Profinet技術在冷軋重卷機組上的應用

紀云龍，李 俊，胡 聰，高 敏

（安陽鋼鐵集團冷軋公司，河南安陽 455004）

1 工藝概述

安鋼1550 mm冷軋重卷機組生產線由國內自主設計與制造。生產過程中最高速度可達200 m/min，主要用于冷軋卷和鍍鋅卷的分切和重卷。安鋼重卷機組主要工藝流程見圖1，采用單開卷，經過焊機、切邊和涂油，按不同訂單要求進行重新卷曲，以滿足下游客戶的不同要求。

圖1 重卷機組工藝流程

2 控制方案

重卷生產線自動化程度高，現場傳感器、執行器、操作箱分布散，分布面大，控制單元點多，如果采用Profibus-DP網絡，DP網絡鏈路非常長，網絡傳輸數據質量達不到現場要求。因此對現場檢測元件和操作箱的控制網絡采用了最新的Profinet網絡。而對現場絕對值編碼器，糾偏裝置和傳動單元等相對集中的設備還采用傳統的Profibus-DP網絡。因此安鋼冷軋重卷機組采用了雙網并行的運行方式，既節約了投資，又滿足現場數據傳輸要求，同時通過對新一代網絡技術的應用，為新項目的自動化控制儲備技術力量。

Profinet是西門子公司推出新一代工業現場總線，與上一代Profibus總線相比有本質區別。主要特點：①Profinet基于工業以太網協議開發而成的工業現場總線網絡。囊括了諸如實時以太網、運動控制、分布式自動化、故障安全以及網絡安全等當前自動化領域的熱點話題，并且，作為跨供應商的技術，可以完全兼容工業以太網和現有的現場總線（如Profibus）技術，保護現有投資。②更高的數據傳輸速率Profibus傳送速度可在9.6 kbaud～1.5 Mbaud選擇。Profinet數據傳輸可以達到100 Mbaud。③Profibus網絡拓撲采取的是總線拓撲結構，如果1個子站出現問題，后續子站網絡都無法鏈接。Profinet采取的是基于工業以太網的網絡拓撲結構，以路由器為傳輸核心，各子站并行與PLC進行數據交換，如果1個子站故障，不會影響其他子站的數據交換，在生產實踐中更加便于處理問題。

3 網絡設計

3.1 控制系統硬件配置

控制系統主要采用西門子公司SIMATIC 400系列PLC。其中共用PLC以SIMAIC 400系列中416-2 CPU為核心，配置了CP443-5通信模板和CP443-1通信模板。現場的執行單元的聯系采用的是Profinet總線，重卷機組所選Profibnet模板為IM-153-4 ET200M遠程站模板，IM153-4遠程站是西門子公司針對Profinet研發，協議固化硬件之中，采用組態軟件直接組態使用。現場絕對值編碼器、變頻器、糾偏裝置還采用Profibus-DP總線。

PLC在系統硬件組態采用SIMATIC Manage 7軟件，人機操作員界面使用的是西門子WINCC軟件。重卷機組網絡系統配置如下圖（圖2），現場共設有一級服務器（L1服務器），二級服務器（L2服務器）和人機接口服務器（HMI服務器）。同時在操作臺和電氣室設置了操作站和工程師站，以便現場人員的操作和現場維護。

圖2 重卷機組網絡系統

3.2 Profinet網絡硬件配置

現場的所有傳感器，執行器都連接在Profinet遠程站上，硬件連接是否正確，關系到整個控制系統能否正常工作。

（1）Profinet網絡所帶子站的多少完全與路由器的物理端口相關聯。

（2）Profinet網絡首末段無需安裝終端電阻。

（3）采用接口模板IM153-4自帶Profinet協議，在硬件配置過程中與Profibus一樣方便。

（4）網絡連接采用工業以太網線，端口采用RJ45，通過路由器直接與IM153-4直接相連。

硬件組態軟件采用SIMATIC manager，SIMATIC manager具有在線故障診斷功能，設備維護人員能夠快速、準確地找到故障發生的位置，并排除故障。使得設備的故障停機時間大幅度的減少，這也是使用現場總線技術的最大優勢。

3.3 Profibus網絡軟件調試

PLC硬件安裝完成和Profibus組態完成后，數據能否可靠傳輸，很大程度上取決于應用軟件編程。控制軟件采用STEP 7進行編程，充分利用了STEP 7提供的豐富軟件指令。編程采用結構化程序設計，主控邏輯程序放在FC功能塊中，FC程序調用邏輯放在OB組織塊中，通信具體數據放在DB數據塊中。由于Profibus-DP協議固化在各執行、傳動單元的通信適配模板之中，網絡組態完畢即可使用，不需編程。軟件采用STL語句表如下。

FC50、FC60是系統標準功能塊，FC50是發送塊，FC60是接收塊。ACT表示塊激活，ID表示網絡配置標識地址，LADDR為硬件配置參數，SEND為數據塊中的被發送數據的起始地址，RECV為數據塊中的被接收數據的起始地址，LEN為發送字長，DONE為執行碼，ERROR為錯誤碼，STATUS為狀態碼。

4 結束語

冷軋重卷機組的生產線控制系統要求控制水平高，控制可靠，擴展性好。隨著新一代的現場總線Profinet網絡的使用，現場控制更加穩定，基于工業以太網技術，信號傳輸速度不再想Profibus受到最高速率的限制。同時為二級三級系統直接整合現場信號提供了的有效的接口。不論是系統改造或項目新建都有非常廣泛的推廣價值。

[1]崔堅，李佳.西門子工業網絡通信指南（上，下）[M].北京：機械工業出版社，2015.

[2]孫一廉.冷軋生產自動化技術[M].北京：冶金工業出版社，2006.