PROFIBUS總線橋在多晶硅生產線的應用

摘要

　　PROFIBUS是一種具有廣泛應用范圍的、開放的數字通信系統，特別適用于工廠自動化和過程自動化領域。PROFIBUS適合于快速、時間要求嚴格的應用和復雜的通信任務。國內某著名的多晶硅生產線的主控網絡采用PROFIBUS現場總線。多晶硅是電子信息產業和太陽能光伏發電行業的最重要功能性原料，它對發展我國電子信息產業和太陽能產業極為重要。

　　設計者在設計某多晶硅還原爐10KV電控系統時，需要將施耐德公司生產的繼電保護裝置的參數讀取到Siemens公司的S7-400 PLC和橫河DCS中，并集成到SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)監控系統中，參與實際的連鎖控制。繼電保護裝置提供RS-485通訊接口，其通訊協議為Modbus RTU(Remote Terminal Unit)協議。為了實現Modbus RTU協議到PROFIBUS協議的轉換，該設計利用北京鼎實公司生產的Profibus-Modbus網橋(PB-B-MODBUS)實現 PROFIBUS主站與Modbus設備通訊，然后通過PLC中的工業以太網模塊、現場總線模塊連接到企業SCADA系統中，使二者得到完美的結合。

　　一、系統概述

　　多晶硅還原爐電氣系統的主要設備是大功率調壓器。調壓器所帶負載是多晶硅棒串聯而成的純電阻負載。調壓器的作用實際上是對負載電阻進行電加熱，并且保持硅棒表面溫度恒定（一般1080℃）。硅棒串聯而成的電阻是一個變化的電阻：第一，硅棒溫度從常溫上升到1000℃，Φ8 直徑硅芯電阻從幾百kΩ下降到幾十Ω；第二，保持硅棒表面溫度1080℃，硅棒直徑從Φ8增加到Φ150，硅棒電阻從幾十Ω下降到幾十mΩ。可見硅棒電阻大范圍變動引起調壓器輸出電壓和電流的調節范圍大是這種調壓器的設計特點。按照實際工作的性質，調壓器分為硅棒溫度從常溫加熱到1000℃的預熱調壓器和硅棒直徑從Φ8增加到最終直徑并且始終保持硅棒表面溫度1080℃的還原調壓器。

　　多晶硅還原爐電氣系統主要功能是：

　　1． 對管轄的所有還原爐電氣設備（調壓器、變壓器、開關柜）進行數字通信。

　　2． 對管轄的所有還原爐電氣設備的電氣數據進行畫面顯示和曲線記錄，并且對所有還原爐電氣設備的故障進行畫面提示和記錄。

　　PB-B-MODBUS總線橋主要應用在還原爐開關柜與PROFIBUS主控系統的通訊。該系統采用雙冗余PROFIBUS和光纖通信，可靠性高、抗干擾能力強。

圖1 還原爐電氣控制原理

　　二、系統網絡結構

　　在該多晶硅（控制10KV多晶硅還原爐）生產線分為兩期進行建設，兩期生產線都采用PROFIBUS DP作為主控網絡。第一期采用西門子S7 400H冗余PLC，配置軟件使用STEP 7。

圖2 基于西門子S7 400的控制系統

　　第二期工程主控系統采用橫河DCS，配置軟件為SYCON。