基于Profibus-DP協議和PLC器件實現輥壓機控制系統的設計

　　1．概述

　　在自動化系統的配置中即要保證系統的先進、可靠、合理性，又要避免過剩功能，降低投資成本。2000年至2001年，我們成功地在安慶白鰭豚4#水泥磨系統應用了輥壓機終粉磨工藝，在該生產線上選用了西門子250kW變頻器對輥壓機兩磨輥電動機進行變速驅動。同時選用德國申克振動測量傳感器對輥壓機的振動進行監視。輥壓機的控制采用了新型控制系統，系統采用了Siemens SIMATIC S7-300可編程控制器，上位機采用研華工控機，由Wincc軟件實現系統組態控制，和變頻器MASTERDRIVES組成。上位系統的通訊網絡采用Siemens MPI網。各個控制站之間以及6臺矢量變頻器與控制站之間以Profibus-DP協議方式相連。它完全與電位無關地運行，其優點是，不必花費昂貴的等電位連接費用，且大大增強了網絡的可靠性。

　　2．輥壓機兩輥的同步運行

　　在實際生產過程中，保持輥壓機兩輥的同步運行是尤為重要的。這種同步，不僅僅是穩速運行時需要同步，而且在加減速的動態過程中也需要保證線速度的一致。為此，我們采取以下兩個措施，以達到同步的目的：

　　2．1提高系統的動態響應

　　所有變頻器都采用光電編碼器的反饋方式，通過矢量運算，它能夠確定和控制轉矩與磁通的電流分量，獲得同直流傳動相媲美白勺動態特性：這就從基礎上保證了同步的可實現。

　　2．2建立速度給定值鏈

　　在兩個變頻器之間建立裝置對裝置通訊過程，通過此方式能夠將速度給定值用數字量迅速而準確地傳遞給第一個變頻器，消除模擬信號傳遞中由于線路損耗、干擾等帶來的信號漂移、于擾所帶來的不利影響。各個分部之間不同的機械變化則由變頻器內部不同的比例因子控制，從而實現動態與穩態時各分部線速度的恒比例運行。

　　根據終粉磨系統中輥壓機對傳動的控制需求，選用西門子矢量型變頻調速器6SE70。

　　特點如下：

　　變頻器元件板SCB2具有電隔離的RS485口，可在變頻器之間實現裝置對裝置的連接。在這里，我們采用并行接法，將其中一臺變頻器作為主動裝置，另一臺變頻器作為從動裝置，這樣，主動裝置能夠將系統線速度給定值傳遞至從動裝置，從而增加了整個系統的可靠性。通過在安慶白鰭豚4#水泥磨系統應用了輥壓機終粉磨系統中的應用，我們認為采用西門子6SE70變頻調速系統在提高產品質量、產量，減小日常維護及節能等方面都有顯著的優點，完全能夠滿足生產現場的需要。

　　3．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（DINl9254）。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c根據Venture Developmen Corp．（VDC）的報告，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1SO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c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白勺要求，開放性也好。［page］

　　Profibus現場總線基于令睥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。

　　4．Profibus-DP組態說明

　　在以上的自動化控制系統中，Profibus-DP現場總線應用在交流變頻器、遠程操作單元ET200M與S7-300PLC之間的通訊上。

　　4．1硬件組態

　　Profibus-DP總線共有6個站，分別是S7—300PLC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；打散機變頻器，站號設定： 4；料餅秤控制器，站號設定：5；輥壓機活動輥變頻器，站號設定：6；輥壓機固定輥變頻器，站號設定：7；主站上應用57-300PLC的CPU315-2DP，BUS終端器設定為ON。從站中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。

　　4．2軟件組態

　　在本系統中變頻器和PLC選用的都是西門子一家公司的設備和材料，確保了參數匹配正確，在Master站S7—300PLC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：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。

　　5．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D112點，D06點，A13點，A0l點。應用STEP7內的標準功能塊SFCl4—DPRD DAT和SFC-DPWR DAT來接收和發送DP上的信號。Slave站同樣用相應的3個字來對應Master站，即由主→從應用4個字和由從→主應用四個字。

　　6．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。

　　7．結束語

　　在安慶白鰭豚水泥股份公司4#水泥磨生產線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。

　　通過Profibus-DP現場總線在安慶白鰭豚水泥股份公司4#水泥磨生產線中的應用成功，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會得到越來越廣泛的應用。