Profibus—DP在板坯連鑄機自動控制系統中的應用

1 引言
　　Profibus的應用領域包括加工制造、過程和建筑自動化，如今已成為國際化的開放式現場總線標準，即EN50170歐洲標準和IEC61 158國際標準的一部分。并且，在2001年12月成為我國的現場總線標準。Profibus由Profibus—FMS（Fieldbus Message Specification），Profibus—PA（Process Automation）和Profibus—DP（DistributivePeriphera1）3部分組成。
　　其中，Profibus—DP具有高速傳輸、價格低廉等特點，實現起來比較簡單，主要用于分散設備間的數據高速傳輸。該總線物理層采用RS485傳輸方式，傳輸速率為9．6kbps 12Mbps。一般用于自動化控制系統和現場設備級間的開關量的通信。因而可滿足全數字交直流調速系統對于快速的時間響應要求。目前80％以上的Profibus應用是基于Profibus—DP。
　　基于Profibus—DP現場總線的控制系統與以前的集散型控制系統DCS相比，具有很多優越性：
　　（1）采用雙絞線、光纜或無線電方式傳送數字信號，從而大量削減現場儀表與控制室之間一對一連接的導線，節省安裝費用，提高可靠性和抗干擾能力，增強控制精度，信息傳輸速率可達1 12Mb／s，傳輸距離可達數公里。
　　（2）由于采用了統一的國際標準，不同廠家的產品在硬件、軟件、通信、連接方式等方面互相兼容，使系統具有開放性，這對用戶的操作、維修、擴展都是十分有利的。
　　（3）由于現場設備本身可完成自動控制的基本功能，導致現場總線已構成一種新的全分布式控制系統的體系結構。從根本上改變了現有DCS集中與分散相結合的集散控制系統體系，簡化了系統結構，提高了可靠性。
　　許多控制功能從控制室移至現場儀表，大量過程檢測與控制的信息就地采集和處理，在新的技術基礎上實施就地控制，使過程控制基本分散到現場，而控制室內的儀表裝置主要完成數據處理、監督控制、優化控制、協調控制和管理自動化功能。
　　（4）開放式系統，系統分層分級集成，設計靈活，網絡可采用多種拓撲結構。

2 Profibus—DP在濟鋼三煉鋼板坯連鑄機中的應用
　　濟鋼三煉鋼板坯連鑄機工程是濟鋼“十五”發展的重點項目，板坯連鑄機電氣基礎自動化控制系統是保證連鑄機正常生產的關鍵系統，相對其它系統而言，對于系統硬件的可靠性、穩定性要求更高。其基礎自動化控制系統配置，采用德國SIEMENS公司的S7系列產品組成儀控合一的基礎自動化控制級，用于主PLC與從PLC之間的相互通訊，使之現場設備可正常運行。PROFIBUS總線在板坯連鑄機系統中應用廣泛，在設備運行過程中顯示出了它強大的穩定性能和可靠性。作為Profibus—DP網的典型配置如圖1所示。

　　PLC（SIMATIC S7—300或S7—400系列）作為一級DP主站，主要包括C—PLC（公共PLC）、S_PLC（鑄流PLC）、I_PLC（儀表PLC）、R-PLC（輸出PLC）這4臺PLC作為一級主站，負責在預定的信息周期內循環與從站交換信息，發送控制信息，讀取從站的狀態等。組態軟件Factroy Link作為二級DP主站，系統操 與監視等。MM440變頻器加上cB通 訊板（Profibus通訊模塊）后作為從站，可帶這樣的從站32個，如果加上中繼器，最多可達127個從站。MM 440是MICROMASTER 4系列變頻器中的頂尖機型，而且有更加精確的控制性能，即含有MM 420所具有的安裝簡便和用戶友好的優勢，還具有快速的輸入響應，優化的矢量控制特點。另外由于內置制動單元，使變頻器在制動和減速方面，具有優良的功能品質。
3 Profibus—DP數據通訊
　　在變頻器現場總線控制系統中，Profibus—DP的通訊協議的信息幀分為協議頭、用戶數據和協議尾，用戶數據結構被指定為參數過程數據對象（PPO），有的用戶數據帶有一參數區域和一過程數據區域，而有的用戶數據僅由過程數據組成。變頻傳動概要定義了五種PPO類型，如圖2所示。

　　MICROMASTER4僅支持PPO型1和型3。參數值PKW是變頻器運行要定義的一些功能碼，如最大頻率、基本頻率、加／減速時間等。過程數據PZD用來傳輸控制字和設定值（主-變頻器）或狀態字和實際值（變頻器-主）等輸入／輸出的數據值。
　　MICROMASTER 4系列變頻器與SIMATIC S7—300通訊，必須完成下列變頻器功能碼的設置：P918（Profibus地址）設定值可以是1一125，P1000（頻率設定值的選擇）=6（CB通訊板），P2041．00（CB參數）=3（PP03），P2040（CB停止報文時間）>0，P0927（修改參數的途徑）=1（COMMS模板），P700（選擇命令源）：6（Profibus／Fieldbus通訊鏈路的現場總線）。
　　采用SIMATIC S7—300系列的CPU315—2DP作為DP主站，CPU3 15—2DP系統本身具有Profibus—DP接口，無需另外的通訊接口單元。在編程軟件STEP7中完成硬件網絡組態，為變頻器分配網絡地址，該地址必須與變頻器CB板中設置的相同，在組織塊OB中選用SFC14“DPRD—DAT”、SFC15 “DPWR— DAT” 系統功能塊向變頻器的CB模塊接收／發送過程數據，如圖3所示。要注意的是MICROMASTER 4系列變頻器與以前的MICROMASTER 3系列變頻器的控制字是不同的。
　　工業組態軟件Factroy Link提供各種PLC的驅動程序，本文實例要建一個Profibus—DP的二級主站，所以選擇支持s7協議的通訊驅動程序SIMATIC s7 ProtocolSuite，在其中的“PROFIBUS”下連接一臺s7—300，設置參數必須與PLC中的設置相同。通過以上步驟，即完成了對整個變頻器控制系統Profibus—DP網的組態與通訊。

4 結束語
　　現場總線技術（FCS）作為新一代控制系統是分散控制型控制系統的繼承、延伸和進一步發展，更適合于工廠綜合自動化的要求。采用Profibus—DP現場總線的變頻器控制系統，可增強整個系統的可靠性，而且可根據工藝需要進行靈活的功能修改，從而在長期意義上大大的節約了成本。