基于Profibus-DP現場總線的板坯傳動系統的應用

1、前言

隨著微處理器的技術發展和廣泛的應用，原來由主控計算機完成的一些任務被分散到了控制對象當中，出現了智能化設備。智能化設備實現了信息采集、顯示、處理、傳輸以及優化控制等功能與一身。二是計算機在速率、穩定性、可靠性等性能的不斷提高，為主控計算機與設備之間高速度的、高精度的、高穩定性的、高可靠性的及其便利的操作性和維護性帶來可能，從而催生了現場總線技術。如今以數字信號為傳輸特征的分布式控制系統（DCS，DistributedControlSystem分布式控制系統）代替以模擬信號為傳輸特征的集中控制系統已是大勢所趨。

雖然現場總線發展至今已有二十多年的歷史，但尚未形成統一的標準。絕大部分市場仍由幾大知名廠商占據。其中PROFIBUS以Siemens公司為主要支持者，并成立了WorldFIP國際用戶組織。本文就是以西門子公司plc及變頻器為相關設備的現場總線應用。

2、Profibus-dp結構與技術特點

Profibus是一種成熟的有著廣泛客戶支持的現場總線技術，業也成為德國國家標準DIN19425和歐洲標準EN50170，廣泛的應用于制造業自動化控制，過程控制，樓宇自動化，交通，發電與輸配電等領域。

Profibus是以ISO7498為基礎，以開放式系統互連網絡OSI（opensysteminterconnection）作為參考模型，定義了物理傳輸特性，總線存取協議和應用功能。由于只采用物理層，數據鏈路層DDLM，和應用層，所以成就了它的高速性和經濟性。Profibus由三個族系構成，profibus-DP（Decentralizedperiphery分布I/O系統），Profibus-PA（Processautomation現場總線信息規范），Profibus–FMS（FieldbusMessageSpecification，過程自動化）。Profibus-PA專為過程控制而設計。Profibus-FMS應用與車間級監控網絡，是一個令牌結構實時多主網絡。而本系統采用的Profibus-DP是一種高效的，經濟的，用于控制系統與分散式IO設備之間的通訊。使用Profibus-DP模塊取代24伏或4-20毫安的串聯式信號傳輸。直接數據鏈路層DDLM提供的用戶接口，使得對數據鏈路層的存取簡單方便，是一種優化了的設計。傳輸介質可以采用RS-485傳輸通訊電纜或光纖，出于鋼鐵公司現場環境和工藝對數據速率的要求及經濟考慮，本系統采用的是RS-485電纜。

3、傳動系統介紹及構成

本系統是邯鋼連鑄連軋廠熱板坯生產線系統的一部分，隸屬加熱爐系統。連鑄連軋薄板坯生產線系統主要由四個重要區域組成，連鑄區，加熱爐區，軋制區，卷曲區。加熱爐區負責兩相任務，一是把連鑄出來的坯子加熱到工藝要求的相應溫度，這項任務由溫度控制系統完成；二是把熱板坯傳送進入軋機并相應達到軋機要求的入口速度，此項任務由傳動系統來完成。傳動系統要接受兩個接口的信息來確定所采取的動作，一是連鑄機要詢問加熱爐內坯子的占有情況并做出相應處理；二是當軋機需要坯子時，需要詢問加熱爐坯子所在的位置，加熱爐作出回應，加速或減速輥道電機。坯子的位置通過系統計算和光電管檢測修正來確立。系統基本原理流程如圖1：

4、網絡硬件及組態

系統由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以網卡cp5611，S7416-2DP以MPI接口互連與MPI網絡，PG得以訪問S7416-2DP，修改，監視變量。S7416-2DP以CP433-1通訊網卡，HMI計算機以網卡cp1613互連與工業以態網絡。PLC通過IM467接口模板接Profibus通訊電纜RS485，終端通過連接器與變頻器的CBP模板連接，構成現場總線傳動控制系統。S7416-dp通過Profibus-DP協議發送控制字給變頻器和讀取變頻器的狀態，以實現對三相異步電動機的控制與狀態的讀取。網絡結構如圖2：其中Temp-control為溫度控制系統PLC。

組態由軟件step7來完成，在SIMATICMANAGER建立項目，插入主站s7400，在HWconfig進行組態，按照定貨號和硬件安裝順序依次插入機架，電源，cpu，接口模塊等。為IM467建立新的Profibus網絡，添加變頻器，選擇PPO類型，設置IM467為DP主站，變頻器為DP從站，在相關屬性中設置地址。組態如圖3：