采用西门子PLC器件和工控机实现全连轧棒材生产线的设计

【Word版本下载可任意编辑】采用西门子PLC器件和工控机实现全连轧棒材生产线的设计1、概述

现场总线技术是当今世界各国都在关注的热点课题，以现场总线为根底的全数字控制系统将成为2l世纪自动化控制系统的主流。何谓现场总线？根据国际电工委员会标准和现场总线基金会的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支构造的通信网络。遵循ISO的OSI（OpenSystemInterconnection）开放系统互联参考模型的全部或部分通讯协议。开放性、分散性、低成本是现场总线显著的基本特征.它的出现将使传统的自动控制系统产生重大变革。

***钢铁有限责任公司（南钢公司）全连轧棒材生产线是***钢铁设计研究院负责总体设计的一条全国产化的棒材生产线，其自动控制系统就采用了西门子的过程现场总线PROFIBUS（ProcessField.bus）网络，在硬件配置、软件编程上充分应用了PROFIBUS的资源实现了工控机、PLC、远程I／O、直流调速装置、交流变频装置及现场智能仪表的通信连接，实现了真正意义上的“三电一体”，是南钢司目前的自动控制系统。

PROFIBUS—DP现场总线既简单，又便宜，并且有较高数据传送速度，采用RS485传输技术，其传输速度可在9.6kb～12Mb范围内选择，传输介质为双绞线或光缆，传输距离为1200～100In（取决于传输速度）。当总线启动时.所有连到总线上的装置应该被设成相同的速度，总线按令牌方法开展存取，即在一个逻辑环中，主站取得了在一个确定时间窗口的发送资格，在这个时间窗口内，主站与其他主站或与下主一从过程中的从站开展通讯。

2、控制系统的组成及硬件配置

2.1组成

根据工艺流程，全厂自动控制系统分为两级：过程控制级和设备控制级。过程控制级负责生产管理和过程监控，设备控制级则对轧线上所有传动设备分区开展控制。

由5台一400PLC和4台工控机通过高传输速度的以太网构成了本系统的过程控制级。每台PLC下设若干ET200M远程I／O站及西门子变流传动装置，它们之间通过PROFIBUS—DP现场总线网络开展通信，构成了本系统的设备控制级。整个自控系统共有4条PROFIBUS—DP网线，分别对应于1—4号PLC。见图1。

2.2配置

PLC：西门子一400系列，其中1号、5号PLC的CPU选用414—3DP；2号PLC的CPU选用416—2DP；3号、4号PLC的CPU选用414—2DP；

监控站：研华工控机IntelpenTIumll450MHz；

彩色显示器：48cm，SVGA；

监控软件：winCCV4.0以上软件包。

3、主站

用于主站的PLC全部使用西门子S一：400系列，该型PLC的CPU数字处理能力强，带有内部集成的PROFIBUS—DP接口，其特点是组态灵活，速度快，操作简洁。整个系统用了5台PLC，14号PLC作为4个主站，对应了4条PROFIBUS—DP网线，5号PLC用于加热炉自动化仪表的控制与检测。1号PLC完成在网络状态下，加热区设备及液压站的顺序控制；2号PLC完成在网络状态下轧制区设备及轧机的顺序控制和闭环控制（主要有1～6号活套控制、1～18号轧机速度级联控制、速度补偿超前控制等）；3号PLC完成在网络状态下1～3号飞剪及剪前变频辊道的顺序控制和闭环控制；4号PLC完成在网络状态下冷床区和精整区设备的顺序控制。

4、ET200M从站

ET200M是一种应用S1—300模块系列的模块化分布式的I／O装置，它通过接口模块IM153与PROFIBUS—DP现场总线相连。本系统用屏蔽双纹线分别将主站CPU的DP接口与各自控制区域内所有ET200M从站DP接口依次串接，在S7一40O硬件配置时。用STEP7软件为主站和从站分配总线地址。本系统中，4个主站的DP地址都是2。

本系统中，1号PLC主站有l2个ET200M从站，分别控制了1CS，2CS，8CS、推钢机液压站、出钢机液压站、粗轧、中轧、精轧、轧机液压站和MCC（一）（低压配电柜）的I／O点，这些从站的DP地址为3～14；2号PLC主站有一个ET200M从站，控制了3CS上l～18号轧机操作的I／O点，其DP地址为3；3号PLC主站也只有一个ET200M从站，控制了3CS上1～3号飞剪操作的I／O点，其DP地址为3；4号PLC主站有7个ET200M从站，分别控制了4CS，5CS，6CS，7AOC、冷床液压站、精整液压站和MCC（二）的I／O点，其DP地址为3～9。每个ET200M从站可扩展8块S7一300I／O模块，在硬件配置时，STEP7为各个I／O模块分配了输入、输出地址，而且从站上的I／O模块地址与主站机架上的I／O模块地址具有相同的意义，编程时无须考虑输入、输出点是在主站上还是在从站上，因而ET200M从站分散了主站PLC上的输入、输出点，减少了主站基槽上的I／O模块。因为ET200M从站可以安装在现场、操作台等处，所以节省了大量的电缆，同时也提高了整个系统的可靠性和抗干扰能力。

5、直流调速系统6RA70从站

本系统共有27台6RA70系列直流调速装置，分别控制了出钢机、118号主轧机、1～3号飞剪、夹送辊、冷床、冷床移送链、冷床升降链、3号精整运输链的直流电机。每台6RA70直流调速装置通过CBP通讯模板挂接在PROFIBUS—DP网上，作为从站，受S1—400PLC主站的控制，数据在PROFIBUS—DP网上实现主站和从站之间的快速、传输。

PLC通过CBP访问6RA70从站的网络数据构造为参数过程对象PPO（ParameterPrecessdataObject）形式，有5种类型PPO：无参数，而过程数据为2个字或6个字（PPO3和PPO4）；有参数，且过程数据为2个、6个或10个字（PPO1，PPO2和PPO5）。硬件配置时可以用STEP7软件根据系统在PROFIBUS—DP现场总线上传输的数据类型、数量选择适当的PPO类型。本系统中，1号PLC主站对应的1号PROFIBUS—DP现场总线将6RA70从站网络数据构造设置为PPO3方式；2号、4号PLC主站分别对应的2号、4号PROFIBUS—DP现场总线将6RA70从站网络数据构造设置为PPO4方式；3号PLC主站对应的3号PROFIBUS—DP现场总线将6RA70从站网络数据构造设置为PPO1方式。

6、结语

综上所述，南钢公司棒材厂生产线自控系统充分运用现场总线及网络技