摘 要：介紹西門子S7-400為主PLC，以PROFIBUS-DP網(wǎng)構成的控制系統(tǒng)在興澄公司三煉鋼連鑄項目中的使用，重點闡述公用部分PLC的實際運用。

關鍵詞：PROFIBUS-DP 連鑄 遠程I/O站

中圖分類號：TF777 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）004-046-02

1 前言

連鑄是將液體鋼水直接澆鑄成一定規(guī)格的鋼坯，與模鑄相比，具有能耗低、成才率高、生產成本低等優(yōu)點。興澄公司三煉鋼新建的1#連鑄機包括低壓供電系統(tǒng)、電氣傳動系統(tǒng)、基礎自動化系統(tǒng)及過程計算機系統(tǒng)，其工藝水平已經達到當前的先進水平。興澄方坯連鑄基礎自動化系統(tǒng)共有30多套PLC，3個WINCC操作站，以工業(yè)以太網(wǎng)構成網(wǎng)絡，各站點采用TCP/IP協(xié)議進行通訊，系統(tǒng)采用S7-400，S7-300為主PLC，結合遠程I/O單元，采用現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP的通信方式，連接遠程I/O及變頻單元，最大限度的減少了現(xiàn)場電纜的長度，增加控制的靈活性。本文以公用PLC為例，介紹現(xiàn)場總線技術PROFIBUS-DP在系統(tǒng)控制中的應用。

2 PROFIBUS–DP協(xié)議簡單介紹

PROFIBUS–DP協(xié)議明確規(guī)定了用戶數(shù)據(jù)怎樣在總線各站之間傳遞，但用戶數(shù)據(jù)的含義是在PROFIBUS行規(guī)中具體說明的。另外，行規(guī)還具體規(guī)定了PROFIBUS-DP如何用于應用領域。使用行規(guī)可使不同廠商所生產的不同設備互換使用，而工廠操作人員毋須關心兩者之間的差異。因為與應用有關的含義在行規(guī)中均作了精確的規(guī)定說明。

Profibus的傳輸速率為9.6K～12Mbps，最大傳輸距離在9.6K～187.5Kbps時為1000m，500Kbps時為400m，1500Kbps時為200m，3000K～12000Kbps時為100m，可用中繼器延長至10km。其傳輸介質可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接127個站點。

Profibus是作為德國國家標準DIN 19245和歐洲標準prEN 50170的現(xiàn)場總線。ISO/OSI模型也是它的參考模型。

Porfibus支持主—從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具有對總線的控制權，可主動發(fā)送信息。對多主站系統(tǒng)來說，主站之間采用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點可在一個事先規(guī)定的時間內擁有總線控制權，共事先規(guī)定好令牌在各主站中循環(huán)一周的最長時間。按Profibus的通信規(guī)范，令牌在主站之間按地址編號順序，沿上行方向進行傳遞。主站在得到控制權時，可以按主—從方式，向從站發(fā)送或索取信息，實現(xiàn)點對點通信。主站可采取對所有站點廣播 （不要求應答），或有選擇地向一組站點廣播。

3 具體事例系統(tǒng)組成

公用PLC主要控制方坯連鑄機的公共部分，包括大包回轉臺、中包車、液壓站、風機控制及冷床移鋼機及公用介質等的檢測。公用部分的PLC系統(tǒng)主要由一個主框架CC1 和兩個PROFIBUS 網(wǎng)段組成。結構圖如圖1所示。主框架CC1 是一個SIMATIC 400 工作站，主要由電源模板、CPU 模板、通訊模板組成。

電源模板采用標準PS 407 模塊，輸入AC 120/230，輸出10A。CPU 模板采用CPU 414-2 DP 中央處理器，該處理器的特點是：

（1）128KB 代碼執(zhí)行和128KB 數(shù)據(jù)內存工作區(qū),（2）每0.1ms 可以執(zhí)行高達1000 條程序指令,（3）提供8KB 的DI/DO 端口，提供2*DP/MPI 的接口,（4）最多可以達到32 個的擴展從站連接,（5）提供直接數(shù)據(jù)交換能力，持續(xù)的總線時間等等。

通訊模板采用CP 443-1 以太網(wǎng)通訊卡，兼容TCP/IP 和ISO 協(xié)議，傳輸速率可達10/100Mbps。工業(yè)以太網(wǎng)作為開放式的工業(yè)總線，其具有快速、穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)傳輸性能，而且其良好的兼容性能，為未來企業(yè)信息化管理提供了基礎條件。主框架主要完成系統(tǒng)控制程序的執(zhí)行，以及處理與鑄流PLC 系統(tǒng)、WINCC 監(jiān)控系統(tǒng)、其他外部控制系統(tǒng)及L2 系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸通訊功能，是整個連鑄機自動控制系統(tǒng)的核心部分。

組成公用部分PLC 的兩個PROFIBUS 網(wǎng)段，一個是擴展框架網(wǎng)段，由四個ET200M 的擴展框架組成，用以完成公用設備的信號輸入和輸出控制,擴展框架網(wǎng)段，應用的CPU 上的DP口，網(wǎng)絡名稱為ET5，在其上的擴展框架的DP 地址分配如下：

CC1：DP 地址為2,

EU1：DP 地址為3,

EU2：DP 地址為4,

EU3：DP 地址為5,

EU4：DP 地址為6,（液壓站控制站）

EU5：DP 地址為7。（ABB電磁攪拌系統(tǒng)）

另一個是傳動控制網(wǎng)段，它主要由六個SIMOERTMASTERDRIES CB1 接口構成，用以完成和公用設備電機交流變頻器的遠程控制和數(shù)據(jù)交換。傳動控制網(wǎng)段，應用的CPU 上的MPI/DP 口，網(wǎng)絡名稱為PROFIBUS52，在其上的擴展框架的DP 地址分配如下：

CC1：DP 地址為2,

CB1：DP 地址為7,大包回轉臺變頻器

CB2：DP 地址為8,1#中間罐車變頻器

CB3：DP 地址為9,2#中間罐車變頻器

CB4：wniEZOzvc3iyfRegShIhtEFcH7k9RHag62IWe228QRA=DP 地址為10,旋轉臺架變頻器

CB5：DP 地址為11,冷床移鋼機變頻器

CB6：DP 地址為12。旋轉移鋼車變頻器

兩個網(wǎng)段間的DP 地址可以重復，同一網(wǎng)段內的DP 地址不可以相同,網(wǎng)絡組態(tài)的DP 地址必須和擴展框架上通過DIP 開關設定的地址一致,保證每一個網(wǎng)段兩端的DP 頭在SWITCH ON 位，而其他的DP 頭在SWITCH OFF 位，讓終端電阻生效。

4 主要功能

在該系統(tǒng)中存在多種類型的DP站點，雖然都通過PROFIBUS-DP與主站進行通信，但數(shù)據(jù)的讀寫方式與編程卻各不相同。

（1）外部設備直接讀寫。

S7-300模塊和IM-153模塊組成的ET200遠程I/O站，在硬件組態(tài)中已定義了輸入和輸出地址，因此可在程序中直接讀寫。

使用西門子書本型變頻器，CPU可直接通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡直接對變頻器數(shù)據(jù)進行讀寫，使得編程更加簡便。

（2）與其他PLC進行數(shù)通訊。

方坯連鑄電磁攪拌系統(tǒng)由ABB公司提供，為一套獨立的系統(tǒng)，其控制采用AC-80PLC，通過ABB的NPBA-80適配器模塊，使用PROFIBUS-DP協(xié)議作為一個從站與主S7-400PLC進行通信，通過主站實現(xiàn)HMI（人機接口）操作站對系統(tǒng)進行遠程控制。

AC-80PLC與S7-400之間通過同一個外設區(qū)讀寫地址進行數(shù)據(jù)交換，子地址數(shù)為0—15，由過程數(shù)據(jù)區(qū)的第一個控制字定義。每個子地址包括40個字節(jié)，20BYTE為讀字節(jié)，20BYTE為寫字節(jié)，讀寫循環(huán)執(zhí)行。在編寫通信程序時，首先裝載子地址指針，根據(jù)或取的子地址，使用系統(tǒng)功能塊SFC15將相應的數(shù)據(jù)寫入到AC-80中,對于讀入的數(shù)據(jù)，首先將其放入一個臨時數(shù)據(jù)塊中，判斷獲得的子地址，根據(jù)地址將數(shù)據(jù)從臨時數(shù)據(jù)塊中直接裝載到應用數(shù)據(jù)塊中。

5 結束語

方坯連鑄于2004年3月進行熱調試，現(xiàn)已達產。該系統(tǒng)大量使用了現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP技術，減少了電纜的敷設量，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為多種類型的控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換提供了可靠有效地方式，提高了整個系統(tǒng)的靈活性。

參考文獻：

[1]廖常初.S7-300/400 PLC應用技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[2]廖常初.PLC應用技術問答[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[3]廖常初.PLC基礎及應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[4]百科名片.http：//baike.baidu.com/view/15571.htm.