Profibus—DP在冶金连铸生产中的应用

1036 编辑：中冶有色技术网来源：黄振陈玥许君锋

2024-03-06 13:37:06

摘要：介绍西门子S7-400为主PLC，以PROFIBUS-DP网构成的控制系统在兴澄公司三炼钢连铸项目中的使用，重点阐述公用部分PLC的实际运用。

关键词：PROFIBUS-DP 连铸远程I/O站

中图分类号：TF777 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）004-046-02

1 前言

连铸是将液体钢水直接浇铸成一定规格的钢坯，与模铸相比，具有能耗低、成才率高、生产成本低等优点。兴澄公司三炼钢新建的1#连铸机包括低压供电系统、电气传动系统、基础自动化系统及过程计算机系统，其工艺水平已经达到当前的先进水平。兴澄方坯连铸基础自动化系统共有30多套PLC，3个WINCC操作站，以工业以太网构成网络，各站点采用TCP/IP协议进行通讯，系统采用S7-400，S7-300为主PLC，结合远程I/O单元，采用现场总线PROFIBUS-DP的通信方式，连接远程I/O及变频单元，最大限度的减少了现场电缆的长度，增加控制的灵活性。本文以公用PLC为例，介绍现场总线技术PROFIBUS-DP在系统控制中的应用。

2 PROFIBUS–DP协议简单介绍

PROFIBUS–DP协议明确规定了用户数据怎样在总线各站之间传递，但用户数据的含义是在PROFIBUS行规中具体说明的。另外，行规还具体规定了PROFIBUS-DP如何用于应用领域。使用行规可使不同厂商所生产的不同设备互换使用，而工厂操作人员毋须关心两者之间的差异。因为与应用有关的含义在行规中均作了精确的规定说明。

Profibus的传输速率为9.6K～12Mbps，最大传输距离在9.6K～187.5Kbps时为1000m，500Kbps时为400m，1500Kbps时为200m，3000K～12000Kbps时为100m，可用中继器延长至10km。其传输介质可以是双绞线，也可以是光缆，最多可挂接127个站点。

Profibus是作为德国国家标准DIN 19245和欧洲标准prEN 50170的现场总线。ISO/OSI模型也是它的参考模型。

Porfibus支持主—从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。主站具有对总线的控制权，可主动发送信息。对多主站系统来说，主站之间采用令牌方式传递信息，得到令牌的站点可在一个事先规定的时间内拥有总线控制权，共事先规定好令牌在各主站中循环一周的最长时间。按Profibus的通信规范，令牌在主站之间按地址编号顺序，沿上行方向进行传递。主站在得到控制权时，可以按主—从方式，向从站发送或索取信息，实现点对点通信。主站可采取对所有站点广播（不要求应答），或有选择地向一组站点广播。

3 具体事例系统组成

公用PLC主要控制方坯连铸机的公共部分，包括大包回转台、中包车、液压站、风机控制及冷床移钢机及公用介质等的检测。公用部分的PLC系统主要由一个主框架CC1 和两个PROFIBUS 网段组成。结构图如图1所示。主框架CC1 是一个SIMATIC 400 工作站，主要由电源模板、CPU 模板、通讯模板组成。

电源模板采用标准PS 407 模块，输入AC 120/230，输出10A。CPU 模板采用CPU 414-2 DP 中央处理器，该处理器的特点是：

（1）128KB 代码执行和128KB 数据内存工作区,（2）每0.1ms 可以执行高达1000 条程序指令,（3）提供8KB 的DI/DO 端口，提供2*DP/MPI 的接口,（4）最多可以达到32 个的扩展从站连接,（5）提供直接数据交换能力，持续的总线时间等等。

通讯模板采用CP 443-1 以太网通讯卡，兼容TCP/IP 和ISO 协议，传输速率可达10/100Mbps。工业以太网作为开放式的工业总线，其具有快速、稳定、可靠的数据传输性能，而且其良好的兼容性能，为未来企业信息化管理提供了基础条件。主框架主要完成系统控制程序的执行，以及处理与铸流PLC 系统、WINCC 监控系统、其他外部控制系统及L2 系统间的数据传输通讯功能，是整个连铸机自动控制系统的核心部分。

组成公用部分PLC 的两个PROFIBUS 网段，一个是扩展框架网段，由四个ET200M 的扩展框架组成，用以完成公用设备的信号输入和输出控制,扩展框架网段，应用的CPU 上的DP口，网络名称为ET5，在其上的扩展框架的DP 地址分配如下：

CC1：DP 地址为2,

EU1：DP 地址为3,

EU2：DP 地址为4,

EU3：DP 地址为5,

EU4：DP 地址为6,（液压站控制站）

EU5：DP 地址为7。（ABB电磁搅拌系统）

另一个是传动控制网段，它主要由六个SIMOERTMASTERDRIES CB1 接口构成，用以完成和公用设备电机交流变频器的远程控制和数据交换。传动控制网段，应用的CPU 上的MPI/DP 口，网络名称为PROFIBUS52，在其上的扩展框架的DP 地址分配如下：

CC1：DP 地址为2,

CB1：DP 地址为7,大包回转台变频器

CB2：DP 地址为8,1#中间罐车变频器

CB3：DP 地址为9,2#中间罐车变频器

CB4：wniEZOzvc3iyfRegShIhtEFcH7k9RHag62IWe228QRA=DP 地址为10,旋转台架变频器

CB5：DP 地址为11,冷床移钢机变频器

CB6：DP 地址为12。旋转移钢车变频器

两个网段间的DP 地址可以重复，同一网段内的DP 地址不可以相同,网络组态的DP 地址必须和扩展框架上通过DIP 开关设定的地址一致,保证每一个网段两端的DP 头在SWITCH ON 位，而其他的DP 头在SWITCH OFF 位，让终端电阻生效。

4 主要功能

在该系统中存在多种类型的DP站点，虽然都通过PROFIBUS-DP与主站进行通信，但数据的读写方式与编程却各不相同。

（1）外部设备直接读写。

S7-300模块和IM-153模块组成的ET200远程I/O站，在硬件组态中已定义了输入和输出地址，因此可在程序中直接读写。

使用西门子书本型变频器，CPU可直接通过PROFIBUS-DP网络直接对变频器数据进行读写，使得编程更加简便。

（2）与其他PLC进行数通讯。

方坯连铸电磁搅拌系统由ABB公司提供，为一套独立的系统，其控制采用AC-80PLC，通过ABB的NPBA-80适配器模块，使用PROFIBUS-DP协议作为一个从站与主S7-400PLC进行通信，通过主站实现HMI（人机接口）操作站对系统进行远程控制。

AC-80PLC与S7-400之间通过同一个外设区读写地址进行数据交换，子地址数为0—15，由过程数据区的第一个控制字定义。每个子地址包括40个字节，20BYTE为读字节，20BYTE为写字节，读写循环执行。在编写通信程序时，首先装载子地址指针，根据或取的子地址，使用系統功能块SFC15将相应的数据写入到AC-80中,对于读入的数据，首先将其放入一个临时数据块中，判断获得的子地址，根据地址将数据从临时数据块中直接装载到应用数据块中。

5 结束语

方坯连铸于2004年3月进行热调试，现已达产。该系统大量使用了现场总线PROFIBUS-DP技术，减少了电缆的敷设量，提高了系统的稳定性，为多种类型的控制系统之间的数据交换提供了可靠有效地方式，提高了整个系统的灵活性。

参考文献：

[1]廖常初.S7-300/400 PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2]廖常初.PLC应用技术问答[M].北京：机械工业出版社，2006.

[3]廖常初.PLC基础及应用[M].北京：机械工业出版社，2007.

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

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