Profibus－DP現(xiàn)場(chǎng)總線在精整生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用

華菱衡鋼Φ340機(jī)組是衡鋼自動(dòng)化程度最高的生產(chǎn)線，整條生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制復(fù)雜，控制網(wǎng)絡(luò)多。其自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要有ABB和西門(mén)子兩大類(lèi)，三大主機(jī)（穿孔機(jī)、連軋機(jī)、定徑機(jī)）由ABB控制系統(tǒng)控制，管坯、環(huán)形爐、步進(jìn)爐、精整線由西門(mén)子控制系統(tǒng)控制。所有控制系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用得最多的為Profibus－DP現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)。Φ340機(jī)組精整生產(chǎn)線的基礎(chǔ)自動(dòng)化采用Profibus－DP現(xiàn)場(chǎng)總線，組成分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精整區(qū)設(shè)備的自動(dòng)控制。

1 現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus在工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

一個(gè)典型的工廠自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)該是三級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、車(chē)間監(jiān)控層和工廠管理層?；诂F(xiàn)場(chǎng)總線Profibus－DP／PA控制系統(tǒng)位于工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的底層，即現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車(chē)間級(jí)?，F(xiàn)場(chǎng)總線Profibus是面向現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車(chē)間級(jí)的數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)。如圖1所示：

圖1 Profibus在工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的位置

1）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：主要功能是連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如分散式I／O、傳感器、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、開(kāi)關(guān)設(shè)備等，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制及設(shè)備間連鎖控制，如一臺(tái)加工設(shè)備控制、一條裝配輸送線或一條生產(chǎn)線上現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的連鎖控制。主站（PLC、PC機(jī)或其它控制器）負(fù)責(zé)總線通信管理及所有從站的通信。

2）車(chē)間監(jiān)控層：車(chē)間級(jí)監(jiān)控用來(lái)完成車(chē)間主生產(chǎn)設(shè)備之間的連接，如一個(gè)車(chē)間三條生產(chǎn)線主控制器之間的連接，完成車(chē)間級(jí)設(shè)備監(jiān)控。車(chē)間級(jí)監(jiān)控包括生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)控、設(shè)備故障報(bào)警及維護(hù)等。

3）工廠管理層：車(chē)間操作員工作站可通過(guò)集線器與車(chē)間辦公管理網(wǎng)連接，將車(chē)間生產(chǎn)數(shù)據(jù)送到車(chē)間管理層。車(chē)間管理網(wǎng)作為工廠主網(wǎng)的一個(gè)子網(wǎng)。子網(wǎng)同過(guò)交換機(jī)、網(wǎng)橋或路由等連接到廠區(qū)骨干網(wǎng)，將車(chē)間數(shù)據(jù)集成到工廠管理層。

2 精整生產(chǎn)線工藝簡(jiǎn)介

精整生產(chǎn)線主要作為鋼管生產(chǎn)的后期工藝處理，工藝流程如圖2。

圖2 精整生產(chǎn)線的生產(chǎn)流程

由圖可看出精整線主要完成鋼管的通風(fēng)冷卻、定尺鋸切、矯直、探傷、噴印及下線入庫(kù)。因此生產(chǎn)線上的設(shè)備主要有冷床、管排鋸、矯直機(jī)、探傷機(jī)、噴標(biāo)機(jī)及現(xiàn)場(chǎng)輔助設(shè)備等。

2.1 精整線系統(tǒng)的構(gòu)成

根據(jù)工藝流程，精整線可分為四大系統(tǒng)，即冷卻系統(tǒng)、鋸切系統(tǒng)、矯直區(qū)、檢測(cè)區(qū)。其自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖3所示。冷卻系統(tǒng)主要將定徑后的高溫鋼管冷卻使其溫度滿足后續(xù)加工工藝要求。鋸切系統(tǒng)主要完成鋼管的頭尾切除和定尺。矯直區(qū)完成鋼管的矯直和去鋼管表面氧化層。檢測(cè)區(qū)完成鋼管無(wú)損檢測(cè)、鋼管好壞分選、噴字及按爐批號(hào)下線入庫(kù)。

由圖3可看出整個(gè)系統(tǒng)分兩大層，監(jiān)控層和設(shè)備控制層，以精整主PLC為核心。精整主PLC為精整1號(hào)線的核心，負(fù)責(zé)控制精整區(qū)的基礎(chǔ)自動(dòng)化及該區(qū)域所有輔助設(shè)備和與管排鋸、矯直機(jī)、探傷機(jī)一類(lèi)智能從站信息交換。

圖3 精整1號(hào)線的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

（1）監(jiān)控層

監(jiān)控層由工程師站和操作員站組成。工程師站為一臺(tái)西門(mén)子工控PC機(jī)，PC機(jī)上配有工業(yè)以太網(wǎng)卡和Step7v5．2軟件，工程師站用于程序監(jiān)控及故障診斷，工程師站屬一類(lèi)主站。操作員站配工業(yè)以太網(wǎng)卡和WinCC組態(tài)軟件，它承當(dāng)數(shù)據(jù)管理、工產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、報(bào)警、及中文報(bào)表等工作。并可下達(dá)操作指令，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動(dòng)化，操作員站屬于二類(lèi)主站。

（2）設(shè)備控制層

系統(tǒng)設(shè)備控制層由Profibus－DP現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成，分四條網(wǎng)絡(luò)，共71個(gè)站。

Profibus－1：由現(xiàn)場(chǎng)I／O遠(yuǎn)程站、操作臺(tái)I／O遠(yuǎn)程站組成共9個(gè)站，這些I／O遠(yuǎn)程站都為ET200M模塊型從站，在硬件組態(tài)時(shí)傳輸速率設(shè)為1．5Mbps，由于該網(wǎng)絡(luò)線路較長(zhǎng)，線路迂回長(zhǎng)度500m以上。而Profibus中網(wǎng)絡(luò)段距離在200m以內(nèi)傳輸速率才能保證1．5Mbps，為了保證網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)傳輸速率穩(wěn)定在1．5Mbps，所以在各站之間設(shè)有中繼放大器作信號(hào)放大和干擾隔離。該網(wǎng)絡(luò)主要采集現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件信號(hào)和接收操作臺(tái)的動(dòng)作指令。Profibus－2：5P傳動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，由32個(gè)從站組成，從站為ABB的ACS600多傳動(dòng)裝置。包括大冷床升降橫移傳動(dòng)傳動(dòng)裝置、冷床下料斯惠頓傳動(dòng)裝置、鋸區(qū)前后輥道及斯惠頓傳動(dòng)裝置等。ACS600逆變器通過(guò)NPBA－12Profibus總線適配器與主站的CP342－5進(jìn)行通訊，通訊速率為1．5Mbps。該網(wǎng)絡(luò)上的通訊數(shù)據(jù)均為傳動(dòng)裝置的控制字和狀態(tài)字信息，正常工作時(shí)傳動(dòng)裝置隨時(shí)接收主站發(fā)過(guò)來(lái)的啟／停命令和速度給定，并同時(shí)發(fā)送自身的狀態(tài)信息給主站。

Profibus－3：6P傳動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，由24個(gè)從站組成，從站也為ABB的ACS600多傳動(dòng)裝置。由矯直前后輥道傳動(dòng)裝置、探傷前步進(jìn)橫移傳動(dòng)裝置、探傷區(qū)輥道傳動(dòng)裝置、檢測(cè)區(qū)輥道傳動(dòng)裝置、探傷后噴印后撥料鉤傳動(dòng)裝置組成。該網(wǎng)絡(luò)上的逆變器由通過(guò)RPBA－01Profibus總線適配與主站的CP342－5進(jìn)行通訊，通訊速率也為1．5Mbps，網(wǎng)絡(luò)功能與5P一樣。