基于Profibus-DP的燒結燃料破碎控制系統

吳偉賓

（福建三鋼（集團）有限責任公司，福建 三明365000）

傳統的燒結燃料破碎控制系統采用PLC點到點硬接線的方式，現場所有信號需通過控制電纜一一對應從現場敷到PLC站內，布線安裝工作量大，干擾信號多。由于電氣設備分布區域廣，工業粉塵多，環境條件惡劣，燒結燃料破碎生產線要求電氣控制系統具有更高性能。為使該生產線能夠高效、穩定運行，便于監視控制和維護，更好為工藝生產服務，降低總投資成本，因此，燃料破碎生產線控制系統采用先進的Profibus-DP工業現場總線，取代傳統PLC點對點硬接線的控制方式[1]。

1 Profibus現場總線技術

Profibus是一種不依賴于設備生產商的現場總線標準，廣泛應用于工業自動化領域中。Profibus根據應用特點分為Profibus-DP、Profibus-FMS、Profibus-PA 3 個兼容版本。 其中Profibus-DP是一種高速（數據傳輸率可達12 Mbit/s）經濟設備級網絡，用于現場控制器與分散I/O之間的通信；Profibus-PA專為過程自動化而設計，采用IECI158-2標準，提供本質安全特性，適用于安全性要求較高以及由總線供電的場合；而Profibus-FMS主要解決車間級通信問題，實現中等傳輸速度的循環數據或非循環數據的交換任務[2-3]。

Profibus-DP使用物理層、數據鏈接層（第1層、第2層）和用戶接口，用于現場層的高速數據傳送，主站周期讀取從站輸入信息并向從站發送輸出信息。總線循環時間必須比主站程序短。此外，Profibus-DP還提供智能化現場設備所需的非周期性通信以確定組態、診斷和報警處理及復雜設備在運行中的參數。Profibus-DP的基本功能和特性為[1-4]：1）支持遠距離高速通信，波特率為0.096～12 Mb/s，波特率12 Mb/s時最大距離為100 m；波特率15 Mb/s時最大距離為200 m，可通過中繼器加長；2）采用分布式結構，各主站間為令牌傳遞，主站與從站為主從傳送，每段可達32個站，段間采用連接器連接，最多可達126個站；3）診斷功能，經擴展的Profibus-DP的診斷功能能快速定位故障，總線傳輸診斷信息并由主站采集；4）可靠性和保護機制，Profibus-DP可允許構成單主站或多主站系統；5）開放式通信網絡；6）易于安裝。

Profibus-DP系統具有3種類型設備：1）一級 DP主站（DMP1），即中央控制器（如 PLC、PC），在預定的信息周期內與分站交換信息；2）二級DP主站（DMP2），指組態設備、編程器或操作面板，完成系統操作、各站點的數據讀寫、系統配置、故障診斷以及系統監視等；3）DP從站，即采集輸入、輸出信息和發送外圍設備（PLC、HMI、分散式 I/O、驅動器、傳感器、執行機構等）。

2 基于Profibus-DP燒結燃料破碎控制系統

2.1 系統硬件構成

該燒結燃料破碎控制系統是由上位機、PLC、Profibus-DP現場總線、變頻器、現場模塊和設備組成，其控制系統結構框圖如圖1所示。

圖1 控制系統結構框圖

1）上位機 上位機采用帶CP5611網卡的工控機，通過Profibus電纜連到PLC CPU的DP接口。在上位機上可完成系統組態、操作、監控等功能。

2）PLC系統 PLC系統的輸入信號包括運行、停止、過載保護等反饋信息；輸出信號包括運行、停止信號。這里PLC選用SIEMENS S7-300系列，該系列PLC自帶2個DP接口，功能強，擴展方便，性價比高，能夠完全滿足系統控制要求。該PLC作為PROFIBUS-DP網絡主站，將控制命令傳送到各控制設備，采集并處理DP從站的信息[5]。

3）Profibus-DP現場總線 Profibus-DP現場總線采用圖爾克Profibus 455屏蔽總線電纜，其中，去取4皮帶PLC聯鎖總線負責反饋后道生產線故障或不正常狀態，再決定該控制系統是否減產或停產。

4）變頻器 采用DANFOSS型變頻器,并通過DP接口和PLC相連，將運行和故障信號通過DP總線傳送至PLC處理。

5）現場模塊 現場模塊直接掛接在總線上，包括圖爾克FXDP-IOM88-0001和BL67。FXDP-IOM88-0001實現手動、自動選擇，啟動、停止，電鈴預示、安全開關、拉繩開關（事故開關）等功能[6]。

2.2 系統軟件組態及監控系統設計

2.2.1 上位機監控軟件

上位機監控顯示采用西門子WinCC6.0軟件。WinCC不僅包含大量圖形工具，用戶能夠快速簡單開發系統，而且還提供實時過程監控、報警和報警管理、報表、實時及歷史曲線分析、系統擴展等強大功能。數據庫以SQL SERVER2000為基礎，專門定制用于WinCC的數據庫。WinCC用戶對數據庫的訪問是透明的。用戶可在工作站方便獲得實時過程信息，進行交互操作。

2.2.2 下位機編程組態

下位機PLC編程組態采用STEP7（5.2SP）軟件。在系統硬件組態完成后，為每個站點分別編制一個控制功能塊FC，通過系統組織塊OB，調用相應的控制功能塊FC，實現整個系統功能。其中，PLC程序采用梯形圖編制，便于設計、維護人員有效操作和使用。

3 系統優越性

與傳統的采用PLC點對點硬接線燒結燃料破碎生產控制系統相比，該控制系統在布線、擴展改造、系統維護、信息共享等方面存在極大優勢。二者之間的比較詳見表1。

4 結束語

該燒結燃料破碎控制系統已投入使用，運行結果表明：該系統可靠性高，運行穩定，人機界面友好，操作和維修簡單，各項性能指標均達到預期要求。同時，采用現場總線避免了大量點到點的電纜敷設，降低線路敷設難度和施工復雜性，節省了投資、安裝、調試及維護的費用，投產后提高燒結燃料破碎生產線的作業率，具有顯著的經濟效益。可以預見，隨著數字化和網絡化時代的到來，現場總線技術在自動化控制系統中必將得到廣泛應用。

[1]鄒益仁.現場總線控制系統的設計和開發[M].北京：國防工業出版社，2003.

[2]楊永紅，謝永潔，何劍鋒.Profibus現場總線在潤滑油包裝裝線上的應用[EB/OL].2007.http://www.plc-fa.hk/detail.asp?id=3055.

[3]蘆建軍.Profibus-DP現場總線在煤礦設備監控系統中的應用[EB/OL].2009.http://www.chuandong.com/publish/tech/application/2009/5/tech_3_16_13735.html.

[4]羅紅福，胡 斌，鐘存福，等.Profibus-DP現場總線工程應用實例解析[M].北京：中國電力出版社，2008.

[5]西門子公司.Siemens產品目錄[Z].西門子（中國）有限公司自動化與驅動集團，2005.

[6]圖爾克公司.工業現場總線Profibus-DP[Z].圖爾克（天津）傳感器有限公司，2005.