Profibus－DP現(xiàn)場總線在精整生產(chǎn)系統(tǒng)中的應用

華菱衡鋼Φ340機組是衡鋼自動化程度最高的生產(chǎn)線，整條生產(chǎn)線的自動化控制復雜，控制網(wǎng)絡多。其自動化控制系統(tǒng)主要有ABB和西門子兩大類，三大主機（穿孔機、連軋機、定徑機）由ABB控制系統(tǒng)控制，管坯、環(huán)形爐、步進爐、精整線由西門子控制系統(tǒng)控制。所有控制系統(tǒng)中的網(wǎng)絡應用得最多的為Profibus－DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡。Φ340機組精整生產(chǎn)線的基礎自動化采用Profibus－DP現(xiàn)場總線，組成分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)精整區(qū)設備的自動控制。

1 現(xiàn)場總線Profibus在工廠自動化系統(tǒng)中的應用

一個典型的工廠自動化系統(tǒng)應該是三級網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)場設備層、車間監(jiān)控層和工廠管理層。基于現(xiàn)場總線Profibus－DP／PA控制系統(tǒng)位于工廠自動化系統(tǒng)中的底層，即現(xiàn)場級與車間級。現(xiàn)場總線Profibus是面向現(xiàn)場級與車間級的數(shù)字化通信網(wǎng)絡。如圖1所示：

圖1 Profibus在工廠自動化系統(tǒng)中的位置

1）現(xiàn)場設備層：主要功能是連接現(xiàn)場設備，如分散式I／O、傳感器、驅(qū)動器、執(zhí)行機構(gòu)、開關(guān)設備等，完成現(xiàn)場設備控制及設備間連鎖控制，如一臺加工設備控制、一條裝配輸送線或一條生產(chǎn)線上現(xiàn)場設備之間的連鎖控制。主站（PLC、PC機或其它控制器）負責總線通信管理及所有從站的通信。

2）車間監(jiān)控層：車間級監(jiān)控用來完成車間主生產(chǎn)設備之間的連接，如一個車間三條生產(chǎn)線主控制器之間的連接，完成車間級設備監(jiān)控。車間級監(jiān)控包括生產(chǎn)設備狀態(tài)在線監(jiān)控、設備故障報警及維護等。

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

2 精整生產(chǎn)線工藝簡介

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冷卻、定尺鋸切、矯直、探傷、噴印及下線入庫。因此生產(chǎn)線上的設備主要有冷床、管排鋸、矯直機、探傷機、噴標機及現(xiàn)場輔助設備等。

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)、檢測區(qū)。其自動控制網(wǎng)絡拓撲結(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。檢測區(qū)完成鋼管無損檢測、鋼管好壞分選、噴字及按爐批號下線入庫。

由圖3可看出整個系統(tǒng)分兩大層，監(jiān)控層和設備控制層，以精整主PLC為核心。精整主PLC為精整1號線的核心，負責控制精整區(qū)的基礎自動化及該區(qū)域所有輔助設備和與管排鋸、矯直機、探傷機一類智能從站信息交換。

圖3 精整1號線的控制網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

（1）監(jiān)控層

監(jiān)控層由工程師站和操作員站組成。工程師站為一臺西門子工控PC機，PC機上配有工業(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，它承當數(shù)據(jù)管理、工產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、報警、及中文報表等工作。并可下達操作指令，實現(xiàn)生產(chǎn)線的自動化，操作員站屬于二類主站。

（2）設備控制層

系統(tǒng)設備控制層由Profibus－DP現(xiàn)場總線構(gòu)成，分四條網(wǎng)絡，共71個站。

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

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