基于PROFIBUS現場總線技術在攀鋼高速線材軋機中的應用

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。［page］

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。

基于PROFIBUS現場總線技術在攀鋼高速線材軋機中的應用

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