn)線自控系統(tǒng)充分運(yùn)用現(xiàn)場總線及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將PLC與PLC，PLC與分布式I／O從站、PLC與6RA70全數(shù)字直流傳動(dòng)裝置連接起來，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的控制，在南鋼公司的自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用史上是首次。隨著現(xiàn)場總線及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展、普及，這一技術(shù)將會(huì)更加廣泛、深入應(yīng)用于南鋼公司其它生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)，使企業(yè)自動(dòng)控制水平邁上新臺(tái)階。