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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(mǎn)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(xiàn)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：
　　（1）采用雙絞線(xiàn)、光纜或無(wú)線(xiàn)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(xiàn)，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(chǎng)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(hù)的操作、維修、擴(kuò)展都是十分有利的。
　　（3）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(xiàn)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。
　　（4）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(xiàn)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(hù)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(xiàn)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(hù)數(shù)據(jù)和協(xié)議尾，用戶(hù)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(hù)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(hù)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(lèi)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(xiàn)）。
　　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(xiàn)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(chǎng)綜合自動(dòng)化的要求。采用Profibus—DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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。