基于Profibus-DP協(xié)議和PLC器件實現(xiàn)輥壓機控制系統(tǒng)的設計

　　1．概述

　　在自動化系統(tǒng)的配置中即要保證系統(tǒng)的先進、可靠、合理性，又要避免過剩功能，降低投資成本。2000年至2001年，我們成功地在安慶白鰭豚4#水泥磨系統(tǒng)應用了輥壓機終粉磨工藝，在該生產(chǎn)線上選用了西門子250kW變頻器對輥壓機兩磨輥電動機進行變速驅動。同時選用德國申克振動測量傳感器對輥壓機的振動進行監(jiān)視。輥壓機的控制采用了新型控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用了Siemens SIMATIC S7-300可編程控制器，上位機采用研華工控機，由Wincc軟件實現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)控制，和變頻器MASTERDRIVES組成。上位系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡采用Siemens MPI網(wǎng)。各個控制站之間以及6臺矢量變頻器與控制站之間以Profibus-DP協(xié)議方式相連。它完全與電位無關地運行，其優(yōu)點是，不必花費昂貴的等電位連接費用，且大大增強了網(wǎng)絡的可靠性。

　　2．輥壓機兩輥的同步運行

　　在實際生產(chǎn)過程中，保持輥壓機兩輥的同步運行是尤為重要的。這種同步，不僅僅是穩(wěn)速運行時需要同步，而且在加減速的動態(tài)過程中也需要保證線速度的一致。為此，我們采取以下兩個措施，以達到同步的目的：

　　2．1提高系統(tǒng)的動態(tài)響應

　　所有變頻器都采用光電編碼器的反饋方式，通過矢量運算，它能夠確定和控制轉矩與磁通的電流分量，獲得同直流傳動相媲美白勺動態(tài)特性：這就從基礎上保證了同步的可實現(xiàn)。

　　2．2建立速度給定值鏈

　　在兩個變頻器之間建立裝置對裝置通訊過程，通過此方式能夠將速度給定值用數(shù)字量迅速而準確地傳遞給第一個變頻器，消除模擬信號傳遞中由于線路損耗、干擾等帶來的信號漂移、于擾所帶來的不利影響。各個分部之間不同的機械變化則由變頻器內部不同的比例因子控制，從而實現(xiàn)動態(tài)與穩(wěn)態(tài)時各分部線速度的恒比例運行。

　　根據(jù)終粉磨系統(tǒng)中輥壓機對傳動的控制需求，選用西門子矢量型變頻調速器6SE70。

　　特點如下：

　　變頻器元件板SCB2具有電隔離的RS485口，可在變頻器之間實現(xiàn)裝置對裝置的連接。在這里，我們采用并行接法，將其中一臺變頻器作為主動裝置，另一臺變頻器作為從動裝置，這樣，主動裝置能夠將系統(tǒng)線速度給定值傳遞至從動裝置，從而增加了整個系統(tǒng)的可靠性。通過在安慶白鰭豚4#水泥磨系統(tǒng)應用了輥壓機終粉磨系統(tǒng)中的應用，我們認為采用西門子6SE70變頻調速系統(tǒng)在提高產(chǎn)品質量、產(chǎn)量，減小日常維護及節(jié)能等方面都有顯著的優(yōu)點，完全能夠滿足生產(chǎn)現(xiàn)場的需要。

　　3．采用Profibus的原因

　　Profibus現(xiàn)場總線技術是隨全數(shù)字信號系統(tǒng)的發(fā)展而產(chǎn)生的，由德國組織開發(fā)的工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標準——PROFIBUS現(xiàn)場總線標準（DINl9254）。是近年來國際上最為流行的現(xiàn)場總線，也是目前數(shù)據(jù)傳輸率最快的一種現(xiàn)場總線（傳輸率可達12M波特），因此在很多領域內有廣泛地應用c根據(jù)Venture Developmen Corp．（VDC）的報告，PROFIBUS所占的市場份額最大，也是發(fā)展最快的現(xiàn)場總線：

　　Profibus的網(wǎng)絡協(xié)議是以1SO頒布的OSI標準七層參考模型為基礎的，只是對第三層到第六層進行簡化，因此可以說它的標準適應性強c此外它的三種模塊（FMS、DP和PA）又可以適應不同的應用對象和通信速率方面白勺要求，開放性也好。［page］

　　Profibus現(xiàn)場總線基于令睥協(xié)議加主從總線的介質存取方式，主站以主從方式與從站通訊，各主站之間由令牌協(xié)議決定總線控制權。站點數(shù)可達127個。

　　正是基于Profibus現(xiàn)場總線技術上的成熟和開放性，以及實際應用后的經(jīng)濟效果，因此我們在自動化控制系統(tǒng)中采用了它。

　　4．Profibus-DP組態(tài)說明

　　在以上的自動化控制系統(tǒng)中，Profibus-DP現(xiàn)場總線應用在交流變頻器、遠程操作單元ET200M與S7-300PLC之間的通訊上。

　　4．1硬件組態(tài)

　　Profibus-DP總線共有6個站，分別是S7—300PLC作為Master，站號設定：2；其余均為Slave，它們有遠程操作接口單元ET200M，站號設定：3；打散機變頻器，站號設定： 4；料餅秤控制器，站號設定：5；輥壓機活動輥變頻器，站號設定：6；輥壓機固定輥變頻器，站號設定：7；主站上應用57-300PLC的CPU315-2DP，BUS終端器設定為ON。從站中BUS終端器設定為OFF，ET200M的BUS終端器設定為ON。BUS終端器設定一定要正確，即BUS兩端為ON，中間接點為OFF。通訊距離約為500m。

　　Profibus-DP的布線要嚴格按照適配模件的說明來接線，通訊電纜最好用西門子公司的專用DP電纜或屏蔽雙絞兩芯電纜。屏蔽層的接線一定要保證單端接地，同時結合現(xiàn)場總線的抑制干擾技術可以保證系統(tǒng)通訊的正常運行。

　　4．2軟件組態(tài)

　　在本系統(tǒng)中變頻器和PLC選用的都是西門子一家公司的設備和材料，確保了參數(shù)匹配正確，在Master站S7—300PLC上，要對DP進行組態(tài)，通過STEP7軟件包結合ProfiDrive的定義程序來進行。組態(tài)的關鍵是正確地選擇Profibus-DP的方式，即PPO的類型。在該系統(tǒng)中為PPO-2型，通訊字有十個數(shù)據(jù)字：通訊速率選擇為500kB／s，根據(jù)實際的應用效果看，該速率滿足系統(tǒng)的信號交換要求。

　　5．軟件要作的工作

　　Profibus—DP總線經(jīng)過軟硬件的組態(tài)建立起來后，Master和Slave之間的信息交換還必須在主/從站內部來規(guī)定，即在雙方要用軟件來定義其傳輸信息的內容。

　　在我們的自動化控制系統(tǒng)中，Master站應用了8個字來記錄所有的交換信號，包含D112點，D06點，A13點，A0l點。應用STEP7內的標準功能塊SFCl4—DPRD DAT和SFC-DPWR DAT來接收和發(fā)送DP上的信號。Slave站同樣用相應的3個字來對應Master站，即由主→從應用4個字和由從→主應用四個字。

　　6．設計、安裝和調試體會

　　在本次自動化控制系統(tǒng)的設計、安裝和調試過程中，Profibus-DP的應用無疑是正確的，只是在現(xiàn)場安裝過程中，要注意以下幾點：

　?。?）現(xiàn)場安裝條件與原始設計和系統(tǒng)要求的差異和解決方案。

　?。?）現(xiàn)場各類干擾因素的防范。

　　（3）現(xiàn)場的接地系統(tǒng)對總線的影響。

　　7．結束語

　　在安慶白鰭豚水泥股份公司4#水泥磨生產(chǎn)線的自動化控制系統(tǒng)中應用Profibus-DP現(xiàn)場總線取得了很好地運行效果。

　　（1）Profibus-DP總線滿足了對自動化系統(tǒng)功能的各項要求。

　　（2）運行費用和能耗均有顯著的節(jié)省，可達到20％，并且使用合理。

　?。?）由于省除了大量的電纜、橋架、管路等材料，故投資可大大的減少。

　?。?）大大的降低了運行勞動強度，維護簡單，維護量小，耗材少。

　　通過Profibus-DP現(xiàn)場總線在安慶白鰭豚水泥股份公司4#水泥磨生產(chǎn)線中的應用成功，隨著將數(shù)字信號和模擬信號混合的系統(tǒng)改造為全數(shù)字信號系統(tǒng)的發(fā)展，PROFIBUS-DP會得到越來越廣泛的應用。