現場總線Profibus－DP在Φ400管端定徑機自控系統的應用

陳春梅，王立民，劉力鵬

（1．天津賽瑞機器設備有限公司，天津 300302；2．河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

現場總線Profibus－DP在Φ400管端定徑機自控系統的應用

陳春梅1，王立民1，劉力鵬2

（1．天津賽瑞機器設備有限公司，天津 300302；2．河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

采用傳統的收集現場數據的做法使設備成本大增、安裝與維修不便、控制精度低。闡述了Profibus－DP現場總線和工業以太網在自動化系統中的實際應用及優勢。

Profibus－DP；工業以太網；西門子S7－300

現場總線技術因其巨大的技術優勢，在工業控制系統得到廣泛應用。它主要解決了傳統控制系統信息量有限集成能力不強、開放性、可靠性不易保證等問題。Profibus可實現最高12Mbps的數據傳輸，適用于分散的外部設備和自控設備之間的高速數據傳輸，Profibus－DP采用了統一的國際標準，使不同廠家的硬件、軟件、通信規程、連接方式等互相兼容。這對于用戶的操作、維修、擴展十分有利。

1 Profibus－DP現場總線技術簡介

管端定徑機為自動化控制生產設備，生產現場使用大量的智能儀表和測量設備等，傳統的通信方式是現場儀表與控制室之間一對一的接線，這樣不僅增加電纜的成本、安裝和維護費用，還有信號的可靠性常常達不到要求，影響生產效率。因此我們選用PROFIBUS－DP現場總線技術，使現場儀表、傳感器等可就近接入現場操作臺內，從而減少大量接線與電纜長度，提高傳送數字信號的可靠性和抗干擾能力，增加控制精度，大大簡化自動化系統結構，提高操作和生產的可靠性。

Profibus－DP現場總線技術是開放式、數字化、多點通信的底層控制網，以現場總線為紐帶，可以把單個分散的測控設備變成網絡節點，形成底層現場智能設備與高層的系統信息共享，滿足工業控制體系分布化、扁平化和智能化的發展要求。Profibus－DP適用于高速數據傳輸，尤其適用本案例中設備級控制系統與分散式I/O的通信。

2 項目架構

現場被控設備有1臺管端定徑主機、2條運輸輥道、撥料裝置等。管端定徑主機的定徑行程和壓力由工控機設定和顯示，行程由安裝在主機上的直線位移傳感器反饋顯示，PLC通過控制主機的比例閥使主機的壓力達到我們的設定值。輥道是通過控制變頻器的頻率來改變輥道運輸速度。撥料裝置上安裝有傳感器，通過傳感器反饋電流變化來控制撥料裝置的升降。因為被控對象較多且分布較散，所以監控系統必須是徹底的分散和分布。

3 PLC網絡系統

整個系統由兩層網絡構成：分別是現場設備層、監控層。現場設備層是以Profibus－DP總線為基礎，現場設備互連，集成了PLC系統的現場層分布式控制網絡Infranet；監控層是處于工業以太網Ethernet中，從現場設備中獲取數據，完成各種控制、運行參數的監測、報警和趨勢分析等功能，另外還包括控制組態的設計。它通過專門的現場總線轉換器實現現場總線網段與以太網段的連接，這種方式使系統配置更加靈活，實現分布式網絡環境下的自動化系統。

為何要使用Ethernet，因為現場總線是專為工業現場層設備通信設計，它只解決了底層自動化系統的信息集成問題，并不適用于傳輸較大量的數據。而以太網設計初衷就是用于數據處理的辦公網，工業以太網可以達到很高的通信速率。利用以太網的優點，結合PLC控制器及現場總線，就可以構成全分散、全開放的集散控制系統。

3．1 自控系統網絡建立

3．1．1 現場層

Profibus－DP總線構成整個底層控制網絡分別對各被控對象的生產過程進行實時控制，總線包含PLC總站和DP從站。該例中以西門子SIMATIC S7系列PLC作為Profibus總站，PLC通過交換機掛在Ethernet上；智能傳感器、執行器、變頻器等現場級設備等作為從站，采用Profibus－DP協議對現場級設備、Profibus－DP通信模塊、擴展I/O模塊等與PLC進行通訊。若需增加被控對象，可根據實際需要在以太網上擴展PLC站（或別的主站）形成新的總線即可，不影響已組建好的PLC站和各路總線。

3．1．2 監控層

由一臺工控機組成，可根據實際需求增設，互不影響。通過Ethernet與各PLC站相互通信。工控機裝有Step7控制軟件，該軟件是西門子SIMATIC S7系列PLC的配套軟件，負責系統的硬件配置組態、軟件編程、參數設置等。完成上位機站與下位機PLC站的通信，需要使用Step7軟件給Ethernet通信的各CP模塊分配好IP地址。監控站裝有與西門子系列PLC配套的WinCC監控軟件，實現系統的軟件組態，即數據采集、數據記錄、數據管理、報警、趨勢、打印報表等工作。各操作員可通過操作終端詳細了解各設備運行情況，實現對現場設備的實時監控，實現自動控制。

3．2 系統配置及設備選型

系統采用Profibus－DP現場總線的典型應用產品，SIEMENS與ABB公司產品。

3．2．1 系統配置。

主站選擇。選擇S7－300系列的CPU 315－2 DP作為主站，它備有一個DP和MPI接口，速率為9．6kbit/s 12mbit/s，數據傳輸1200m，可連接I/O數目：DI/DO1024 AI/AO 128。 CP 343－1通訊卡實現PLC與Ethernet的相連。

從站選擇。ET200M IM 153－1作為DP遠程從站，通過Profibus－DP總線與PLC主站通信，ET200M從站上掛有7個I/O模塊。運輸輥道由ABB公司ACS800系列變頻裝置控制，該變頻器是全數字變頻調速裝置，具有通過V/F特性曲線的頻率控制和矢量控制功能，可構成開環或閉環調速系統。ACS800系列變頻器分別與ET200M站的I/O模塊通信，與PLC之間實現數據交換。

3．2．2 控制方案的效果

為了調試與維護方便PLC站點設置有手動、半自動和自動控制方式。工控機通過Ethernet與各PLC站相互通信。人機界面監控系統可完成功能有：

（1）主機概要畫面：主機及系統的主要參數。

（2）液壓系統監控：液壓系統所有電磁閥的運行狀態監視。

（3）定徑速度設定：完成管端定徑機壓力和行程的設定及顯示、運輸輥道速度設定及顯示。

（4）傳動系統監控：完成變頻器的運行及故障狀態模擬顯示。

（5）故障監控：壓力報警、液壓站運行故障、變頻器故障等監控。

4 結語

Profibus－DP現場總線在覫400管端定徑機自動化控制系統中應用后，設備各個部分按功能單獨集中控制，方便了設備的維護管理及故障處理。設備在安裝方面也變得十分簡單，機械定好位后只需簡單的總線聯結，減少安裝工作量。現場總線作為工業控制網絡在工業控制系統中發揮越來越獨特的優勢作用。

［1］巫松楨．電氣工程師手冊［K］．北京：機械工業出版社，2000．

［2］張少軍．通信與計算機網絡技術［M］．北京：機械工業出版社，2003．

［3］李英穎．現場總線在水廠自控系統中的應用［J］．國內外機電一體化技術，2008．

The use of Profibus－DP in the full automatic manufacture line ofΦ400 pipe end sizing stand machine

CHEN Chun－mei1， WANG Li－min1， LIU Li－peng2
（1．Tianjin SERI Machine＆Equipment Co．Ltd，Tianjin300302，China；2．Hebei Research Institute of Investigation＆Design of Water Conservancy＆Hydrepower，Tianjin300250，China）

Collected data in a traditional way will increase the cost of device，it will also bring a lot of trouble in mounting and maintaining．The most important thing is Control accuracy can not be guarantee．This paper is talking about the practical application and advantage of Profibus－DP and Ethernet．

Profibus－DP； ethernet； SIEMENS S7－300

TP23

A

1672-9900（2010）05-0071-02

2010－10－13

陳春梅（1982－），女（漢族），內蒙古包頭人，電氣設計師，主要從事冶金設備電氣研發、設計及調試工作，（Tel）13682063186。