Profibus—DP在板坯連鑄機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
1 引言
Profibus的應(yīng)用領(lǐng)域包括加工制造、過(guò)程和建筑自動(dòng)化,如今已成為國(guó)際化的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn),即EN50170歐洲標(biāo)準(zhǔn)和IEC61 158國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的一部分。并且,在2001年12月成為我國(guó)的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。Profibus由Profibus—FMS(Fieldbus Message Specification),Profibus—PA(Process Automation)和Profibus—DP(DistributivePeriphera1)3部分組成。
其中,Profibus—DP具有高速傳輸、價(jià)格低廉等特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單,主要用于分散設(shè)備間的數(shù)據(jù)高速傳輸。該總線物理層采用RS485傳輸方式,傳輸速率為9.6kbps 12Mbps。一般用于自動(dòng)化控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)間的開(kāi)關(guān)量的通信。因而可滿足全數(shù)字交直流調(diào)速系統(tǒng)對(duì)于快速的時(shí)間響應(yīng)要求。目前80%以上的Profibus應(yīng)用是基于Profibus—DP。
基于Profibus—DP現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)與以前的集散型控制系統(tǒng)DCS相比,具有很多優(yōu)越性:
?。?)采用雙絞線、光纜或無(wú)線電方式傳送數(shù)字信號(hào),從而大量削減現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室之間一對(duì)一連接的導(dǎo)線,節(jié)省安裝費(fèi)用,提高可靠性和抗干擾能力,增強(qiáng)控制精度,信息傳輸速率可達(dá)1 12Mb/s,傳輸距離可達(dá)數(shù)公里。
(2)由于采用了統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),不同廠家的產(chǎn)品在硬件、軟件、通信、連接方式等方面互相兼容,使系統(tǒng)具有開(kāi)放性,這對(duì)用戶的操作、維修、擴(kuò)展都是十分有利的。
?。?)由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身可完成自動(dòng)控制的基本功能,導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)總線已構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),提高了可靠性。
許多控制功能從控制室移至現(xiàn)場(chǎng)儀表,大量過(guò)程檢測(cè)與控制的信息就地采集和處理,在新的技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)施就地控制,使過(guò)程控制基本分散到現(xiàn)場(chǎng),而控制室內(nèi)的儀表裝置主要完成數(shù)據(jù)處理、監(jiān)督控制、優(yōu)化控制、協(xié)調(diào)控制和管理自動(dòng)化功能。
?。?)開(kāi)放式系統(tǒng),系統(tǒng)分層分級(jí)集成,設(shè)計(jì)靈活,網(wǎng)絡(luò)可采用多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
2 Profibus—DP在濟(jì)鋼三煉鋼板坯連鑄機(jī)中的應(yīng)用
濟(jì)鋼三煉鋼板坯連鑄機(jī)工程是濟(jì)鋼“十五”發(fā)展的重點(diǎn)項(xiàng)目,板坯連鑄機(jī)電氣基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)是保證連鑄機(jī)正常生產(chǎn)的關(guān)鍵系統(tǒng),相對(duì)其它系統(tǒng)而言,對(duì)于系統(tǒng)硬件的可靠性、穩(wěn)定性要求更高。其基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)配置,采用德國(guó)SIEMENS公司的S7系列產(chǎn)品組成儀控合一的基礎(chǔ)自動(dòng)化控制級(jí),用于主PLC與從PLC之間的相互通訊,使之現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可正常運(yùn)行。PROFIBUS總線在板坯連鑄機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛,在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中顯示出了它強(qiáng)大的穩(wěn)定性能和可靠性。作為Profibus—DP網(wǎng)的典型配置如圖1所示。

PLC(SIMATIC S7—300或S7—400系列)作為一級(jí)DP主站,主要包括C—PLC(公共PLC)、S_PLC(鑄流PLC)、I_PLC(儀表PLC)、R-PLC(輸出PLC)這4臺(tái)PLC作為一級(jí)主站,負(fù)責(zé)在預(yù)定的信息周期內(nèi)循環(huán)與從站交換信息,發(fā)送控制信息,讀取從站的狀態(tài)等。組態(tài)軟件Factroy Link作為二級(jí)DP主站,系統(tǒng)操 與監(jiān)視等。MM440變頻器加上cB通 訊板(Profibus通訊模塊)后作為從站,可帶這樣的從站32個(gè),如果加上中繼器,最多可達(dá)127個(gè)從站。MM 440是MICROMASTER 4系列變頻器中的頂尖機(jī)型,而且有更加精確的控制性能,即含有MM 420所具有的安裝簡(jiǎn)便和用戶友好的優(yōu)勢(shì),還具有快速的輸入響應(yīng),優(yōu)化的矢量控制特點(diǎn)。另外由于內(nèi)置制動(dòng)單元,使變頻器在制動(dòng)和減速方面,具有優(yōu)良的功能品質(zhì)。
3 Profibus—DP數(shù)據(jù)通訊
在變頻器現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中,Profibus—DP的通訊協(xié)議的信息幀分為協(xié)議頭、用戶數(shù)據(jù)和協(xié)議尾,用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被指定為參數(shù)過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象(PPO),有的用戶數(shù)據(jù)帶有一參數(shù)區(qū)域和一過(guò)程數(shù)據(jù)區(qū)域,而有的用戶數(shù)據(jù)僅由過(guò)程數(shù)據(jù)組成。變頻傳動(dòng)概要定義了五種PPO類型,如圖2所示。

MICROMASTER4僅支持PPO型1和型3。參數(shù)值PKW是變頻器運(yùn)行要定義的一些功能碼,如最大頻率、基本頻率、加/減速時(shí)間等。過(guò)程數(shù)據(jù)PZD用來(lái)傳輸控制字和設(shè)定值(主-變頻器)或狀態(tài)字和實(shí)際值(變頻器-主)等輸入/輸出的數(shù)據(jù)值。
MICROMASTER 4系列變頻器與SIMATIC S7—300通訊,必須完成下列變頻器功能碼的設(shè)置:P918(Profibus地址)設(shè)定值可以是1一125,P1000(頻率設(shè)定值的選擇)=6(CB通訊板),P2041.00(CB參數(shù))=3(PP03),P2040(CB停止報(bào)文時(shí)間)>0,P0927(修改參數(shù)的途徑)=1(COMMS模板),P700(選擇命令源):6(Profibus/Fieldbus通訊鏈路的現(xiàn)場(chǎng)總線)。
采用SIMATIC S7—300系列的CPU315—2DP作為DP主站,CPU3 15—2DP系統(tǒng)本身具有Profibus—DP接口,無(wú)需另外的通訊接口單元。在編程軟件STEP7中完成硬件網(wǎng)絡(luò)組態(tài),為變頻器分配網(wǎng)絡(luò)地址,該地址必須與變頻器CB板中設(shè)置的相同,在組織塊OB中選用SFC14“DPRD—DAT”、SFC15 “DPWR— DAT” 系統(tǒng)功能塊向變頻器的CB模塊接收/發(fā)送過(guò)程數(shù)據(jù),如圖3所示。要注意的是MICROMASTER 4系列變頻器與以前的MICROMASTER 3系列變頻器的控制字是不同的。
工業(yè)組態(tài)軟件Factroy Link提供各種PLC的驅(qū)動(dòng)程序,本文實(shí)例要建一個(gè)Profibus—DP的二級(jí)主站,所以選擇支持s7協(xié)議的通訊驅(qū)動(dòng)程序SIMATIC s7 ProtocolSuite,在其中的“PROFIBUS”下連接一臺(tái)s7—300,設(shè)置參數(shù)必須與PLC中的設(shè)置相同。通過(guò)以上步驟,即完成了對(duì)整個(gè)變頻器控制系統(tǒng)Profibus—DP網(wǎng)的組態(tài)與通訊。

4 結(jié)束語(yǔ)
現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(FCS)作為新一代控制系統(tǒng)是分散控制型控制系統(tǒng)的繼承、延伸和進(jìn)一步發(fā)展,更適合于工廠綜合自動(dòng)化的要求。采用Profibus—DP現(xiàn)場(chǎng)總線的變頻器控制系統(tǒng),可增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性,而且可根據(jù)工藝需要進(jìn)行靈活的功能修改,從而在長(zhǎng)期意義上大大的節(jié)約了成本。
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