Profibus－DP现场总线在精整生产系统中的应用

华菱衡钢Φ340机组是衡钢自动化程度最高的生产线，整条生产线的自动化控制复杂，控制网络多。其自动化控制系统主要有ABB和西门子两大类，三大主机（穿孔机、连轧机、定径机）由ABB控制系统控制，管坯、环形炉、步进炉、精整线由西门子控制系统控制。所有控制系统中的网络应用得最多的为Profibus－DP现场总线网络。Φ340机组精整生产线的基础自动化采用Profibus－DP现场总线，组成分布式控制系统，实现精整区设备的自动控制。

1 现场总线Profibus在工厂自动化系统中的应用

一个典型的工厂自动化系统应该是三级网络结构，即现场设备层、车间监控层和工厂管理层。基于现场总线Profibus－DP／PA控制系统位于工厂自动化系统中的底层，即现场级与车间级。现场总线Profibus是面向现场级与车间级的数字化通信网络。如图1所示：

图1 Profibus在工厂自动化系统中的位置

1）现场设备层：主要功能是连接现场设备，如分散式I／O、传感器、驱动器、执行机构、开关设备等，完成现场设备控制及设备间连锁控制，如一台加工设备控制、一条装配输送线或一条生产线上现场设备之间的连锁控制。主站（PLC、PC机或其它控制器）负责总线通信管理及所有从站的通信。

2）车间监控层：车间级监控用来完成车间主生产设备之间的连接，如一个车间三条生产线主控制器之间的连接，完成车间级设备监控。车间级监控包括生产设备状态在线监控、设备故障报警及维护等。

3）工厂管理层：车间操作员工作站可通过集线器与车间办公管理网连接，将车间生产数据送到车间管理层。车间管理网作为工厂主网的一个子网。子网同过交换机、网桥或路由等连接到厂区骨干网，将车间数据集成到工厂管理层。

2 精整生产线工艺简介

精整生产线主要作为钢管生产的后期工艺处理，工艺流程如图2。

图2 精整生产线的生产流程

由图可看出精整线主要完成钢管的通风冷却、定尺锯切、矫直、探伤、喷印及下线入库。因此生产线上的设备主要有冷床、管排锯、矫直机、探伤机、喷标机及现场辅助设备等。

2.1 精整线系统的构成

根据工艺流程，精整线可分为四大系统，即冷却系统、锯切系统、矫直区、检测区。其自动控制网络拓扑结构图如图3所示。冷却系统主要将定径后的高温钢管冷却使其温度满足后续加工工艺要求。锯切系统主要完成钢管的头尾切除和定尺。矫直区完成钢管的矫直和去钢管表面氧化层。检测区完成钢管无损检测、钢管好坏分选、喷字及按炉批号下线入库。

由图3可看出整个系统分两大层，监控层和设备控制层，以精整主PLC为核心。精整主PLC为精整1号线的核心，负责控制精整区的基础自动化及该区域所有辅助设备和与管排锯、矫直机、探伤机一类智能从站信息交换。

图3 精整1号线的控制网络结构

（1）监控层

监控层由工程师站和操作员站组成。工程师站为一台西门子工控PC机，PC机上配有工业以太网卡和Step7v5．2软件，工程师站用于程序监控及故障诊断，工程师站属一类主站。操作员站配工业以太网卡和WinCC组态软件，它承当数据管理、工产数据采集、报警、及中文报表等工作。并可下达操作指令，实现生产线的自动化，操作员站属于二类主站。

（2）设备控制层

系统设备控制层由Profibus－DP现场总线构成，分四条网络，共71个站。

Profibus－1：由现场I／O远程站、操作台I／O远程站组成共9个站，这些I／O远程站都为ET200M模块型从站，在硬件组态时传输速率设为1．5Mbps，由于该网络线路较长，线路迂回长度500m以上。而Profibus中网络段距离在200m以内传输速率才能保证1．5Mbps，为了保证网络上数据传输速率稳定在1．5Mbps，所以在各站之间设有中继放大器作信号放大和干扰隔离。该网络主要采集现场检测元件信号和接收操作台的动作指令。Profibus－2：5P传动网络，由32个从站组成，从站为ABB的ACS600多传动装置。包括大冷床升降横移传动传动装置、冷床下料斯惠顿传动装置、锯区前后辊道及斯惠顿传动装置等。ACS600逆变器通过NPBA－12Profibus总线适配器与主站的CP342－5进行通讯，通讯速率为1．5Mbps。该网络上的通讯数据均为传动装置的控制字和状态字信息，正常工作时传动装置随时接收主站发过来的启／停命令和速度给定，并同时发送自身的状态信息给主站。

Profibus－3：6P传动网络，由24个从站组成，从站也为ABB的ACS600多传动装置。由矫直前后辊道传动装置、探伤前步进横移传动装置、探伤区辊道传动装置、检测区辊道传动装置、探伤后喷印后拨料钩传动装置组成。该网络上的逆变器由通过RPBA－01Profibus总线适配与主站的CP342－5进行通讯，