PROFIBUS-DP技术在淮钢棒材生产线中的应用

1 概述
　　淮钢全国产化40万t棒材生产线的电气自动化，电气传动的设计，设备制造以及设备的调试工作由北京金自天正股份有限公司负责，该项目于2001年元月开工建设，7月开始设备安装，于10月26日一次试车成功， 目前生产已基本正常，月产量已达5万t。
2 电气系统的总体配置
　　该系统配置有5 台SIEMENS 公司S7—400PLC，其中PLC1主要用于加热炉的燃烧控制，PLC2用于炉区及轧线区域的辅助控制，PLC3用于主轧线的控制，PLC4用于3台飞剪的控制，PLC5用于冷床及精整区域的控制；配置有5个操作站，加热炉区域、轧机区域、冷剪区域、精整区域各一个站，另外还在主电室设有工程师站， 每个操作站均配有SIEMENS公司PIII工控机，操作面板采用SIEMENS公司的PP17，各操作站操作系统为中文Windows NT4．0， 监控画面采用美国Intellution公司的FIX DMACS软件编制。操作站内现场的润滑、液压系统以及轧机区域配置有21台ET2OOM， 主传动采用SIEMENS公司6RA70系列产品，交流辅传动采用SIEMENS公司6SE70系列产品，主辅传动都配有一块CBP通讯模板，用于6RA70，6SE70调速装置的PROFIBUS—DP接口板。操作站、工程师站、PLC之间的通讯采用工业以太网（Industrial Ethernet），通讯介质采用同轴电缆，PROFIBUS—DP网主要完成PLC设备与6RA70、6SE70、PP17以及远程ET2OOM之间的数据信息通讯功能，PROFIBUS—DP网的通讯介质采用工业屏蔽双绞线。
3 PROFIBUS的硬件结构和软件设计
3．1 PROFIBUS简介
　　PROFIBUS是SIE娅NS公司1987年推出的，主要应用于可编程序控制器。它由一系列互相兼容的模块构成，其主要有3种协议模式， 它们是PROFIBUS—FNS、PROFIBUS—DP和PROFIBUS—PA。淮钢棒材生产线的现场总线采用的是PROFIBUS—DP，它采用RS一485传输技术。
3．2 主站S7—400系统
　　用于主站S7—400系列PLC的CPU选型为CPU414-2DP和CPU416—2DP，该型CPU数学处理能力极强，带有内部集成的PROFIBUS—DP接口，其组态灵活，速度快，操作简洁，每个PLC均采用一块CPU模板，数块SM422、SM421模板，完成整条轧线在网络状态下的顺序控制和闭环控制，由于从站较多，每台PLC都配置有一块至二块IMP7模板，完成与从站接口之间的串接，PLC4还配置有FM450计数模板和FM453定位模板，用于3台飞剪的切头切尾、倍尺速度以及剪刃定位的控制。
3．3 直流调速系统6RA7 0， 交流调速系统6SE70从站
　　淮钢棒材生产线共采用28台6RA70系列直流高速装置，分别控制18条轧机，3台飞剪、夹送辊、冷床、升降链、移送链和输送链， 交流辅助传动共采用14台6SE70系列交流调速装置、分别控制入炉、出炉以及炉内辊道，2 、4 、6 轧机用提升机，1 夹送辊、旁通辊道、水冷辊道和冷床输入辊道，每台6RA70和每台6SE70调速装置都装配有一块CBP通讯模板，用于6RA70、6SE70调速装置的PROFIBUS—DP接口板、CBP通讯模板允许6RA70、6SE70用PROFIBUS—DP接口与PLC连接，CPU414—2DP、CPU416—2DP作为主站，通过CPU内部集成的PROFIBUS—DP接口或IM467接口模块，将6RA70、6SE70作为从站，通过CBP通讯模板，数据在PROFIBUS—DP网上实现主站和从站之间快速准确的数据和信息传输，用双绞线将CPU上的PROFIBUS—DP接口或IM467接口模板分几路或一路经CBP与6RA70、6SE70依次连接起来，连接形式为中断形式并且将最后一个DP接头的选择开关置于0N的位置，在主站硬件配置时，用STEP7软件为每个6RA70、6SE70从站分配PROFIBUS地址，通过6RA70、6SE70的操作面板将总线地址设定到参数P918中，PLC通过CBP来访问从站6RA70、6SE70的网络数据结构为PPO（参数过程数据对象），其共有5种形式，分可用数据无参数区和可用数据有参数区，可用数据无参数区（PKW）时，有2个字和6个字的过程数据（PZD）。可用数据有参数区（PKW）时，有2个、6个或10字的过程数据（PZD），、PROFIBUS—DP现场总线周期数据传输的报文编码结构如下

　　使用参数数据区，用于读写参数值，可以观察和更改装置的任意参数，使用过程数据区实现控制字和设定值（任务：主站一>从站）或状态字和实际值（响应：从站一>主站）的传输，硬件配置时可用STEP7软件，根据系统在PROFIBUS—DP现场总线上传输的数据类型、数量来选择适当的PPO类型，PPO类型确定后，STEP7软件为6RA70、6SE70从站开辟对应的DP数据区， 从而参数区和过程数据区的I／O地址被确定。
　　淮钢棒材线的网络数据结构采用的参数过程数据对象为PP04， 可用数据无参数区，有6个字过程数据，主站的DP数据区的数据在PROFIBUS—DP的支持下，自动周期性地与从站中的DP数据区进行数据交换，在编程时，用DP网络的接收指令SFC14 ，将DP接收区的数据传输到存贮字中， 那么主站就知道了6RA70、6SE70从站中的各种逻辑状态以及各种实际值，用户根据这些数据编写相应的程序，将这些状态和实际值传给画面，操作员根据画面上的状态和实际值来判断6RA70和6SE70运行的实际情况，同样用户将各种指令和速度参数通过存贮字，DP网发送指令SFC15将这些数据送到6RA70和6SE70中，实现主站对从站的控制。
3．4 ET2OOM，PP17从站
　　ET2OOM是一种模块化的I／O站，通过IM一153接口与PROFIBUS—DP现场总线连接，本系统中用屏蔽双绞线将主站CPU的DP接口或主站接口模块IM467与所有的ET2OOM从站DP接口依次串接，现场操作箱和操作台上的PP17，也是一种模块化的I／O站，其上带有内部集成的PROFIBUS—DP接口，其总线地址通过其背面的操作面板来设定，在S7—400做硬件配置时， STEP7为各个I／O模块自动分配地址， 同样STEP7为PP17模块自动分配I／O地址，其I／O模块地址与主站机架上的I／O模块地址具有相同的意义，用户在编程时无须考虑输入输出点是在主站上还是在从站上，也不必考虑数据的发送和接收，与STEP5相比，其软件编程更为简洁方便。
4 结束语
　　淮钢棒材线控制系统采用的PROFIBUS—DP总线技术， 采用PLC为主站，6SE70，6RA70，PP17，ET2OOM为从站，主站与从站之间的数据交换是通过数字通信方式进行的，因而为系统的安装调试维护工作都带来了极大的方便， 由于采用分级控制，使得该系统安全、简单、可靠、速度快、实时性强，保证了该控制系统的可靠性。