PROFIBUS總線橋在多晶硅生產(chǎn)線的應(yīng)用

摘要

　　PROFIBUS是一種具有廣泛應(yīng)用范圍的、開放的數(shù)字通信系統(tǒng)，特別適用于工廠自動化和過程自動化領(lǐng)域。PROFIBUS適合于快速、時間要求嚴(yán)格的應(yīng)用和復(fù)雜的通信任務(wù)。國內(nèi)某著名的多晶硅生產(chǎn)線的主控網(wǎng)絡(luò)采用PROFIBUS現(xiàn)場總線。多晶硅是電子信息產(chǎn)業(yè)和太陽能光伏發(fā)電行業(yè)的最重要功能性原料，它對發(fā)展我國電子信息產(chǎn)業(yè)和太陽能產(chǎn)業(yè)極為重要。

　　設(shè)計者在設(shè)計某多晶硅還原爐10KV電控系統(tǒng)時，需要將施耐德公司生產(chǎn)的繼電保護(hù)裝置的參數(shù)讀取到Siemens公司的S7-400 PLC和橫河DCS中，并集成到SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)監(jiān)控系統(tǒng)中，參與實際的連鎖控制。繼電保護(hù)裝置提供RS-485通訊接口，其通訊協(xié)議為Modbus RTU(Remote Terminal Unit)協(xié)議。為了實現(xiàn)Modbus RTU協(xié)議到PROFIBUS協(xié)議的轉(zhuǎn)換，該設(shè)計利用北京鼎實公司生產(chǎn)的Profibus-Modbus網(wǎng)橋(PB-B-MODBUS)實現(xiàn) PROFIBUS主站與Modbus設(shè)備通訊，然后通過PLC中的工業(yè)以太網(wǎng)模塊、現(xiàn)場總線模塊連接到企業(yè)SCADA系統(tǒng)中，使二者得到完美的結(jié)合。

　　一、系統(tǒng)概述

　　多晶硅還原爐電氣系統(tǒng)的主要設(shè)備是大功率調(diào)壓器。調(diào)壓器所帶負(fù)載是多晶硅棒串聯(lián)而成的純電阻負(fù)載。調(diào)壓器的作用實際上是對負(fù)載電阻進(jìn)行電加熱，并且保持硅棒表面溫度恒定（一般1080℃）。硅棒串聯(lián)而成的電阻是一個變化的電阻：第一，硅棒溫度從常溫上升到1000℃，Φ8 直徑硅芯電阻從幾百kΩ下降到幾十Ω；第二，保持硅棒表面溫度1080℃，硅棒直徑從Φ8增加到Φ150，硅棒電阻從幾十Ω下降到幾十mΩ。可見硅棒電阻大范圍變動引起調(diào)壓器輸出電壓和電流的調(diào)節(jié)范圍大是這種調(diào)壓器的設(shè)計特點。按照實際工作的性質(zhì)，調(diào)壓器分為硅棒溫度從常溫加熱到1000℃的預(yù)熱調(diào)壓器和硅棒直徑從Φ8增加到最終直徑并且始終保持硅棒表面溫度1080℃的還原調(diào)壓器。

　　多晶硅還原爐電氣系統(tǒng)主要功能是：

　　1． 對管轄的所有還原爐電氣設(shè)備（調(diào)壓器、變壓器、開關(guān)柜）進(jìn)行數(shù)字通信。

　　2． 對管轄的所有還原爐電氣設(shè)備的電氣數(shù)據(jù)進(jìn)行畫面顯示和曲線記錄，并且對所有還原爐電氣設(shè)備的故障進(jìn)行畫面提示和記錄。

　　PB-B-MODBUS總線橋主要應(yīng)用在還原爐開關(guān)柜與PROFIBUS主控系統(tǒng)的通訊。該系統(tǒng)采用雙冗余PROFIBUS和光纖通信，可靠性高、抗干擾能力強。

圖1 還原爐電氣控制原理

　　二、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　在該多晶硅（控制10KV多晶硅還原爐）生產(chǎn)線分為兩期進(jìn)行建設(shè)，兩期生產(chǎn)線都采用PROFIBUS DP作為主控網(wǎng)絡(luò)。第一期采用西門子S7 400H冗余PLC，配置軟件使用STEP 7。

圖2 基于西門子S7 400的控制系統(tǒng)

　　第二期工程主控系統(tǒng)采用橫河DCS，配置軟件為SYCON。