PROFIBUS-DP现场总线在热连轧控制系统中的应用

2013-10-22邢建辉张志勇申世超

河北北方学院学报（自然科学版） 2013年2期

邢建辉，张志勇，申世超

（德龙钢铁有限公司，河北邢台 054000）

0 前言

德龙钢铁850mm热连轧厂建于2003年，2003年底正式投产。这条热连轧生产线上的工艺设备先进、自动化程度高。德龙850mm热连轧生产线采用了PROFIBUS-DP现场总线技术，由多个厂家产品组成了PROFIBUS-DP网，以PLC为主站，各变频器、变流器、S7-200等为从站，使用屏蔽双绞线为通信介质，构成了基础自动化级的通信网络，其中PROFIBUS-DP现场总线技术为热连轧基础自动化系统的通信网络稳定高速运行提供了保障。

1 PROFIBUS-DP现场总线的概述

PROFIBUS是Process Field Bus的简称。DP是Decentralized Periphery（分布式外部设备）的缩写。PROFIBUS-DP是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I／O的通信。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。［1］

PROFIBUS-DP的基本特性为：

（1）传输技术：RS－485双绞线；双线电缆或光缆；波特率从9.6Kbit／s到12Mbit／s。

（2）总线存取：各主站间令牌传递，主站与从站间为主－从传送。支持单主或多主系统。总线上最站点（主－从设备）数为126。

（3）通信：点对点（用户数据传送）或广播（控制指令）。循环主－从用户数据传送和非循环主－主数据传送。控制指令允许输入和输出同步。

（4）可靠性和保护机制：所有信息的传输按海明距离HD＝4进行。DP从站带看门狗定时器，对DP从站的输入／输出进行存取保护。DP主站上带可变定时器的用户数据传送监视。

（5）设备类型：第二类DP主站（DPM2）是可进行编程、组态、诊断的设备。第一类DP主站（DPM1）是中央可编程控制器，如PLC、PC等。DP从站是带二进制值或模拟量输入输出的驱动器、阀门等。

2 热连轧生产线自动化控制系统的配置

德龙850mm热连轧生产线自动化系统由基础自动化级和传动控制级组成。基础自动化级由10个控制站组成（包括加热炉燃烧控制器）。控制系统拟采用美国GE公司的PLC产品GE90-70或90-30控制器及专用液压控制器，其中粗轧区与精轧区及卷取区主控制器采用了GE公司的PLC90-70系列，炉区、高压水、精轧区的飞剪和换辊控制器采用了PLC90-30系列。各个控制器通过以太网与HMI进行数据交换。各控制器通过PROFIBUS-DP网同主传动控制设备相连接，通过GENIUS网同远程I／O相连接，大大减少现场接线和本地I／O模板，形成分布式的控制系统。生产线配套的各液压、润滑系统分别配置了一套VersaMax PLC系列，通过DP通讯接口模块与PROFIBUS-DP网络实现数据连接，由主PLC实现对液压和润滑系统的实时监控。［2］传动控制级的主传动直流调速采用了意大利西威公司生产的TPD32系列，辅传动交流调速采用了日本安川变频器616F7系列，分别由各自的DP网卡通过PROFIBUS-DP网与控制器通讯。其中各控制器通过交换机组成局域网，通信介质近距离采用双绞线，远距离采用光纤，PROFIBUS-DP网的通信介质采用工业屏蔽双绞线。

3 热连轧PROFIBUS-DP网络配置

在德龙850mm热连轧自动化控制系统中，粗轧区、精轧区、卷取区都有以5136-PFB-VME做主站组成的PROFIBUS-DP网，其网络构成如下图：

图1 PROFIBUS-DP网

GE Fanuc系列PACSystems90-70支持的PROFIBUS-DP网，主／从模块是5136-PFB-VME。它作为标准的VME模块，可以插在PAC70系列90-70PLC的中央机架上，并被其编程软件组态为 “3rd Party VME”。该接口卡使用256K字节的标准内存和1K字节短I／O存储区。根据PROFIBUS-DP的工作原理，DP主站应知道网络上所有从站的详细信息，利用SST Profibus Configuration软件包可以生成这些组态信息并存盘为二进制文件（＊.bss）。该组态信息文件可从5136-PFB-VME的串行口下载给模块，该接口卡最多可支持96个DP从站（如站数超过32，需中继器）。从站变频器的SI-P1网板配置成1块16个字I／O类型的模板，变流器TPD32SBI-PDP-32网板配置成两块8字节I／O类型的模板，其中各从站的GSD文件需要从各厂家自带的文件中导入SST Profibus Configuration软件包。注意终端电阻的位置，两头末端位置的终端电阻处在ON的位置，其他的均位于OFF位，同时注意波特率设置不对引起的通讯故障。

图2 SST软件配置DP网

其中主站5136-PFB-VME接口卡占用VME总线1K字节的短地址区间，这块内存区间可被90-70 CPU中的VME＿Read／Write指令（AM＝29H）来访问，该内存区的起始地址在拨码开关S1的第1至第6个位置设定，标准地址用VME Read／Write指令（AM＝39H）来访问各配置好的从站的地址。