基于Profibus-DP现场总线的板坯传动系统的应用

1、前言

随着微处理器的技术发展和广泛的应用，原来由主控计算机完成的一些任务被分散到了控制对象当中，出现了智能化设备。智能化设备实现了信息采集、显示、处理、传输以及优化控制等功能与一身。二是计算机在速率、稳定性、可靠性等性能的不断提高，为主控计算机与设备之间高速度的、高精度的、高稳定性的、高可靠性的及其便利的操作性和维护性带来可能，从而催生了现场总线技术。如今以数字信号为传输特征的分布式控制系统（DCS，DistributedControlSystem分布式控制系统）代替以模拟信号为传输特征的集中控制系统已是大势所趋。

虽然现场总线发展至今已有二十多年的历史，但尚未形成统一的标准。绝大部分市场仍由几大知名厂商占据。其中PROFIBUS以Siemens公司为主要支持者，并成立了WorldFIP国际用户组织。本文就是以西门子公司plc及变频器为相关设备的现场总线应用。

2、Profibus-dp结构与技术特点

Profibus是一种成熟的有着广泛客户支持的现场总线技术，业也成为德国国家标准DIN19425和欧洲标准EN50170，广泛的应用于制造业自动化控制，过程控制，楼宇自动化，交通，发电与输配电等领域。

Profibus是以ISO7498为基础，以开放式系统互连网络OSI（opensysteminterconnection）作为参考模型，定义了物理传输特性，总线存取协议和应用功能。由于只采用物理层，数据链路层DDLM，和应用层，所以成就了它的高速性和经济性。Profibus由三个族系构成，profibus-DP（Decentralizedperiphery分布I/O系统），Profibus-PA（Processautomation现场总线信息规范），Profibus–FMS（FieldbusMessageSpecification，过程自动化）。Profibus-PA专为过程控制而设计。Profibus-FMS应用与车间级监控网络，是一个令牌结构实时多主网络。而本系统采用的Profibus-DP是一种高效的，经济的，用于控制系统与分散式IO设备之间的通讯。使用Profibus-DP模块取代24伏或4-20毫安的串联式信号传输。直接数据链路层DDLM提供的用户接口，使得对数据链路层的存取简单方便，是一种优化了的设计。传输介质可以采用RS-485传输通讯电缆或光纤，出于钢铁公司现场环境和工艺对数据速率的要求及经济考虑，本系统采用的是RS-485电缆。

3、传动系统介绍及构成

本系统是邯钢连铸连轧厂热板坯生产线系统的一部分，隶属加热炉系统。连铸连轧薄板坯生产线系统主要由四个重要区域组成，连铸区，加热炉区，轧制区，卷曲区。加热炉区负责两相任务，一是把连铸出来的坯子加热到工艺要求的相应温度，这项任务由温度控制系统完成；二是把热板坯传送进入轧机并相应达到轧机要求的入口速度，此项任务由传动系统来完成。传动系统要接受两个接口的信息来确定所采取的动作，一是连铸机要询问加热炉内坯子的占有情况并做出相应处理；二是当轧机需要坯子时，需要询问加热炉坯子所在的位置，加热炉作出回应，加速或减速辊道电机。坯子的位置通过系统计算和光电管检测修正来确立。系统基本原理流程如图1：

图1传动系统原理图

4、网络硬件及组态

系统由S7416-2D接IM467接口模板作为Profibus-DP的主站，接CBP模板的mm440作为Profibus的从站，PG（编程器）/PC以网卡cp5611，S7416-2DP以MPI接口互连与MPI网络，PG得以访问S7416-2DP，修改，监视变量。S7416-2DP以CP433-1通讯网卡，HMI计算机以网卡cp1613互连与工业以态网络。PLC通过IM467接口模板接Profibus通讯电缆RS485，终端通过连接器与变频器的CBP模板连接，构成现场总线传动控制系统。S7416-dp通过Profibus-DP协议发送控制字给变频器和读取变频器的状态，以实现对三相异步电动机的控制与状态的读取。网络结构如图2：其中Temp-control为温度控制系统PLC。

图2网络构成

组态由软件step7来完成，在SIMATICMANAGER建立项目，插入主站s7400，在HWconfig进行组态，按照定货号和硬件安装顺序依次插入机架，电源，cpu，接口模块等。为IM467建立新的Profibus网络，添加变频器，选择PPO类型，设置IM467为DP主站，变频器为DP从站，在相关属性中设置地址。组态如图3：

图3DP从站组态

5、DP从站配置

5.1通讯报文结构及选型
主站与从站的通讯报文结构由协议帧头、中间数据区、协议帧尾组成。变频器作为通讯从站在中间数据区定义了通讯用的PPO类型，PPO类型由两部分组成：PKW和PZD.。PPO类型是各大知名厂商为了支持传动驱动设定的行业规范，以达到驱动装置的互换性，目前PPO类型一共有五种，PPO1-PPO5。mm440只支持两种PPO类型：PPO1型和PPO3型，对本系统的多变频器控制也可以选择PPO2型，其结构如图4：

图4