西門子現場總線在中板精整設備中的應用

1 前言

隨著計算機技術和通訊技術的發展，在冶金工業控制系統中采用總線技術，使基礎自動化之間的各設備通過通訊相連，提高系統的可靠性、安全性和開放性。現場總線技術作為一種實現現場級設備數字化通訊的網絡技術，它將自動控制系統與設備加入到工廠的信息網中，成為工廠信息網絡的低層，使工廠信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產現場。現場總線技術的出現和發展，使得構建一種全數字、全分散、全開放的控制系統成為可能。

PROFIBUS現場總線作為符合歐洲標準EN50170的現場總線系統，由西門子、ABB、E+H等十幾家公司和德國聯邦技術部共同推出，是目前國際上推廣速度最快、用戶最多、應用范圍最廣、最有發展前景的現場總線。

2 項目簡介

我國的鋼鐵產量早已經居于世界前列，但僅相對于產量來言。而我國鋼材的品種和特種鋼材的產量卻遠遠落后。為進一步增加我國鋼產量的品種和特鋼的產量，以滿足日益增大的鋼材的需求量，特別是造船、汽車、建筑等行業的快速發展對鋼材的精加工提出了更高的要求。

正是在這種情況下，結合重鋼環保搬遷項目，我們對重鋼項目的控制系統進行了徹底的改造，整個搬遷改造從加熱爐開始，包括軋機、飛剪、矯直機、冷床、輥道、切分剪、鍘刀剪、雙邊剪、定尺剪，最后到收集裝置。

3 控制系統概況

我們負責該項目精整部分的改造，具體負責的設備為冷床、輥道、切分剪、鍘刀剪、雙邊剪、定尺剪及收集裝置。

根據設備的布置和工藝的需要，我們設計將精整部分分為四個區：切分剪和其區域輥道；鍘刀剪和其區域輥道；定尺剪和其區域輥道；雙邊剪和其區域輥道。每個區采用一臺西門子S7-400的PLC來進行控制，各區之間通過工業以太網通訊交換信息，區域內部則通過現場總線將遠程I/O和調速裝置相連接。

一般一個典型的工廠自動化系統應該是三級網絡結構。基于現場總線PROFIBUS－DP/PA控制系統位于工廠自動化系統中的底層，即現場級與車間級。現場總線PROFIBUS是面向現場級與車間級的數字化通訊網絡。

(1) 現場設備層

主要功能是連接現場設備，如分散式I/O、傳感器、驅動器、執行機構、開關設備等，完成現場設備控制及設備間連鎖控制。主站（PLC、PC機或其它控制器）負責總線通訊管理及所有從站的通訊。總線上所有設備生產工藝控制程序存儲在主站中，并由主站執行。一般我們稱為基礎級。

(2) 車間監控層

車間級監控用來完成車間生產設備之間的連接，如一個車間3條生產線主控制器之間的連接，完成車間級設備監控。車間級設備監控包括生產設備狀態在線監控、設備故障報警及維護等。通常還具備諸如生產統計、生產調度等車間級生產管理功能。一般我們稱為過程級。

(3) 工廠管理層

車間操作員工作站可以通過集線器與車間辦公管理網連接，將車間生產數據送到車間管理層。車間管理網作為工廠主網的一個子網。一般我們稱為管理級。

下面詳細介紹控制系統的設備選型及方案：

如圖，是重鋼改造精整部分的PLC控制框圖。從框圖中我們清楚地看到，每個區域選用一個西門子的S7-400型PLC作為主控制器，在每個區域所有的現場信號都就地進入了相應的遠程I/O站；所有的調速裝置（由整流/回饋裝置供電的逆變器）也通過PROFIBUS通訊卡連接到現場總線；同時還有就地的操作屏和其它儀表。考慮到總線的傳輸距離，抗干擾能力和傳輸速率，在有的區域現場總線不止一個，距離太遠時增設相應的遠傳裝置（調制解調器）。

為便于操作，每個區域都設有相應的操作員站，操作員站通過工業以太網和PLC及管理級交換數據信息。操作員站采用工控PC機，配置WINCC監控軟件，具有操作、監視、參數設定、故障報警、數據統計、班報日報等功能。

為便于維護和監視設備，提高勞動生產力，在一定的區域設置工程師站，以便于隨時修改工藝參數，修改運行程序。

4 結束語

基于現場總線技術的計算機控制系統，實現了整個生產過程的自動化控制。采用現場總線(Profibus)技術，其顯著特點是開放性，允許不同廠家按照現場總線技術標準，開發具有特色及自主技術的產品。在此，將現場總線技術引入自動化控制系統，促使傳統控制系統結構演化，逐步形成基于現場總線的控制系統FCS。現場總線是用于現場儀表與控制系統之間的一種全分散、全數字化、智能、雙向互聯、多變量、多點、多站的通信網絡系統。具有可靠性高、穩定性好、抗干擾能力強、通信速率快、系統安全、造價低廉、維護成本低等特點。

現場總線技術使現場級設備的信息作為整個企業信息網的基礎，提高了控制系統的信息處理能力和運行可靠性，節省了系統的硬件和布線費用，方便了用戶對系統的組態、管理和維護[3][4][5]。

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。

參考文獻

[1]林滋泉.我國軋鋼生產技術的進步和展望.軋鋼.2002(12):3～8.

[2]張穎，蔣宏業，邵惠鶴.Profibus總線技術的發展前景.化工自動化及儀表.1998，25(2)：41～44.

[3]陽憲惠.現場總線技術及應用.北京：清華大學出版社，1999.

[4]趙炯，熊肖磊，等.自動化控制系統中通信協議設計研究.計算機工程.2002(8):83～85.

[5]邵惠鶴.工業過程高級控制.上海交通大學出版社，1997(10).

[6]張建民.智能控制原理及應用.冶金工業出版社，2003(2).

[7]Guo Zong-ren.On Intelligent Design Of Servo System. Porceeding of the 1997 IEEE International Conference On Intelligent Processing System.1997.

[8]邱公偉.可編程控制器網絡通信及應用.北京：清華大學出版社，2000.

[9]李慶堯，楊弘鳴.現代鋼鐵工業技術 帶鋼冷連軋機過程控制計算機及應用軟件設計.冶金工業出版社，1995.

[10]劉美俊.Profibus現場總線智能化DP從站的設計.化工自動化及儀表，2004，31(3):33～34.