PROFIBUS總線在線材自控系統中的應用

　　一、應用背景

　　攀鋼線材廠本次"提質降耗、擴大品種規模"技術改造是在原來的只有精軋機組、夾送輥、吐絲機設備的基礎上，增加兩架預精軋機組和啟停式飛剪，將把預精軋機組、飛剪、精軋機組、夾送輥、吐絲機的模擬傳動改為數字傳動，應用ABB公司的DCS500直流數字裝置;同時將原來的繼電器邏輯控制應用SIEMENS公司的S7-400 PLC來代替。組成為線材軋機的基礎自動化系統還有操作監控站，應用SIEMENS公司的WINCC管理應用軟件來實現;工業以太網即H1網，連接監控操作站和PLC;工業現場總線Profibus-DP，建立DCS500和遠程操作單元ET200M與PLC的通訊。

　　自動化控制系統中，控制系統可分為三層，即數字傳動部分、PLC控制部分和監控操作站部分。

　　數字傳動部分應用ABB公司的DCS500直流數字裝置，處理預精軋機1組、2組、飛剪、精軋機1/2架、夾送輥、吐絲機的運行。

　　PLC控制部分應用S7-400型PLC，CPU為CPU414-2DP，處理全線的生產控制，完成系統功能手網絡的信息交換。

　　監控操作站部分應用WINCC監控軟件，有A、B兩線操作站兼監控站和電氣室監控站，處理軋制規程作業表的生成、全線操作、事故監控報警、生產記錄和報表等任務。

　　二、采用PROFIBUS的原因

　　PROFIBUS現場總線技術是隨全數字信號系統的發展而產生的，由德國組織開發的工業現場總線協議標準——PROFIBUS現場總線標準(DIN19254)。

　　PROFIBUS是近年來國際上最為流行的現場總線，也是目前數據傳輸率最快的一種現場總線(傳輸率可達12M波特)，因此在很多領域內有廣泛地應用。

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

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

　　PROFIBUS的網絡協議是以ISO頒布的OSI標準七層參考模型為基礎的，只是對第三層到第六層進行簡化，因此可以說它的標準適應性強。此外它的三種模塊(FMS.DP和PA)又可以適應不同的應用對象和通信速率方面的要求，開放性也好。

　　PROFIBUS現場總線基于令牌協議加主從總線的介質存取方式，主站以主從方式與從站通訊，各主站之間由令牌協議決定總線控制權。站點數可達127個。

　　正是基于PROFIBUS現場總線技術上的成熟和開放性，以及實際應用后的經濟效果，因此我們在自動化控制系統中采用了它。

　　三、Profibus-DP組態說明

　　在以上的自動化控制系統中，PROFIBUS-DP現場總線應用在直流數字傳動裝置DCS500、遠程操作單元ET200M與S7-400PLC之間的通訊上。

　　1、硬件組態

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

　　Profibus-DP的布線要嚴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，同時結合現場總線的抑制干擾技術可以保證系統通訊的正常運行。

　　2、軟件組態

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

　　在Master站S7-400PLC上，要對DP進行組態，通過STEP7軟件包結合ProfiDrive的定義程序來進行。組態的關鍵是正確地選擇Profibus-DP的方式，即PPO的類型。在該系統中為PPO-2型，通訊字有十個數據字。由于線路的長度，約為500M，故通訊速率選擇為500KB/S，根據實際的應用效果看，該速率滿足系統的信號交換要求。

　　在Slave站DCS500上，同樣要正確地組態通訊參數。從站的接口適配模件為NPBA-02，在驅動和NPBA-02之間建立聯系，即PLC與DCS500之間建立通訊，有八個組態參數必須組態。

　　經過上述兩方面軟硬件的正確組態后，Profibus-DP總線就建立起來了。

　　四、軟件要作的工作

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

　　在我們的自動化控制系統中，Master站應用了8個字來記錄所有的交換信號，包含DI12點，DO6點，AI3點，AO1點。應用STEP7內的標準功能塊SFC14-DPRD DAT和SFC15-DPWR DAT來接收和發送DP上的信號。Slave站同樣用相應的8個字來對應Master站，即由主→從應用4個字和由從→主應用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中，應用PROFIBUS-DP現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功能的各項要求。

　　2、運行費用和能耗均有顯著的節省，可達到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，維護簡單，維護量小。耗材少。

　　六、設計、安裝和調試體會

　　在本次自動化控制系統的設計、安裝和調試過程中，Profibus-DP的應用無疑是正確的，只是在現場安裝過程中，要注意以下幾點：

　　1、現場安裝條件與原始設計和系統要求的差異和解決方案。

　　2、現場各類干擾因素的防范。

　　3、現場的接地系統對總線的影響。

　　七、結束語

　　通過Profibus-DP現場總線在攀鋼的自動控制系統中的首次應用成功，隨著將數字信號和模擬信號混合的系統改造為全數字信號系統的發展，Profibus-DP會在攀鋼的技術改造中得到越來越廣泛的應用。