基于Profibus-DP現(xiàn)場總線的板坯傳動系統(tǒng)的應(yīng)用

1、前言

隨著微處理器的技術(shù)發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，原來由主控計算機(jī)完成的一些任務(wù)被分散到了控制對象當(dāng)中，出現(xiàn)了智能化設(shè)備。智能化設(shè)備實現(xiàn)了信息采集、顯示、處理、傳輸以及優(yōu)化控制等功能與一身。二是計算機(jī)在速率、穩(wěn)定性、可靠性等性能的不斷提高，為主控計算機(jī)與設(shè)備之間高速度的、高精度的、高穩(wěn)定性的、高可靠性的及其便利的操作性和維護(hù)性帶來可能，從而催生了現(xiàn)場總線技術(shù)。如今以數(shù)字信號為傳輸特征的分布式控制系統(tǒng)（DCS，DistributedControlSystem分布式控制系統(tǒng)）代替以模擬信號為傳輸特征的集中控制系統(tǒng)已是大勢所趨。

雖然現(xiàn)場總線發(fā)展至今已有二十多年的歷史，但尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。絕大部分市場仍由幾大知名廠商占據(jù)。其中PROFIBUS以Siemens公司為主要支持者，并成立了WorldFIP國際用戶組織。本文就是以西門子公司plc及變頻器為相關(guān)設(shè)備的現(xiàn)場總線應(yīng)用。

2、Profibus-dp結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點

Profibus是一種成熟的有著廣泛客戶支持的現(xiàn)場總線技術(shù)，業(yè)也成為德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN19425和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170，廣泛的應(yīng)用于制造業(yè)自動化控制，過程控制，樓宇自動化，交通，發(fā)電與輸配電等領(lǐng)域。

Profibus是以ISO7498為基礎(chǔ)，以開放式系統(tǒng)互連網(wǎng)絡(luò)OSI（opensysteminterconnection）作為參考模型，定義了物理傳輸特性，總線存取協(xié)議和應(yīng)用功能。由于只采用物理層，數(shù)據(jù)鏈路層DDLM，和應(yīng)用層，所以成就了它的高速性和經(jīng)濟(jì)性。Profibus由三個族系構(gòu)成，profibus-DP（Decentralizedperiphery分布I/O系統(tǒng)），Profibus-PA（Processautomation現(xiàn)場總線信息規(guī)范），Profibus–FMS（FieldbusMessageSpecification，過程自動化）。Profibus-PA專為過程控制而設(shè)計。Profibus-FMS應(yīng)用與車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個令牌結(jié)構(gòu)實時多主網(wǎng)絡(luò)。而本系統(tǒng)采用的Profibus-DP是一種高效的，經(jīng)濟(jì)的，用于控制系統(tǒng)與分散式IO設(shè)備之間的通訊。使用Profibus-DP模塊取代24伏或4-20毫安的串聯(lián)式信號傳輸。直接數(shù)據(jù)鏈路層DDLM提供的用戶接口，使得對數(shù)據(jù)鏈路層的存取簡單方便，是一種優(yōu)化了的設(shè)計。傳輸介質(zhì)可以采用RS-485傳輸通訊電纜或光纖，出于鋼鐵公司現(xiàn)場環(huán)境和工藝對數(shù)據(jù)速率的要求及經(jīng)濟(jì)考慮，本系統(tǒng)采用的是RS-485電纜。

3、傳動系統(tǒng)介紹及構(gòu)成

本系統(tǒng)是邯鋼連鑄連軋廠熱板坯生產(chǎn)線系統(tǒng)的一部分，隸屬加熱爐系統(tǒng)。連鑄連軋薄板坯生產(chǎn)線系統(tǒng)主要由四個重要區(qū)域組成，連鑄區(qū)，加熱爐區(qū)，軋制區(qū)，卷曲區(qū)。加熱爐區(qū)負(fù)責(zé)兩相任務(wù)，一是把連鑄出來的坯子加熱到工藝要求的相應(yīng)溫度，這項任務(wù)由溫度控制系統(tǒng)完成；二是把熱板坯傳送進(jìn)入軋機(jī)并相應(yīng)達(dá)到軋機(jī)要求的入口速度，此項任務(wù)由傳動系統(tǒng)來完成。傳動系統(tǒng)要接受兩個接口的信息來確定所采取的動作，一是連鑄機(jī)要詢問加熱爐內(nèi)坯子的占有情況并做出相應(yīng)處理；二是當(dāng)軋機(jī)需要坯子時，需要詢問加熱爐坯子所在的位置，加熱爐作出回應(yīng)，加速或減速輥道電機(jī)。坯子的位置通過系統(tǒng)計算和光電管檢測修正來確立。系統(tǒng)基本原理流程如圖1：

4、網(wǎng)絡(luò)硬件及組態(tài)

系統(tǒng)由S7416-2D接IM467接口模板作為Profibus-DP的主站，接CBP模板的mm440作為Profibus的從站，PG（編程器）/PC以網(wǎng)卡cp5611，S7416-2DP以MPI接口互連與MPI網(wǎng)絡(luò)，PG得以訪問S7416-2DP，修改，監(jiān)視變量。S7416-2DP以CP433-1通訊網(wǎng)卡，HMI計算機(jī)以網(wǎng)卡cp1613互連與工業(yè)以態(tài)網(wǎng)絡(luò)。PLC通過IM467接口模板接Profibus通訊電纜RS485，終端通過連接器與變頻器的CBP模板連接，構(gòu)成現(xiàn)場總線傳動控制系統(tǒng)。S7416-dp通過Profibus-DP協(xié)議發(fā)送控制字給變頻器和讀取變頻器的狀態(tài)，以實現(xiàn)對三相異步電動機(jī)的控制與狀態(tài)的讀取。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2：其中Temp-control為溫度控制系統(tǒng)PLC。

組態(tài)由軟件step7來完成，在SIMATICMANAGER建立項目，插入主站s7400，在HWconfig進(jìn)行組態(tài)，按照定貨號和硬件安裝順序依次插入機(jī)架，電源，cpu，接口模塊等。為IM467建立新的Profibus網(wǎng)絡(luò)，添加變頻器，選擇PPO類型，設(shè)置IM467為DP主站，變頻器為DP從站，在相關(guān)屬性中設(shè)置地址。組態(tài)如圖3：