PROFIBUS现场总线在高速线材自动化控制系统中的应用

    攀钢线材厂本次"提质降耗、扩大品种规模"技术改造是在原来的只有精轧机组、夹送辊、吐丝机设备的基础上，增加两架预精轧机组和启停式飞剪，将把预精轧机组、飞剪、精轧机组、夹送辊、吐丝机的模拟传动改为数字传动，应用ABB公司的DCS500直流数字装置；同时将原来的继电器逻辑控制应用SIEMENS公司的S7-400 PLC来代替。组成为线材轧机的基础自动化系统还有操作监控站，应用SIEMENS公司的WINCC管理应用软件来实现；工业以太网即H1网，连接监控操作站和PLC；工业现场总线Profibus-DP，建立DCS500和远程操作单元ET200M与PLC的通讯。

    自动化控制系统中，控制系统可分为三层，即数字传动部分、PLC控制部分和监控操作站部分。

    数字传动部分应用ABB公司的DCS500直流数字装置，处理预精轧机1组、2组、飞剪、精轧机1/2架、夹送辊、吐丝机的运行。

    PLC控制部分应用S7-400型PLC，CPU为CPU414-2DP，处理全线的生产控制，完成系统功能手网络的信息交换。

    监控操作站部分应用WINCC监控软件，有A、B两线操作站兼监控站和电气室监控站，处理轧制规程作业表的生成、全线操作、事故监控报警、生产记录和报表等任务。

    二、采用PROFIBUS的原因

    PROFIBUS现场总线技术是随全数字信号系统的发展而产生的，由德国组织开发的工业现场总线协议标准——PROFIBUS现场总线标准（DIN19254）。

    PROFIBUS是近年来国际上最为流行的现场总线，也是目前数据传输率最快的一种现场总线（传输率可达12M波特），因此在很多领域内有广泛地应用。

    通过本年度的北京国际机电一体化设备展览会可看到PROFIBUS总线蓬勃发展的生命力。根据Venture Developmen 
    
    Corp.（VDC）的最新研究报告，PROFIBUS所占的市场份额最大，也是发展最快的现场总线。
    
    PROFIBUS的网络协议是以ISO颁布的OSI标准七层参考模型为基础的，只是对第三层到第六层进行简化，因此可以说它的标准适应性强。此外它的三种模块（FMS.DP和PA）又可以适应不同的应用对象和通信速率方面的要求，开放性也好。
    
    PROFIBUS现场总线基于令牌协议加主从总线的介质存取方式，主站以主从方式与从站通讯，各主站之间由令牌协议决定总线控制权。站点数可达127个。
    
    正是基于PROFIBUS现场总线技术上的成熟和开放性，以及实际应用后的经济效果，因此我们在自动化控制系统中采用了它。
    
    三、Profibus-DP组态说明
    
    在以上的自动化控制系统中，PROFIBUS-DP现场总线应用在直流数字传动装置DCS500、远程操作单元ET200M与S7-400PLC之间的通讯上。
    
    1、硬件组态
    
    Profibus-DP总线共有9个站，分别是S7-400PLC作为Master，站号设定：2；其余均为Slave，它们有远程操作接口单元ET200M，站号设定：3；预精轧机1组数字传动装置DCS500，站号设定：4；预精轧机2组数字传动装置DCS500，站号设定：5；精轧机1架数字传动装置DCS500，站号设定：6；精轧机2架数字传动装置DCS500，站号设定：7；飞剪数字传动装置DCS500，站号设定：8；夹送辊数字传动装置DCS500，站号设定：9；吐丝机数字传动装置DCS500，站号设定：10。主站上应用S7-400PLC的CPU414-2DP，BUS终端器设定为ON。从站中DCS500设备应用PROFIBUS适配模件NPBA-02，BUS终端器设定为OFF，ET200M的BUS终端器设定为ON。BUS终端器设定一定要正确，即BUS两端为ON，中间接点为OFF。通讯距离约为500M。[page]
    
    Profibus-DP的布线要严格按照适配模件的说明来接线，通讯电缆最好用西门子公司的专用DP电缆或屏蔽双绞两芯电缆。屏蔽层的接线一定要保证单端接地，同时结合现场总线的抑制干扰技术可以保证系统通讯的正常运行。
    
    2、软件组态
    
    系统的组成如果不是一家公司的设备和材料，则为了确保参数匹配正确，各公司均提供有ProfiDrive的定义程序来匹配Profibus的组态。
    
    在Master站S7-400PLC上，要对DP进行组态，通过STEP7软件包结合ProfiDrive的定义程序来进行。组态的关键是正确地选择Profibus-DP的方式，即PPO的类型。在该系统中为PPO-2型，通讯字有十个数据字。由于线路的长度，约为500M，故通讯速率选择为500KB/S，根据实际的应用效果看，该速率满足系统的信号交换要求。
    
    在Slave站DCS500上，同样要正确地组态通讯参数。从站的接口适配模件为NPBA-02，在驱动和NPBA-02之间建立联系，即PLC与DCS500之间建立通讯，有八个组态参数必须组态。
    
    经过上述两方面软硬件的正确组态后，Profibus-DP总线就建立起来了。
    
    四、软件要作的工作
    
    Profibus-DP总线经过软硬件的组态建立起来后，Master和Slave之间的信息交换还必须在主/从站内部来规定，即在双方要用软件来定义其传输信息的内容。
    
    在我们的自动化控制系统中，Master站应用了8个字来记录所有的交换信号，包含DI12点，DO6点，AI3点，AO1点。应用STEP7内的标准功能块SFC14-DPRD DAT和SFC15-DPWR DAT来接收和发送DP上的信号。Slave站同样用相应的8个字来对应Master站，即由主→从应用4个字和由从→主应用4个字。
    
    五、使用情况
    
    在攀钢高速线材轧机的自动化控制系统中，应用PROFIBUS-DP现场总线取得了很好地运行效果。
    
    1、Profibus-DP总线满足了对自动化系统功能的各项要求。
    
    2、运行费用和能耗均有显著的节省，可达到20%，并且使用合理。
    
    3、由于省除了大量的电缆、桥架、管路等材料，故投资可大大的减少。
    
    4、大大的降低了运行劳动强度，维护简单，维护量小。耗材少。
    
    六、设计、安装和调试体会
    
    在本次自动化控制系统的设计、安装和调试过程中，Profibus-DP的应用无疑是正确的，只是在现场安装过程中，要注意以下几点：
    
    1、现场安装条件与原始设计和系统要求的差异和解决方案。
    
    2、现场各类干扰因素的防范。
    
    3、现场的接地系统对总线的影响。
    
    七、结束语
    
    通过Profibus-DP现场总线在攀钢的自动控制系统中的首次应用成功，随着将数字信号和模拟信号混合的系统改造为全数字信号系统的发展，Profibus-DP会在攀钢的技术改造中得到越来越广泛的应用