PROFIBUS现场总线在高速线材自动化控制系统中的应用

攀钢线材厂本次"提质降耗、扩大品种规模"技术改造是在原来的只有精轧机组、夹送辊、吐丝机设备的基础上，增加两架预精轧机组和启停式飞剪，将把预精轧机组、飞剪、精轧机组、夹送辊、吐丝机的模拟传动改为数字传动，应用ABB公司的DCS500直流数字装置；同时将原来的继电器逻辑控制应用SIEMENS公司的S7-400PLC来代替。组成为线材轧机的基础自动化系统还有操作监控站，应用SIEMENS公司的WINCC管理应用软件来实现；工业以太网即H1网，连接监控操作站和PLC；工业现场总线Profibus-DP，建立DCS500和远程操作单元ET200M与PLC的通讯。

自动化控制系统中，控制系统可分为三层，即数字传动部分、PLC控制部分和监控操作站部分。

数字传动部分应用ABB公司的DCS500直流数字装置，处理预精轧机1组、2组、飞剪、精轧机1/2架、夹送辊、吐丝机的运行。

PLC控制部分应用S7-400型PLC，CPU为CPU414-2DP，处理全线的生产控制，完成系统功能手网络的信息交换。

监控操作站部分应用WINCC监控软件，有A、B两线操作站兼监控站和电气室监控站，处理轧制规程作业表的生成、全线操作、事故监控报警、生产记录和报表等任务。

二、采用PROFIBUS的原因

PROFIBUS现场总线技术是随全数字信号系统的发展而产生的，由德国组织开发的工业现场总线协议标准——PROFIBUS现场总线标准（DIN19254）。

PROFIBUS是近年来国际上最为流行的现场总线，也是目前数据传输率最快的一种现场总线（传输率可达12M波特），因此在很多领域内有广泛地应用。

通过本年度的北京国际机电一体化设备展览会可看到PROFIBUS总线蓬勃发展的生命力。根据VentureDevelopmen

Corp.（VDC）的最新研究报告，PROFIBUS所占的市场份额最大，也是发展最快的现场总线。

PROFIBUS的网络协议是以ISO颁布的OSI标准七层参考模型为基础的，只是对第三层到第六层进行简化，因此可以说它的标准适应性强。此外它的三种模块（FMS.DP和PA）又可以适应不同的应用对象和通信速率方面的要求，开放性也好。

PROFIBUS现场总线基于令牌协议加主从总线的介质存取方式，主站以主从方式与从站通讯，各主站之间由令牌协议决定总线控制权。站点数可达127个。

正是基于PROFIBUS现场总线技术上的成熟和开放性，以及实际应用后的经济效果，因此我们在自动化控制系统中采用了它。

三、Profibus-DP组态说明

在以上的自动化控制系统中，PROFIBUS-DP现场总线应用在直流数字传动装置DCS500、远程操作单元ET200M与S7-400PLC之间的通讯上。

1、硬件组态

Profibus-DP总线共有9个站，分别是S7-400PLC作为Master，站号设定：2；其余均为Slave，它们有远程操作接口单元ET200M，站号设定：3；预精轧机1组数字传动装置DCS500，站号设定：4；预精轧机2组数字传动装置DCS500，站号设定：5；精轧机1架数字传动装置DCS500，站号设定：6；精轧机2架数字传动装置DCS500，站号设定：7；飞剪数字传动装置DCS500，站号设定：8；夹送辊数字传动装置DCS500，站号设定：9；吐丝机数字传动装置DCS500，站号设定：10。主站上应用S7-400PLC的CPU414-2DP，BUS终端器设定为ON。从站中DCS500设备应用PROFIBUS适配模件NPBA-02，BUS终端器设定为OFF，ET200M的BUS终端器设定为ON。BUS终端器设定一定要正确，即BUS两端为ON，中间接点为OFF。通讯距离约为500M。

Profibus-DP的布线要严格按照适配模件的说明来接线，通讯电缆最好用西门子公司的专用DP电缆或屏蔽双绞两芯电缆。屏蔽层的接线一定要保证单端接地，同时结合现场总线的抑制干扰技术可以保证系统通讯的正常运行。

2、软件组态

系统的组成如果不是一家公司的设备和材料，则为了确保参数匹配正确，各公司均提供有ProfiDrive的定义程序来匹配Profibus的组态。

在Master站S7-400PLC上，要对DP进行组态，通过STEP7软件包结合ProfiDrive的定义程序来进行。组态的关键是正确地选择Profibus-DP的方式，即PPO的类型。在该系统中为PPO-2型，通讯字有十个数据字。由于线路的长度，约为500M，故通讯速率选择为500KB/S，根据实际的应用效果看，该速率满足系统的信号交换要求。

在Slave站DCS500上，同样要正确地组态通讯参数。从站的接口适配模件为NPBA-02，在驱动和NPBA-02之间建立联系，即PLC与DCS500之间建立通讯，有八个组态参数必须组态。

经过上述两方面软硬件的正确组态后，Profibus-DP总线就建立起来了。

四、软件要作的工作

Profibus-DP总线经过软硬件的组态建立起来后，Master和Slave之间的信息交换还必须在主/从站内部来规定，即在双方要用软件来定义其传输信息的内容。

在我们的自动化控制系统中，Master站应用了8个字来记录所有的交换信号，包含DI12点，DO6点，AI3点，AO1点。应用STEP7内的标准功能块SFC14-DPRDDAT和SFC15-DPWRDAT来接收和发送DP上的信号。Slave站同样用相应的8个字来对应Master站，即由主→从应用4个字和由从→主应用4个字。