基于PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)在攀鋼高速線材軋機中的應(yīng)用

一、應(yīng)用背景

攀鋼線材廠本次“提質(zhì)降耗、擴大品種規(guī)?！奔夹g(shù)改造是在原來的只有精軋機組、夾送輥、吐絲機設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加兩架預(yù)精軋機組和啟停式飛剪，將把預(yù)精軋機組、飛剪、精軋機組、夾送輥、吐絲機的模擬傳動改為數(shù)字傳動，應(yīng)用ABB公司的DCS500直流數(shù)字裝置；同時將原來的繼電器邏輯控制應(yīng)用SIEMENS公司的S7-400 PLC來代替。組成為線材軋機的基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)還有操作監(jiān)控站，應(yīng)用SIEMENS公司的WINCC管理應(yīng)用軟件來實現(xiàn)；工業(yè)以太網(wǎng)即H1網(wǎng)，連接監(jiān)控操作站和PLC；工業(yè)現(xiàn)場總線Profibus-DP，建立DCS500和遠(yuǎn)程操作單元ET200M與PLC的通訊。

自動化控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)可分為三層，即數(shù)字傳動部分、PLC控制部分和監(jiān)控操作站部分。

數(shù)字傳動部分應(yīng)用ABB公司的DCS500直流數(shù)字裝置，處理預(yù)精軋機1組、2組、飛剪、精軋機1/2架、夾送輥、吐絲機的運行。

PLC控制部分應(yīng)用S7-400型PLC，CPU為CPU414-2DP，處理全線的生產(chǎn)控制，完成系統(tǒng)功能手網(wǎng)絡(luò)的信息交換。

監(jiān)控操作站部分應(yīng)用WINCC監(jiān)控軟件，有A、B兩線操作站兼監(jiān)控站和電氣室監(jiān)控站，處理軋制規(guī)程作業(yè)表的生成、全線操作、事故監(jiān)控報警、生產(chǎn)記錄和報表等任務(wù)。

二、采用PROFIBUS的原因

PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)是隨全數(shù)字信號系統(tǒng)的發(fā)展而產(chǎn)生的，由德國組織開發(fā)的工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)——PROFIBUS現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)（DIN19254）。

PROFIBUS是近年來國際上最為流行的現(xiàn)場總線，也是目前數(shù)據(jù)傳輸率最快的一種現(xiàn)場總線（傳輸率可達(dá)12M波特），因此在很多領(lǐng)域內(nèi)有廣泛地應(yīng)用。

通過本年度的北京國際機電一體化設(shè)備展覽會可看到PROFIBUS總線蓬勃發(fā)展的生命力。根據(jù)Venture Developmen

Corp.（VDC）的最新研究報告，PROFIBUS所占的市場份額最大，也是發(fā)展最快的現(xiàn)場總線。

PROFIBUS的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是以ISO頒布的OSI標(biāo)準(zhǔn)七層參考模型為基礎(chǔ)的，只是對第三層到第六層進(jìn)行簡化，因此可以說它的標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)性強。此外它的三種模塊（FMS.DP和PA）又可以適應(yīng)不同的應(yīng)用對象和通信速率方面的要求，開放性也好。

PROFIBUS現(xiàn)場總線基于令牌協(xié)議加主從總線的介質(zhì)存取方式，主站以主從方式與從站通訊，各主站之間由令牌協(xié)議決定總線控制權(quán)。站點數(shù)可達(dá)127個。

正是基于PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)上的成熟和開放性，以及實際應(yīng)用后的經(jīng)濟(jì)效果，因此我們在自動化控制系統(tǒng)中采用了它。

三、Profibus-DP組態(tài)說明

在以上的自動化控制系統(tǒng)中，PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線應(yīng)用在直流數(shù)字傳動裝置DCS500、遠(yuǎn)程操作單元ET200M與S7-400PLC之間的通訊上。

1、硬件組態(tài)

Profibus-DP總線共有9個站，分別是S7-400PLC作為Master，站號設(shè)定：2；其余均為Slave，它們有遠(yuǎn)程操作接口單元ET200M，站號設(shè)定：3；預(yù)精軋機1組數(shù)字傳動裝置DCS500，站號設(shè)定：4；預(yù)精軋機2組數(shù)字傳動裝置DCS500，站號設(shè)定：5；精軋機1架數(shù)字傳動裝置DCS500，站號設(shè)定：6；精軋機2架數(shù)字傳動裝置DCS500，站號設(shè)定：7；飛剪數(shù)字傳動裝置DCS500，站號設(shè)定：8；夾送輥數(shù)字傳動裝置DCS500，站號設(shè)定：9；吐絲機數(shù)字傳動裝置DCS500，站號設(shè)定：10。主站上應(yīng)用S7-400PLC的CPU414-2DP，BUS終端器設(shè)定為ON。從站中DCS500設(shè)備應(yīng)用PROFIBUS適配模件NPBA-02，BUS終端器設(shè)定為OFF，ET200M的BUS終端器設(shè)定為ON。BUS終端器設(shè)定一定要正確，即BUS兩端為ON，中間接點為OFF。通訊距離約為500M。［page］

Profibus-DP的布線要嚴(yán)格按照適配模件的說明來接線，通訊電纜最好用西門子公司的專用DP電纜或屏蔽雙絞兩芯電纜。屏蔽層的接線一定要保證單端接地，同時結(jié)合現(xiàn)場總線的抑制干擾技術(shù)可以保證系統(tǒng)通訊的正常運行。

2、軟件組態(tài)

系統(tǒng)的組成如果不是一家公司的設(shè)備和材料，則為了確保參數(shù)匹配正確，各公司均提供有ProfiDrive的定義程序來匹配Profibus的組態(tài)。

在Master站S7-400PLC上，要對DP進(jìn)行組態(tài)，通過STEP7軟件包結(jié)合ProfiDrive的定義程序來進(jìn)行。組態(tài)的關(guān)鍵是正確地選擇Profibus-DP的方式，即PPO的類型。在該系統(tǒng)中為PPO-2型，通訊字有十個數(shù)據(jù)字。由于線路的長度，約為500M，故通訊速率選擇為500KB/S，根據(jù)實際的應(yīng)用效果看，該速率滿足系統(tǒng)的信號交換要求。

在Slave站DCS500上，同樣要正確地組態(tài)通訊參數(shù)。從站的接口適配模件為NPBA-02，在驅(qū)動和NPBA-02之間建立聯(lián)系，即PLC與DCS500之間建立通訊，有八個組態(tài)參數(shù)必須組態(tài)。

經(jīng)過上述兩方面軟硬件的正確組態(tài)后，Profibus-DP總線就建立起來了。

四、軟件要作的工作

Profibus-DP總線經(jīng)過軟硬件的組態(tài)建立起來后，Master和Slave之間的信息交換還必須在主/從站內(nèi)部來規(guī)定，即在雙方要用軟件來定義其傳輸信息的內(nèi)容。

在我們的自動化控制系統(tǒng)中，Master站應(yīng)用了8個字來記錄所有的交換信號，包含DI12點，DO6點，AI3點，AO1點。應(yīng)用STEP7內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)功能塊SFC14-DPRD DAT和SFC15-DPWR DAT來接收和發(fā)送DP上的信號。Slave站同樣用相應(yīng)的8個字來對應(yīng)Master站，即由主→從應(yīng)用4個字和由從→主應(yīng)用4個字。

五、使用情況

在攀鋼高速線材軋機的自動化控制系統(tǒng)中，應(yīng)用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線取得了很好地運行效果。

1、Profibus-DP總線滿足了對自動化系統(tǒng)功能的各項要求。

2、運行費用和能耗均有顯著的節(jié)省，可達(dá)到20%，并且使用合理。

3、由于省除了大量的電纜、橋架、管路等材料，故投資可大大的減少。

4、大大的降低了運行勞動強度，維護(hù)簡單，維護(hù)量小。耗材少。

六、設(shè)計、安裝和調(diào)試體會

在本次自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和調(diào)試過程中，Profibus-DP的應(yīng)用無疑是正確的，只是在現(xiàn)場安裝過程中，要注意以下幾點：

1、現(xiàn)場安裝條件與原始設(shè)計和系統(tǒng)要求的差異和解決方案。

2、現(xiàn)場各類干擾因素的防范。

3、現(xiàn)場的接地系統(tǒng)對總線的影響。

七、結(jié)束語

通過Profibus-DP現(xiàn)場總線在攀鋼的自動控制系統(tǒng)中的首次應(yīng)用成功，隨著將數(shù)字信號和模擬信號混合的系統(tǒng)改造為全數(shù)字信號系統(tǒng)的發(fā)展，Profibus-DP會在攀鋼的技術(shù)改造中得到越來越廣泛的應(yīng)用。