吳偉賓

（福建三鋼（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，福建 三明365000）

傳統(tǒng)的燒結(jié)燃料破碎控制系統(tǒng)采用PLC點到點硬接線的方式，現(xiàn)場所有信號需通過控制電纜一一對應(yīng)從現(xiàn)場敷到PLC站內(nèi)，布線安裝工作量大，干擾信號多。由于電氣設(shè)備分布區(qū)域廣，工業(yè)粉塵多，環(huán)境條件惡劣，燒結(jié)燃料破碎生產(chǎn)線要求電氣控制系統(tǒng)具有更高性能。為使該生產(chǎn)線能夠高效、穩(wěn)定運行，便于監(jiān)視控制和維護(hù)，更好為工藝生產(chǎn)服務(wù)，降低總投資成本，因此，燃料破碎生產(chǎn)線控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的Profibus-DP工業(yè)現(xiàn)場總線，取代傳統(tǒng)PLC點對點硬接線的控制方式[1]。

1 Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)

Profibus是一種不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域中。Profibus根據(jù)應(yīng)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(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)12 Mbit/s）經(jīng)濟(jì)設(shè)備級網(wǎng)絡(luò)，用于現(xiàn)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(shè)計，采用IECI158-2標(biāo)準(zhǔn)，提供本質(zhì)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(xiàn)中等傳輸速度的循環(huán)數(shù)據(jù)或非循環(huán)數(shù)據(jù)的交換任務(wù)[2-3]。

Profibus-DP使用物理層、數(shù)據(jù)鏈接層（第1層、第2層）和用戶接口，用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送，主站周期讀取從站輸入信息并向從站發(fā)送輸出信息?？偩€循環(huán)時間必須比主站程序短。此外，Profibus-DP還提供智能化現(xiàn)場設(shè)備所需的非周期性通信以確定組態(tài)、診斷和報警處理及復(fù)雜設(shè)備在運行中的參數(shù)。Profibus-DP的基本功能和特性為[1-4]：1）支持遠(yuǎn)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(jié)構(gòu)，各主站間為令牌傳遞，主站與從站為主從傳送，每段可達(dá)32個站，段間采用連接器連接，最多可達(dá)126個站；3）診斷功能，經(jīng)擴(kuò)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(hù)機(jī)制，Profibus-DP可允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)；5）開放式通信網(wǎng)絡(luò)；6）易于安裝。

Profibus-DP系統(tǒng)具有3種類型設(shè)備：1）一級 DP主站（DMP1），即中央控制器（如 PLC、PC），在預(yù)定的信息周期內(nèi)與分站交換信息；2）二級DP主站（DMP2），指組態(tài)設(shè)備、編程器或操作面板，完成系統(tǒng)操作、各站點的數(shù)據(jù)讀寫、系統(tǒng)配置、故障診斷以及系統(tǒng)監(jiān)視等；3）DP從站，即采集輸入、輸出信息和發(fā)送外圍設(shè)備（PLC、HMI、分散式 I/O、驅(qū)動器、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）。

2 基于Profibus-DP燒結(jié)燃料破碎控制系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

該燒結(jié)燃料破碎控制系統(tǒng)是由上位機(jī)、PLC、Profibus-DP現(xiàn)場總線、變頻器、現(xiàn)場模塊和設(shè)備組成，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1）上位機(jī) 上位機(jī)采用帶CP5611網(wǎng)卡的工控機(jī)，通過Profibus電纜連到PLC CPU的DP接口。在上位機(jī)上可完成系統(tǒng)組態(tài)、操作、監(jiān)控等功能。

2）PLC系統(tǒng) PLC系統(tǒng)的輸入信號包括運行、停止、過載保護(hù)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(kuò)展方便，性價比高，能夠完全滿足系統(tǒng)控制要求。該PLC作為PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)主站，將控制命令傳送到各控制設(shè)備，采集并處理DP從站的信息[5]。

3）Profibus-DP現(xiàn)場總線 Profibus-DP現(xiàn)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(lián)鎖總線負(fù)責(zé)反饋后道生產(chǎn)線故障或不正常狀態(tài)，再決定該控制系統(tǒng)是否減產(chǎn)或停產(chǎn)。

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(xiàn)場模塊 現(xiàn)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(xiàn)手動、自動選擇，啟動、停止，電鈴預(yù)示、安全開關(guān)、拉繩開關(guān)（事故開關(guān)）等功能[6]。

2.2 系統(tǒng)軟件組態(tài)及監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1 上位機(jī)監(jiān)控軟件

上位機(jī)監(jiān)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(fā)系統(tǒng)，而且還提供實時過程監(jiān)控、報警和報警管理、報表、實時及歷史曲線分析、系統(tǒng)擴(kuò)展等強大功能。數(shù)據(jù)庫以SQL SERVER2000為基礎(chǔ)，專門定制用于WinCC的數(shù)據(jù)庫。WinCC用戶對數(shù)據(jù)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(jìn)行交互操作。

2.2.2 下位機(jī)編程組態(tài)

下位機(jī)PLC編程組態(tài)采用STEP7（5.2SP）軟件。在系統(tǒng)硬件組態(tài)完成后，為每個站點分別編制一個控制功能塊FC，通過系統(tǒng)組織塊OB，調(diào)用相應(yīng)的控制功能塊FC，實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能。其中，PLC程序采用梯形圖編制，便于設(shè)計、維護(hù)人員有效操作和使用。

3 系統(tǒng)優(yōu)越性

與傳統(tǒng)的采用PLC點對點硬接線燒結(jié)燃料破碎生產(chǎn)控制系統(tǒng)相比，該控制系統(tǒng)在布線、擴(kuò)展改造、系統(tǒng)維護(hù)、信息共享等方面存在極大優(yōu)勢。二者之間的比較詳見表1。

4 結(jié)束語

該燒結(jié)燃料破碎控制系統(tǒng)已投入使用，運行結(jié)果表明：該系統(tǒng)可靠性高，運行穩(wěn)定，人機(jī)界面友好，操作和維修簡單，各項性能指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期要求。同時，采用現(xiàn)場總線避免了大量點到點的電纜敷設(shè)，降低線路敷設(shè)難度和施工復(fù)雜性，節(jié)省了投資、安裝、調(diào)試及維護(hù)的費用，投產(chǎn)后提高燒結(jié)燃料破碎生產(chǎn)線的作業(yè)率，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益?？梢灶A(yù)見，隨著數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化時代的到來，現(xiàn)場總線技術(shù)在自動化控制系統(tǒng)中必將得到廣泛應(yīng)用。

[1]鄒益仁.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2003.

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

[3]蘆建軍.Profibus-DP現(xiàn)場總線在煤礦設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)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(xiàn)場總線工程應(yīng)用實例解析[M].北京：中國電力出版社，2008.

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

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