基于Profibus-DP的通訊在寬厚板熱處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　萊鋼4300mm寬厚板熱處理生產(chǎn)線是萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司于2009年開始建設(shè)的年產(chǎn)180萬(wàn)噸的生產(chǎn)線,它廣泛采用了當(dāng)代厚板領(lǐng)域的新技術(shù)及先進(jìn)的裝備,熱處理線作為后區(qū)重要的生產(chǎn)線,實(shí)時(shí)可靠的通信系統(tǒng)是必不可少的,因此采用Profibus—DP現(xiàn)場(chǎng)總線使全部控制設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)化。Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線把現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和PLC緊密集成為一個(gè)完整的控制系統(tǒng); 現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)由于采用了Profibus-DP通信接口, 節(jié)省了大量電器元件和電纜。作為眾多現(xiàn)場(chǎng)總線家族的成員之一,Profibus是在歐洲工業(yè)界得到最廣泛應(yīng)用的一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn),也是目前國(guó)際上通用的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)之一。[1]本文主要以預(yù)處理區(qū)域Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)來(lái)介紹Profibus-DP在寬厚板熱處理系統(tǒng)中的應(yīng)用。

　　2 Profibus組成

　　2.1 Profibus概述

　　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),在集中自動(dòng)化系統(tǒng)向分散自動(dòng)化系統(tǒng)轉(zhuǎn)移方面是一種重大突破。Profibus由3部分組成,即Profibus-DP(分布式外圍設(shè)備),Profibus-PA(過程自動(dòng)化),Profibus-FMS(現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文)[2]。

　　Profibus-DP具有高速傳輸、價(jià)格低廉等特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單,主要用于分散設(shè)備間的數(shù)據(jù)高速傳輸,傳輸速率可由9.6kbps至12Mbps。一般用于自動(dòng)化控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)間的開關(guān)量的通信,可滿足全數(shù)字交直流調(diào)速系統(tǒng)對(duì)于快速的時(shí)間響應(yīng)要求。該總線具有適合于快速、時(shí)間要求嚴(yán)格的應(yīng)用和復(fù)雜的通信任務(wù)的特點(diǎn),成為唯一能夠全面覆蓋工廠自動(dòng)化和過程自動(dòng)化應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線,特別適用于工廠自動(dòng)化和過程自動(dòng)化領(lǐng)域。在萊鋼寬厚板熱處理線中所采用的就是這種Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線。

　　2.2 Profibus網(wǎng)絡(luò)硬件

　　Profibus網(wǎng)絡(luò)主要涉及到的硬件包括:Profibus接口,通訊介質(zhì),Profibus插頭,中繼器,診斷中繼器,OLM, DP/DP COUPLER以及有源終端電阻等。當(dāng)各站點(diǎn)通過插頭連接以及網(wǎng)線連接到網(wǎng)絡(luò)上時(shí),根據(jù)RS485串口通訊的規(guī)范,每個(gè)物理網(wǎng)段支持32個(gè)物理設(shè)備,且在物理網(wǎng)段終端的站點(diǎn)應(yīng)該設(shè)置終端電阻防止浪涌保證通訊質(zhì)量。

　　2.3 Profibus接口

　　Profibus接口是RS485串口,一般采用SUB-D female的接口。一般CPU或者CP板卡都采用該接口。該接口外部的金屬部分一般連接到CPU或者CP的內(nèi)部的“PE”。而當(dāng)CPU安裝在底板上時(shí),其“PE”與底板是連通的,此時(shí)如果將安裝底板在電氣柜內(nèi)做接地處理,則該SUB-D接口的外部金屬部分也是接地的。

　　2.4 通訊介質(zhì)

　　Profibus網(wǎng)絡(luò)支持RS485的電纜和光纖兩種通訊介質(zhì)。當(dāng)然,現(xiàn)在也有支持無(wú)線通訊的設(shè)備,但我們目前面對(duì)的主要還是有線介質(zhì)。

　　3 Profibus-DP在預(yù)處理區(qū)系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　3.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊?guī)則

　　在進(jìn)行Profibus網(wǎng)絡(luò)連接之前,首先應(yīng)當(dāng)考慮拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否有問題。如果拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有問題,將來(lái)網(wǎng)絡(luò)通訊很可能出現(xiàn)問題。

　　另外,從波特率與距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系中可以看到,波特率越高,則對(duì)應(yīng)的通訊距離越近,因而如果現(xiàn)場(chǎng)遇到Profibus的通訊有通訊不上或者通訊不穩(wěn)定的情況,也可以考慮先將波特率降低,再進(jìn)行觀察處理。

　　設(shè)計(jì)一條Profibus網(wǎng)絡(luò),首先需要了解Profibus網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湟?guī)則:

　?、?Profibus網(wǎng)絡(luò)是RS485串口通訊,半雙工,支持光纖通訊;

　　② 每個(gè)網(wǎng)絡(luò)理論上最多可連接127個(gè)物理站點(diǎn),其中包括主站、從站以及中繼設(shè)備;

　?、?網(wǎng)絡(luò)的通訊波特率9.6kbps-12Mbps;

　　④ 每個(gè)物理網(wǎng)段最多32個(gè)物理站點(diǎn)設(shè)備,物理網(wǎng)段兩終端都需要設(shè)置終端電阻或使用有源終端電阻;

　?、?每個(gè)網(wǎng)段的通訊距離或者設(shè)備數(shù)如果超限,需要增加RS485中繼器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓展,中繼器最多可串聯(lián)9個(gè);

　?、?每個(gè)中繼設(shè)備(RS485中繼器、OLM)也做為網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)物理站點(diǎn),但沒有站號(hào);

　　⑦ 網(wǎng)絡(luò)支持多主站,但在同一網(wǎng)絡(luò)中,不建議多于3個(gè)主站;

　?、?一般0是PG的地址,1～2為主站地址,126為某些從站默認(rèn)的地址,127是廣播地址,因而這些地址一般不再分配給從站,故DP從站最多可連接124個(gè),站號(hào)設(shè)置一般為3~125。

　?、?如果網(wǎng)絡(luò)中涉及到分支電纜,則應(yīng)注意分支電纜的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守Profibus 的協(xié)議規(guī)定。

　　3.2 預(yù)處理區(qū)DP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

　　預(yù)處理區(qū)系統(tǒng)包括一套S7-400 PLC、兩套S7-300 PLC、一套S7-200PLC、7套ET200站、變頻器、編碼器和兩臺(tái)上位機(jī),同時(shí)系統(tǒng)還與1#熱處理爐、3#熱處理爐通過DP通訊,與2#熱處理爐通過工業(yè)以太網(wǎng)通訊。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊?guī)則設(shè)計(jì)網(wǎng)格構(gòu)成見圖1。

　　其中1#熱處理爐、2#熱處理爐、3#熱處理爐PLC是S7-400 PLC,磁盤上料PLC和拋丸機(jī)PLC是S7-300 PLC,H7是S7-200PLC,BWL是編碼器,每個(gè)設(shè)備后面括號(hào)里的數(shù)字是給這個(gè)設(shè)備分配的硬件地址。