PROFIBUS现场总线在高速线材自动化控制系统中的应用.doc

1、PROFIBUS现场总线在高速线材自动化控制系统中的应用一、应用背景攀钢线材厂本次 提质降耗、扩大品种规模 技术改造是在原来的只有精轧机组、夹送辊、吐丝机设备的基础上，增加两架预精轧机组和启停式飞剪，将把预精轧机组、飞剪、精轧机组、夹送辊、吐丝机的模拟传动改为数字传动，应用 ABB 公司的 DCS500直流数字装置； 同时将原来的继电器逻辑控制应用SIEMENS公司的 S7-400 PLC来代替。组成为线材轧机的基础自动化系统还有操作监控站，应用 SIEMENS公司的 WINCC管理应用软件来实现； 工业以太网即H1 网，连接监控操作站和PLC；工业现场总线Profibus-DP，建立 DCS

2、500和远程操作单元ET200M 与 PLC的通讯。自动化控制系统中，控制系统可分为三层，即数字传动部分、PLC控制部分和监控操作站部分。数字传动部分应用ABB 公司的 DCS500直流数字装置， 处理预精轧机1 组、2 组、飞剪、精轧机 1/2 架、夹送辊、吐丝机的运行。PLC控制部分应用S7-400 型 PLC， CPU为 CPU414-2DP，处理全线的生产控制，完成系统功能手网络的信息交换。监控操作站部分应用 WINCC 监控软件，有 A、B 两线操作站兼监控站和电气室监控站，处理轧制规程作业表的生成、全线操作、事故监控报警、生产记录和报表等任务。二、采用 PROFIBUS的原因PRO

3、FIBUS现场总线技术是随全数字信号系统的发展而产生的，由德国组织开发的工业现场总线协议标准-PROFIBUS现场总线标准（ DIN19254）。PROFIBUS是近年来国际上最为流行的现场总线，也是目前数据传输率最快的一种现场总线（传输率可达 12M 波特），因此在很多领域内有广泛地应用。通过本年度的北京国际机电一体化设备展览会可看到PROFIBUS总线蓬勃发展的生命力。根据VentureDevelopmen Corp. （VDC）的最新研究报告，PROFIBUS所占的市场份额最大，也是发展最快的现场总线。PROFIBUS的网络协议是以ISO颁布的 OSI 标准七层参考模型为基础的，只是对第

4、三层到第六层进行简化，因此可以说它的标准适应性强。此外它的三种模块（和PA）又可以适应不同的应用对象和通信速率方面的要求，开放性也好。PROFIBUS现场总线基于令牌协议加主从总线的介质存取方式，主站以主从方式与从站通讯，各主站之间由令牌协议决定总线控制权。站点数可达127 个。正是基于 PROFIBUS现场总线技术上的成熟和开放性， 以及实际应用后的经济效果， 因此我们在自动化控制系统中采用了它。三、 Profibus-DP 组态说明在以上的自动化控制系统中， PROFIBUS-DP现场总线应用在直流数字传动装置 DCS500、远程操作单元 ET200M 与 S7-400PLC之间的通讯上。

5、1、硬件组态Profibus-DP 总线共有 9 个站，分别是S7-400PLC作为 Master ，站号设定： 2；其余均为Slave，它们有远程操作接口单元ET200M，站号设定： 3；预精轧机1 组数字传动装置DCS500，站号设定： 4；预精轧机2 组数字传动装置DCS500，站号设定： 5；精轧机 1 架数字传动装置DCS500，站号设定： 6；精轧机 2 架数字传动装置DCS500，站号设定： 7；飞剪数字传动装置DCS500，站号设定： 8；夹送辊数字传动装置DCS500，站号设定： 9；吐丝机数字传动装置 DCS500，站号设定： 10。主站上应用 S7-400PLC的 CPU

6、414-2DP， BUS 终端器设定为 ON。从站中 DCS500设备应用 PROFIBUS适配模件 NPBA-02，BUS终端器设定为 OFF，ET200M的 BUS终端器设定为 ON。 BUS终端器设定一定要正确，即 BUS两端为 ON，中间接点为 OFF。通讯距离约为 500M 。Profibus-DP 的布线要严格按照适配模件的说明来接线，通讯电缆最好用西门子公司的专用DP 电缆或屏蔽双绞两芯电缆。屏蔽层的接线一定要保证单端接地，同时结合现场总线的抑制干扰技术可以保证系统通讯的正常运行。2、软件组态系统的组成如果不是一家公司的设备和材料，则为了确保参数匹配正确，各公司均提供有Profi

7、Drive的定义程序来匹配Profibus 的组态。在 Master 站 S7-400PLC上，要对 DP 进行组态，通过 STEP7软件包结合 ProfiDrive 的定义程序来进行。组态的关键是正确地选择 Profibus-DP 的方式， 即 PPO的类型。 在该系统中为 PPO-2 型，通讯字有十个数据字。由于线路的长度，约为 500M ，故通讯速率选择为 500KB/S，根据实际的应用效果看，该速率满足系统的信号交换要求。在 Slave 站 DCS500上，同样要正确地组态通讯参数。 从站的接口适配模件为 NPBA-02，在驱动和 NPBA-02之间建立联系，即PLC与 DCS500之

8、间建立通讯，有八个组态参数必须组态，见下表：（详细说明参阅相关的参考手册）参数号参数名称本系统组态设定模件型号1/NPBAProfibus 方式2/DP-PPO2从站号N(4-10)波特率选择6/AUTO参数号参数名称本系统组态设定DATA SETS号2/4个信息通讯字DATA SETS偏移量0通讯切断时间ms30通讯PTOFILE0/ABB DRIVES经过上述两方面软硬件的正确组态后，Profibus-DP 总线就建立起来了。四、软件要作的工作Profibus-DP 总线经过软硬件的组态建立起来后，Master 和 Slave 之间的信息交换还必须在主/ 从站内部来规定，即在双方要用软件来

9、定义其传输信息的内容。在我们的自动化控制系统中，Master 站应用了 8 个字来记录所有的交换信号，包含DI12 点， DO6 点，AI3 点，AO1 点。应用 STEP7内的标准功能块 SFC14-DPRD DAT和 SFC15-DPWR DAT来接收和发送 DP 上的信号。 Slave 站同样用相应的 8 个字来对应 Master 站，即由主 从应用 4 个字和由从 主应用 4 个字。五、使用情况在攀钢高速线材轧机的自动化控制系统中，应用PROFIBUS-DP现场总线取得了很好地运行效果。1、 Profibus-DP 总线满足了对自动化系统功能的各项要求。2、运行费用和能耗均有显著的节省，可达到20%，并且使用合理。3、由于省除了大量的电缆、桥架、管路等材料，故投资可大大的减少。4、大大的降低了运行劳动强度，维护简单，维护量小。耗材少。六、设计、安装和调试体会在本次自动化控制系统的设计、安装和调试过程中，装过程中，要注意以下几点：Profibus-DP 的应用无疑是正确的，只是在现场安1、现场安装条件与原始设计