摘要：本文以某型鋼廠角鋼熱連軋生產(chǎn)線控制系統(tǒng)為例，簡述了當今較為先進的角鋼生產(chǎn)工藝，描述了角鋼生產(chǎn)線電氣系統(tǒng)的配置，結(jié)合角鋼生產(chǎn)線的實際情況，介紹了基于PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線技術(shù)的現(xiàn)代化角鋼生產(chǎn)線軋機控制系統(tǒng)的軟、硬件配置，主站、從站的構(gòu)成以及使用編程軟件STEP7對PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線進行組態(tài)的方法。該角鋼熱連軋生產(chǎn)線以SIMATICS7-400PLC為主站，6RA70、ET200M為從站，主站與上位機之間采用工業(yè)以太網(wǎng)連接，主站與從站之間采用PROFIBUS—DP網(wǎng)連接，整個系統(tǒng)是一個全數(shù)字、全網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)，大大提高了企業(yè)自動化控制水平，對類似角鋼生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)線建設(shè)、改造有很高的參考價值。

　　關(guān)鍵詞：PROFIBUS—DP,現(xiàn)場總線,生產(chǎn)線

　　1引言

　　角鋼生產(chǎn)線工業(yè)是國家工業(yè)系統(tǒng)中一個重要的工業(yè)分支，是航天、軍工、汽車、道路、橋梁、化工等不同行業(yè)最有力的支撐和保障。目前，我國的角鋼生產(chǎn)線工業(yè)正處于一個快速發(fā)展和提高的時期，隨著長尺冷卻、在線矯直、冷鋸鋸切定尺工藝在角鋼生產(chǎn)線中的應用，明顯提高了產(chǎn)品質(zhì)量，尤其是在PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線技術(shù)越來越普遍的應用到角鋼連軋生產(chǎn)線后，大大提高了角鋼生產(chǎn)線的自動化控制水平，使企業(yè)取得了更好的經(jīng)濟效益。

　　現(xiàn)場總線技術(shù)是當今世界各國都在關(guān)注的熱點課題，以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的全數(shù)字控制系統(tǒng)將成為2l世紀自動化控制系統(tǒng)的主流。福來亞鋼鐵有限責任公司角鋼連軋生產(chǎn)線是一條新建的角鋼生產(chǎn)系統(tǒng)，其自動控制系統(tǒng)采用了西門子的過程現(xiàn)場總線PROFIBUS（ProcessField．bus）網(wǎng)絡(luò)，在硬件配置、軟件編程上充分應用了PROFIBUS的資源，實現(xiàn)了工控機、PLC、遠程I／O、直流調(diào)速裝置、交流變頻裝置及現(xiàn)場智能儀表的通信連接，是目前較為先進的自動控制系統(tǒng)。

　　2現(xiàn)場總線技術(shù)概述

　　PROFIBUS是ProcessFieldBus的縮寫，是目前國際上通用的現(xiàn)場總線標準之一。它以其獨特的技術(shù)特點、嚴格的認證規(guī)范、開放的標準，被廣泛應用于工廠自動化現(xiàn)場級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層的數(shù)據(jù)通訊與控制。PROFIBUS提供了3種通信協(xié)議：PROFIBUS—DP、PROFIBUS—PA和PROFIBUS—FMS。其中，PROFIBUS—DP是PROFIBUS中應用最廣的通信方式。DP是DecentralizedPeriphery(分布式外部設(shè)備)的縮寫，PROFIBUS—DP（簡稱為DP）主要用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式I/O設(shè)備的通訊。這種通信方式傳輸速度快、價格低廉，實現(xiàn)起來也比較簡單。該總線的傳輸速率可由9.6Kbps至12Mbps，每個DP從站的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)最大為244B，使用屏蔽雙絞線電纜時最長通信距離可達9.6Km,最多可以接127個從站。目前80%以上的PROFIBUS應用基于ROFIBUS—DP。

　　PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的硬件由主站、從站、網(wǎng)絡(luò)部件和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)與診斷工具組成。PROFIBUS—DP設(shè)備可分為三種不同類型的站。

　　（1）一類DP主站（DPM1）：一類DP主站是系統(tǒng)的中央控制器，DPM1在預定的周期內(nèi)與分布式的站循環(huán)地交換信息，并對總線通信進行控制和管理。典型的DPM1主站設(shè)備如集成了DP接口的PLC或插有PROFIBUS網(wǎng)卡的PC。

　　（2）二類DP主站（DPM2）：二類DP主站是DP網(wǎng)絡(luò)中的編程、診斷和管理設(shè)備，在DP系統(tǒng)組態(tài)操作時作用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。典型的DPM2主站設(shè)備如以PC為硬件平臺的二類主站或操作員面板/觸摸屏（OP/TP）。

　　（3）DP從站：DP從站是用于采集輸入信息和發(fā)送輸出信息的外圍設(shè)備，它只與它的DP主站交換用戶數(shù)據(jù)，可以向該主站報告本地診斷中斷和過程中斷。典型的DP從站設(shè)備如分布式I/O、PLC智能DP從站或具有PROFIBUS—DP接口的其他現(xiàn)場設(shè)備。

　　3PROFIBUS—DP在角鋼連軋生產(chǎn)線中的應用

　　3.1角鋼生產(chǎn)工藝介紹

　　福來亞鋼鐵有限責任公司的角鋼連軋生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝為：坯料由加熱爐加熱后，由出爐輥道送入粗軋區(qū)域，由粗軋機K8、K7進行粗軋，粗軋后送精軋區(qū)域（由K6~K1組成）精軋，熱鋸飛剪進行倍尺分段剪切，冷床冷卻，成排收集，冷鋸定尺剪切，成品收集區(qū)冷卻、收集及橫移過跨，最后入庫。工藝流程圖如下圖所示：

　　3.2硬件組態(tài)

　　該角鋼生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)分為兩級：過程控制級和設(shè)備控制級。過程控制級負責生產(chǎn)管理和過程監(jiān)控，設(shè)備控制級則對軋線上所有傳動設(shè)備分區(qū)進行控制。該系統(tǒng)由2臺上位機和3臺S7-400系列PLC組成的3個PROFIBUS—DP主站構(gòu)成過程控制級，通過工業(yè)以太網(wǎng)進行通信。每臺PLC下設(shè)若干ET200M遠程I／O站及西門子變流傳動裝置，它們之間通過PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)進行通信，構(gòu)成了本系統(tǒng)的設(shè)備控制級。系統(tǒng)框圖如下圖所示。

　　（1）主站：S7-400系統(tǒng)

　　主站的PLC均采用西門子S7-400系列，CPU選用416—2DP。整個系統(tǒng)用了3臺PLC，對應了3條PROFIBUS—DP網(wǎng)線。1號PLC完成在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下軋制區(qū)設(shè)備及軋機的順序控制和閉環(huán)控制；2號PLC完成在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下冷床和冷床I/O柜的控制；3號PLC完成在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下飛剪的控制。

　　（2）分布式I/O從站

　　ET200M是一種模塊化分布式的I／O裝置，它通過接口模塊IM153與PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線相連。本系統(tǒng)用屏蔽雙紋線分別將主站CPU的DP接口與各自控制區(qū)域內(nèi)所有ET200M從站DP接口依次串接，用STEP7軟件為主站和從站分配總線地址。本系統(tǒng)中3個主站的DP地址都是2。

　　在本系統(tǒng)中，對操作實時性要求不高的一般性操作在上位機上進行操作，上位機通過以太網(wǎng)與各PLC連接；對于急停、碎斷、機架速度調(diào)整、合、分閘、軋機間逐移調(diào)節(jié)等需要快速響應的操作及允許合閘、合閘指示、故障指示等電控設(shè)備重要狀態(tài)指示，直接將信號連入ET200的I/O模塊，ET200M分布式I/O通過PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線與CPU構(gòu)成總線型主從通訊網(wǎng)絡(luò)。

　　（3）直流調(diào)速系統(tǒng)從站：6RA70系統(tǒng)

　　軋機主傳動電機控制均采用以西門子6RA70為核心組成調(diào)節(jié)部分，以進口生產(chǎn)線生產(chǎn)的大功率晶閘管為核心組成功率部分，二者通過可靠的嫁接技術(shù)共同組成電機的調(diào)速裝置，這樣的裝置性能可以達到國外先進水平，而價格卻不貴，具有很高的性能價格比。配合EM277PROFIBUS-DP擴展從站模塊，與S7-200CPU組成一個保護功能完備，通訊快捷的過程控制網(wǎng)絡(luò)，與主站之間通過屏蔽雙絞線傳送數(shù)據(jù)。6RA70通過CBP2通信模板與CPU上的PROFIBUS-DP接口相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在PROFIBUS-DP網(wǎng)上快速準確的數(shù)據(jù)和信息傳輸。

　　（4）操作員站

　　圖形軟件采用WINCC監(jiān)控軟件，具有實時監(jiān)控歷史趨勢圖表和報表、故障信息顯示、良好的人機界面、豐富的圖形庫、過程控制功能塊、數(shù)學函數(shù)等功能。

　　3.3軟件組態(tài)

　　系統(tǒng)采用S7-400的配套編程工具STEP7完成硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、PLC程序編制、調(diào)試和文檔處理。PLC程序在計算機上編譯完成后，下載到CPU416—2DP，并儲存在CPU416—2DP中。從站的設(shè)備控制程序均存儲在主站中，由主站執(zhí)行。

　　4結(jié)束語

　　綜上所述，角鋼連軋生產(chǎn)線控制系統(tǒng)采用的PROFIBUS-DP總線技術(shù)，將PLC與PLC，PLC與分布式I／O從站、PLC與6RA70全數(shù)字直流傳動裝置連接起來，主、從站之間的數(shù)據(jù)交換通過數(shù)字通信方式進行，實現(xiàn)快速、準確的控制。實踐表明，由PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線組成的軋機過程控制系統(tǒng)，具有通訊速度快、抗干擾能力強、可靠性高、控制精度高、方便安裝、易于維護等優(yōu)點，經(jīng)濟效益顯著。隨著現(xiàn)場總線及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展、普及，這一技術(shù)將會更加廣泛、深入應用于角鋼連軋生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，使企業(yè)自動控制水平邁上新臺階。

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　　本文選自國家級科技期刊《中國高新技術(shù)企業(yè)》 ,《中國高新技術(shù)企業(yè)》雜志是國家統(tǒng)計局主管的國家級科技期刊，國際標準刊號ISSN1009-2374，國內(nèi)統(tǒng)一刊號CN11-4406/N，郵發(fā)代號：80-930，大16開本，1994年創(chuàng)刊，宋健同志題寫刊名。是中國核心期刊（遴選）數(shù)據(jù)庫、中國學術(shù)期刊綜合評價數(shù)據(jù)庫、中文科技期刊數(shù)據(jù)庫、CNKI中國期刊全文數(shù)據(jù)庫、萬方數(shù)據(jù)庫、龍源國際期刊網(wǎng)等全文收錄期刊。作為直接面向并服務于高新技術(shù)領(lǐng)域的權(quán)威期刊，以促進我國高新技術(shù)企業(yè)建設(shè)、推動我國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展為己任。主要面向國內(nèi)外科技園區(qū)、高新企業(yè)、技術(shù)研發(fā)中心、經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、產(chǎn)業(yè)基地、中介機構(gòu)（企業(yè)孵化器、生產(chǎn)力促進中心、創(chuàng)業(yè)服務中心等）、高等院校、科研院所以及政府機關(guān)、科技界、經(jīng)濟界等相關(guān)人士發(fā)行。讀者覆蓋面廣，知識層次高，專業(yè)水平強，閱讀量大，轉(zhuǎn)載率高。