淺談PROFIBUS總線在泰安中聯水泥廠的應用

楊子善(南京凱盛國際工程有限公司，南京 210036)

淺談PROFIBUS總線在泰安中聯水泥廠的應用

楊子善
(南京凱盛國際工程有限公司，南京 210036)

本文主要介紹PROFIBUS技術在水泥廠的應用，將詳細闡述DP和PA總線技術在水泥生產自動控制系統中的典型應用。

PROFIBUS-DP；PROFIBUS-PA；總線技術；水泥廠

1 項目簡介

泰安中聯項目是南京凱盛設計承包的5000t/d新型干法水泥生產線，系統配套雙系列六級旋風預熱器、在線雙噴騰式分解爐、兩檔短窯等一系列的新型干法水泥生產工藝，集成應用數字化礦山開采、自動配料、窯磨智能控制等信息技術，將礦山、生料、燒成、粉磨等多個子智能系統集成為短流程全自動水泥智能制造系統，是水泥工藝流程布局一次突破性變革。在2015年7月24日，工業和信息化部公布了“2015年智能制造試點示范項目”名單，泰安中聯水泥有限公司的水泥智能工廠項目，成為水泥行業首個也是唯一一個上榜項目。

2 PROFIBUS總線技術的應用

PROFIBUS 是目前國際上通用的現場總線標準之一，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，已成為最重要的和應用最廣泛的現場總線標準。目前廣泛制造業自動化、流程工業自動化和交通電力等其他領域自動化。

隨著全球自動化控制技術的不斷提高，水泥生產線也從傳統大量人為參與的簡單控制逐步的轉變成只有很少人參與的復雜控制。“智能生產”正是為順應這種現代化控制系統的變革趨勢而產生的，并一舉成為當今自動化控制系統的主導思想。PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術。可實現現場設備層到車間級監控的分散式數字控制和現場通信網絡，從而為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供了可行的解決方案。

在泰安中聯項目中，控制系統采用ABB Industrial IT 800xA系統，現場站硬件主要由ABB AC800M控制器、光纖Modul bus通訊模塊TB820-1、I/O模塊、Profibus DP主站模塊CI854AK01等構成。系統網絡采用雙星型冗余網絡結構,服務器與操作站采用以太網連接。為保證通訊的安全可靠，室外網絡傳輸都采用光纜，服務器與控制器之間即為光纖轉以太網通訊。現場大部分設備采用DP總線與控制器連接。以下就本項目中所應用到的支持DP、PA通訊協議的現場設備與DCS系統之間的通訊做簡單介紹。下圖為控制系統配置見圖1：

1）PROFIBUS-DP通訊的應用：

Profibus-DP采用RS485接口，Profibus 通訊協議。以其傳輸速度快，數據量大以及良好的擴展性等特點，成為目前廣大用戶普遍采用的通訊協議。

本項目所有低壓電動機、高壓電動機、生料磨控制柜、篦冷機液壓傳動PLC柜等設備均采用Profibus DP通訊；下面以普通恒速正反轉電機為例簡單介紹一下，電機的基本控制回路如圖2所示：

本項目低壓電動機采用西門子SIMOCODE pro 智能型電機保護控制器,安裝在低壓開關柜中，其主要包括電流/電壓檢測模塊、基本單元、操作面板等組成。控制單元通過電流/電壓檢測模塊采集動力回路中的電壓電流信號，通過分析該信號來監測電機的工作運行狀態，并通過內部設置電機參數以及故障停機要求，DCS系統通過Profibus-DP總線與基本控制單元進行信息交換（DCS系統通過Profibus-DP傳送正反轉啟停命令，同時讀取SIMOCODE控制器電動機運行狀態、電流、功率等信號），便于整個系統的控制和監測。

圖2 電機控制回路圖

使用Profibus-DP總線控制電動機與常規控制相比：大大優化了PLC 和電機起動器之間的連接，提高了設備可用性，使系統的起動、運行和維護費用大大降低。通過總線把整個電機起動器集成到過程控制中，大大降低了電機起動器和 PLC之間的接線費用。通過電機保護控制器中可組態的控制和監控功能，分布式控制自動化過程，節省了自動化系統中的資源；通過采集與監控電機保護控制器和過程控制系統中的運行、維修和診斷數據，提高了系統的可用性以及維護和檢修的友好性。

2）Profibus-PA通訊：

本項目中我們使用單DP/PA耦合器總線式結構，采用LINK+Coupler方式。在組態網絡時LINK作為DP從站占據一個DP地址，耦合器不占用地址，組態的時候也不需要考慮到耦合器。所有PA設備均作為LINK的從屬，獨立于Profibus-DP單獨進行編址，稱為PA地址。全廠溫度壓力等儀表選用智能化儀表，采用Profibus-PA總線通訊。其原理是輸入變量通過傳感器 (1) 轉換成電信號，經前置放大器 (2) 放大，并在一個模/數轉換器 (3) 中數字化。 數字信號在一個微處理器內計算，校正其線性度和溫度響應并通過PA 接口 (7) 轉換成PROFI-BUS PA現場總線信號；PA總線通過CI854AK01以及DP/PA Coupler模塊掛在DP總線上使其轉換成DP協議，從而實現現場設備數據均通過Profibus-DP協議統一傳送。電路原理如圖3.

圖3 Profibus-DP總線與PA儀表電路原理圖

結論

泰安中聯項目生產線設計全線配備在線智能儀表和設備，PROFIBUS 總線在自動控制系統中應用于溫度、壓力、馬達控制器、高壓柜微機保護以及大型設備（立磨、輥壓機、篦冷機等）的數據采集以及控制，并建成大數據、智能控制等信息系統，確保全廠設備自動控制及監測，生產工藝數據自動數采率達100%。 PROFIBUS 總線技術可以大量的節省電纜銅耗、模塊數量、更重要的是可以在線采集更全面的數據，同時加強信息管理和服務，利用網絡化分布式的生產設施提高生產過程的可控性、減少生產線上人工的干預、即時正確地采集生產線數據，并加上綠色智能專家優化系統、在線模擬仿真技術，構建了一個高效節能、綠色環保、環境舒適的水泥智能工廠。

[1]SIEMENS PROFIBUS DP&PA SIMENS技術文獻

[2]SIMATIC DP/PA 耦合器，有源現場分配器 SIMENS技術文獻

TQ172

B

1007-6344（2016）04-0006-02

楊子善，男，1979年7，山東郯城，本科學士，漢，南京凱盛國際工程有限公司，水泥生產供配電及自動化控制