基于Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的板坯傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用

1、前言

隨著微處理器的技術(shù)發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，原來(lái)由主控計(jì)算機(jī)完成的一些任務(wù)被分散到了控制對(duì)象當(dāng)中，出現(xiàn)了智能化設(shè)備。智能化設(shè)備實(shí)現(xiàn)了信息采集、顯示、處理、傳輸以及優(yōu)化控制等功能與一身。二是計(jì)算機(jī)在速率、穩(wěn)定性、可靠性等性能的不斷提高，為主控計(jì)算機(jī)與設(shè)備之間高速度的、高精度的、高穩(wěn)定性的、高可靠性的及其便利的操作性和維護(hù)性帶來(lái)可能，從而催生了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。如今以數(shù)字信號(hào)為傳輸特征的分布式控制系統(tǒng)（DCS，DistributedControlSystem分布式控制系統(tǒng)）代替以模擬信號(hào)為傳輸特征的集中控制系統(tǒng)已是大勢(shì)所趨。

雖然現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展至今已有二十多年的歷史，但尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。絕大部分市場(chǎng)仍由幾大知名廠商占據(jù)。其中PROFIBUS以Siemens公司為主要支持者，并成立了WorldFIP國(guó)際用戶組織。本文就是以西門子公司plc及變頻器為相關(guān)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用。

2、Profibus-dp結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點(diǎn)

Profibus是一種成熟的有著廣泛客戶支持的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，業(yè)也成為德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19425和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170，廣泛的應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化控制，過(guò)程控制，樓宇自動(dòng)化，交通，發(fā)電與輸配電等領(lǐng)域。

Profibus是以ISO7498為基礎(chǔ)，以開(kāi)放式系統(tǒng)互連網(wǎng)絡(luò)OSI（opensysteminterconnection）作為參考模型，定義了物理傳輸特性，總線存取協(xié)議和應(yīng)用功能。由于只采用物理層，數(shù)據(jù)鏈路層DDLM，和應(yīng)用層，所以成就了它的高速性和經(jīng)濟(jì)性。Profibus由三個(gè)族系構(gòu)成，profibus-DP（Decentralizedperiphery分布I/O系統(tǒng)），Profibus-PA（Processautomation現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范），Profibus–FMS（FieldbusMessageSpecification，過(guò)程自動(dòng)化）。Profibus-PA專為過(guò)程控制而設(shè)計(jì)。Profibus-FMS應(yīng)用與車間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)令牌結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò)。而本系統(tǒng)采用的Profibus-DP是一種高效的，經(jīng)濟(jì)的，用于控制系統(tǒng)與分散式IO設(shè)備之間的通訊。使用Profibus-DP模塊取代24伏或4-20毫安的串聯(lián)式信號(hào)傳輸。直接數(shù)據(jù)鏈路層DDLM提供的用戶接口，使得對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層的存取簡(jiǎn)單方便，是一種優(yōu)化了的設(shè)計(jì)。傳輸介質(zhì)可以采用RS-485傳輸通訊電纜或光纖，出于鋼鐵公司現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和工藝對(duì)數(shù)據(jù)速率的要求及經(jīng)濟(jì)考慮，本系統(tǒng)采用的是RS-485電纜。

3、傳動(dòng)系統(tǒng)介紹及構(gòu)成

本系統(tǒng)是邯鋼連鑄連軋廠熱板坯生產(chǎn)線系統(tǒng)的一部分，隸屬加熱爐系統(tǒng)。連鑄連軋薄板坯生產(chǎn)線系統(tǒng)主要由四個(gè)重要區(qū)域組成，連鑄區(qū)，加熱爐區(qū)，軋制區(qū)，卷曲區(qū)。加熱爐區(qū)負(fù)責(zé)兩相任務(wù)，一是把連鑄出來(lái)的坯子加熱到工藝要求的相應(yīng)溫度，這項(xiàng)任務(wù)由溫度控制系統(tǒng)完成；二是把熱板坯傳送進(jìn)入軋機(jī)并相應(yīng)達(dá)到軋機(jī)要求的入口速度，此項(xiàng)任務(wù)由傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)完成。傳動(dòng)系統(tǒng)要接受兩個(gè)接口的信息來(lái)確定所采取的動(dòng)作，一是連鑄機(jī)要詢問(wèn)加熱爐內(nèi)坯子的占有情況并做出相應(yīng)處理；二是當(dāng)軋機(jī)需要坯子時(shí)，需要詢問(wèn)加熱爐坯子所在的位置，加熱爐作出回應(yīng)，加速或減速輥道電機(jī)。坯子的位置通過(guò)系統(tǒng)計(jì)算和光電管檢測(cè)修正來(lái)確立。系統(tǒng)基本原理流程如圖1：

4、網(wǎng)絡(luò)硬件及組態(tài)

系統(tǒng)由S7416-2D接IM467接口模板作為Profibus-DP的主站，接CBP模板的mm440作為Profibus的從站，PG（編程器）/PC以網(wǎng)卡cp5611，S7416-2DP以MPI接口互連與MPI網(wǎng)絡(luò)，PG得以訪問(wèn)S7416-2DP，修改，監(jiān)視變量。S7416-2DP以CP433-1通訊網(wǎng)卡，HMI計(jì)算機(jī)以網(wǎng)卡cp1613互連與工業(yè)以態(tài)網(wǎng)絡(luò)。PLC通過(guò)IM467接口模板接Profibus通訊電纜RS485，終端通過(guò)連接器與變頻器的CBP模板連接，構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線傳動(dòng)控制系統(tǒng)。S7416-dp通過(guò)Profibus-DP協(xié)議發(fā)送控制字給變頻器和讀取變頻器的狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的控制與狀態(tài)的讀取。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2：其中Temp-control為溫度控制系統(tǒng)PLC。

組態(tài)由軟件step7來(lái)完成，在SIMATICMANAGER建立項(xiàng)目，插入主站s7400，在HWconfig進(jìn)行組態(tài)，按照定貨號(hào)和硬件安裝順序依次插入機(jī)架，電源，cpu，接口模塊等。為IM467建立新的Profibus網(wǎng)絡(luò)，添加變頻器，選擇PPO類型，設(shè)置IM467為DP主站，變頻器為DP從站，在相關(guān)屬性中設(shè)置地址。組態(tài)如圖3：