PROFIBUS在圓盤澆鑄機系統中的應用

王慧臣

(江西銅業集團公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424)

PROFIBUS在圓盤澆鑄機系統中的應用

王慧臣

(江西銅業集團公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424)

文章以圓盤澆鑄機系統為背景，分析了PPROFIBUS的系統組成及其特點，重點研究了圓盤澆鑄系統的硬件和軟件組成以及PROFIBUS網絡主站和從站的組成。采用PROFIBUS技術減少了現場電纜的數量和接線工作量，降低了系統故障率，有效保證了信息傳輸的及時性和安全性。

PROFIBUS;圓盤澆鑄機;主站;從站;硬件;軟件

1 引言

貴溪冶煉廠的重要設備——圓盤澆鑄機是從芬蘭成套引進，于2007年8月投入使用。圓盤澆鑄機主要由電子稱、圓盤及提取機組成。電子稱根據稱重傳感器對液態銅進行動態計量并由液壓系統澆鑄成陽極板，通過圓盤伺服驅動系統將陽極板運送至提取機，期間圓盤冷卻水系統對陽極板進行冷卻，然后由提取機從圓盤中提取陽極板并通過水槽鏈條輸送完成整個澆鑄過程。整套系統采用PROFIBUS現場總線［1－2］對單元設備進行控制，PROFIBUS是目前國際上通用的現場總線標準［3］，它以其獨特的技術特點、嚴格的認證規范、開放的標準、眾多廠商的支持和不斷發展的應用行規，已被納入現場總線的國際標準。PROFIBUS是不依賴生產廠家的、開放式的現場總線，各種各樣的自動化設備都可以通過同樣的接口交換數據信息，而PROFIBUS－DP［4－5］總線適合于對通信量要求較低、設備量較大的現場控制層使用，其適應面大、經濟性好，非常適用于工廠作開放的分布式底層控制［6－7］。

2 控制系統的硬件簡介

圓盤澆鑄機系統主要是順序邏輯控制，這正是PLC控制的優勢所在。在此系統中，PROFIBUS主站選OMRON CS－1 PLC，分布式IO選用PHOENIX系列PROFIBUS分布式IO。圓盤驅動及提取機系統采用EMERSON的CT伺服驅動系統，PROFIBUS－DP用于系統中單元級控制設備與分布式I/O設備的通信，特別適合PLC與現場分布式I/O設備之間的快速循環數據交換。SIEMENS RS485 Repeater模塊帶有標準PROFIBUS－DP接口，用于各PROFIBUS主從站開關量、模擬量等信息通訊。電子稱澆鑄系統人機界面采用GP2500，并配電子稱稱重系統，圓盤操作畫面由INTOUCH軟件組態，各人機界面通過以太網聯接通訊。見圖1所示。

圖1 控制系統結構圖

3 總體控制要求及功能

圓盤澆鑄機的要求是對澆鑄過程進行精確控制和自動調節，使陽極板達到要求的范圍。在澆鑄控制室監控澆鑄過程時，對當前時刻澆鑄過程中的主要工作參數(重量、溫度等)、運行狀態及澆鑄過程曲線等信息及時調整監控。功能如下:

(1)控制操作:

在澆鑄控制室對圓盤澆鑄機各系統進行在線實時控制，如控制圓盤及提取機，調節電子稱澆鑄重量，在線調整澆鑄過程曲線等。

(2)顯示功能:

用圖形實時地顯示各現場被控設備的運行工況，以及現場設備的狀態參數。

(3)數據管理:

依據不同運行參數的變化快慢和重要程度，建立生產歷史數據庫，存儲生產原始數據，供統計分析使用。利用實時數據庫和歷史數據庫中的數據進行比較和分析，得出一些有用的經驗參數，有利于調整優化澆鑄過程，保證陽極板重量和質量。

(4)報警功能:

當某一模擬量(如電流、壓力、重量等)測量值超過給定范圍或某一開關量(如電機啟停、閥門開關)發生變化時，可根據不同的需要發出不同等級的報警。

(5)打印功能:

可以實現報表和圖形打印以及各種事件和報警實時打印。打印方式可分為:定時打印、即時打印。

4 PROFIBUS現場總線簡介及應用

國際電工委員會對現場總線的定義是“安裝在制造和過程區域的現場裝置和控制室內的自動控制裝置之間的數字式，串行，多點通信的數據總線”。它是當前工業自動化的熱點之一。現場總線以開放的、獨立的、全數字化的雙向多變量取代4MA～20MA現場模擬信號。現場總線I/O集檢測、數據處理、通信為一體，它不需要框架、機柜，可以直接安裝在現場導軌槽上。現場總線I/O的接線極為簡單，只需要一根電纜，從主機開始，沿數據鏈從一個現場總線I/O連接到下一個現場總線I/O。使用現場總線后，操作員可以在中央控制室實現遠程監控，對現場設備進行參數調整，還可以通過現場設備的自診斷功能診斷故障和尋找故障點。DP是Decentralized Periphery(分布式外部設備)的縮寫，主要用于制造業自動化系統中單元級和現場級通信，特別適合PLC與現場分布式I/O設備之間的快速循環數據交換。圓盤澆鑄機澆鑄能力在110t/h，如果采用常規集中控制方式，將現場信號通過電纜連接到集中澆鑄控制室內的PLC上，由于工藝線路長、現場控制點分布范圍廣，需要敷設大量的電纜及橋架，且現場環境惡劣，勢必會造成故障隱患點多的局面。

貴溪冶煉廠圓盤澆鑄機采用了PROFIBUS現場總線技術，控制系統采用OMRON CS－1 PLC加PROFIBUS分布式IO，是一種既經濟又切合實際的解決方案，根據工藝劃分，系統共設了主站、從站和操作員站。主站采用OMRON C200HW PRm21主站單元，子站采用PHOENIX系列分布式IO遠程模塊，用于現場數據的采集和控制，并借助PROFIBUS(工業現場總線)，方便控制網絡系統的建立。從主站開始，通過一根PROFIBUS電纜沿數據鏈從一個現場總線I/O連接到下一個現場總線I/O。主站的主要功能是接收管理層設置的參數或命令，對澆鑄生產過程進行控制，將現場狀態輸送到管理層。根據澆鑄流程和工藝，結合馬達控制中心MCC，按照控制對象的區域、工藝流程，以就近采集和單元控制為劃分區域的原則，在圓盤驅動、提取機、模噴涂及冷卻水單元等設置從站。現場子站采用PHOENIX系列分布式IO，每個從站由1個PROFIBUS通訊適配器模塊和其它若干數字量、模擬量輸入及輸出模塊組成。通過設置現場子站，主站與現場子站之間采用PROFIBUS－DP現場總線通訊的方式，大大減少了電纜數量及控制元器件，一方面降低了硬件投資，另一方面極大地減少了故障的發生。

5 系統軟件

(1)計算機操作系統采用Microsoft Windows XP Professional操作系統。歷史數據庫采用Microsoft SQLServer 2000軟件。上位機監控軟件采用Wonderware InTouch9.0組態軟件。

(2)InTouch組態軟件實現了對整個系統的開關量、狀態量、電量、模擬量的采集和處理，并顯示在操作站的HMI上;對澆鑄過程重要的物理量如陽極板的重量、溫度、冷卻水等都實時顯示在工作站的主界面上，便于操作員及時掌握系統的運行情況。

(3)數據庫服務器上安裝Microsoft SQL2000中文版數據庫軟件，用來儲存整個澆鑄重要的歷史數據，通過Microsoft SQL 2000的通訊來讀取歷史數據。上位機硬盤矩陣的設計可以避免因為系統故障導致數據丟失現象的發生。

6 結束語

貴溪冶煉廠圓盤澆鑄機通過應用PROFIBUS系列分布式IO現場總線，在保證工程質量的前提下大大降低了硬件成本。該設備具有調試簡單、操作方便、使用安全、效率高、故障率低、澆鑄效果好等特點，顯著提高了勞動生產率。同時由于軟硬件均采用模塊化結構，方便了工程技術人員的安裝、調試和維修。

［1］陽憲惠.現場總線技術及其應用［M］.北京:清華大學出版社，1999:39－40.

［2］羅紅福.現場總線工廠應用實例解析［M］.北京:中國電力出版社，2008:15－17.

［3］侯維巖.PROFIBUS協議分析與系統應用［M］.北京:清華大學出版社，2006:211.

［4］郝莉，王東興.PROFIBUS－DP從站開發研究［J］.北京機械工業學院學報，2000(3):15－16.

［5］郝曉弘，潘曉寧，郭慧麗.現場總線PROFIBUS－DP網通訊原理探討［J］.甘肅工業大學學報，2000(9):26－30.

［6］周志敏，紀愛華.PROFIBUS總線系統設計與應用［M］.北京:中國電力出版社，2009:281－284.

［7］孫鶴旭，梁濤，云利軍.PROFIBUS現場總線控制系統的設計與開發［M］.北京:國防工業出版社，2007:189－191.

Application of PROFIBUS in Casting Machine System

WANG Hui－chen
(Jiangxi Copper Corporation Guixi Smelter，Guixi，Jiangxi 335424，China)

Based on the system of casting machine for Wide and Thick Plate，this article analyzes the system composition and the characteristics of PROFIBUS.It investigates the hardware and software composition of casting machine system in Guixi smelter and the composition of master and slave station in PROFIBUS.The technology of PROFIBUS can reduce the Quantity of electric cable and workload，decrease the failure rate of the system，ensure effective transmission of information timeliness and security.

PROFIBUS;casting machine;master station;slave station;hardware;software

TP273

:B

:1009－3842(2012)04－0045－02

2012－06－06

王慧臣(1982－)，男，江西上饒人，工學學士，主要從事設備管理等方面的工作。E－mail:huichenwang@163.com